[发明专利]一种新的页岩气井压裂裂缝监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测页岩气井压裂裂缝的方法，应用磁致伸缩换能器方法监测页岩气井压裂裂缝。

背景技术

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，近几年，美国页岩气勘探开发技术突破，产量快速增长，实现其“天然气革命”，对国际天燃气市场及世界能源格局产生重大影响，世界主要资源国都加入了对页岩气的勘探开发力度。

我国富有机质页岩分布广泛，南方地区、华北地区和新疆塔里木盆地等发育海相页岩，华北地区、准噶尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等广泛发育陆相页岩，具备页岩气成藏条件，资源潜力较大。相关部门预测，页岩气可采资源量为25万亿立方米，超过常规天然气资源。

由于页岩气储层具有低孔、低渗透率的物性特征，只有少数天然裂缝特别发育的页岩气井可以直接投入生产，但多数页岩气井需要进行压裂改造才能得到理想的产量。页岩气井经过压裂改造后，利用裂缝监测技术可以有效地评价压裂效果。通过裂缝监测

1、可以了解压裂施工，获得裂缝大致尺寸，判断压裂是否产生了多裂缝；

2、可以了解压裂后产量情况，判断裂缝是否覆盖了目的层，分析裂缝和天然裂缝是否交叉；

3、进行压裂优化和产量经济评价，随施工规模的增加可以获得多少的裂缝长度和高度增长，获得最优的压裂设计。

目前主要的压裂裂缝监测方法有：直接近井筒裂缝检测、井下微地震监测方法、测斜仪检测和分布式声传感检测等。

铁磁材料和亚铁磁材料磁化状态的改变导致其长度发生微小的变化，这一现象被称为磁致伸缩效应；也存在磁致伸缩逆效应，即当材料受到压力或张力作用而使材料长度发生变化时，材料内部的磁化状态也随之改变。磁致伸缩换能器能够把大功率的电能转化为很强的次声波振动，因而可利用所产生的高强度次声波；磁致伸缩传感器则用来检测微弱的机械振动并将其转化为电信号。

整个装置分为地上部分和井下部分，地上部分主要包括：电源系统，主控制单元，显示部分；井下部分，主要由磁致伸缩换能器、磁致伸缩传感器、换能器控制器组成。利用磁致伸缩换能器发射大功率的次声波，磁致伸缩传感器则用来检测微弱的机械振动并将其转化为电信号。通常，磁致伸缩传感器所检测的信号正是磁致伸缩换能器发出的反射信号。所以，磁致伸缩换能器和磁致伸缩传感器是同一器件，按照时间分割原理工作。

井下部分换能器所用的电源由地面提供，由于井下共装设3组磁致伸缩换能器装置，每组由多个换能器组成，构成环形结构，磁致伸缩换能器和磁致伸缩传感器是同一器件。工作时，按照从上到下的顺序，先由一组换能器发出超声波，然后3组磁致伸缩传感器同时对反射波进行检测，依次按从上到下的顺序按这种方式进行工作。所以共有3组电源下到井下，井下控制器将传感器的信号采集后，通过高速的总线传送到地面的主控制单元，在对信号进行分析处理，得到井下裂缝的位置、长度和宽度等信息，并进行显示。

     发明原理：

磁致伸缩原理

磁体在磁化状态下，其体积和形状发生的变化。体伸缩指体积的相对变化ΔV/V，线伸缩指长度的相对变化ΔL/L。强磁体自发磁化时，由于磁性原子间的相互作用，点阵发生自发畸变，磁畴发生自发形变，称为自发磁致伸缩，包括自发的体磁致伸缩及线伸缩。前者主要来源于交换作用，后者与磁晶各向异性密切相关。强磁体受到外磁场磁化时，由于磁畴结构的变化和相应的磁畴自发形变的变化，出现了整个物体的线磁致伸缩（简称磁致伸缩）。由强磁体交变磁化状态引起交变磁致伸缩或其逆效应导致磁声效应，已用于超声换能器等技术中。磁致伸缩与技术磁化性能有密切关系。在单晶体中磁致伸缩是各向异性的。

附图说明

图1为本发明的总体结构图；

具体实施方式

将3组磁致伸缩换能器（传感器）按照上中下的顺序装设，每组由多个换能器（传感器）组成，每组的电源由地面的电源系统提供，每组磁致伸缩换能器（传感器）的控制器由运算速度快的DSP构成，通过高速总线与地面的主控制器进行通信和指令的传输，主控制器也采用的是DSP，运算后的结果由液晶显示装置显示，并可以传送到上位机。