[发明专利]基于纳米磁流体的水力压裂裂缝实时监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气、煤层气、地热开发领域，具体地，涉及一种水力压裂裂缝监测的系统和方法，特别是一种基于纳米磁流体的水力压裂裂缝实时监测系统和监测方法。

背景技术

水力压裂技术作为一项改善储层渗透率、提高生产能力的重要措施，在石油天然气、煤层气、地热开采过程中得到了广泛应用。特别是随着非常规油气、地热的开采，水力压裂技术将越来越突显其重要地位。

水力压裂过程中，监测水力裂缝的产生和发展对优化施工工艺具有重要意义；而对于重复压裂井、多级压裂井，掌握已有水力裂缝的展布则可为新的水力压裂工艺设计提供指导。通过水力裂缝的监测，可以评价压裂井的增产效果、检验水力压裂设计软件结果的准确性。

目前，微地震监测作为一种最有效的水力裂缝监测技术已广泛应用于水力压裂过程监测，但由于采集的数据受外界环境等因素的影响(如附近地层应力释放产生的噪声)，因此该方法也只能给出近似的水力裂缝展布。其他水力监测方法，如地面倾斜、放射性示踪剂测井、井温测井等间接方法，都不能很好地描述水力裂缝的展布状态。为了改进水力压裂设计方法、提高水力压裂效果，准确监测水力裂缝展布尤为重要。

古地磁技术被用于裂缝识别，该方法通过测定岩石中的天然剩磁，分析剩磁特征、磁化历史，以此研究岩心裂缝定向问题。有鉴于此，在水力压裂过程中，通过向水力裂缝中引入纳米磁流体，通过外加磁场磁化后形成磁异常条带，可为水力裂缝实时监测提供一种新的技术手段。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于纳米磁流体的水力压裂裂缝实时监测系统及监测方法，有效地解决了水力压裂过程中水力压裂裂缝展布的监测问题。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

一种基于纳米磁流体的水力压裂裂缝实时监测系统，包括：支撑剂容器、压裂液容器、磁流体容器、流体混合容器、高压泵组、实时数据采集与处理中心、地面磁力计、支撑剂输送管线、压裂液输送管线、磁流体输送管线、第一混砂液输送管线、第二混砂液输送管线、地面磁力计与实时数据采集与处理中心通讯线路、混砂车、混合流体输送管线；其特征在于：

所述的压裂液容器通过压裂液输送管线与流体混合容器相连，磁流体容器通过磁流体输送管线与流体混合容器相连；

所述的支撑剂容器通过支撑剂输送管线与混砂车相连；流体混合容器通过混合流体输送管线与混砂车相连；

混砂车通过第一混砂液输送管线与高压泵组相连，高压泵组通过第二混砂液输送管线与压裂井的井筒相连；

地面磁力计位于以压裂井为中心的地面上，实时数据采集与处理中心位于压裂井的井场地面上，实时数据采集与处理中心通过地面磁力计与实时数据采集与处理中心通讯线路与地面磁力计相连，实时数据采集与处理中心采集、保存地面磁力计的测量信息并计算、显示水力裂缝展布。

优选的，还包括井下外加磁场发生器，所述的井下外加磁场发生器布置在压裂井的压裂井段附近。

优选的，还包括压裂井磁力计和/或邻井磁力计，压裂井磁力计位于压裂井井筒中的压裂层段附近，邻井磁力计位于邻井中与压裂井压裂层段深度对应的深度处；实时数据采集与处理中心分别通过压裂井磁力计与实时数据采集与处理中心通讯线路、邻井磁力计与实时数据采集与处理中心通讯线路与压裂井磁力计、邻井磁力计相连；实时数据采集与处理中心采集、保存压裂井磁力计、邻井磁力计的测量信息并计算、显示水力裂缝展布。

优选的，所述的地面磁力计、压裂井磁力计、邻井磁力计为超导量子干涉仪。

优选的，支撑剂容器中储存压裂所用的支撑剂；压裂液容器中储存压裂所用的压裂液；磁流体容器中储存纳米磁流体；纳米磁流体是一种稳定的胶状液体，由直径为纳米量级的磁性固体颗粒、基载液和表面活性剂三者混合而成。

优选的，压裂液和纳米磁流体按一定体积比例进入流体混合容器中进行均匀混合后形成混合压裂液，所述纳米磁流体占混合压裂液的体积比例在10%到100%之间。

一种基于纳米磁流体的水力压裂裂缝实时监测方法，采用上述的实时监测系统，在布置好压裂井的监测现场后开始水力压裂裂缝监测，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：布置监测现场

根据压裂井周围实际环境，以压裂井为中心在地面布置一组地面磁力计，并将地面磁力计通过地面磁力计与实时数据采集与处理中心通讯线路与纳米数据采集与处理中心相连；

步骤2：向井筒中注入不含纳米磁流体的前置液，在预定的压裂部位压开地层形成水力裂缝；