[发明专利]用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置及方法

说明书

本发明涉及一种模拟瞬变电磁响应的装置及方法，属于地球物理勘探物理模拟装置技术领域，具体涉及一种用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置及方法。本装置及方法采用硅胶空腔模拟压裂裂缝，模拟结果明确了不同参数水力压裂裂缝地层中钻孔瞬变电磁探测响应特征，奠定了水力压裂裂缝地层钻孔瞬变电磁评价解释的基础。本发明还可以用于建立裂缝带地层钻孔瞬变电磁解释评价模型，进而用于对坚硬顶板灾害超前治理、瓦斯抽采效率做定量计算。

技术领域

本发明涉及一种模拟瞬变电磁响应的装置及方法，属于地球物理勘探物理模拟装置技术领域，具体涉及一种用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置及方法。

背景技术

矿井水力压裂技术是坚硬顶板灾害超前治理、提高瓦斯采收率的重要手段。矿井钻孔瞬变电磁探测技术是一种全空间电磁法探测技术，由于是在钻孔内探测，避免了常规矿井瞬变电磁受巷道环境干扰的缺点，此外钻孔瞬变电磁还具有距离探测目标体更近的特点，因此可采用钻孔瞬变电磁技术对水力压裂裂缝进行检测。但是，钻孔瞬变电磁探测技术起步较晚，且主要用来探测大的导/含水构造及采空区，在探测水力压裂裂缝领域使用较少。目前缺乏水力压裂裂缝地层钻孔瞬变电磁响应的模拟装置研究设计，常规矿井瞬变电磁探测构造水槽模型与水力压裂裂缝地层钻孔瞬变电磁情况吻合较差，阻碍了水力压裂裂缝参数变化对钻孔瞬变电磁影响的定量研究，影响钻孔瞬变电磁探测水力压裂裂缝参数定量评价。而在石油测井领域，现有技术提供了一种裂缝感应测井响应模拟装置，如CN107227952B。

但是，将上述发明用于水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应水槽模拟时，存在以下几个缺陷：

(1)频率域的感应测井与时间域的钻孔瞬变电磁探测原理存在明显区别，感应测井采用20KHz的稳定时谐信号，而钻孔瞬变电磁探测采用的脉冲激励源，因此如将钻孔瞬变电磁置于由金属网组构成的裂缝模拟组件中心时，由电磁感应定律可知，仪器发射信号在金属网中形成的涡流场强度远大于水力压裂裂缝形成的涡流场，给有用信号提取造成极大干扰；此外在氯化钠溶液中金属网组件会发生腐蚀，该化学变化对模拟结果产生干扰。

(2)裂缝型地层和水力压裂地层存在明显差异，裂缝型地层中裂缝的延展范围远大于井眼直径，裂缝可近似认为是与井眼交汇的无限大圆面。而在水力压裂地层中，水力裂缝是沿着某个特定方向延展，因此，现有技术所公开的装置模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应时会产生明显错误。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置及方法，用以精确定量模拟钻孔瞬变电磁探测水力压裂裂缝时的响应。

根据本发明的一个实施例，提供了一种水力压裂裂缝地层钻孔瞬变电磁响应水槽模拟装置，包括：

水槽，用于盛放可控制电导率的溶液，用来模拟不同电导率地层的基岩；

水力压裂裂缝模拟组件，裂缝骨架网、外定位轴承、长方体硅胶空腔、椭圆硅胶空腔和铰接块组成，用来模拟不同的水力压裂裂缝，通过外定位轴承可以控制长方体硅胶空腔和椭圆硅胶空腔的不同姿态和位置；

钻孔瞬变电磁模拟组件，模拟瞬变电磁探测仪器及配套组件，用于对水力压裂裂缝地层进行探测；

模拟钻孔，模拟测量钻孔，用于提供钻孔瞬变电磁探测仪器探测场所；

所述水力压裂裂缝模拟组件数量可变。

所述长方体硅胶空腔用于盛放可控制电导率的溶液，用来模拟不同电导率的长方体状水力压裂裂缝，长方体硅胶空腔的长、长方体硅胶空腔的宽、长方体硅胶空腔的高和长方体硅胶空腔的电导率大小、长方体硅胶空腔的位置可变。

所述椭圆硅胶空腔用于盛放可控制电导率的溶液，用来模拟不同电导率的椭圆状水力压裂裂缝，所述椭圆硅胶空腔的长、椭圆硅胶空腔的宽、椭圆硅胶空腔的高和椭圆硅胶空腔的电导率大小、椭圆硅胶空腔的位置可变。