專利名稱：基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油天然氣、煤層氣、地?zé)衢_發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種水力壓裂裂縫監(jiān)測的系統(tǒng)和方法，特別是一種基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
水力壓裂技術(shù)作為一項(xiàng)改善儲層滲透率、提高生產(chǎn)能力的重要措施，在石油天然氣、煤層氣、地?zé)衢_采過程中得到了廣泛應(yīng)用。特別是隨著非常規(guī)油氣、地?zé)岬拈_采，水力壓裂技術(shù)將越來越突顯其重要地位。水力壓裂過程中，監(jiān)測水力裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展對優(yōu)化施工工藝具有重要意義；而對于重復(fù)壓裂井、多級壓裂井，掌握已有水力裂縫的展布則可為新的水力壓裂工藝設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。通過水力裂縫的監(jiān)測，可以評價(jià)壓裂井的增產(chǎn)效果、檢驗(yàn)水力壓裂設(shè)計(jì)軟件結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前，微地震監(jiān)測作為一種最有效的水力裂縫監(jiān)測技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水力壓裂過程監(jiān)測，但由于采集的數(shù)據(jù)受外界環(huán)境等因素的影響(如附近地層應(yīng)力釋放產(chǎn)生的噪聲)，因此該方法也只能給出近似的水力裂縫展布。其他水力監(jiān)測方法，如地面傾斜、放射性示蹤劑測井、井溫測井等間接方法，都不能很好地描述水力裂縫的展布狀態(tài)。為了改進(jìn)水力壓裂設(shè)計(jì)方法、提高水力壓裂效果·，準(zhǔn)確監(jiān)測水力裂縫展布尤為重要。古地磁技術(shù)被用于裂縫識別，該方法通過測定巖石中的天然剩磁，分析剩磁特征、磁化歷史，以此研究巖心裂縫定向問題。有鑒于此，在水力壓裂過程中，通過向水力裂縫中引入納米磁流體，通過外加磁場磁化后形成磁異常條帶，可為水力裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測提供一種新的技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，有效地解決了水力壓裂過程中水力壓裂裂縫展布的監(jiān)測問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案:一種基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括:支撐劑容器、壓裂液容器、磁流體容器、流體混合容器、高壓泵組、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心、地面磁力計(jì)、支撐劑輸送管線、壓裂液輸送管線、磁流體輸送管線、第一混砂液輸送管線、第二混砂液輸送管線、地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路、混砂車、混合流體輸送管線；其特征在于:所述的壓裂液容器通過壓裂液輸送管線與流體混合容器相連，磁流體容器通過磁流體輸送管線與流體混合容器相連；所述的支撐劑容器通過支撐劑輸送管線與混砂車相連；流體混合容器通過混合流體輸送管線與混砂車相連；
混砂車通過第一混砂液輸送管線與高壓泵組相連，高壓泵組通過第二混砂液輸送管線與壓裂井的井筒相連；地面磁力計(jì)位于以壓裂井為中心的地面上，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心位于壓裂井的井場地面上，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通過地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與地面磁力計(jì)相連，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心采集、保存地面磁力計(jì)的測量信息并計(jì)算、顯示水力裂縫展布。優(yōu)選的，還包括井下外加磁場發(fā)生器，所述的井下外加磁場發(fā)生器布置在壓裂井的壓裂井段附近。優(yōu)選的，還包括壓裂井磁力計(jì)和/或鄰井磁力計(jì)，壓裂井磁力計(jì)位于壓裂井井筒中的壓裂層段附近，鄰井磁力計(jì)位于鄰井中與壓裂井壓裂層段深度對應(yīng)的深度處；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心分別通過壓裂井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路、鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與壓裂井磁力計(jì)、鄰井磁力計(jì)相連；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心采集、保存壓裂井磁力計(jì)、鄰井磁力計(jì)的測量信息并計(jì)算、顯示水力裂縫展布。優(yōu)選的，所述的地面磁力計(jì)、壓裂井磁力計(jì)、鄰井磁力計(jì)為超導(dǎo)量子干涉儀。優(yōu)選的，支撐劑容器中儲存壓裂所用的支撐劑；壓裂液容器中儲存壓裂所用的壓裂液；磁流體容器中儲存納米磁流體；納米磁流體是一種穩(wěn)定的膠狀液體，由直徑為納米量級的磁性固體顆粒、基載液和表面活性劑三者混合而成。優(yōu)選的，壓裂液和納米磁流體按一定體積比例進(jìn)入流體混合容器中進(jìn)行均勻混合后形成混合壓裂液，所述納米磁流體占混合壓裂液的體積比例在10%到100%之間。一種基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，采用上述的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，在布置好壓裂井的監(jiān)測現(xiàn)場后開始水力壓裂裂縫監(jiān)測，其特征在于，具體步驟如下:
步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場根據(jù)壓裂井周圍實(shí)際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一組地面磁力計(jì)，并將地面磁力計(jì)通過地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與納米數(shù)據(jù)采集與處理中心相連；步驟2:向井筒中注入不含納米磁流體的前置液，在預(yù)定的壓裂部位壓開地層形成水力裂縫；步驟3:啟動(dòng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心，測量初始背景磁場；步驟4:將納米磁流體和壓裂液在流體混合容器中均勻混合，然后與支撐劑在混砂車中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井井筒中；步驟5:在混合納米磁流體的混砂液充滿井筒但未進(jìn)入前置液壓開的水力裂縫之前測量混砂液進(jìn)入水力裂縫前的背景磁場；步驟6:隨著混合納米磁流體的混砂液不斷被注入地層水力裂縫中，水力裂縫不斷向外延伸，實(shí)時(shí)測量混砂液進(jìn)入水力裂縫的強(qiáng)化磁場；步驟7:根據(jù)步驟6所測量的混砂液進(jìn)入水力裂縫的強(qiáng)化磁場和步驟5所測量的混砂液進(jìn)入水力裂縫前的背景磁場，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面所對應(yīng)的磁異常數(shù)據(jù)，然后通過磁異常數(shù)據(jù)反演出裂縫參數(shù)，實(shí)時(shí)得到水力壓裂過程中的水力裂縫展布；步驟8:注入不含納米磁流體的頂替液，將壓裂井井筒中混合納米磁流體的均勻混砂液完全替入水力裂縫中，測量混砂液全部替入水力裂縫后的強(qiáng)化磁場；步驟9:根據(jù)步驟8所測量的混砂液全部替入水力裂縫后的強(qiáng)化磁場和步驟3所測量的初始背景磁場，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面所對應(yīng)的磁異常數(shù)據(jù)，然后通過磁異常數(shù)據(jù)反演出裂縫參數(shù)，得到混砂液全部替入水力裂縫后的水力裂縫展布。優(yōu)選的，在步驟I中，還包括在壓裂井壓裂層段附近布置井下外加磁場發(fā)生器；在步驟2之后、步驟3之前還包括啟動(dòng)井下外加磁場發(fā)生器的步驟。優(yōu)選地，還在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計(jì)，并將壓裂井磁力計(jì)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心相連；或者，還在鄰井中對應(yīng)壓裂井壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計(jì)，并將鄰井磁力計(jì)通過鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心相連；最優(yōu)地，還在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計(jì)、在鄰井中對應(yīng)壓裂井壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計(jì)，并將壓裂井磁力計(jì)、鄰井磁力計(jì)分別通過壓裂井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路、鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心相連。優(yōu)選的，根據(jù)步驟8所測量的混砂液全部替入水力裂縫后的強(qiáng)化磁場和步驟3所測量的初始背景磁場，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的磁異常數(shù)據(jù)，然后通過磁異常數(shù)據(jù)反演出裂縫參數(shù)，得到混砂液全部替入水力裂縫后的水力裂縫展布。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)勢在于:1、本發(fā)明利用納米磁流體可有效地反映水力壓裂裂縫的真實(shí)展布狀態(tài)。

2、本發(fā)明可從地面、壓裂井和/或鄰井實(shí)時(shí)監(jiān)測水力壓裂過程中裂縫的延伸過程，定量獲得裂縫高度、寬度、長度、走向等相關(guān)參數(shù)。3、通過監(jiān)測水力裂縫的展布，本發(fā)明可為重復(fù)壓裂、多級壓裂的水力壓裂工藝設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。


圖1為基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、支撐劑容器；2、壓裂液容器；3、磁流體容器；4、流體混合容器；5、高壓泵組；6、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心；7、井下外加磁場發(fā)生器；8、地面磁力計(jì)；9、壓裂井磁力計(jì)；10、鄰井磁力計(jì)；11、壓裂井；12、鄰井；13、水力裂縫；14、地面；15、支撐劑輸送管線；16、壓裂液輸送管線；17、磁流體輸送管線；18、第一混砂液輸送管線；19、第二混砂液輸送管線；20、地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路；21、壓裂井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路；22、鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路；23、混砂車；24、混合流體輸送管線。
具體實(shí)施例方式如附圖1所示，基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括:支撐劑容器
1、壓裂液容器2、磁流體容器3、流體混合容器4、高壓泵組5、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6、井下外加磁場發(fā)生器7、地面磁力計(jì)8、壓裂井磁力計(jì)9、鄰井磁力計(jì)10、支撐劑輸送管線15、壓裂液輸送管線16、磁流體輸送管線17、第一混砂液輸送管線18、第二混砂液輸送管線19、地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路21、鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路22、混砂車23、混合流體輸送管線24。支撐劑容器I中儲存壓裂所用的支撐劑。壓裂液容器2中儲存壓裂所用的壓裂液。磁流體容器3中儲存納米磁流體。納米磁流體是一種穩(wěn)定的膠狀液體，由直徑為納米量級的磁性固體顆粒、基載液和表面活性劑三者混合而成。納米量級的磁性固體顆粒由元素周期表中D區(qū)元素的金屬顆?；蜓趸镱w粒組成，其成分包括但不限于鈧、鈦、釩、鉻、猛、鐵、鈷、鎳、錯(cuò)、銀、鑰、錯(cuò)、H乙、鉿、鉭、鶴、鉬或者上述元素的任意組合。納米磁流體的密度、粘度等流體性質(zhì)與壓裂液的流體性質(zhì)相近。所述的壓裂液容器2通過壓裂液輸送管線16與流體混合容器4相連，磁流體容器3通過磁流體輸送管線17與流體混合容器4相連；壓裂液和納米磁流體按一定體積比例進(jìn)入流體混合容器4中進(jìn)行均勻混合后形成混合壓裂液，所述納米磁流體占混合壓裂液的體積比例在10%到100%之間。所述的支撐劑容器I通過支撐劑輸送管線15與混砂車23相連；流體混合容器4通過混合流體輸送管線24與混砂車23相連；經(jīng)流體混合容器4進(jìn)行均勻混合后的壓裂液通過混合流體輸送管線24進(jìn)入混砂車23 ;支撐劑容器I中儲存的支撐劑通過支撐劑輸送管線15進(jìn)入混砂車23 ;支撐劑和混合壓裂液在混砂車23內(nèi)均勻混合形成混砂液。混砂車23通過 第一混砂液輸送管線18與高壓泵組5相連，高壓泵組5通過第二混砂液輸送管線19與壓裂井11的井筒相連；所述的經(jīng)混砂車23均勻混合后的混砂液通過第一混砂液輸送管線18進(jìn)入高壓泵組5增壓，經(jīng)增壓后的高壓混砂液經(jīng)第二混砂液輸送管線19進(jìn)入壓裂井11的井筒中，在高壓作用下進(jìn)入前置液壓開的水力裂縫13中。所述前置液壓開的水力裂縫13為:在壓裂開始時(shí)，由向壓裂井11井筒中注入的前置液壓開地層而形成初始的水力裂縫13 ;隨著后續(xù)攜砂液的不斷注入，水力裂縫13不斷向地層深部延伸，形成尺度更大的水力裂縫。所述的井下外加磁場發(fā)生器7布置在壓裂井11的壓裂井段附近，通過外部電場產(chǎn)生外加磁場，使注入水力裂縫13中的納米磁流體磁化而增強(qiáng)磁場強(qiáng)度。地面磁力計(jì)8位于以壓裂井11為中心的地面14上，由多個(gè)磁力計(jì)構(gòu)成一個(gè)磁力計(jì)組，地面磁力計(jì)可以按照米字形、直線、垂線、田字形等方式布置，地面磁力計(jì)8從地面監(jiān)測磁參數(shù)變化；壓裂井磁力計(jì)9位于壓裂井11井筒中的壓裂層段附近，由多個(gè)磁力計(jì)構(gòu)成一個(gè)磁力計(jì)組，從壓裂井11本井中監(jiān)測磁參數(shù)變化；鄰井磁力計(jì)10位于鄰井12中與壓裂井壓裂層段深度對應(yīng)的深度處，由多個(gè)磁力計(jì)構(gòu)成一個(gè)磁力計(jì)組，從鄰井12中監(jiān)測磁參數(shù)變化。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6位于壓裂井11的井場地面14上，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6分別通過地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路21、鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路22與地面磁力計(jì)8、壓裂井磁力計(jì)9、鄰井磁力計(jì)10相連，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6采集、保存地面磁力計(jì)8、壓裂井磁力計(jì)9、鄰井磁力計(jì)10的測量信息并計(jì)算、顯示水力裂縫展布。
所述的地面磁力計(jì)8、壓裂井磁力計(jì)9、鄰井磁力計(jì)10檢測水力壓裂前的背景磁場和水力壓裂后的強(qiáng)化磁場。水力壓裂前的背景磁場是指水力裂縫13中引入新的納米磁流體之前測得的磁場；水力壓裂后的強(qiáng)化磁場是指水力裂縫13中引入新的納米磁流體之后測得的磁場。所述的地面磁力計(jì)8、壓裂井磁力計(jì)9、鄰井磁力計(jì)10為超導(dǎo)量子干涉儀。所述的檢測的背景磁場和強(qiáng)化磁場信息通過地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路21、鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路22送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6。所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6根據(jù)采集的背景磁場和強(qiáng)化磁場信息，通過降噪處理后確定出水力裂縫13中引入納米磁流體后產(chǎn)生的磁異常，然后根據(jù)磁異常參數(shù)、納米磁流體的磁化率等參數(shù)，利用磁異常反演算法得到水力裂縫展布；該功能可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的水力壓裂裂縫磁異常數(shù)據(jù)采集與反演解釋軟件實(shí)現(xiàn)?；诩{米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，采用上述實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，在布置好壓裂井的監(jiān)測現(xiàn)場后開始水力壓裂裂縫監(jiān)測，具體步驟如下:步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場在壓裂井11壓裂層段附近布置井下外加磁場發(fā)生器7 ；根據(jù)壓裂井11周圍實(shí)際環(huán)境，以壓裂井11為中心在地面14布置一組地面磁力計(jì)8，并將地面磁力計(jì)8通過地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路20與納米數(shù)據(jù)采集與處理中心6相連；優(yōu)選地，還在壓裂井11壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計(jì)9，并將壓裂井磁力計(jì)9通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路21與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6相連?；蛘撸€在鄰井12中對應(yīng)壓裂井壓裂層段深度處布`置一組鄰井磁力計(jì)10，并將鄰井磁力計(jì)10通過鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路22與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6相連。最優(yōu)地，還在壓裂井11壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計(jì)9、在鄰井12中對應(yīng)壓裂井壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計(jì)10，并將壓裂井磁力計(jì)9、鄰井磁力計(jì)10分別通過壓裂井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路21、鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路22與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6相連。步驟2:向井筒11中注入不含納米磁流體的前置液，在預(yù)定的壓裂部位壓開地層形成水力裂縫13 ；步驟3:啟動(dòng)井下外加磁場發(fā)生器7 ；步驟4:啟動(dòng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心6，測量初始背景磁場；步驟5:將納米磁流體和壓裂液在流體混合容器4中均勻混合，然后與支撐劑在混砂車23中均勾混合形成混砂液并注入壓裂井11井筒中；步驟6:在混合納米磁流體的混砂液充滿井筒但未進(jìn)入前置液壓開的水力裂縫13之前測量混砂液進(jìn)入水力裂縫前的背景磁場；步驟7:隨著混合納米磁流體的混砂液不斷被注入地層水力裂縫13中，水力裂縫13不斷向外延伸，實(shí)時(shí)測量混砂液進(jìn)入水力裂縫的強(qiáng)化磁場；步驟8:根據(jù)步驟7所測量的混砂液進(jìn)入水力裂縫的強(qiáng)化磁場和步驟6所測量的混砂液進(jìn)入水力裂縫前的背景磁場，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心6進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面14、壓裂井11、鄰井12所對應(yīng)的磁異常數(shù)據(jù)，然后通過磁異常數(shù)據(jù)反演出裂縫參數(shù)，實(shí)時(shí)得到水力壓裂過程中的水力裂縫展布；步驟9:注入不含納米磁流體的頂替液，將壓裂井11井筒中混合納米磁流體的均勻混砂液完全替入水力裂縫13中，測量混砂液全部替入水力裂縫后的強(qiáng)化磁場；步驟10:根據(jù)步驟8所測量的混砂液全部替入水力裂縫后的強(qiáng)化磁場和步驟4所測量的初始背景磁場，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 與處理中心6進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面14、壓裂井11、鄰井12所對應(yīng)的磁異常數(shù)據(jù)，然后通過磁異常數(shù)據(jù)反演出裂縫參數(shù)，得到混砂液全部替入水力裂縫后的水力裂縫展布。
權(quán)利要求
1.一種基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括:支撐劑容器、壓裂液容器、磁流體容器、流體混合容器、高壓泵組、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心、地面磁力計(jì)、支撐劑輸送管線、壓裂液輸送管線、磁流體輸送管線、第一混砂液輸送管線、第二混砂液輸送管線、地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路、混砂車、混合流體輸送管線；其特征在于: 所述的壓裂液容器通過壓裂液輸送管線與流體混合容器相連，磁流體容器通過磁流體輸送管線與流體混合容器相連； 所述的支撐劑容器通過支撐劑輸送管線與混砂車相連；流體混合容器通過混合流體輸送管線與混砂車相連； 混砂車通過第一混砂液輸送管線與高壓泵組相連，高壓泵組通過第二混砂液輸送管線與壓裂井的井筒相連； 地面磁力計(jì)位于以壓裂井為中心的地面上，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心位于壓裂井的井場地面上，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通過地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與地面磁力計(jì)相連，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心采集、保存地面磁力計(jì)的測量信息并計(jì)算、顯示水力裂縫展布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:還包括井下外加磁場發(fā)生器，所述的井下外加磁場發(fā)生器布置在壓裂井的壓裂井段附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:還包括壓裂井磁力計(jì)和/或鄰井磁力計(jì)，壓裂井磁力計(jì)位于壓裂井井筒中的壓裂層段附近，鄰井磁力計(jì)位于鄰井中與壓裂井壓裂層段深度對應(yīng)的深度處；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心分別通過壓裂井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路、鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與壓裂井磁力計(jì)、鄰井磁力計(jì)相連；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心采集、保存壓裂井磁力計(jì)、鄰井 磁力計(jì)的測量信息并計(jì)算、顯示水力裂縫展布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的地面磁力計(jì)、壓裂井磁力計(jì)、鄰井磁力計(jì)為超導(dǎo)量子干涉儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:支撐劑容器中儲存壓裂所用的支撐劑；壓裂液容器中儲存壓裂所用的壓裂液；磁流體容器中儲存納米磁流體；納米磁流體是一種穩(wěn)定的膠狀液體，由直徑為納米量級的磁性固體顆粒、基載液和表面活性劑三者混合而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:壓裂液和納米磁流體按一定體積比例進(jìn)入流體混合容器中進(jìn)行均勻混合后形成混合壓裂液，所述納米磁流體占混合壓裂液的體積比例在10%到100%之間。
7.一種基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，采用權(quán)利要求1-6所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，在布置好壓裂井的監(jiān)測現(xiàn)場后開始水力壓裂裂縫監(jiān)測，其特征在于，具體步驟如下: 步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場 根據(jù)壓裂井周圍實(shí)際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一組地面磁力計(jì)，并將地面磁力計(jì)通過地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與納米數(shù)據(jù)采集與處理中心相連； 步驟2:向井筒中注入不含納米磁流體的前置液，在預(yù)定的壓裂部位壓開地層形成水力裂縫； 步驟3:啟動(dòng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心，測量初始背景磁場； 步驟4:將納米磁流體和壓裂液在流體混合容器中均勻混合，然后與支撐劑在混砂車中均勾混合形成混砂液并注入壓裂井井筒中； 步驟5:在混合納米磁流體的混砂液充滿井筒但未進(jìn)入前置液壓開的水力裂縫之前測量混砂液進(jìn)入水力裂縫前的背景磁場； 步驟6:隨著混合納米磁流體的混砂液不斷被注入地層水力裂縫中，水力裂縫不斷向外延伸，實(shí)時(shí)測量混砂液進(jìn)入水力裂縫的強(qiáng)化磁場； 步驟7:根據(jù)步驟6所測量的混砂液進(jìn)入水力裂縫的強(qiáng)化磁場和步驟5所測量的混砂液進(jìn)入水力裂縫前的背景磁場，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面所對應(yīng)的磁異常數(shù)據(jù)，然后通過磁異常數(shù)據(jù)反演出裂縫參數(shù)，實(shí)時(shí)得到水力壓裂過程中的水力裂縫展布； 步驟8:注入不含納米磁流體的頂替液，將壓裂井井筒中混合納米磁流體的均勻混砂液完全替入水力裂縫中，測量混砂液全部替入水力裂縫后的強(qiáng)化磁場； 步驟9:根據(jù)步驟8所測量的混砂液全部替入水力裂縫后的強(qiáng)化磁場和步驟3所測量的初始背景磁場，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面所對應(yīng)的磁異常數(shù)據(jù)，然后通過磁異常數(shù)據(jù)反演出裂縫參數(shù)，得到混砂液全部替入水力裂縫后的水力裂縫展布。
8.根據(jù)權(quán)利要求 7所述的基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，其特征在于:在步驟I中，還包括在壓裂井壓裂層段附近布置井下外加磁場發(fā)生器；在步驟2之后、步驟3之前還包括啟動(dòng)井下外加磁場發(fā)生器的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7-8所述的基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，其特征在于: 優(yōu)選地，還在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計(jì)，并將壓裂井磁力計(jì)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心相連；或者，還在鄰井中對應(yīng)壓裂井壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計(jì)，并將鄰井磁力計(jì)通過鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心相連； 最優(yōu)地，還在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計(jì)、在鄰井中對應(yīng)壓裂井壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計(jì)，并將壓裂井磁力計(jì)、鄰井磁力計(jì)分別通過壓裂井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路、鄰井磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9所述的基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，其特征在于: 根據(jù)步驟8所測量的混砂液全部替入水力裂縫后的強(qiáng)化磁場和步驟3所測量的初始背景磁場，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的磁異常數(shù)據(jù)，然后通過磁異常數(shù)據(jù)反演出裂縫參數(shù)，得到混砂液全部替入水力裂縫后的水力裂縫展布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于納米磁流體的水力壓裂裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法。監(jiān)測系統(tǒng)包括支撐劑容器、壓裂液容器、磁流體容器、流體混合容器、高壓泵組、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心、地面磁力計(jì)、支撐劑輸送管線、壓裂液輸送管線、磁流體輸送管線、第一混砂液輸送管線、第二混砂液輸送管線、地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路、混砂車、混合流體輸送管線；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通過地面磁力計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心通訊線路與地面磁力計(jì)相連，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理中心采集、保存地面磁力計(jì)的測量信息并計(jì)算、顯示水力裂縫展布。本發(fā)明可有效地反映水力壓裂裂縫的真實(shí)展布狀態(tài)；從地面、壓裂井和/或鄰井實(shí)時(shí)監(jiān)測壓裂過程中裂縫的延伸過程。
文檔編號E21B47/00GK103244103SQ20131018750
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者劉均榮, 姚軍, 孫致學(xué), 于偉強(qiáng), 卜亞輝 申請人:中國石油大學(xué)(華東)