一种基于分布式光纤声音监测的水力压裂裂缝监测模拟实验装置及方法制造方法及图纸

一种基于分布式光纤声音监测的水力压裂裂缝监测模拟实验装置，包括水力压裂裂缝模拟系统、基于分布式光纤声音监测系统、工作液供给系统和产出液收集系统。本发明专利技术可以模拟多级水力压裂过程中携砂液造缝过程，采用本发明专利技术中的基于分布式光纤声音监测系统可以实时、准确地监测水力压裂造缝位置以及进入造缝层段中的支撑剂体积，进而确定裂缝参数；还可以模拟多级水力压裂油井、地热井生产的情况，采用本发明专利技术中的基于分布式光纤声音监测系统可以实时、准确地监测各个模拟压裂层段的产液状况。准确地监测各个模拟压裂层段的产液状况。准确地监测各个模拟压裂层段的产液状况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式光纤声音监测的水力压裂裂缝监测模拟实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种基于分布式光纤声音监测的水力压裂裂缝监测模拟实验装置及方法，属于油气开采的


技术介绍

[0002]目前，非常规油气藏开发和干热岩开发已成为油气领域和地热领域重点的关注对象，水力压裂技术被普遍用于非常规油气藏储层和干热岩储层开采，通过水力压裂对储层进行改造，在储层中形成缝网结构，提高油气井油气产量和地热井产热量，因此水力压裂形成的人工裂缝是储层压裂改造效果的直接体现，也是评价水力压裂井产能的重要依据。目前，通常采用微地震监测、生产测井等方式进行水力压裂过程和压后生产过程监测，这些方法实施费用较高、操作较为复杂，难以得出较为准确的多级压裂人工裂缝参数，并且微地震监测属于远场监测，受外界干扰因素多，准确性较差。因此，寻求一种近场监测方法且能同时实现水力压裂过程和压后生产过程监测显得尤为重要。
[0003]近年来，随着分布式光纤声音监测技术(以下简称DAS技术)的发展，为水力压裂过程和压裂井压后生产的实时监测提供了一种重要手段。DAS技术的主要原理是利用相干光时域反射测量的原理，将相干短脉冲激光注入到光纤中，当有外界振动作用于光纤上时，由于弹光效应，会微小地改变纤芯内部结构，从而导致背向瑞利散射信号的变化，使得接收到的反射光强发生变化，通过检测井下事件前后的瑞利散射光信号的强度变化，即可探测并精确定位正在发生的井下事件，从而实现井下动态的实时监测。由于光纤具有抗电磁干扰、耐腐蚀、实时性好等特点，使得其在水力压裂过程实时监测和压裂井压后生产监测方面具有更大的优越性。
[0004]结合上述技术特征，本
也公开了以下专利文献：
[0005]美国专利文献US8950482B2公开了一种油气井成井期间监测水力压裂的方法和设备。铺设在井筒(106)中的光缆(102)提供一种分布式声学传感器，所述井筒可以是实施水力压裂的井筒。数据从至少一个光纤纵向监测部分采集，并经处理后提供压裂特征。压裂特征可以包括指示压裂事件的高频瞬变的特征(606)。可以监测瞬态的强度、频率、持续时间和信号演变以提供压裂特性。附加地或可选地，压裂特征可以包括由压裂流体流到裂缝位置所产生的较长时间的声学噪声。对噪声强度和频率进行分析可以确定压裂特性。该方法允许实时控制压裂过程。但是该专利文献并不能针对人工模拟裂缝进行监测，与本专利技术的技术区别较大。
[0006]人工裂缝的长度、高度和宽度差异以及生产流体性质差异，水力压裂过程中携砂液进入不同位置和不同形状的裂缝时以及压裂井压后生产过程中生产流体流经不同位置和不同形状的裂缝进入井筒时，将呈现出不同的声音差异。而且利用高灵敏度和高精度的分布式光纤声音监测技术可以感知这种声音差异，从而实现水力压裂人工裂缝位置确定，再结合相应的数学模型即可获得声音差异与人工裂缝参数的关系，这为利用DAS技术进行
水力压裂裂缝参数诊断提供了理论依据。
[0007]因此，建立一种基于分布式光纤声音监测的水力压裂裂缝监测模拟实验装置及方法用于理论研究水力压裂声音剖面与水力压裂人工裂缝参数关系显得尤为必要。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术公开一种基于分布式光纤声音监测的水力压裂裂缝监测模拟实验装置。
[0009]本专利技术还公开上述实验装置的工作方法。
[0010]本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种基于分布式光纤声音监测的水力压裂裂缝监测模拟实验装置，其特征在于，包括水力压裂裂缝模拟系统1、基于分布式光纤声音监测系统2、工作液供给系统3和产出液收集系统4；
[0012]所述工作液供给系统3为水力压裂裂缝模拟系统1供给液体；
[0013]所述产出液收集系统4负责收集水力压裂裂缝模拟系统1排出的液体；
[0014]所述基于分布式光纤声音监测系统2负责实时监测所述水力压裂裂缝模拟系统1中各个模拟条件改变时所对应产生的声音信号；
[0015]所述基于分布式光纤声音监测系统2通过铠装光缆205与水力压裂裂缝模拟系统1相连，水力压裂裂缝模拟系统1经流体接入孔160、161、162通过井筒入流流体管线316、317、318与工作液供给系统3相连；产出液收集系统4通过井筒流出流体管线325与水力压裂裂缝模拟系统1相连。
[0016]根据本专利技术优选的，所述水力压裂裂缝模拟系统1包括模拟井筒101、模拟井筒上堵头102、模拟井筒下堵头103、裂缝模拟系统11、12、13；所述裂缝模拟系统11、12、13与模拟井筒101上设置的射孔孔眼相连，所述裂缝模拟系统11通过模拟射孔孔眼与所述模拟井筒101相连；所述裂缝模拟系统11、12、13为相同的结构，分别通过模拟井筒101上的模拟射孔孔眼106、107、108、109、110、111与模拟井筒101相连并与模拟井筒101紧密连接；如图1所示布置了裂缝模拟系统11通过模拟射孔孔眼106和模拟射孔孔眼107与模拟井筒101相连、裂缝模拟系统12通过模拟射孔孔眼108和模拟射孔孔眼109与模拟井筒101相连、裂缝模拟系统13通过模拟射孔孔眼110和模拟射孔孔眼111与模拟井筒101相连；所述模拟井筒上堵头102上设置有光缆穿越孔105，供铠装光缆205穿越进入模拟井筒101的内部空间；所述模拟井筒下堵头103上设置有流体穿越孔104：
[0017]当其与井筒流出流体管线325相连时，供工作液流出模拟井筒101；
[0018]当其与井筒入流流体管线316、317、318中的任何一条管线相连时，供工作液流入模拟井筒101。
[0019]其中，所述模拟井筒101包括相连的油田常用套管，所述套管数量可以是1根、2根、5根、10根，也可以是任意多根，以模拟不同长度的生产井段；所述模拟井筒101上对称布置有模拟射孔孔眼106和107、108和109、110和111，以模拟实际储层射孔孔眼状况；所述的对称布置的模拟射孔孔眼106和107、108和109、110和111分别构成相邻的3组射孔孔眼组；所述的射孔孔眼组可以是1组、3组、5组、10组，也可以是任意多组；所述的相邻2组射孔孔眼组之间的距离最小为1米，可以是1米、2米、5米、10米，也可以是大于1米的任意多米；所述模拟
井筒上堵头102和模拟井筒下堵头103通过丝扣连接方式分别与模拟井筒101的上端和下端连接，起密封模拟井筒101作用。
[0020]根据本专利技术优选的，所述基于分布式光纤声音监测系统2包括声音信号接收器202、激光光源201、计算机处理与显示系统203、数据通信缆204、铠装光缆205和光缆声音信号光纤线206；
[0021]所述铠装光缆205通过光缆穿越孔105进入水力压裂裂缝模拟系统1的模拟井筒101并布设在模拟井筒101的内部空间中，以模拟分布式光纤管内暂时性安装监测井筒流体流动。
[0022]所述铠装光缆205由一根高灵敏度、高精度单模感声光纤经无缝不锈钢管铠装而成；铠装光缆205的高灵敏度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤声音监测的水力压裂裂缝监测模拟实验装置，其特征在于，包括水力压裂裂缝模拟系统(1)、基于分布式光纤声音监测系统(2)、工作液供给系统(3)和产出液收集系统(4)；所述工作液供给系统(3)为水力压裂裂缝模拟系统(1)供给液体；所述产出液收集系统(4)负责收集水力压裂裂缝模拟系统(1)排出的液体；所述基于分布式光纤声音监测系统(2)负责实时监测所述水力压裂裂缝模拟系统(1)中各个模拟条件改变时所对应产生的声音信号；所述基于分布式光纤声音监测系统(2)通过铠装光缆(205)与水力压裂裂缝模拟系统(1)相连，水力压裂裂缝模拟系统(1)经流体接入孔通过井筒入流流体管线(316)、(317)、(318)与工作液供给系统(3)相连；产出液收集系统(4)通过井筒流出流体管线(325)与水力压裂裂缝模拟系统(1)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤声音监测的水力压裂裂缝监测模拟实验装置，其特征在于，所述水力压裂裂缝模拟系统(1)包括模拟井筒(101)、模拟井筒上堵头(102)、模拟井筒下堵头(103)、裂缝模拟系统；所述裂缝模拟系统与模拟井筒(101)上设置的射孔孔眼相连；所述模拟井筒上堵头(102)上设置有光缆穿越孔(105)，供铠装光缆(205)穿越进入模拟井筒(101)的内部空间；所述模拟井筒下堵头(103)上设置有流体穿越孔(104)：当其与井筒流出流体管线(325)相连时，供工作液流出模拟井筒(101)；当其与井筒入流流体管线相连时，供工作液流入模拟井筒(101)；所述基于分布式光纤声音监测系统(2)包括声音信号接收器(202)、激光光源(201)、计算机处理与显示系统(203)、数据通信缆(204)、铠装光缆(205)和光缆声音信号光纤线(206)；所述铠装光缆(205)通过光缆穿越孔(105)并布设在模拟井筒(101)的内部空间中，以模拟分布式光纤管内暂时性安装监测井筒流体流动；计算机处理与显示系统(203)通过数据通信缆(204)与声音信号接收器(202)相连，将从声音信号接收器(202)上得到的沿铠装光缆(205)的声音分布数据进行处理，并利用内置的水力压裂过程与压后生产过程监测解释模块进行监测数据解释，以图形和数据方式显示压裂层段位置、进入裂缝模拟系统的流体流量分布和支撑剂体积分布以及产液层段位置和各个压后产液层段的流体流量分布；所述的水力压裂过程与压后生产过程监测解释模块包括数据预处理模块、压裂过程解释模块和压后生产解释模块：所述数据预处理模块用于得到与水力压裂过程中压裂液携带支撑剂进入模拟裂缝流动相关的去噪以后的声音数据，包括步骤1-1)-1-3)：1-1)采用频率-空间反褶积滤波器对模拟水力压裂过程监测过程中采集的声音数据进行处理，得到去除随机尖峰噪声的声音数据；1-2)采用带通滤波器将声音数据的频率范围限制在压裂液携带支撑剂进入模拟裂缝流动的冲击能量范围内，从而消除数据中无关的噪声信号；1-3)得到与水力压裂过程中压裂液携带支撑剂进入模拟裂缝流动相关的去噪以后的声音数据；
所述数据预处理模块用于得到与压后生产过程中地层流体流经裂缝中的支撑剂进入模拟井筒流动相关的去噪以后的声音数据，还包括步骤1-4)-1-6)：1-4)采用频率-空间反褶积滤波器对模拟压后生产过程监测过程中采集的声音数据进行处理，得到去除随机尖峰噪声的声音数据；1-5)采用带通滤波器将声音数据的频率范围限制在地层流体流经裂缝中的支撑剂进入模拟井筒流动的冲击能量范围内，从而消除数据中无关的噪声信号；1-6)得到与压后生产过程中地层流体流经裂缝中的支撑剂进入模拟井筒流动相关的去噪以后的声音数据；所述压裂过程解释模块包括：建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，包括：2-1)建立声强坐标系，模拟井筒长度为横坐标、对压裂液携带支撑剂进入模拟裂缝流动的声音监测的时间为纵坐标；2-2)利用与水力压裂过程中压裂液携带支撑剂进入模拟裂缝流动相关的声音数据在上述声强坐标系中绘制声强“瀑布图”：2-3)定义压开的压裂层段：从声强“瀑布图”上在模拟压裂层段所覆盖的位置范围内提取任意时刻的声强随模拟井筒长度变化的曲线；以在模拟压裂层段所覆盖的位置范围内所提取的任意时刻的声强随模拟井筒长度变化曲线的最小声强值为基础作一条水平线；根据各个模拟压裂层段所覆盖的位置范围，采用面积法计算各个模拟压裂层段所覆盖的位置范围内由最小声强值为基础作的水平线与声强随模拟井筒长度变化的曲线所包围形成的图形的面积；然后，计算面积方差：将模拟压裂层段所对应的曲线所包围形成的图形的面积大于1倍面积方差的模拟压裂层段判断为压开的压裂层段；2-4)计算进入裂缝模拟系统中各个压开的裂缝层段的流体流量和支撑剂体积：利用“瀑布图”中各个压开的压裂层段所对应的曲线所包围形成的图形的面积计算得到总的图形面积；利用各个压开的压裂所对应的曲线所包围形成的图形的面积和总的图形面积，计算得到各个压开的压裂的面积百分比；将总的注入流体流量乘以各个压开的压裂层段的面积百分比，计算得到进入各个压开的压裂层段的流体流量分布；根据总的注入流体中支撑剂与压裂液的比例和计算得到各个压开的压裂层段的流体流量，计算出进入各个压开的压裂层段中的支撑剂体积；最后，以图形和数据方式显示压开的压裂层段位置、进入各个压开的压裂层段的流体流量分布和支撑剂体积分布；所述压后生产解释模块包括：建立声强坐标系和生成声强“瀑布图”，包括：3-1)建立声强坐标系，模拟井筒长度为横坐标、对地层流体流经裂缝中的支撑剂进入模拟井筒流动的声音监测的时间为纵坐标；3-2)利用与压后生产过程中地层流体流经裂缝中的支撑剂进入模拟井筒流动相关的声音数据在上述声强坐标系中绘制声强“瀑布图”：3-3)定义压后产液层段：从声强“瀑布图”上在模拟压裂层段所覆盖的位置范围内提取任意时刻的声强随模拟井筒长度变化的曲线；以在模拟压裂层段所覆盖的位置范围内所提取的任意时刻的声强随模拟井筒长度变化曲线的最小声强值为基础作一条水平线；
根据各个模拟压裂层段所覆盖的位置范围，采用面积法计算各个模拟压裂层段所覆盖的位置范围内由最小声强值为基础作的水平线与声强随模拟井筒长度变化的曲线所包围形成的图形的面积；然后，计算面积方差：将模拟压裂层段所对应的曲线所包围形成的图形的面积大于1倍面积方差的模拟压裂层段判断为压后产液层段；3-4)计算裂缝模拟系统中各个压后产液层段的流体流量：利用各个压...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘均荣，李一强，梁文博，刘庆文，
申请(专利权)人：朴牛上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：