用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。瓦斯抽采效率做定量计算。瓦斯抽采效率做定量计算。

【技术实现步骤摘要】
用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置及方法


[0001]本专利技术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
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]但是，将上述专利技术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：
[0004](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。
[0005](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。

技术实现思路

[0006]为解决以上问题，本专利技术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。
[0007]根据本专利技术的一个实施例，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：
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]所述水力压裂裂缝模拟组件数量可变。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]所述模拟装置还包括用于推拉和旋转瞬变电磁模拟装置的仪器旋转接杆。
[0016]所述模拟装置还包括用于控制瞬变电磁模拟装置居中以及定位的仪器偏心及旋转定位轴承。
[0017]所述模拟装置还包括用于采集和记录瞬变电磁探测信号的采集部件。
[0018]本专利技术的有益效果是：填补了水力压裂地层钻孔瞬变电磁探测定量模拟装置的空白，本装置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。本专利技术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。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
[0020]图1是根据本专利技术的一个实施例的一种水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应水槽模拟装置结构示意图；
[0021]图2是根据本专利技术的一个实施例的裂缝网结构示意图；
[0022]图3是根据本专利技术的一个实施例的裂缝网结构示意图；
[0023]图4是根据本专利技术的一个实施例的一种水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应水槽模拟装置中的长方体硅胶空腔单翼示意图；
[0024]图5是根据本专利技术的一个实施例的一种水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应水槽模拟装置中的椭圆硅胶空腔单翼示意图；
[0025]其中，1.水槽；2.模拟钻孔；3.钻孔瞬变电磁仪器；4.孔外控制端；5.仪器旋转接杆；6.仪器偏心及旋转定位轴承；7.裂缝骨架网；8.外定位轴承；9.密封圈；10.长方体硅胶空腔；11椭圆硅胶空腔；12.铰接块。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。
[0027]如图1所示，该水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应水槽模拟装置包括水槽1、水力压裂裂缝模拟组件、钻孔瞬变电磁仪模拟组件和模拟钻孔2。其中水槽1用于盛放矿化度可控的溶液，用以模拟不同导电能力的原状地层；裂缝模拟组件由裂缝骨架网7、外定位轴承8、长方体硅胶空腔10、椭圆硅胶空腔11和铰接快12组成，置于水槽1中用以模拟水力压裂裂缝；用以模拟测量的仪器3(可用实际的仪器)、用于推拉和旋转瞬变电磁模拟装置的仪器旋转接杆5、用于扶正仪器并控制旋转的仪器偏心及旋转定位轴承6；钻孔模拟组件由模拟钻孔2和密封圈9组成。
[0028]该水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应水槽模拟装置通过调节水槽1中充填溶液的电阻率，用以模拟不同原状地层电阻率对水力压裂裂缝地层钻孔瞬变电磁响应的影响，通过调整水力压裂裂缝模拟组件的物理参数实现不同电阻率、倾斜角度、发育长度的卡特模型和KGD模型水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应模拟，解决了水力压裂裂缝参数钻孔瞬变电磁响应定量模拟测量难题。
[0029]如图1所示，模拟原状地层的水槽1可为立方体水槽，充填矿化度可控的蒸馏水溶液，用以模拟不同电阻率地层基岩导电。例如，在水槽1中充注矿化度可控的氯化钠溶液，调节氯化钠浓度以使溶液电阻率等于基岩电阻率。
[0030]在本专利技术的一个实施例中，裂缝模拟组件中裂缝骨架网7由PVC材质制作而成，是铰接长方体硅胶空腔10和椭圆硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置，其特征在于，包括：水槽(1)，用于盛放第一电介质；水力压裂裂缝模拟组件，包括：一贯穿所述水槽(1)的模拟钻孔(2)；一设置于所述模拟钻孔(2)上的裂缝骨架网(7)；一设置于所述裂缝骨架网(7)上的第二电介质；所述第二电介质的电导率不同于所述第一电介质体。2.根据权利要求1所述的一种用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置，其特征在于，所述第二电介质体为一盛放有第二电介质的空腔载体，所述第二电介质不同于第一电介质。3.根据权利要求2所述的一种用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置，其特征在于，所述空腔载体为长方体空腔和/或椭圆空腔。4.根据权利要求1所述的一种用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置，其特征在于，所述裂缝骨架网通过外定位轴承固定于模拟钻孔的外围。5.根据权利要求1所述的一种用于模拟水力压裂地层钻孔瞬变电磁响应的装置，其特征在于，还包括：钻孔瞬变电磁模拟组件，所述钻孔瞬变电磁模拟组件包括：瞬变电磁测量装置，所述瞬变电磁测量装置设置于所述模拟钻孔(2)内，并连接有一仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇腾，范涛，李萍，赵佳佳，赵睿，蒋必辞，刘磊，田小超，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：