科研動(dòng)態(tài)
用于鋼套管井水力壓裂帶診斷的三維跨井測量數(shù)值模擬研究
中文題目：用于鋼套管井水力壓裂帶診斷的三維跨井測量數(shù)值模擬研究
論文題目：Numerical simulation study of 3D crosswell measurement for hydraulic fracture zone diagnostics in steel-cased boreholes
錄用期刊/會議：SPE Journal (中科院大類3區(qū))
錄用時(shí)間：2024年11月18日
作者列表：
1） 吳世偉 中國石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 控制科學(xué)與工程 博23
2） 劉得軍 中國石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 電子系教授
3） 李 洋 中國石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 控制科學(xué)與工程 博20
4） 孟 晉 中國石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 控制科學(xué)與工程 博19摘要:
激發(fā)的鋼套管井為監(jiān)測高導(dǎo)電性水力裂縫帶提供了顯著的潛力。本文提出了一種用于診斷鋼套管井中水力裂縫帶的跨井測量方法。在動(dòng)態(tài)監(jiān)測裂縫過程中，向鋼套管井施加高功率直流電，并測量相鄰裸眼井上的電位。數(shù)值結(jié)果表明，測量信號對裂縫的大小、厚度和導(dǎo)電性高度敏感。在分段裂縫監(jiān)測的研究中，水力壓裂前后觀察到的信號差異清晰地揭示了裂縫帶在壓裂過程中的延展方向。該研究表明，跨井測量方法是一種用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測鋼套管井中水力裂縫的有效的技術(shù)，并具有良好的應(yīng)用前景。
背景與動(dòng)機(jī):
水力壓裂是能源開采中的一種關(guān)鍵方法，特別用于提高致密油藏中的石油回收率，并改善地?zé)豳Y源的熱效率。由于頁巖地層的電導(dǎo)率低于電支撐劑裂縫帶，一些學(xué)者依賴電磁學(xué)發(fā)展了多種測井技術(shù)，旨在準(zhǔn)確描繪裸眼井中的水力裂縫特征。然而，當(dāng)在套管井中運(yùn)用這些技術(shù)時(shí)，情況就變得更為復(fù)雜。這是由于常見的磁性鋼套管材料具有顯著的導(dǎo)電性，會造成透射電磁場嚴(yán)重衰減。基于上述背景，一些學(xué)者認(rèn)為電流測量是獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)（例如地層邊界和儲層中的油氣飽和度）的有效手段。然而，這些方法往往伴隨著微弱信號的產(chǎn)生，這些信號極易被背景噪聲所掩蓋，從而大大增加了準(zhǔn)確識別裂縫帶信號的難度。因此，我們考慮采用近場監(jiān)測方法來提高裂縫帶的可監(jiān)測性。
主要內(nèi)容:
本文首先驗(yàn)證了跨井測量方法表征水力裂縫帶的可行性。該模型考慮了具有單個(gè)裂縫帶的套管井的情況。然后，通過使用不同的例子研究了測量信號對各種裂縫帶、背景地層和井眼參數(shù)的敏感性。對于所有模型，均考慮嵌入電阻性頁巖儲層的水平井。最后，研究了分段壓裂，以評估這種方法在復(fù)雜情況下的適用性。
圖1 跨井測量法的驗(yàn)證模型
圖2 跨井測量法響應(yīng)結(jié)果
圖1顯示了驗(yàn)證模型的二維橫截面，圖2顯示了響應(yīng)結(jié)果。不難發(fā)現(xiàn)在壓裂前信號幅值隨著靠近套管井眼而增加，然而壓裂后，信號振幅整體增加，并且接收器水平移動(dòng)時(shí)可以觀察到壓裂帶的峰值信號。通過比較壓裂前后的電位差，我們可以識別出峰值和谷值，分別表示裂縫帶沿z軸和x軸的信號強(qiáng)度?？缇疁y量方法的信號幅度比井地測量方法大3個(gè)數(shù)量級，顯著提高了裂縫帶的可監(jiān)測性。因此，跨井測量方法對于監(jiān)測水力裂縫是可行的，并且可以為電流測量提供令人信服的結(jié)果。圖3顯示了不同參數(shù)下對稱裂縫帶的電位響應(yīng)，圖4顯示了復(fù)雜地質(zhì)和井眼條件下的電位響應(yīng)，圖5顯示了分段壓裂帶的電位響應(yīng)。
圖3 不同參數(shù)下對稱裂縫帶的電位響應(yīng)
圖4 對稱裂縫帶中的電位響應(yīng)隨背景電導(dǎo)率、套管井傾角和裸眼轉(zhuǎn)彎半徑而變化
圖5 分段壓裂帶的電位響應(yīng)
結(jié)論:
本文提出了一種用于診斷鋼套管井中水力裂縫帶的跨井測量方法。裂縫的存在改變了電流從源（套管）進(jìn)入頁巖地層的路徑，從而改變了沿套管的電位分布。測量信號對裂縫的位置、大小、厚度和電導(dǎo)率高度敏感，對稱裂縫帶的各種參數(shù)只影響電位分布的振幅，不影響其形狀。此外，盡可能減小測量線與非對稱裂縫帶之間的距離至關(guān)重要。一般來說，跨井測量技術(shù)可以在高電阻地質(zhì)環(huán)境中有效地執(zhí)行。套管井眼傾斜角度和裸眼井轉(zhuǎn)彎半徑對測量信號沒有顯著影響。在分段壓裂的研究中，水力壓裂前后的信號差異清楚地反映了壓裂過程中裂縫帶的延展方向。如果監(jiān)測井和裂縫帶之間的距離保持在特定閾值以下，則可以獲得高質(zhì)量的測量信號。因此，跨井測量技術(shù)對于監(jiān)測壓裂過程中的動(dòng)態(tài)變化是有效的。上述發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)電流裂縫監(jiān)測配置提供了一定的指導(dǎo)。其主要優(yōu)點(diǎn)在于利用背景地質(zhì)和壓裂帶之間的電導(dǎo)率差異來表征水力裂縫。然而，由于現(xiàn)實(shí)世界水力裂縫的復(fù)雜性，本文的數(shù)值模擬結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中可能會出現(xiàn)一些偏差。未來的工作可以側(cè)重于將該方法應(yīng)用于實(shí)際的水力裂縫監(jiān)測中，并將其擴(kuò)展到更復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造。
作者簡介:
劉得軍，教授，中國石油大學(xué)（北京），人工智能學(xué)院電子信息工程系，博士生導(dǎo)師。研究方向：電磁測量方法與數(shù)值模擬技術(shù)、電纜高速數(shù)據(jù)傳輸理論與技術(shù)、機(jī)電測量系統(tǒng)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)等?？傆?jì)發(fā)表科學(xué)論文150余篇。
聯(lián)系方式：Email: liudj65@163.com