中文题目：利用井间电磁测量表征导电水力裂缝

论文题目：Characterization of electrically conductive hydrofractures with cross borehole electromagnetic measurement

录用期刊/会议：Acta Geophysica (中科院大类4区)

录用/见刊时间：2024年10月23日

作者列表：

1）吴世伟 中国石油大学（北京）人工智能学院 控制科学与工程 博23

2）刘得军 中国石油大学（北京）人工智能学院 电子系教授

3）黄文慧 中国石油大学（北京）人工智能学院 新一代电子信息技术 研23

4）张城煌 中国石油大学（北京）人工智能学院 新一代电子信息技术 研23

摘要:

本文提出了一种井间电磁测量技术用于评估大规模水力裂缝。采用三维有限元法建立水平井水力压裂模型，并研究了裂缝几何参数与测量信号之间的关系。数值结果表明，同轴分量信号可以有效地表征水力裂缝方面。信号对T-R间距、裂缝电导率、半长和数量表现出更高的敏感性。本研究表明，井间测量方法是监测裸眼井水力压裂的有效技术，具有广阔的应用前景。

背景与动机:

水力压裂一直是提高非常规页岩油藏产量的主要技术。水力裂缝几何形状的精确识别对于可靠的生产评估和预测至关重要。最近，井间电磁成像已成为绘制两个钻孔之间电阻率的可行方法。该技术已被证明是监测裂缝的有价值的工具，增强了对页岩变异性和流体前沿跟踪的理解，同时克服了检测深度的固有局限性。井间电磁感应测量通过在储层尺度上绘制井间区域来解决其他测井方法的局限性。因此，通过井间电磁感应技术探索水力裂缝特征具有至关重要的科学意义和实用价值。

主要内容:

我们首先验证了采用井间测量方法表征水力裂缝的可行性。该模型考虑了具有水平裂缝群的储层中的情况。然后，我们通过使用不同的例子证明了测量方法对各种断裂参数的敏感性。最后，我们考虑了一个案例研究，以评估这种方法在复杂情况下的适用性。

图1 TFRM-BAC模型的仿真结果

图2 不同参数下对称裂缝的响应结果

如图1所示，xx分量适用于表征TFRM或TMRM模型中的水力裂缝。TFRM模型的信号峰值几乎是TMRM模型的两倍，信号极性相反。此外，TFRM模型在钻孔A和C中的测量结果显示出高度的相似性。我们发现，与发射器频率和裂缝纵横比相比，信号对T-R间距、裂缝导流能力、裂缝半长和裂缝数量表现出更大的敏感性。这是因为信号峰值主要取决于裂缝中支撑剂的数量，而不是裂缝的空间方向。如图2所示，最佳监测会发生在收发器监测到的磁场方向垂直于裂缝所在的表面时。我们还注意到，分层地层在与电阻地层相互作用时会降低信号振幅。一般来说，井间测量技术可以在高电阻地质环境中有效地执行。如图3所示，通过综合案例，我们发现TFRM更适合确定裂缝方向，而TMRM更适合描述裂缝振幅。

图3 TFRM和TMRM模型的井间EM响应比较

结论:

本文提出了一种基于三维有限元正演算法的裂缝诊断井间测量方法。我们具体分析了正演的结果，得出以下结论：模拟显示，裂缝位置存在明显的磁异常；同时，同轴分量信号（xx，yy，zz）在TFRM和TMRM模型中被证明在表征径向和轴向水力裂缝方面非常有效。与发射器频率和裂缝纵横比相比，信号对T-R间距、裂缝导流能力、裂缝半长和裂缝数量等参数表现出更高的敏感性。特别是，这种敏感性在很大程度上取决于T-R间距以及裂缝导流能力的结构和大小。压裂液和井眼位置的配置对于获取最佳裂缝信号至关重要。不对称裂缝的张开角度应大于120°，以确保有效的压裂。此外，井间测量技术可以在高阻地质环境中有效地执行。在分段压裂监测案例研究中，建议使用TFRM来确定裂缝方向，而TMRM更适合表征裂缝大小。然而，轴向不对称裂缝信号的信号质量较差，高电导率地层界面可能导致裂缝信号分裂为两个峰值，使裂缝定位复杂化。未来的研究可以专注于解决小裂缝中弱信号的挑战，以及在复杂地质环境中检测裂缝。

作者简介:

通讯作者简介:刘得军，教授，中国石油大学（北京），人工智能学院电子信息工程系，博士生导师。研究方向：电磁测量方法与数值模拟技术、电缆高速数据传输理论与技术、机电测量系统虚拟样机设计等。总计发表科学论文150余篇。

联系方式：Email: liudj65@163.com