中文題目：利用井間電磁測量表征導電水力裂縫

論文題目：Characterization of electrically conductive hydrofractures with cross borehole electromagnetic measurement

錄用期刊/會議：Acta Geophysica (中科院大類4區)

錄用/見刊時間：2024年10月23日

作者列表：

1）吳世偉 中國石油大學（北京）人工智能學院 控制科學與工程 博23

2）劉得軍 中國石油大學（北京）人工智能學院 電子系教授

3）黃文慧 中國石油大學（北京）人工智能學院 新一代電子信息技術 研23

4）張城煌 中國石油大學（北京）人工智能學院 新一代電子信息技術 研23

摘要:

本文提出了一種井間電磁測量技術用于評估大規模水力裂縫。采用三維有限元法建立水平井水力壓裂模型，并研究了裂縫幾何參數與測量信號之間的關系。數值結果表明，同軸分量信號可以有效地表征水力裂縫方面。信號對T-R間距、裂縫電導率、半長和數量表現出更高的敏感性。本研究表明，井間測量方法是監測裸眼井水力壓裂的有效技術，具有廣闊的應用前景。

背景與動機:

水力壓裂一直是提高非常規頁巖油藏產量的主要技術。水力裂縫幾何形狀的精確識別對于可靠的生產評估和預測至關重要。最近，井間電磁成像已成為繪制兩個鉆孔之間電阻率的可行方法。該技術已被證明是監測裂縫的有價值的工具，增強了對頁巖變異性和流體前沿跟蹤的理解，同時克服了檢測深度的固有局限性。井間電磁感應測量通過在儲層尺度上繪制井間區域來解決其他測井方法的局限性。因此，通過井間電磁感應技術探索水力裂縫特征具有至關重要的科學意義和實用價值。

主要內容:

我們首先驗證了采用井間測量方法表征水力裂縫的可行性。該模型考慮了具有水平裂縫群的儲層中的情況。然后，我們通過使用不同的例子證明了測量方法對各種斷裂參數的敏感性。最后，我們考慮了一個案例研究，以評估這種方法在復雜情況下的適用性。

圖1 TFRM-BAC模型的仿真結果

圖2 不同參數下對稱裂縫的響應結果

如圖1所示，xx分量適用于表征TFRM或TMRM模型中的水力裂縫。TFRM模型的信號峰值幾乎是TMRM模型的兩倍，信號極性相反。此外，TFRM模型在鉆孔A和C中的測量結果顯示出高度的相似性。我們發現，與發射器頻率和裂縫縱橫比相比，信號對T-R間距、裂縫導流能力、裂縫半長和裂縫數量表現出更大的敏感性。這是因為信號峰值主要取決于裂縫中支撐劑的數量，而不是裂縫的空間方向。如圖2所示，最佳監測會發生在收發器監測到的磁場方向垂直于裂縫所在的表面時。我們還注意到，分層地層在與電阻地層相互作用時會降低信號振幅。一般來說，井間測量技術可以在高電阻地質環境中有效地執行。如圖3所示，通過綜合案例，我們發現TFRM更適合確定裂縫方向，而TMRM更適合描述裂縫振幅。

圖3 TFRM和TMRM模型的井間EM響應比較

結論:

本文提出了一種基于三維有限元正演算法的裂縫診斷井間測量方法。我們具體分析了正演的結果，得出以下結論：模擬顯示，裂縫位置存在明顯的磁異常；同時，同軸分量信號（xx，yy，zz）在TFRM和TMRM模型中被證明在表征徑向和軸向水力裂縫方面非常有效。與發射器頻率和裂縫縱橫比相比，信號對T-R間距、裂縫導流能力、裂縫半長和裂縫數量等參數表現出更高的敏感性。特別是，這種敏感性在很大程度上取決于T-R間距以及裂縫導流能力的結構和大小。壓裂液和井眼位置的配置對于獲取最佳裂縫信號至關重要。不對稱裂縫的張開角度應大于120°，以確保有效的壓裂。此外，井間測量技術可以在高阻地質環境中有效地執行。在分段壓裂監測案例研究中，建議使用TFRM來確定裂縫方向，而TMRM更適合表征裂縫大小。然而，軸向不對稱裂縫信號的信號質量較差，高電導率地層界面可能導致裂縫信號分裂為兩個峰值，使裂縫定位復雜化。未來的研究可以專注于解決小裂縫中弱信號的挑戰，以及在復雜地質環境中檢測裂縫。

作者簡介:

通訊作者簡介:劉得軍，教授，中國石油大學（北京），人工智能學院電子信息工程系，博士生導師。研究方向：電磁測量方法與數值模擬技術、電纜高速數據傳輸理論與技術、機電測量系統虛擬樣機設計等?？傆嫲l表科學論文150余篇。

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