储层压裂监测中可控源倾子电磁法应用基础研究

It is very important to develop the unconventional oil and gas resources and maximizing its capacity depends upon the monitoring of fractures particularly how they develop as well as the distribution range of fracturing fluid in reservoir fracturing. However, the electromagnetic exploration method is very sensitive to the reservoir’s resistivity changes. These changes are caused by the change of volume in hydraulic fracturing fluid and the direction of the injected fluid which normally has very low resistivity. The tipper data is used to examine the space distribution effect of vertical or inclined abnormal body especially for finding faults, determining its orientation and tendency, buried depth and scale. Thus electromagnetic methods can play an important role in monitoring because they are sensitive to these changes. This project will set up the dynamic geo-electric model of shale gas fracturing by analyzing shale reservoir electrical parameters under the displacement condition of both high temperature and pressure. The basic theoretical research of tipper electromagnetic method and the mechanism of fracture identification with different forms will be carried out under multiple sources. The research will include 3D fast data acquisition, processing and imaging technology in controlled source tipper electromagnetic method. According to the characteristics of different tipper data, the best interpretation parameters of accurately evaluating the distribution range and position of fracturing fluid will be analyzed. Our main aim is to achieve the rapid and accurate evaluation of fracture location and evaluating the fracturing effect.

在储层压裂过程中动态监测压裂改造裂缝的发育程度和模式及压裂液的分布范围对非常规油气资源的开发与产能评价至关重要。而电磁勘探方法对水力压裂过程中注入的低阻压裂液的走向以及体积的大小变化所引起的储层的电性变化是非常敏感的，因此电磁勘探技术有望在储层压裂监测中发挥重要作用。其中电磁勘探中的倾子资料用于解释垂直或倾斜异常体的空间分布情况时效果明显，特别适用于用来寻找断裂，判断其走向、倾向、埋深和规模。本项目拟通过高温高压驱替条件下的页岩储层电性参数的测试方法与技术研究，建立页岩气压裂动态地电模型，在此基础上开展复合源条件下的倾子电磁法基本理论研究以及不同压裂形态的裂缝识别机理研究。研究可控源倾子资料三维采集方法、快速数据处理与成像方法，结合不同倾子资料的特性，研究用于准确评价压裂液分布范围以及位置的最佳解释参数，达到快速准确描述压裂裂缝以及压裂液分布范围的目的，进而评价压裂效果。

非常规能源在开发过程中往往采用工程压裂技术，在压裂过程中如何对储层产生的人造裂缝的形态、走向以及长度等进行精确刻画，直接影响着非常规能源的高效开发，且储层在压裂过程中随着低阻压裂液的注入势必会引起储层电性参数的变化。这为电磁法在储层压裂监测中的应用提供了物性基础。而倾子资料不仅反映了大地构造水平横向变化且对低阻体反映较灵敏。基于此背景，本项目开展了可控源倾子电磁法在储层压裂监测中的应用基础研究。. 本项目在高温高压条件下对页岩岩样在不同地层条件下、不同流体及不同含水饱和度情况下的物性进行了测量，分析了页岩在上述条件下的电阻率和相位的变化规律。基于非结构有限单元法实现了复合源倾子电磁法的三维正演模拟并开发了相应的软件，结合我国南方地区实际的地电模型开展了频率倾子和张量倾子的各个参数对储层压裂的灵敏度分析。采用多重最小二乘算法实现了可控源倾子资料的提取，借助于已有的页岩储层压裂动态监测数据开展了归一化残差成像和压裂液饱和度成像算法研究，获得了压裂过程中压裂液的空间展布范围，达到了储层压裂动态监测的目标。. 利用实验室已有的设备开展了不同条件下的页岩储层物性测试，发现页岩在压裂过程中电阻率和相位发生了明显的变化，这为构建真实的页岩储层改造动态演化地电模型提供了依据。基于非结构有限单元法，直接采用形函数积分法实现了复合源条件下的可控源电磁场三维正演模拟，借助于频率倾子和张量倾子的计算公式得到了复合源倾子响应。对实际的压裂动态演化模型的倾子响应分析发现张量倾子的振幅对储层压裂动态变化最灵敏。对实测的可控源磁场数据采用多重最小二乘拟合算法实现了倾子资料的高效提取，利用对数域归一化残差成像算法和压裂液饱和度成像算法实现了压裂过程中压裂液空间展布的精确刻画，得出复合源倾子可用于储层压裂动态监测。