專利名稱：基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種監(jiān)測壓裂裂縫的系統(tǒng)和方法，特別是一種基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著能源緊缺趨勢增加，非常規(guī)能源開發(fā)已經(jīng)提到了能源發(fā)展的重要日程。致密油氣藏的儲量相當可觀，但其滲透率通常處在納達西級范圍，必須采取水力壓裂措施才能實現(xiàn)商業(yè)開采。水力壓裂的效果不僅與壓后裂縫的導(dǎo)流能力有關(guān)，而且與基于裂縫實時監(jiān)測結(jié)果的施工工藝有關(guān)。因此，有效的裂縫監(jiān)測技術(shù)對提高水力壓裂效果尤為重要。掌握裂縫的特征和支撐劑在裂縫中的分布對部署井位和井距、優(yōu)化裂縫參數(shù)和施工工藝、提高采收率等具有重要的實際意義。業(yè)界已應(yīng)用多 種方法監(jiān)測水力壓裂措施效果，如微地震、測斜儀等遠場監(jiān)測方法以及放射性示蹤劑測井、井溫測井等近場監(jiān)測方法。微地震監(jiān)測方法主要是通過檢測裂縫延伸過程中在巖石內(nèi)部因剪切破壞而產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，以此來研究儲層中裂縫延伸過程和裂縫參數(shù)。然而，許多記錄的微地震信號與被支撐劑所支撐的裂縫是無關(guān)的(如地震信號可能由不含支撐劑的裂縫所引起，也可能由其它非水力連通區(qū)的巖石釋放應(yīng)力時所引起)，并且不同點產(chǎn)生的地震波將相互作用并干擾接收器接收的最終信號，所以微地震監(jiān)測不是非常精確。傾斜儀通過監(jiān)測壓裂造成的地層傾斜來反演確定裂縫參數(shù)，該方法隨深度增加其垂向分辨率下降，不能將壓裂區(qū)域中被壓開和未被壓開的層段區(qū)分開來，也不能有效地確定裂縫是否延伸到預(yù)期裂縫位置以外的區(qū)域。這兩種遠場監(jiān)測方法只能在壓裂過程中實施，不能進行壓后重復(fù)測量，不能確定支撐劑在裂縫中的分布，也即不能確定有效裂縫參數(shù)。聲學(xué)測井方法利用壓裂液進入井筒的聲音變化情況確定壓裂液流動的差異，從而得到井筒裂縫的大致高度，但聲學(xué)測井方法受巖石類型、地層孔隙度、孔隙幾何結(jié)構(gòu)、井筒條件以及地層中天然裂縫等因素的影響，可檢測裂縫高度、寬度和方位。溫度測井測量壓裂液注入引起的地層溫度變化，將壓裂后的測井數(shù)據(jù)和基線測量結(jié)果進行比較來確定壓裂層段和裂縫高度。溫度響應(yīng)與流體有關(guān)而與支撐劑分布無關(guān)。放射性同位素示蹤劑法是在壓裂過程中將放射性示蹤劑加入壓裂液中，壓裂后進行光譜伽瑪射線測井，以此來解釋裂縫參數(shù)。這種方法存在半衰期、放射性等問題，并且放射性材料隨壓裂液在裂縫行進過程中可能出現(xiàn)分層/分離現(xiàn)象，解釋的結(jié)果并不能反映實際的裂縫結(jié)構(gòu)。最近國外提出將HTNCC(高能熱中子捕獲混合物)燒結(jié)在支撐劑中，然后采用中子或補償中子測井工具、脈沖中子捕獲測井工具或壓后補償中子測井工具進行裂縫測量，以此確定裂縫高度和支撐劑位置。這種方法不但解決了示蹤劑的放射性問題和可能存在的示蹤劑分離/分層問題，而且還可以實現(xiàn)壓后重復(fù)測量?，F(xiàn)有的近場裂縫監(jiān)測技術(shù)需要在壓裂后立即進行測量，不具備實時監(jiān)測的能力，并且僅能獲得近井筒范圍內(nèi)的裂縫參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，不但有效地解決了壓裂過程中實時監(jiān)測、壓裂后重復(fù)測量有效水力裂縫的問題，而且還提供了一種水力壓裂返排過程中監(jiān)測支撐劑運移的裝置和方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案:
一種基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，包括:磁性支撐劑容器、非磁性支撐劑容器、支撐劑混合容器、混砂車、高壓泵組、壓裂液容器、磁性支撐劑輸送管線、非磁性支撐劑輸送管線、混合支撐劑輸送管線、壓裂液輸送管線、第一混砂液輸送管線、計算機數(shù)據(jù)處理中心、磁力計、磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、高壓泵組、第二混砂液輸送管線；其特征在于:磁性支撐劑容器中儲存磁性支撐劑，非磁性支撐劑容器中儲存非磁性支撐劑；所述的磁性支撐劑容器通過磁性支撐劑輸送管線與支撐劑混合器相連、非磁性支撐劑容器通過非磁性支撐劑輸送管線與支撐劑混合器相連；磁性支撐劑、非磁性支按預(yù)定體積比例進入支撐劑混合器中進行均勻混合形成混合支撐劑；所述的支撐劑混合器通過混合支撐劑輸送管線與混砂車相連，壓裂液容器通過壓裂液輸送管線與混砂車相連；經(jīng)支撐劑混合器進行均勻混合后的混合支撐劑通過混合支撐劑輸送管線進入混砂車；壓裂液容器中儲存壓裂液，壓裂液通過壓裂液輸送管線進入混砂車；支撐劑和壓裂液在混砂車內(nèi)混合均勻形成混砂液；混砂車通過第一混砂液輸送管線與高壓泵組相連，高壓泵組通過第二混砂液輸送管線與壓裂井的井筒相連；所述的經(jīng)混砂車均勻混合后的混砂液通過第一混砂液輸送管線進入高壓泵組增壓，經(jīng)增壓后的高壓混砂液經(jīng)第二混砂液輸送管線進入壓裂井的井筒中，然后經(jīng)過混砂液進入裂縫的通道進入水力裂縫中；磁力計通過通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連，計算機數(shù)據(jù)處理中心采集、保存磁力計的測量信息并計算、顯示支撐劑分布狀態(tài)和水力裂縫參數(shù)。優(yōu)選地，磁力計包括地面磁力計、壓裂井磁力計和/或鄰井磁力計。優(yōu)選地，地面磁力計通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連，壓裂井磁力計通過壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連，鄰井磁力計通過鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連。優(yōu)選地，所述磁性支撐劑占混合支撐劑的體積比例在10%到100%之間；磁性支撐
劑容器帶有磁屏蔽裝置。優(yōu)選地，所述的地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計為超導(dǎo)量子干涉儀；地面磁力計位于以壓裂井為中心的地面上，由多個磁力計構(gòu)成一個磁力計組，從地面監(jiān)測磁參數(shù)變化；壓裂井磁力計位于壓裂井井筒中的壓裂層段附近，由多個磁力計構(gòu)成一個磁力計組，從壓裂井本井監(jiān)測磁參數(shù)變化；鄰井磁力計位于鄰井中與壓裂井壓裂層段深度對應(yīng)的深度處，由多個磁力計構(gòu)成一個磁力計組，從鄰井中監(jiān)測磁參數(shù)變化?；诖判灾蝿┑乃α芽p監(jiān)測方法，采用上述監(jiān)測系統(tǒng)，采用實時監(jiān)測方式，在布置好壓裂井的監(jiān)測現(xiàn)場后開始壓裂全過程監(jiān)測，具體步驟如下:
步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場
在壓裂設(shè)備和壓裂材料進入壓裂現(xiàn)場之前，根據(jù)壓裂井周圍實際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一組地面 磁力計，在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計，在鄰井中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計，并將地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連；
步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心，測量初始背景磁場；
步驟3:壓裂設(shè)備和壓裂材料現(xiàn)場就位；
步驟4:測量壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場；
步驟5:向井筒中注入前置液，在預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成水力裂縫；
步驟6:將磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器中均勻混合，然后與壓裂液在混砂車中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井井筒中；
步驟7:在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的裂縫之前測量支撐劑進入裂縫前的背景磁場；
步驟8:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入裂縫的強化磁場；
步驟9:根據(jù)步驟8所測量的支撐劑進入裂縫的強化磁場和步驟7所測量的支撐劑進入裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對t匕，實時顯示壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟10:壓裂井井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫中時，測量支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場；
步驟11:根據(jù)步驟10所測量的支撐劑全`部替入裂縫時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示支撐劑全部進入水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。一種水力壓裂返排過程實時監(jiān)測方法的工作方法，包括上述的工作方法，其特征在于，還需進行如下步驟:
步驟12:壓裂液返排過程中測量壓裂液返排時的強化磁場；
步驟13:根據(jù)步驟12所測量的壓裂液返排時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示壓裂液返排過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟14:壓裂液返排結(jié)束時測量壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場；
步驟15:根據(jù)步驟14所測量的壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，顯示壓裂液返排結(jié)束后磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。一種壓裂井投產(chǎn)一段時間后進行重復(fù)/多次水力裂縫監(jiān)測方法的工作方法，采用上述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟:
步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場壓裂井投產(chǎn)一段時間后進行重復(fù)/多次水力裂縫監(jiān)測作業(yè)，根據(jù)壓裂井周圍實際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一組地面磁力計，在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計，在鄰井中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計，磁力計的布置數(shù)量和布置位置與該井進行最近一次水力壓裂作業(yè)過程中實時監(jiān)測水力裂縫時的磁力計布置數(shù)量和布置位置保持一致；并將地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連；
步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心，測量壓裂井投產(chǎn)一段時間后的強化磁場；
步驟3:根據(jù)步驟2所測量的壓裂井投產(chǎn)一段時間后的強化磁場和該井實施最近一次水力壓裂作業(yè)時所測量的初始背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，顯示壓裂井投產(chǎn)一段時間后磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。一種壓裂井投產(chǎn)一段時間后進行重復(fù)壓裂時水力裂縫實時監(jiān)測方法的工作方法，采用上述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟:
步驟1:監(jiān)測現(xiàn)場布置
壓裂井投產(chǎn)一段時間后在該井進行重復(fù)壓裂作業(yè)，在壓裂設(shè)備和壓裂材料進入壓裂現(xiàn)場之前，根據(jù)壓裂井周圍實際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一組地面磁力計，在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計，在鄰井中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計，磁力計的布置數(shù)量和布置位置與該井進行最近一次水力壓裂作業(yè)過程中實時監(jiān)測水力裂縫時的磁力計布置數(shù)量和布置位置保持一致；并將地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連；步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心，測量重復(fù)壓裂前的初始背景磁場；
步驟3:壓裂設(shè)備和壓裂材料現(xiàn)場就位；
步驟4:測量壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場；
步驟5:向井筒中注入前置液，在預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成水力裂縫；
步驟6:將磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器中均勻混合，然后與壓裂液在混砂車中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井井筒中；
步驟7:在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的裂縫之前測量支撐劑進入裂縫前的背景磁場；
步驟8:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入裂縫的強化磁場；
步驟9:根據(jù)步驟8所測量的支撐劑進入裂縫的強化磁場和步驟7所測量的支撐劑進入裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對t匕，實時顯示重復(fù)壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟10:壓裂井井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫中時，測量支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場； 步驟11:根據(jù)步驟10所測量的支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示重復(fù)壓裂時支撐劑全部進入水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。一種多級壓裂水力裂縫實時監(jiān)測方法的工作方法，采用上述的監(jiān)測系統(tǒng)，包括如下步驟:
步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場
在壓裂設(shè)備和壓裂材料進入壓裂現(xiàn)場之前，根據(jù)壓裂井周圍實際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一組地面磁力計，在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計，在鄰井中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計，并將地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連；
步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心，測量初始背景磁場；
步驟3:壓裂設(shè)備和壓裂材料現(xiàn)場就位；
步驟4:測量壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場；
步驟5:向井筒中注入前置液，在第一個預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成第一級水力裂縫；
步驟6:將磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器中均勻混合，然后與壓裂液在混砂車中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井井筒中；
步驟7:在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的第一級水力裂縫之前測量支撐劑進入第一級水力 裂縫前的背景磁場；
步驟8:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入第一級水力裂縫的強化磁場；
步驟9:根據(jù)步驟8所測量的支撐劑進入第一級水力裂縫的強化磁場和步驟7所測量的支撐劑進入第一級水力裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示第一級水力裂縫壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟10:壓裂井井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫中時，測量支撐劑全部替入第一級水力裂縫時的強化磁場；
步驟11:根據(jù)步驟10所測量的支撐劑全部替入第一級水力裂縫時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示支撐劑全部進入第一級水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)；
步驟12:壓裂液返排，完成第一級水力裂縫壓裂，測量第一級水力裂縫壓裂作業(yè)壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場；
步驟13:向井筒注入前置液，在第二個預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成第二級水力裂
縫；步驟14:向井筒注入磁性支撐劑、非磁性支撐劑和壓裂液均勻混合的混砂液；在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的第二級水力裂縫之前測量支撐劑進入第二級水力裂縫前的背景磁場；
步驟15:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入第二級水力裂縫的強化磁場；
步驟16:根據(jù)步驟15所測量的支撐劑進入第二級水力裂縫的強化磁場和步驟14所測量的支撐劑進入第二級水力裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示第二級水力裂縫壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟17:壓裂井井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫中時，測量支撐劑全部替入第二級水力裂縫時的強化磁場；
步驟18:根據(jù)步驟17所測量的支撐劑全部替入第二級水力裂縫時的強化磁場和步驟12所測量的第一級水力裂縫壓裂作業(yè)壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示支撐劑全部進入第二級水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)；
步驟19:壓裂液返排，完成第二級水力裂縫壓裂，測量第二級水力裂縫壓裂作業(yè)壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場；
步驟20:重復(fù)上述步驟13 步驟19，進行下一級水力裂縫監(jiān)測工作。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
1、本發(fā)明能從地面、本井·、鄰井跟蹤磁性支撐劑在地層水力裂縫中的運動及分布狀態(tài)，具備地下跟蹤能力。2、本發(fā)明根據(jù)磁性支撐劑在水力裂縫中的分布狀態(tài)能確定有效水力裂縫的尺寸、形態(tài)、走向。3、本發(fā)明利用磁性支撐劑能實時監(jiān)測壓裂施工過程，為施工工藝的優(yōu)化、調(diào)整提供了一種新的手段。4、本發(fā)明可監(jiān)測壓裂返排過程中支撐劑的運移情況。5、本發(fā)明可實現(xiàn)壓裂后水力裂縫的多次重復(fù)測量，也可實現(xiàn)重復(fù)壓裂、多級壓裂的監(jiān)測。6、本發(fā)明可有效解決壓裂液返排過程中的固體顆粒運移、進入井筒而損壞井下、地面生產(chǎn)設(shè)備的問題。


圖1為基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、磁性支撐劑容器；2、非磁性支撐劑容器；3、支撐劑混合器；4、混砂車；5、壓裂液容器；6、壓裂井；7、水力裂縫；8、磁性支撐劑輸送管線；9、非磁性支撐劑輸送管線；10、均勻混合支撐劑輸送管線；11、壓裂液輸送管線；12、第一混砂液輸送管線；13、混砂液進入裂縫的通道；14、鄰井；15、地面；16、地面磁力計；17、壓裂井磁力計；18、鄰井磁力計；19、計算機數(shù)據(jù)處理中心；20、地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路；21、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路；22、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路；
23、高壓泵組；24、第二混砂液輸送管線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的說明。如圖1所示，基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，包括:磁性支撐劑容器1、非磁性支撐劑容器2、支撐劑混合容器3、混砂車4、高壓泵組23、壓裂液容器5、磁性支撐劑輸送管線8、非磁性支撐劑輸送管線9、混合支撐劑輸送管線10、壓裂液輸送管線11、第一混砂液輸送管線12、地面磁力計16、壓裂井磁力計17、鄰井磁力計18、計算機數(shù)據(jù)處理中心19、地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路21、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路22、高壓泵組23、第二混砂液輸送管線24。磁性支撐劑容器1帶有磁屏蔽裝置，磁性支撐劑容器I中儲存磁性支撐劑；磁性支撐劑為磁化的壓裂支撐劑，具備非磁性支撐劑的力學(xué)性能和顯著的磁性特征，由磁性、超磁和/或順磁性材料與非磁性支撐劑復(fù)合而成，磁性材料由元素周期表中D區(qū)元素的金屬顆?；蜓趸镱w粒組成，其成分包括但不限于鈧、鈦、f凡、鉻、猛、鐵、鈷、鎳、錯、銀、鑰、錯、鈕、釔、鉿、鉭、鎢、鉬或者上述元素的任意組合。非磁性支撐劑容器2中儲存非磁性支撐劑；非磁性支撐劑為非磁化的壓裂支撐齊U，具有足夠的抗壓強度和抗磨損能力，能耐受注入時的強大壓力和摩擦力，并有效地支撐人工裂縫，如陶瓷顆粒支撐劑、石英砂支撐劑、玻璃球支撐劑、塑料球支撐劑、核桃殼支撐齊U、樹脂包覆支撐劑。

所述的磁性支撐劑容器I通過磁性支撐劑輸送管線8與支撐劑混合器3相連、非磁性支撐劑容器2通過非磁性支撐劑輸送管線9與支撐劑混合器3相連；磁性支撐劑、非磁性支按預(yù)定體積比例進入支撐劑混合器3中進行均勻混合形成混合支撐劑，所述磁性支撐劑占混合支撐劑的體積比例在10%到100%之間。所述的支撐劑混合器3通過混合支撐劑輸送管線10與混砂車4相連，壓裂液容器5通過壓裂液輸送管線11與混砂車4相連；經(jīng)支撐劑混合器3進行均勻混合后的混合支撐劑通過混合支撐劑輸送管線10進入混砂車4 ;壓裂液容器5中儲存壓裂液，壓裂液通過壓裂液輸送管線11進入混砂車4 ;支撐劑和壓裂液在混砂車4內(nèi)混合均勻形成混砂液?；焐败?通過第一混砂液輸送管線12與高壓泵組23相連，高壓泵組23通過第二混砂液輸送管線24與壓裂井6的井筒相連；所述的經(jīng)混砂車4均勻混合后的混砂液通過第一混砂液輸送管線12進入高壓泵組23增壓，經(jīng)增壓后的高壓混砂液經(jīng)第二混砂液輸送管線24進入壓裂井6的井筒中，然后經(jīng)過混砂液進入裂縫的通道13進入水力裂縫7中。地面磁力計16位于以壓裂井6為中心的地面15上，由多個磁力計構(gòu)成一個磁力計組，從地面監(jiān)測磁參數(shù) 變化；壓裂井磁力計17位于壓裂井6井筒中的壓裂層段附近，由多個磁力計構(gòu)成一個磁力計組，從壓裂井6本井監(jiān)測磁參數(shù)變化；鄰井磁力計18位于鄰井14中與壓裂井壓裂層段深度對應(yīng)的深度處，由多個磁力計構(gòu)成一個磁力計組，從鄰井14中監(jiān)測磁參數(shù)變化。計算機數(shù)據(jù)處理中心19位于壓裂井6井場地面15上，計算機數(shù)據(jù)處理中心19分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路21、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路22與地面磁力計16、壓裂井磁力計17、鄰井磁力計18相連，計算機數(shù)據(jù)處理中心19采集、保存地面磁力計16、壓裂井磁力計17、鄰井磁力計18的測量信息并計算、顯示支撐劑分布狀態(tài)和水力裂縫參數(shù)。所述的地面磁力計16、壓裂井磁力計17、鄰井磁力計18檢測壓裂前的背景磁場和壓裂后的強化磁場。壓裂前的背景磁場是指地層水力裂縫7中引入新的磁性支撐劑之前測得的磁場；壓裂后的強化磁場是指地層水力裂縫7中引入新的磁性支撐劑之后測得的磁場。所述的地面磁力計16、壓裂井磁力計17、鄰井磁力計18為超導(dǎo)量子干涉儀。所述的檢測的背景磁場和強化磁場信息通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路21、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路22送入計算機數(shù)據(jù)處理中心19。所述的計算機數(shù)據(jù)處理中心19根據(jù)采集的背景磁場和強化磁場信息，通過降噪處理后確定出地層水力裂縫7中引入磁性支撐劑后產(chǎn)生的磁異常，然后根據(jù)磁場三分量、總磁場強度參數(shù)、磁性支撐劑的磁化率、支撐劑注入體積、壓裂井段大致深度等參數(shù)，利用 磁異常反演算法得到磁性支撐劑在水力裂縫中的分布狀態(tài)，進而確定和顯示水力裂縫參數(shù)(裂縫高度、裂縫長度、裂縫寬度、裂縫走向、裂縫方位)；該功能可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的水力裂縫磁異常數(shù)據(jù)采集與反演解釋軟件實現(xiàn)。實施例1
基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測方法，采用上述監(jiān)測系統(tǒng)，采用實時監(jiān)測方式，在布置好壓裂井的監(jiān)測現(xiàn)場后開始壓裂全過程監(jiān)測，具體步驟如下:
步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場
在壓裂設(shè)備和壓裂材料進入壓裂現(xiàn)場之前，根據(jù)壓裂井6周圍實際環(huán)境，以壓裂井6為中心在地面15布置一組地面磁力計16，在壓裂井6壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計17，在鄰井14中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計18，并將地面磁力計16、壓裂井磁力計17、鄰井磁力計18分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路21、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路22與計算機數(shù)據(jù)處理中心19相連；
步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心19，測量初始背景磁場；
步驟3:壓裂設(shè)備和壓裂材料現(xiàn)場就位；
步驟4:測量壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場；
步驟5:向井筒6中注入前置液，在預(yù)定的壓裂部位壓開地層形成水力裂縫7 ；
步驟6:將磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器3中均勻混合，然后與壓裂液在混砂車4中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井6井筒中；
步驟7:在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的裂縫之前測量支撐劑進入裂縫前的背景磁場；
步驟8:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入裂縫的強化磁場；
步驟9:根據(jù)步驟8所測量的支撐劑進入裂縫的強化磁場和步驟7所測量的支撐劑進入裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟10:壓裂井6井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫13中時，測量支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場；
步驟11:根據(jù)步驟10所測量的支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示支撐劑全部進入水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。實施例2:
水力壓裂返排過程實時監(jiān)測方法的工作方法，如實施例1所述的工作方法，區(qū)別在于還需進行如下步驟:
步驟12:壓裂液返排過程中測量壓裂液返排時的強化磁場；
步驟13:根據(jù)步驟12所測量的壓裂液返排時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示壓裂液返排過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟14:壓裂液返排結(jié)束時測量壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場；
步驟15:根據(jù)步驟14所測量的壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、 鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，顯示壓裂液返排結(jié)束后磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。實施例3:
壓裂井投產(chǎn)一段時間后進行重復(fù)/多次水力裂縫監(jiān)測方法的工作方法，采用上述監(jiān)測系統(tǒng)，包括如下步驟:
步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場
壓裂井投產(chǎn)一段時間后進行重復(fù)/多次水力裂縫監(jiān)測作業(yè)，根據(jù)壓裂井6周圍實際環(huán)境，以壓裂井6為中心在地面15布置一組地面磁力計16，在壓裂井6壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計17，在鄰井14中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計18，磁力計的布置數(shù)量和布置位置與該井進行最近一次水力壓裂作業(yè)過程中實時監(jiān)測水力裂縫時的磁力計布置數(shù)量和布置位置保持一致；并將地面磁力計16、壓裂井磁力計17、鄰井磁力計18分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路21、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路22與計算機數(shù)據(jù)處理中心19相連；
步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心19，測量壓裂井投產(chǎn)一段時間后的強化磁場；
步驟3:根據(jù)步驟2所測量的壓裂井投產(chǎn)一段時間后的強化磁場和該井實施最近一次水力壓裂作業(yè)時如實施案例I中步驟2所測量的初始背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，顯示壓裂井投產(chǎn)一段時間后磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。實施例4:
壓裂井投產(chǎn)一段時間后進行重復(fù)壓裂時水力裂縫實時監(jiān)測方法的工作方法，采用上述監(jiān)測系統(tǒng)，包括如下步驟:
步驟1:監(jiān)測現(xiàn)場布置
壓裂井投產(chǎn)一段時間后在該井進行重復(fù)壓裂作業(yè)，在壓裂設(shè)備和壓裂材料進入壓裂現(xiàn)場之前，根據(jù)壓裂井6周圍實際環(huán)境，以壓裂井6為中心在地面15布置一組地面磁力計16，在壓裂井6壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計17，在鄰井14中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計18，磁力計的布置數(shù)量和布置位置與該井進行最近一次水力壓裂作業(yè)過程中實時監(jiān)測水力裂縫時的磁力計布置數(shù)量和布置位置保持一致；并將地面磁力計16、壓裂井磁力計17、鄰井磁力計18分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路21、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路22與計算機數(shù)據(jù)處理中心19相連；
步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心19，測量重復(fù)壓裂前的初始背景磁場；
步驟3:壓裂設(shè)備和壓裂材料現(xiàn)場就位； 步驟4:測量壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場；
步驟5:向井筒6中注入前置液，在預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成水力裂縫7 ;
步驟6:將磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器3中均勻混合，然后與壓裂液在混砂車4中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井6井筒中；
步驟7:在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的裂縫之前測量支撐劑進入裂縫前的背景磁場；
步驟8:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入裂縫的強化磁場；
步驟9:根據(jù)步驟8所測量的支撐劑進入裂縫的強化磁場和步驟7所測量的支撐劑進入裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井
6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示重復(fù)壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟10:壓裂井6井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫13中時，測量支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場；
步驟11:根據(jù)步驟10所測量的支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示重復(fù)壓裂時支撐劑全部進入水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。實施例5:
多級壓裂水力裂縫實時監(jiān)測方法的工作方法，采用上述監(jiān)測系統(tǒng)，包括如下步驟:
步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場
在壓裂設(shè)備和壓裂材料進入壓裂現(xiàn)場之前，根據(jù)壓裂井6周圍實際環(huán)境，以壓裂井6為中心在地面15布置一組地面磁力計16，在壓裂井6壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計17，在鄰井14中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計18，并將地面磁力計16、壓裂井磁力計17、鄰井磁力計18分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路20、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路21、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路22與計算機數(shù)據(jù)處理中心19相連；
步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心19，測量初始背景磁場；
步驟3:壓裂設(shè)備和壓裂材料現(xiàn)場就位；
步驟4:測量壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場；
步驟5:向井筒6中注入前置液，在第一個預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成第一級水力裂縫7 ;
步驟6:將磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器3中均勻混合，然后與壓裂液在混砂車4中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井6井筒中；
步驟7:在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的第一級水力裂縫之前測量支撐劑進入第一級水力裂縫前的背景磁場；
步驟8:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入第一級水力裂縫的強化磁場；
步驟9:根據(jù)步驟8所測量的支撐劑進入第一級水力裂縫的強化磁場和步驟7所測量的支撐劑進入第一級水力裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示第一級水力裂縫壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟10:壓裂井6井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫13中時，測量支撐劑全部替入第一級水力裂縫時的強化磁場；
步驟11:根據(jù)步驟10所測量的支撐劑全部替入第一級水力裂縫時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示支撐劑全部進入第一級水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)；
步驟12:壓裂液返排，完成第一級水力裂縫壓裂，測量第一級水力裂縫壓裂作業(yè)壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場；
步驟13:向井筒注入前置液，在第二個預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成第二級水力裂
縫；
步驟14:向井筒注入磁性支撐劑、非磁性支撐劑和壓裂液均勻混合的混砂液；在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的第二級水力裂縫之前測量支撐劑進入第二級水力裂縫前的背景磁場；
步驟15:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入第二級水力裂縫的強化磁場；
步驟16:根據(jù)步驟15所測量的支撐劑進入第二級水力裂縫的強化磁場和步驟14所測量的支撐劑進入第二級 水力裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示第二級水力裂縫壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化；
步驟17:壓裂井6井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫13中時，測量支撐劑全 部替入第二級水力裂縫時的強化磁場；
步驟18:根據(jù)步驟17所測量的支撐劑全部替入第二級水力裂縫時的強化磁場和步驟12所測量的第一級水力裂縫壓裂壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心19進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面15、壓裂井6、鄰井14所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示支撐劑全部進入第二級水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)；
步驟19:壓裂液返排，完成第二級水力裂縫壓裂，測量第二級水力裂縫壓裂作業(yè)壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場；
步驟20:重復(fù)上述步驟13 步驟19，進行下一級水力裂縫監(jiān)測工作。
權(quán)利要求
1.一種基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，包括:磁性支撐劑容器、非磁性支撐劑容器、支撐劑混合容器、混砂車、高壓泵組、壓裂液容器、磁性支撐劑輸送管線、非磁性支撐劑輸送管線、混合支撐劑輸送管線、壓裂液輸送管線、第一混砂液輸送管線、計算機數(shù)據(jù)處理中心、磁力計、磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、高壓泵組、第二混砂液輸送管線；其特征在于:磁性支撐劑容器中儲存磁性支撐劑，非磁性支撐劑容器中儲存非磁性支撐劑；所述的磁性支撐劑容器通過磁性支撐劑輸送管線與支撐劑混合器相連、非磁性支撐劑容器通過非磁性支撐劑輸送管線與支撐劑混合器相連；磁性支撐劑、非磁性支按預(yù)定體積比例進入支撐劑混合器中進行均勻混合形成混合支撐劑；所述的支撐劑混合器通過混合支撐劑輸送管線與混砂車相連，壓裂液容器通過壓裂液輸送管線與混砂車相連；經(jīng)支撐劑混合器進行均勻混合后的混合支撐劑通過混合支撐劑輸送管線進入混砂車；壓裂液容器中儲存壓裂液，壓裂液通過壓裂液輸送管線進入混砂車；支撐劑和壓裂液在混砂車內(nèi)混合均勻形成混砂液；混砂車通過第一混砂液輸送管線與高壓泵組相連，高壓泵組通過第二混砂液輸送管線與壓裂井的井筒相連；所述的經(jīng)混砂車均勻混合后的混砂液通過第一混砂液輸送管線進入高壓泵組增壓，經(jīng)增壓后的高壓混砂液經(jīng)第二混砂液輸送管線進入壓裂井的井筒中，然后經(jīng)過混砂液進入裂縫的通道進入水力裂縫中；磁力計通過通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連，計算機數(shù)據(jù)處理中心采集、保存磁力計的測量信息并計算、顯示支撐劑分布狀態(tài)和水力裂縫參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:磁力計包括地面磁力計、壓裂井磁力計和/或鄰井磁力計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:地面磁力計通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連，壓裂井磁力計通過壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連，鄰井磁力計通過鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述磁性支撐劑占混合支撐劑的體積比例在10%到100%之間；磁性支撐劑容器帶有磁屏蔽裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計為超導(dǎo)量子干涉儀；地面磁力計位于以壓裂井為中心的地面上，由多個磁力計構(gòu)成一個磁力計組，從地面監(jiān)測磁參數(shù)變化；壓裂井磁力計位于壓裂井井筒中的壓裂層段附近處，由多個磁力計構(gòu)成一個磁力計組，從壓裂井本井監(jiān)測磁參數(shù)變化；鄰井磁力計位于鄰井中與壓裂井壓裂層段深度對應(yīng)的深度處，由多個磁力計構(gòu)成一個磁力計組，從鄰井中監(jiān)測磁參數(shù)變化。
6.一種基于磁性支撐劑的水力裂縫監(jiān)測方法，采用權(quán)利要求1-5所述的監(jiān)測系統(tǒng)，采用實時監(jiān)測方式，在布置好壓裂井的監(jiān)測現(xiàn)場后開始壓裂全過程監(jiān)測，具體步驟如下: 步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場 在壓裂設(shè)備和壓裂材料進入壓裂現(xiàn)場之前，根據(jù)壓裂井周圍實際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一 組地面磁力計，在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計，在鄰井中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計，并將地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連； 步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心，測量初始背景磁場； 步驟3:壓裂設(shè)備和壓裂材料現(xiàn)場就位； 步驟4:測量壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場； 步驟5:向井筒 中注入前置液，在預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成水力裂縫； 步驟6:將磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器中均勻混合，然后與壓裂液在混砂車中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井井筒中； 步驟7:在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的裂縫之前測量支撐劑進入裂縫前的背景磁場； 步驟8:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入裂縫的強化磁場； 步驟9:根據(jù)步驟8所測量的支撐劑進入裂縫的強化磁場和步驟7所測量的支撐劑進入裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對t匕，實時顯示壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化； 步驟10:壓裂井井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫中時，測量支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場； 步驟11:根據(jù)步驟10所測量的支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示支撐劑全部進入水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。
7.一種水力壓裂返排過程實時監(jiān)測方法的工作方法，包括權(quán)利要求6所述的工作方法，其特征在于，還需進行如下步驟: 步驟12:壓裂液返排過程中測量壓裂液返排時的強化磁場； 步驟13:根據(jù)步驟12所測量的壓裂液返排時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示壓裂液返排過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化； 步驟14:壓裂液返排結(jié)束時測量壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場； 步驟15:根據(jù)步驟14所測量的壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，顯示壓裂液返排結(jié)束后磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。
8.—種壓裂井投產(chǎn)一段時間后進行重復(fù)/多次水力裂縫監(jiān)測方法的工作方法，采用權(quán)利要求1-5所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場 壓裂井投產(chǎn)一段時間后進行重復(fù)/多次水力裂縫監(jiān)測作業(yè)，根據(jù)壓裂井周圍實際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一組地面磁力計，在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計，在鄰井中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計，磁力計的布置數(shù)量和布置位置與該井進行最近一次水力壓裂作業(yè)過程中實時監(jiān)測水力裂縫時的磁力計布置數(shù)量和布置位置保持一致；并將地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連； 步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心，測量壓裂井投產(chǎn)一段時間后的強化磁場； 步驟3:根據(jù)步驟2所測量的壓裂井投產(chǎn)一段時間后的強化磁場和該井實施最近一次水力壓裂作業(yè)時所測量的初始背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，顯示壓裂井投產(chǎn)一段時間后磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。
9.一種壓裂井投產(chǎn)一段時間后進行重復(fù)壓裂時水力裂縫實時監(jiān)測方法的工作方法，采用權(quán)利要求1-5所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:監(jiān)測現(xiàn)場布置 壓裂井投產(chǎn)一段時間后在該井進行重復(fù)壓裂作業(yè)，在壓裂設(shè)備和壓裂材料進入壓裂現(xiàn)場之前，根據(jù)壓裂井周圍實際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一組地面磁力計，在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計，在鄰井中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計，磁力計的布置數(shù)量和布置位置與該井進行最近一次水力壓裂作業(yè)過程中實時監(jiān)測水力裂縫時的磁力計布置數(shù)量和布置位置保持一致；并將地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、鄰井磁 力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連；步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心，測量重復(fù)壓裂前的初始背景磁場； 步驟3:壓裂設(shè)備和壓裂材料現(xiàn)場就位； 步驟4:測量壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場； 步驟5:向井筒中注入前置液，在預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成水力裂縫； 步驟6:將磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器中均勻混合，然后與壓裂液在混砂車中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井井筒中； 步驟7:在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的裂縫之前測量支撐劑進入裂縫前的背景磁場； 步驟8:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入裂縫的強化磁場； 步驟9:根據(jù)步驟8所測量的支撐劑進入裂縫的強化磁場和步驟7所測量的支撐劑進入裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對t匕，實時顯示重復(fù)壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化； 步驟10:壓裂井井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫中時，測量支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場； 步驟11:根據(jù)步驟10所測量的支撐劑全部替入裂縫時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示重復(fù)壓裂時支撐劑全部進入水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)。
10.一種多級壓裂水力裂縫實時監(jiān)測方法的工作方法，采用權(quán)利要求1-5所述的監(jiān)測系統(tǒng)，包括如下步驟: 步驟1:布置監(jiān)測現(xiàn)場 在壓裂設(shè)備和壓裂材料進入壓裂現(xiàn)場之前，根據(jù)壓裂井周圍實際環(huán)境，以壓裂井為中心在地面布置一組地面磁力計，在壓裂井壓裂層段附近布置一組壓裂井磁力計，在鄰井中對應(yīng)壓裂層段深度處布置一組鄰井磁力計，并將地面磁力計、壓裂井磁力計、鄰井磁力計分別通過地面磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、壓裂井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路、鄰井磁力計與計算機數(shù)據(jù)處理中心通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連； 步驟2:啟動計算機數(shù)據(jù)處理中心，測量初始背景磁場； 步驟3:壓裂設(shè)備和壓裂材料現(xiàn)場就位； 步驟4:測量壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場； 步驟5:向井筒中注入前置液，在第一個預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成第一級水力裂縫； 步驟6:將磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器中均勻混合，然后與壓裂液在混砂車中均勻混合形成混砂液并注入壓裂井井筒中； 步驟7:在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的第一級水力裂縫之前測量支撐劑進入第一級水力裂縫前的背景磁場； 步驟8:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入第一級水力裂縫的強化磁場； 步驟9:根據(jù)步驟8所測量的支撐劑進入第一級水力裂縫的強化磁場和步驟7所測量的支撐劑進入第一級水力裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示第一級水力裂縫壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化； 步驟10:壓裂井井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫中時，測量支撐劑全部替入第一級水力裂縫時的強化磁場； 步驟11:根據(jù)步驟10所測量的支撐劑全部替入第一級水力裂縫時的強化磁場和步驟4所測量的壓裂設(shè)備與壓裂材料就位時的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示支撐劑全部進入第一級水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)； 步驟12:壓裂液返排，完成第一級水力裂縫壓裂，測量第一級水力裂縫壓裂作業(yè)壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場； 步驟13:向井筒注入前置液，在第二個預(yù)定的壓裂部位處壓開地層形成第二級水力裂縫； 步驟14:向井筒注入磁性支撐劑、非磁性支撐劑和壓裂液均勻混合的混砂液；在攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液充滿井筒但未進入前置液壓開的第二級水力裂縫之前測量支撐劑進入第二級水力裂縫前的背景磁場； 步驟15:隨著攜帶磁性支撐劑和非磁性支撐劑的混砂液不斷注入地層水力裂縫中，測量支撐劑進入第二級水力裂縫的強化磁場； 步驟16:根據(jù)步驟15所測量的支撐劑進入第二級水力裂縫的強化磁場和步驟14所測量的支撐劑進入第二級水力裂縫前的背景磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示第二級水力裂縫壓裂過程中磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)變化； 步驟17:壓裂井井筒中的磁性支撐劑、非磁性支撐劑與壓裂液的均勻混砂液被完全替入水力裂縫中時，測量支撐劑全部替入第二級水力裂縫時的強化磁場； 步驟18:根據(jù)步驟17所測量的支撐劑全部替入第二級水力裂縫時的強化磁場和步驟12所測量的第一級水力裂縫壓裂作業(yè)壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場，由計算機數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到與地面、壓裂井、鄰井所對應(yīng)的三組磁異常數(shù)據(jù)，然后分別反演出磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)，最后通過綜合對比，實時顯示支撐劑全部進入第二級水力裂縫后的磁性支撐劑分布和裂縫參數(shù)； 步驟19:壓裂液返排，完成第二級水力裂縫壓裂，測量第二級水力裂縫壓裂作業(yè)壓裂液返排結(jié)束時的強化磁場； 步驟20:重復(fù)上 述步驟13 步驟19，進行下一級水力裂縫監(jiān)測工作。
全文摘要
本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，涉及一種監(jiān)測壓裂裂縫的系統(tǒng)和方法。監(jiān)測系統(tǒng)包括磁性支撐劑容器、非磁性支撐劑容器、磁力計、計算機數(shù)據(jù)處理中心；磁性支撐劑和非磁性支撐劑在支撐劑混合器中混合后通過混合支撐劑輸送管線進入混砂車，儲存在壓裂液容器中的壓裂液通過壓裂液輸送管線進入混砂車；混砂液通過輸送管線進入壓裂井，然后進入水力裂縫中；位于地面、本井和/或鄰井的磁力計通過通訊線路與計算機數(shù)據(jù)處理中心相連，計算機數(shù)據(jù)處理中心采集、保存磁力計的測量信息并計算、顯示支撐劑分布狀態(tài)和水力裂縫參數(shù)。本發(fā)明能跟蹤水力裂縫中支撐劑的運動及分布狀態(tài)，確定有效水力裂縫的尺寸、形態(tài)、走向，可監(jiān)測壓裂返排過程中支撐劑的運移情況。
文檔編號E21B47/00GK103233720SQ20131014972
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者劉均榮, 姚軍, 王月英, 孫致學(xué), 黃朝琴 申請人:中國石油大學(xué)(華東)