[发明专利]基于超声波发射法的水力压裂裂缝监测系统及方法

说明书

本发明一种基于超声波发射法的水力压裂裂缝监测系统及方法，实施成本低，现场实施方便，解决了微地震能量不足、裂缝宽度计算困难的问题。所述的监测系统，包括以压裂井为圆心且半径为500m范围内对称设置至少四口监测井，设置在监测井内的成对设置的超声波发射器和超声波接收器，以及对应监测井设置的指挥车；所述的方法通过在要求的范围内设置多超声波接收器，形成协同作用收集反射超声波信号能够准确定位裂缝位置；采用变入射角发射超声波信号能大面积覆盖裂缝整体形状，通过对不同入射角下的统一计算，提高了裂缝三维几何尺寸计算精度，实现了水力压裂裂缝实时监测。

技术领域

本发明涉及油气资源开发领域，具体为一种基于超声波发射法的水力压裂裂缝监测系统及方法。

背景技术

水力压裂作为油气井增产的主要措施已被广泛应用于现代油气工业，国内油气田广泛使用地面微地震及地面电位法实现水力压裂裂缝监测。但是地面微地震监测方法监测精度低，容易受地面其它设备的振动影响；地面电位法需要压裂液和地层水矿化度差别大，对液体要求较高。专利号为CN102565855A公开了一种油田压裂地面微地震数据处理方法，虽然在已接收信号数据的基础上避免了原始信号信噪比低，信号处理不准确的问题，提高了传输效率，但未从根本上解决岩石破裂产生的微地震能量较小，接收信号精度不高的难题。同时，上述两种裂缝监测办法以及相关专利中的方法都只可以计算出裂缝方位、裂缝长和裂缝高，不能给出裂缝宽的计算值。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于超声波发射法的水力压裂裂缝监测系统及方法，实施成本低，现场实施方便，解决了微地震能量不足、裂缝宽度计算困难的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

基于超声波发射法的水力压裂裂缝监测系统，包括以压裂井为圆心且半径为500m范围内对称设置至少四口监测井，设置在监测井内的成对设置的超声波发射器和超声波接收器，以及对应监测井设置的指挥车；

监测井井深不小于压裂井井深，压裂井与任意两监测井不位于水平面的同一条直线上，指挥车分别与对应监测井中依次均匀串联的多对的超声波发射器和超声波接收器连接交互；

指挥车包括依次交互的多功能控制面板、控制器和波形信息存储系统；多功能控制面板连接超声波发射器，波形信息存储系统连接超声波接收器。

优选的，多功能控制面板通过三芯电缆与n个超声波发射器依次串联，超声波发射器相互间隔距离设置为压裂井井深的n分之一，n为正整数。

优选的，波形信息存储系统的外设接口通过三芯电缆与n个超声波接收器依次串联，超声波接收器相互间隔距离设置为压裂井井深的n分之一，n为正整数。

优选的，共设置有五对均匀串联设置的超声波发射器和超声波接收器。

基于超声波发射法的水力压裂裂缝监测方法，采用如本飞马ing所述的监测系统，包括以下步骤：

步骤1，对监测系统进行初始化设置，参数设置完毕后监测系统进入采集状态，等待现场注水压裂；

步骤2，控制n个超声波发射器间隔采集周期，以设定的入射角逐一发射超声波信号；每个超声波发射器发射超声波信号后，所有的n个超声波接收器共同接受反射信号，并记录该超声波信号经过多次反射之后的接收时间差；采集周期内所有超声波接收器均能够完成反射信号的接收；

步骤3，指挥车收集到的信息通过无线网络上传至主控制系统；通过接收器接受到的波形信息，指挥车上的子控制系统测定包括时间、波形频率和波形强弱的一系列数据，将这些数据传输到主控制系统中进行统一数据存储和总体分析，经过解一系列方程，得出接收反射波的角度和裂缝边缘的位置。

优选的，步骤3中，通过如下计算，得到接收反射波的角度和裂缝边缘的位置；