[发明专利]基于分布式光纤传感的时频电磁压裂监测系统及监测方法

权利要求书

1.基于分布式光纤传感的时频电磁压裂监测系统，其特征在于，包括：地面时频电磁数据采集站(1)、采集铠装线缆(2)、地面可控大功率电流源(3)、地面铠装光缆(4)、分布式光纤传感调制解调仪器(5)；

所述的地面时频电磁数据采集站(1)布设在水平井压裂井段上方地面上，并且三维布设；

所述的采集铠装线缆(2)布设在压裂井附近观测井中或压裂井套管外，用于井下时频电磁数据采集；

所述地面可控大功率电流源(3)布设在压裂水平井段在地面的投影线两侧，并平行于压裂井段延伸方向；

所述地面时频电磁数据采集站(1)通过地面铠装光缆(4)与工区内或井口附近的分布式光纤传感调制解调仪器(5)相连接；地面铠装光缆(4)的尾端都安装有消光器(7)；

所述的采集铠装线缆(2)与分布式光纤传感调制解调仪器(5)相连接；采集铠装线缆(2)的尾端安装有消光器(7)。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的时频电磁压裂监测系统，其特征在于，所述地面可控大功率电流源(3)为大功率偶极电流源。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的时频电磁压裂监测系统，其特征在于，所述地面时频电磁数据采集站(1)，包括按照预先设计的测线和测点布设的有线或无线节点式电磁数据采集单元、三分量磁场传感器和电场传感器。

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的时频电磁压裂监测系统，其特征在于，

所述采集铠装线缆(2)上包括多个有线时频电磁数据采集短接(6)，多个有线时频电磁数据采集短接(6)在井中呈阵列式分布；

有线时频电磁数据采集短接(6)包括按照等间距排列的有线时频电磁数据采集单元、三分量磁场传感器和电场传感器；

有线时频电磁数据采集短接(6)通过采集铠装线缆(2)与分布式光纤传感调制解调仪器(5)相连接。

5.根据权利要求3或4所述的基于分布式光纤传感的时频电磁压裂监测系统，其特征在于，所述的三分量磁场传感器为感应线圈式磁场传感器、磁通门式磁场传感器、MEMS磁场传感器、超导磁场传感器、光纤磁场传感器中的一种；所述电场传感器为硫酸铜、氯化银、纳米材料、钽电容不极化电极对、光纤电场传感器中的一种。

6.基于分布式光纤传感的时频电磁压裂监测方法，其特征在于，采用权利要求1到5任一项所述基于分布式光纤传感的时频电磁压裂监测系统，包括以下步骤：

(a)在地面按照预先设计布设地面时频电磁数据采集站(1)，地面时频电磁数据采集站(1)通过地面铠装光缆(4)与工区内或井口附近的分布式光纤传感调制解调仪器(5)相连接；

(b)在压裂井附近的观测或监测井中或者压裂井套管外侧布设采集铠装线缆(2)，采集铠装线缆(2)首端的光纤连接分布式光纤传感调制解调仪器(5)；

(c)在压裂水平井段在地面的投影线两侧平行于压裂井段延伸方向布设地面可控大功率电磁源(3)的发射天线，每条发射天线的两端埋入地下深处，并做好供电电极的接地端降低接地电阻的处理；在每条发射天线的中部安放地面可控大功率电流源(3)；

(d)在压裂作业开始前、压裂过程中和压裂结束后，重复激发地面可控大功率电流源(3)，实时同步采集地面三维或地面与井中的三维时频电磁或瞬变电磁数据；

(e)对实时采集的地面三维或地面与井中的三维的原始时频电磁或瞬变电磁数据进行预处理，包括分布式光纤传感调制解调仪器(5)对接收到的地面铠装光缆(4)、采集铠装线缆(2)反射回来的光信号相位和振幅进行解调处理，获得每个地面测点和井中测点的三维三分量时频或瞬变电场和磁场数据，消除随机噪声，滤波，用实时记录的地面可控发射源的激发电流值对地面和井中采集的三维三分量时频或瞬变电场和磁场数据进行归一化或一致性处理；

(f)对经过预处理的三维三分量时频或瞬变电场和磁场数据进行实时计算压裂过程中和压裂后采集的三维三分量时频电磁数据与压裂开始前采集的三维三分量时频电磁数据之间的差异，同时根据实测的地面或地-井三维三分量时频电磁数据反演不同压裂阶段的地下电阻率值及其在压裂井段周围的分布；

(g)用动态视频方式显示从水力压裂开始前、整个压裂过程中和压裂结束后根据实测的地面或地-井三维三分量时频电磁数据反演出来的不同压裂阶段的地下电阻率值及其在压裂井段周围的分布随时间的变化特征；

(h)在沿着水力压裂水平井段的三维地质模型上展示的低电阻率区域的范围和随时间的变化趋势就是水平井段周围的岩石被高压水力压裂开缝后低电阻率压裂液沿裂缝(8)渗透到岩石深处的结构；压裂结束井下卸压后实测的地面或地-井三维三分量时频电磁数据反演获得的地下低电阻率体的体积或包络(9)即可认为是有效的被改造体积ESRV。