页岩气储层改造电磁法动态监测应用基础研究

The shale gas revolution is due to our ability to transform the reservoir though advances in horizontal drilling technology and hydraulic injection engineering. Our ability do develop shale gas reservoirs and maximize capacity depends upon the monitoring of fractures, particularly how they develop as well as the direction, length and distribution. The injection fluid has very low electrical resistivity and low density which means the hydraulic fractures undergo significant changes. Electromagnetic methods can play an important role in monitoring because they are sensitive to these changes.. This project will examine the low frequency electromagnetic field response to changes induced by the hydraulic fracturing of shale reservoirs with multiphase mixed media under reservoir condition. We will test for changes in the physical parameters of organic shale in the time domain, and use this to reconstruct the fracturing profile. The research will include 3-D numerical simulation of electromagnetic models, controlled source time-domain monitoring of hydraulic fracturing in 4-D, fast data acquisition and processing technology, the time-shifted electromagnetic response and the evaluation of imaging methods. We aim to achieve the rapid and accurate evaluation of fracture location and development.

页岩气革命主要得益于水平井钻井和压裂两大技术，压裂技术主要目的是对储层进行改造，形成人造裂隙。监测压裂裂缝的发育程度和模式、裂缝的走向、长度及分布范围对页岩气开发与产能评价至关重要。目前压裂主要以水力压裂方式为主，压裂液具有极低电阻率的特性，且低密度支撑剂可加导电涂层，压裂过程中液体和支撑剂的走向、体积的变化会引起明显的电性变化，电磁方法可望在页岩气储层改造的动态监测中发挥作用。. 本项目拟通过地层条件下富有机质页岩物性参数测试方法与技术研究、页岩压裂储层裂缝改造状态下多相混合介质的低频电磁场响应机理研究，实现压裂改造地电模型的时间域电磁三维数值模拟；研究页岩气储层压裂的可控源四维时间域电磁法勘探实测数据快速资料处理技术，研究获取储层压裂动态监测的时移电磁法响应评价成像参数，达到快速精确评价压裂裂缝的发育状况的目的。

页岩气压裂技术主要目的是对储层进行改造，形成人造裂隙，监测压裂裂缝的发育程度和模式、裂缝的走向、长度及分布范围对页岩气开发与产能评价至关重要。目前压裂主要以水力压裂方式为主，压裂液具有极低电阻率的特性，且低密度支撑剂可加导电涂层，压裂过程中液体和支撑剂的走向、体积的变化会引起明显的电性变化，电磁方法可在页岩气储层改造的动态监测中发挥作用。在此背景下，本项目基于低频激发极化机理研究构建了激发极化参数与储层物性之间定量关系，在此基础上开展了页岩气储层改造电磁法动态监测应用基础研究。. 本项目主要研究内容包括以下几个方面。首先通过地层条件下富有机质页岩物性参数测试方法与技术研究、页岩压裂储层裂缝改造状态下多相混合介质的低频电磁场响应机理研究，构建了激发极化参数与储层物性之间定量关系，重新建立了GEMTIP模型采用的包含边界条件的定解问题，重新推导了改进的GEMTIP（MGEMTIP）模型。其次实现压裂改造地电模型的时间域电磁三维数值模拟并开发相应的软件；最后通过处理涪陵页岩气储层压裂电可控源四维时间域电磁法勘探实测数据，形成了快速资料处理技术方法算法并形成软件，获取储层压裂动态监测的时移电磁法响应评价成像参数，最后达到快速精确评价压裂裂缝的发育状况的目标。. 重要结果包括如下几个方面。首先基于MGEMTIP模型对电性岩石物理实验激发极化参数与储层参数间定量关系的研究，研究发现MGEMTIP模型应用于电磁勘探方法研究可以更准确地描述深层条件岩石电磁响应，提高分辨能力，降低反演的非唯一性，提高油气识别准确度，为基于电磁勘探的储层预测技术提供了岩石物理基础。其次基于非结构矢量有限元法，采用偶极子离散场源处理技术，将长导线源离散为若干电偶极子，并采用二阶后退欧拉格式进行时间离散，在保证计算精度前提下，实现了起伏地形条件下复杂地质模型的瞬变电磁场的响应特征模拟，通过储层改造模型的理论模拟，得出电偶源瞬变电磁可用于储层改造动态压裂监测。