压裂实验装置

❶ 考虑铁离子影响的元素硫沉积伤害实验

水力压裂技术和酸化技术是目前改造低渗透油气储层的主要手段，对于含硫气藏，水力压裂技术和酸化酸压技术都面临着重大的挑战［74］。针对高含硫储层的酸液配方还值得深入研究和评价，也面临单质硫沉积和硫化亚铁沉淀对储层的二次伤害。

有效解决储层改造中的控硫控铁难点问题，必须立足于对含硫化氢气藏储层特性和硫化氢特定理化性质的系统研究，弄清高温、高压、高含硫条件下Fe（Ⅱ）—H₂S、Fe（Ⅲ）— H₂S的反应特性、储层酸—岩反应机理及酸蚀裂缝导流能力的影响因素，提出针对性强的酸液体系与酸压工艺。对含硫化氢气井的处理，主要集中在控铁沉积上以及相应的溶剂研究方面^［75］。但对于实际储层高温高压的情况，特别是对于没及时返排出地层的残余酸液中铁离子对储层产生的伤害及伤害程度还缺乏相应的实验研究。

为更好地模拟施工结束后残余酸液中铁离子对储层产生的伤害，利用溶解有饱和元素硫的天然气通过含铁离子的露头砂压制的人造岩心，建立并模拟完成了储层元素硫沉积衰竭式伤害渗流实验。

3.2.1 酸液中铁离子对高含硫气藏储层产生的伤害

作为酸压工作液的工业级盐酸，本身含有相当数量的Fe3＋，这是硫化氢油气井酸压作业中三价铁的主要来源。从而酸压作业过程中不可避免地会产生一定量的铁离子（Fe^3＋，Fe^2＋），在H₂S存在的条件下，Fe^3＋和Fe^2＋的沉淀行为会发生很大的改变（与常规条件相比），极易形成硫化亚铁沉淀，引起严重的地层伤害。与不含硫化氢的情况相比，铁沉积的控制变得更加复杂和困难。外来流体中只要存在Fe^3＋，便立即与H₂S发生氧化—还原反应，Fe^3＋被还原成Fe^2＋，同时S^2-被氧化成S⁰从溶液中析出：

图3.5 平均压力与渗透率之间的关系

整个实验伤害来源于两部分组成，一部分来源于铁离子与硫化氢发生化学反应，其次则是随着温度压力的降低，元素硫沉降所产生的伤害。从图3.5中可以看出，初期斜率普遍较大，主要以化学反应为主，后期曲线偏向平缓，这更加说明了化学反应的产生对储层伤害的严重性。

❷ 采煤工作面如何布置

采煤工作面布置:一是单工作面和双工作面两种布置形式。
单工作面布置形式:在区段上部和下部各布置一条平巷，准备出一个采煤工作面。
双工作面布置形式:也叫对拉工作面，就是利用三条区段平巷准备出两个采煤工作面。

❸ 海相碳酸盐岩储层损害的室内评价及损害机理

当储层受到损害时，宏观上表现为渗透率下降，有效渗透率的下降包括绝对渗透率的下降（即渗流空间的改变）和相对渗透率的下降。渗透空间的改变包括：外来固相侵入、水敏性损害、酸敏性损害、碱敏性损害、微粒运移、结垢、细菌堵塞和应力敏感损害；相对渗透率的下降包括：水锁、碱敏、润湿反转和乳化堵塞等。从微观上讲，影响储层渗透率的内在因素主要包括：岩石矿物组成、结构、构造、储集空间结构、岩石表面润湿性、流体性质；储层损害的外因主要指：入井流体性质、压差、温度和作业时间等。到目前为止，还没有真正形成一套系统的海相碳酸盐岩储层保护的实验技术和方法，大部分工作都是借鉴碎屑岩储层保护的研究思路和方法。

3.5.1.1 储层损害的室内评价

储层损害评价技术包括室内评价和矿场评价，室内评价的目的是研究油气层敏感性，配合进行机理研究，同时对即将采用的保护技术进行可行性和判定性评价，为现场实施提供依据。图3-167是储层损害室内评价实验流程框图，常规的储层损害室内评价方法主要是通过获取所研究地区储层岩心或采用标准岩心，在模拟储层现场条件的情况下，进行岩心流动试验，在观察和分析所取得试验结果的基础上，研究岩心损害的机理。

中国海相油气勘探理论技术与实践

式中：K为初始渗透率（升高围压曲线起始点），10^-3μm²；K_min为最低渗透率（一般为升围压曲线终止点），10^-3μm²；Δσ为有效应力变化值，MPa。评价应力敏感性的定量指标：R_σ为3～2，2～1，1～0时，损害程度分别为弱，中，强。

传统的油层损害的损害度R，只是岩样渗透率降低的百分率，没有考虑有效应力的变化幅度。不能直接反映有效应力的影响。应力敏感性损害度R_σ，则反映了有效应力变化因素，更具科学性和实用性。

（3）工作液对储层的损害评价

主要指借助各种仪器设备，预先在室内评价包括钻井液、完井液、压井液、洗井液、修井液、射孔液、压裂液、酸化液等工作液对油气层的损害程度，达到优选工作液配方和施工参数的目的。

1）工作液的静态损害评价。该方法主要利用各种静态滤失实验装置测定工作液静态滤失系数和工作液滤入岩心前后渗透率的变化，来评价工作液对油气层的损害程度并优选工作液配方。实验时，尽可能模拟储层温度和压力条件。用式来计算工作液的损害程度：

中国海相油气勘探理论技术与实践

式中：R_s为损害程度；K_o为损害后岩心的油相有效渗透率，μm²；K_o为损害前岩心的油相有效渗透率，μm²。

R_s值越大，损害越严重，评价指标同表1。

2）工作液动态损害评价。在尽量模拟地层实际条件下，评价工作液对油气层的综合损害，为优选工作液配方和优化施工工艺参数提供科学依据。动态损害评价与静态损害评价的区别在于：静态评价时，工作液处于静止状态，而动态评价时，工作液处于循环或搅动的运动状态。采用多点渗透率伤害评价仪还可以测定工作液浸入岩心后的损害深度和损害程度。

3.5.1.2 中国海相碳酸盐岩油气层损害机理

由于海相碳酸盐岩和砂岩在成因上的不同，储层在矿物组成、储集空间和储渗性能方面有很大的差别。

●碳酸盐岩储层的裂缝相对砂岩较为发育，使得储集空间体积的总孔隙度一般很低，但局部孔洞缝发育带的孔隙度和渗透率值很高，其孔隙度和渗透率之间的相关关系不如孔隙型储层。

●碳酸岩储层和碎屑岩储层中的敏感性矿物类型、含量和产状有着很大的差别。碎屑岩储层中的敏感性矿物主要是黏土矿物，且通常位于外来流体和储层中本身流体首先与之接触的粒表、粒间暴露处，因而敏感性矿物，特别是黏土矿物，是碎屑岩储层敏感性的主要内因。而碳酸岩储层黏土矿物含量较少，并且主要是沉积成因，与碎屑岩中的黏土矿物相比，在岩石中分布相对均匀，而孔喉的表面和裂缝的缝面通常不具有优势分布，因此由黏土矿物所造成的“外来流体与地层岩石不配伍”伤害比碎屑岩要弱得多，但碳酸岩或白云岩储层有本身特征的敏感性矿物，如铁方解石、铁白云石等，遇酸会释放大量的Ca²⁺、Mg²⁺离子，Mg²⁺离子在碱性条件下比Ca²⁺离子相对易于沉淀，形成Mg（OH）₂沉淀，黄铁矿和铁方解石和铁白云石遇酸后会释放出铁离子，在碱性环境下易形成Fe（OH）₃沉淀。因此，储层有潜在的较强酸碱性。

●裂缝作为主要渗流通道的储层，其渗透率大小直接决定着储层的产量。裂缝的平、直、宽特点，使其通常具有较高的流体通过能力，固相颗粒易侵入储层较深部位，而侵入的滤液则在裂缝壁上形成泥膜，使孔喉明显缩小。

●在生产过程中由于孔隙压力不断下降，上覆岩层负荷应力与孔隙压力之间的差值（即有效应力），可使裂缝在高围压下闭合，使渗透通道缩小，造成伤害。

一般认为，碳酸盐岩油气层的损害主要是外来固相侵入、滤液侵入、应力敏感等。固相颗粒及滤饼是造成碳酸盐岩裂缝型油气层损害的主要因素，水相圈闭和滤膜是损害孔隙型碳酸盐岩油气层的主要因素。裂缝-孔洞型碳酸盐岩油气层一般基质渗透率很低，裂缝是主要储集空间和渗流通道，因此工作液对基质的入侵可忽略，应集中考虑裂缝可能受到的损害。从储层保护的角度，根据储层裂缝在油藏条件下的宽度对这些裂缝进行分类：一类是由中—小裂缝组成的储层，所谓中裂缝指宽度介于10～100μm的裂缝；小裂缝指宽度介于1～10μm的裂缝；而微裂缝指宽度小于1μm的裂缝，因其与岩块基质的平均孔隙、直径相近，可列入基质孔隙范畴；另一类为大裂缝储层，指裂缝的宽度大于100μm的裂缝。油气层岩性可分为泥质碳酸盐岩和灰质碳酸盐岩。滤液和固相颗粒堵塞是损害碳酸盐岩油气层的共同因素；但裂缝宽度不同和岩性差异导致的化学组成不同；损害机理不尽相同；较大裂缝主要是固相堵塞造成的损害，液相损害对泥质碳酸盐岩裂缝更为严重。对于碳酸盐岩油气层（特别是气层）中的微裂缝，水锁损害尤为严重，原始含水饱和度、渗透率、储层润湿性和界面张力均有较大影响。

（1）固相颗粒浸入

储层压力条件下，对裂缝宽度大于100μm的储层，在钻井施工中遇到的最大问题是储层漏失，其漏失的原因可能有如下类型：①正压差下的漏失；②重力诱导型漏失；③置换性漏失；④溶洞性漏失；⑤其他漏失（漏失同层、边喷边漏、地下井喷等）。这些漏失造成最严重的地层伤害是固相伤害。由于在钻井液中90%的固相颗粒粒径小于50μm，所以当裂缝的直径大于50μm时，几乎所有的固相可进入裂缝中，造成严重的填充堵塞。

（2）储层流体敏感性

在钻井完井过程中，侵入的滤液与储层中的矿物发生物理化学作用，引起储层渗透率的变化，称之为储层的流体敏感性。敏感性矿物包括黏土矿物和非黏土敏感性矿物。王欣等从微粒的受力分析出发，从理论上讨论了重力、范氏力、双电层力和水动力对微粒的影响，并着重研究了微粒水化分散、运移的临界浓度和临界启动速度等多种影响因素。引起速敏伤害的可运移微粒，既有黏土矿物微粒，也有方解石、钙长石等其他非黏土矿物的地层微粒。

现阶段对储层流体敏感性损害机理的认识主要集中在由于黏土矿物遇水膨胀，或微粒分散运移而导致地层孔隙度和渗透率下降。Land等指出，尽管做了数百块岩心实验，仍未能建立蒙脱石含量与水敏损害程度的关系，即蒙脱石膨胀与引起地层损害没有直接的关系，这意味着不含膨胀性黏土矿物的地层也会受到损害。

（3）应力敏感性

Duan对不经打磨的自然裂缝（储层的自然裂缝和地面露头的自然裂缝以及大量的人造裂缝）表面特性进行了深入分析，并对自然裂缝的应力敏感性进行了数值模拟，建立了裂缝-孔隙型储层应力损害的分析方法和评价方法。

蒋官澄对裂缝型储层的应力敏感性进行了研究，通过对裂缝型储层的渗透率和裂缝宽度与有效应力之间的关系进行回归分析，认为裂缝型碳酸盐岩储层还存在着应力敏感性和滞后效应。景岷雪等通过实验得出，应力变化幅度对岩心最终渗透率损害程度影响不大。孔隙型岩心应力敏感性小于裂缝型岩心，而天然裂缝型岩心应力敏感性小于人造裂缝岩心，且人造裂缝岩心受应力发生渗透率损害后，该损害过程几乎不可逆。

Ayoub研究了有效应力与碳酸盐岩岩样渗透率之间的关系。随着有效应力的增加，渗透率呈现三种变化趋势：①由于实验岩样含有粒间孔，渗透率平缓下降；②岩样含有溶蚀孔时，渗透率先是急剧下降，然后平缓的降低；③由于岩样中黏土矿物反抗净压力而导致渗透率升高。

何健等指出，裂缝-孔隙型碳酸盐岩储层应力敏感中等偏强，孔隙型储层应力敏感程度弱。对于模拟地层温度、地层上覆压力、地层孔隙压力、地层含水饱和度的全直径岩心的渗透率应力敏感性分析和测试实验目前在国内外尚属空白。

（4）气层损害机理

气层与油层相比，有很多不同之处。自然界中存在的气藏大多数是低渗气藏，储层普遍具有低孔、低渗、强亲水、大比表面积、高含束缚水饱和度、高毛细管力和低储层压力特点。这些特点决定了气层易受到损害，并且一旦损害，解除比较困难。因此进行气层损害有关研究也是十分重要的。

与油层损害相比，对气层损害的研究深度远远不够。从历史上看，国内外均长期有“重油不重气”的倾向，所以低渗气藏的研究得不到重视；另一方面从渗流力学的观点分析，气体本身具有可压缩性，在储层中渗流时，因滑脱效应而表现出与液体不同的渗流行为，特别是在低渗储层中，有些学者认为，气体渗流具有非达西特性，这些均增加了渗流行为的复杂性。另外，气层表面绝大多数是水湿的，亲水现象严重，增加了渗流行为的不定性。这些都增加了气层损害研究的难度。近几年来，D.Bennion等人对气层损害机理进行了比较系统的概括性总结，对钻井过程中的气层损害机理总结为：①储层本身质量问题；②水锁效应；③欠平衡钻井中的反向自吸；④钻井液固相侵入；⑤钻具在孔壁磨光和压碎现象；⑥岩石-流体间相互作用；⑦流体-流体间相互作用。

另有研究表明气层由于具有较强的应力敏感性，越是低渗气藏，特别是裂缝-孔隙性流道，应力敏感性越明显。应力敏感性是由于很多扁平或裂缝状的孔隙和毛细管的关闭引起的，在气藏开采过程中，随着储层中天然气的采出，这种由于储层有效应力改变而引起的渗透率的降低是非常严重的，据国内外资料报导，应力敏感性可导致低渗气藏的渗透率下降50%～90%。目前国内外还没有建立起一整套针对低孔低渗气藏损害的评价指标，包括对应力敏感性的评价指标。

水锁效应对低渗气藏渗透率的影响尤为严重。据国内外资料报道，液相在气藏中滞留（即水锁）是气藏的主要损害因素，气藏渗透率越低，影响越严重。

Bennion探讨了水锁形成机理、影响因素和损害消除方法，Bennion等认为水锁是由于储层初始含水饱和度远远小于束缚水饱和度引起的。贺承祖根据毛细管束模型，从理论上分析指出外来流体在油气层中的毛细管力是控制水锁效应的主要因素，而表面张力只是影响毛细管力的一个因素，此外还必须考虑接触角和毛细管的有效半径影响。碳酸盐岩油气藏也存在超低含水饱和度的现象，当气藏初始含水饱和度低于束缚水饱和度或不可动水饱和度时，即处于“亚束缚水状态”，一旦水基工作液接触气层或地层中其他部位的水窜入气层，或凝析水在气井附近集结等过程，导致气井周围含水饱和度增高，甚至超过不可动水饱和度，结果气相的相对渗透率大幅降低，造成水锁损害。水锁是气层第一位也是最基本的损害因素，严重制约碳酸盐岩气藏的发现成功率和经济开采。

张振华等人对来自轮南古潜山裂缝性碳酸盐储层的岩心研究后认为，古潜山储层存在明显的水锁效应。储层的初始含水饱和度越低，岩心的绝对渗透率越小，水锁效应越严重，并认为加入表面活性剂是减小水锁效应的有效途径。

❹ 中国大陆科学钻探（CSDC）的最新进展

刘广志

（地质矿产部科技委高咨中心，北京100812）

中国大陆科学钻探（CSDC）筹备工作，自进入90年代以来，获得了迅速的进展：

·召开了“中国深部地质研究中存在的关键地质问题”研讨会（1991.3）。

·“中国大陆科学钻探先行项目”开始执行（1991.7）。1994年11月提交有关报告，通过评审，认为中国开展大陆科学钻探条件业已成熟，争取列入“九五”国家重大科学工程项目。

·国务院发布的“国家中长期科技发展纲要”中指出：2000年前要为实施地质科学（超深）钻探工程进行技术准备，2020年前要实施（1992.3）。

·先后召开了第一次（1992.4）、第二次（1993.5）“中国大陆科学钻探研讨会”，讨论中国科学钻探选址，从12个选区归结为4个，最后选择大别—胶南作为首批靶区。

·“中国地质超深钻探（现称科学钻探）国家专业实验室”在中国地质大学（北京）建成，进入设备安装调试（1993.5）开展科研工作。

·中国派代表团参加在德国波茨坦召开的“国际大陆科学钻探会议”（1993.8），并参加ICDP筹备会（1993.9）。此后地质矿产部推荐肖序常院士为中方成员（1994.1）。地质矿产部派肖序常、闵志到美国斯坦福大学参加ICDP会议（1995.12）。

·“中国第一口大陆科学钻孔实施与科学研究”正式申报为“九五”国家重大科学工程项目。国家科委组织高级专家评议、投票，排名第三（1995.2）。财政部同意支付ICDP会费（1995.7）。以“大陆动力学和大陆科学钻探”为题举行了第36次香山科学会议。中国地质界对中国开展大陆科学钻探取得共识（1995.5）。

·再次举办“中国大陆第一口科学钻孔第三次研讨会”（1996.1）。对大别—胶南作出进一步靶区选定；并组织专家进行现场考察。

·（1996.2.26～3.1）在日本东京筑波市科学城参加“第八届通过钻探观察深部地壳学术会议”，即“第八届国际大陆科学钻探学术会议”。地质矿产部派6人代表团参加了大会。会议期间：①参加了学术1、6两组的大会论文宣讲；②参加了ICDP中美德三国谅解备忘录的签字仪式，并参加了该计划对组织管理、未来国际合作的大型讨论会；③刘广志参加了国际岩石圈（ILP）CC-4组主席M.D.佐巴克教授主持的汇报会，互通了各国CC-4组的活动简况，提出了今后活动方向。

·配合中国第一口大陆科学钻探的选址工作，提出了“中国第一口大陆科学钻探取心钻孔钻探工程技术前期研究与开发规划”（1996.3）。

1中国大陆科学钻探先导孔施工技术方案

1.1施工条件

（1）钻孔深度不超过5000m。事先由地质部门提出预想钻孔柱状图及有关地球物理资料。

（2）钻孔贯穿的主要岩层为结晶岩，如片麻岩、榴辉岩、硬玉石英岩、大理岩等等。

（3）贯穿的岩层主要物理力学性质，单轴抗破碎强度可能高达100～150MPa，个别高达150～200MPa，在地质钻探岩石可钻性分类中属7～12级硬至坚硬岩层，个别属极硬岩层。岩层研磨性可能成两极分化状态，多数属强、高研磨性；少数属坚硬、致密弱研磨性打滑层。有的含包裹体。

（4）岩心是提取大量地质信息的“信息源”，是研究下地壳、上地幔的实物资料，钻孔直径要有足够大的尺寸，以获取尽可能大直径的岩心。

钻孔又是井中地球物理、地球化学测井的通道，其直径和孔壁稳定性要满足先进的高科技测井仪下井的要求。

1.2科学钻探先导孔的主要任务和作用

（1）全孔除覆盖层以外，要不间断采取岩心、岩样，液态样（矿化水，结晶水，油等），气态样（H₂,O₂,CO₂,He,CH₄,Cl,H₂S,SO₂等可能出现的气体），进行多种测试分析。

（2）分孔段进行系统的地球物理，地球化学测井。

（3）减少深孔将来在这一井段的取心，测井工作量。

（4）测量出地温剖面，在先导孔周围打一到几个深100～300多米的测温孔，测量地热热传导率，热流密度，以建立地温数学模型，推断先导孔地温剖面，终孔温度，地温变化，对在钻孔深部选择取心工具，测井仪器，各种取样器的结构性能，增强薄弱环节是至关重要的。

（5）在先导孔中试验各种新研制的钻头、钻具、仪器等。

（6）测试地层压力梯度，压裂强度，为孔壁稳定性，造斜倾向等提供参考位置与参数。

（7）检验过去用于沉积岩钻孔中的各种仪器和方法在结晶岩钻孔中是否有效。

（8）锻炼钻探队伍，培养深孔、超深孔钻探人才。

1.3先导孔钻孔结构设计

在1993年9月在德国举行的“国际大陆科学钻探会议”上，到会代表们几乎一致的认为，根据多年来国际上施工科学钻孔经验，为节省大量投资，更科学的打科学钻孔，必须大力提倡采用已经在南非和加拿大施工了数百口深度在4000～5000m以深的勘探钻孔经验。英国KENTING钻探公司的John Beswick先生介绍，南非拥有钻进能力4000m以上的深钻机150台，钻进能力大于5000m的钻机有20多台，根据南非施钻的经验，用这类深尺地质岩心钻，打2000～6000m的科学钻孔，可以获得多快好省的科学与经济效益。

有的专家提出采用加拿大Heath＆Sherwood钻探公司的HS-150钻机（钻深4570m，最大钻探曾达5424m）和他们设计的专门用于深孔绳索取心用的HNQ,NBQ内外大环隙绳索取心系统，具以下特殊优点：①降低冲洗液压力降，②内管投入外管后，可快速到达孔底外管的定位处（表1、2）。

表1第一方案先导孔钻孔结构

注：RTB—带扩孔的不提钻换钻头钻具。

如果用第一方案，要设计研制或购置两套HNQ,NBQ钻具。

表2第二方案先导孔钻孔结构

1.4施工技术路线

（1）参照外国施工经验与我国国情应考虑：我国是一个发展中国家，财政经济并不宽裕，一切设备、器具、工艺方法应该着意考虑以“自立更生”为主，尽量利用四十几年来，钻探工程积累的成功经验，能予以改进升级的，能自行研制的，则充分发挥自己探矿机械、仪器工厂的潜力（表3）。本着“有所引进，有所不引进”的原则，引进重点国外产品，予以消化、吸收、弥补急缺。

（2）必须采用绳索取心系统，以大幅度降低起下钻时间，有效缩短施工期；提高岩心品质，实现不提钻柱或少提钻柱换钻头，减轻工人劳动强度。施工费用可节约1/3。

（3）发挥我国在小口径孔底动力机并能配合绳索取心系统的技术优势，开发与采用小口径螺杆钻（PDM）、液动锤（Hydro-hammer）驱动的绳索取心钻具，实现钻杆不回转或慢回转钻进，一可以节约动力，二可以减轻钻杆与套管磨耗，三可有效预防钻孔歪斜（图1）。

表3目前国产耐温近300℃的处理剂

图1孔底动力机驱动的绳索取心系统

（4）大力采用物理—化学方法稳定孔壁，除钻孔上部孔段下入部分套管外，下部孔段结晶岩中尽可能采用长裸眼钻进（岩层自稳）。一旦遇到复杂层，岩层失稳，应采用小间隙套管方案。

（5）发挥钻井液的多信息载体（油气，矿化水，结晶水，淡水，卤水，岩屑）作用，输送大量地质信息（图2）。

图2钻井液多信息载体作用

① 指防井涌、井喷、防塌、缩经等。②指运送岩屑，岩粉作用。③指作为深层流体（油气，水等）如H₂,O₂,CO₂,CH₄,He,H₂S,CO₂,SO₂以及Na,K,Ca,Mg微粉等在300℃，1000×10⁵Pa状态下，运载到地面

2中国科学钻探先导孔钻探工程急待开展的科研项目

2.1地面设备

（1）顶驱动长行程钻机用于绳索取心系统，带桅杆式钻塔。

（2）微机自控绞车。

（3）全自动钻杆排架。

（4）自动拧管机

（5）钻杆疲劳、破裂孔口探伤器。

（6）钻探操作自动化操纵台（含监测、采集、优化、反馈系统）。

（7）防喷器组（全封闭1套，封钻杆2套）。

2.2深孔钻探基础理论

（1）高温高压下的结晶岩岩石物理力学性质，可钻性分类与破碎机理。

（2）建立高温高压试验设施。

（3）新型重量轻、高强度管材材料。

（4）钻杆断裂力学与监测系统。

（5）钻头磨损规律与机理。

（6）高温高压钻井液理论：①钻井液（无固相）聚合物配方、处理剂、添加剂，抗高温稳定性、固控设备与理论；②高温高压钻井液水力学、流变学、胶体化学理论与实践。

（7）钻井力学。

（8）建立机会井数据库。

2.3深孔钻探工艺学研究

（1）深孔钻孔结构与管理程序设计。

（2）不同孔深的钻具与钻具稳定。

（3）深孔孔斜防治。

（4）电子计算机辅助钻进（CDC）系统。

（5）取心取样工艺，液态、气态放射性样品采集工艺，放射性自动检测技术。

（6）钻头与钻具选择方案与相应钻井参数的确定。

（7）不同孔段地温检测及其增温梯度规律。

（8）不同孔段岩石破碎规律，岩石物理力学性质测定。

2.4孔内系统

（1）长寿命金刚石钻头与扩孔器。

（2）开发新型超硬材料切削具与取心钻头。

（3）用孔底动力机（BHM）驱动的绳索取心系统：①用螺杆钻驱动的绳索取心系统；②用液动锤驱动的绳索取心系统；③“三合一”式（绳索＋螺杆钻＋不提钻换钻头）取心系统。

（4）孔壁取心器：①液压或刮样器；②孔底电马达驱动水平取样器。

（5）高温高压气态或液态取样器。

（6）小口径随钻测量（MWD）仪。

（7）小口径垂直钻进（VDS）防斜系统。

（8）高温水泥及其固井技术。

（9）高温稳定、高润滑性、抗腐蚀钻井液及其添加剂。

（10）地层测试器、深部流体流量计等。

（11）高精度深孔岩心定向仪及方法。

（12）含铁铝合金钻杆及其合金钢接头。

2.5深孔现代化管理

（1）深孔设计、施工、研究资料中系统工程管理（含工程、经济两大范筹）。

（2）设计、施工、研究过程中的数据库。

（3）资料编辑、整理、出版，信息交流。

2.6信息获取

自觉采取有代表性的样品和获取更多的数据，是科学钻探项目成功的预先要求。采集数据可再分为孔内与地面两部分。孔内部分包含取心、取砂样、测井、钻进与水力测试，孔内地球物理试验（孔底到地面或两个孔之间）。地面部分则包括从孔口和泥浆测试装置取得的固体和液相样品，包含首次与初步地质描述，化学与物理分析。测井项目则是雄心勃勃、费时的。钻导孔时，钻探费用等于测井计划的费用。测井程序要逐个孔段进行，为减少漏采信息的危险。钻探结束之后，还要进行长期测量与试验（图3）。

图3

按照KTB经验野外信息资料整理后直至提出科研报告，均在野外实验室完成，钻孔则建成长期观测站

3《地质超深钻探（科学钻探）技术》国家专业实验室

3.1实验室的性质和任务

中国地质大学（北京）所属的《地质超深钻探技术》国家专业实验室，是经国家计划委员会、国家教育委员会于1989年6月批准投资新建的国家级专业实验室，同时亦是地质矿产部开放研究实验室，在学术上是一个相对独立的研究实体。这个实验室是开展本学科及相关学科的基础研究和应用基础性研究工作的重要基地，也是培养本学科高级科技人才的摇篮。

实验室按照“开放、流动、联合”的原则，面向国内外同行业开放，欢迎国内外专家学者在本实验室发布的《课题指南》范围内申请研究课题，经学术委员会评审批准资助后，来实验室开展科学研究。也可自带课题和经费及配套仪器和设备来开放研究实验室进行科研活动。

3.2实验室的课题研究领域

（1）大陆科学钻探

·中国大陆科学钻探工程的建设与准备工作

·东亚大陆环境科学钻探工程

·高温高压地学模拟实验装置（又称HTHP井筒）（图4）

图4高温高压地学模拟实验装置

（2）钻探新技术新方法

以岩石力学研究为基础，采用电子计算机等高新技术，研究新的钻探技术装备与方法

·交流变频调速型钻机

·绳索取心与不提钻换钻头技术

·碎岩工具的设计与研究

·高温热熔法钻进新技术

3.3研究设施与装备

碎岩机理与工具研究部分：主要从事岩石物理机械特性，岩石破碎机理，破碎岩石工具以及井下钻探工具的新技术研究。主要的设备是美国MTS公司的岩石力学试验机和0～8000赫兹连续可调的中频感应烧结设备。

计算机应用技术研究部分：主要从事计算机在钻井工程及其它相关部门中应用技术的研究。主要的设备是计算机控制的钻井实验系统，微机群与其外围设备，以及HP9000系列的计算机工作站。

除上述几项设施外，实验室内还专门建立了一个热熔法钻井实验台。

为了实现国际交流，实验室内还设立了小型学术厅和专家工作室。

岩石圈构造和深部作用

3.4实验室的管理与组织

《地质超深钻探技术》国家专业实验室由国家教育委员会和地质矿产部双重领导，行政管理属于中国地质大学（北京）。

本实验室实行主任负责制。实验室主任全面负责组织和领导开放研究实验室的科学研究、学术活动、人员聘任、人才培养、资金使用和行政管理等工作。

实验室设学术委员会，是学术评审机构。其主要职责是：确定本实验室的研究方向，制定《课题指南》，审批研究课题，评审科技成果，审议实验室的经费计划和组织重大学术活动。

实验室的固定人员以及客座研究人员均由实验室主任聘任。并实行任期制，工作成绩突出的可连聘。

3.5实验室的主要研究成果

（1）微机自控钻进实验台。

（2）钻井工艺技术的微机分析系统。

（3）金刚石钻进原理及最优化钻进技术的研究。

（4）地质钻机新型电驱动系统研究。

（5）改善钻柱工作性状及井底载荷有效控制方法研究。

（6）不提钻井底换钻头技术。

（7）热熔法钻孔新技术。

（8）高温钻井液研究。

管理与研究人员

岩石圈构造和深部作用

学术委员会组成

岩石圈构造和深部作用

❺ 帕斯卡裂桶的详细解释 要详细的！！

帕斯卡在1648年表演了一个著名的实验：他用一个密闭的装满水的桶，在桶盖上插入一根细长的管子，从楼房的阳台上向细管子里灌水。结果只用了几杯水，就把桶压裂了，桶里的水就从裂缝中流了出来。原来由于细管子的容积较小，几杯水灌进去，其深度h很大。
这就是历史上有名的帕斯卡桶裂实验。 一个容器里的液体，对容器底部(或侧壁)产生的压力远大于液体自身的重量，这对许多人来说是不可思议的。
编辑本段帕斯卡桶实验的改进
该实验装置高度太高不便在教室里演示，可启发学生思考：能否把所有的装置都相应地缩小呢？答案是否定的．接着再问：管长减小了，液体压强减小了，液体对木桶的压力必定减小；而桶尽管缩小了，但其耐压性几乎不变，桶就不可能裂开，能否用其它物体来模拟“裂桶”呢？学生自然会想到用耐压性较低的物体来代替（如薄塑料袋）．比较装满水的塑料袋在同质量的一杯水与一管水作用下不同情形，液体压强的实质就非常容易理解了．
取一个演示液体测压强用的大广口瓶（直径约30厘米，高约40厘米），在瓶下部的侧壁管口用橡皮薄膜扎紧密封，将红色的水从瓶口倒入，随着瓶中水位的升高，侧管的橡皮薄膜渐渐鼓出，可以看到，即使灌满水后，薄膜鼓出的程度也并不十分明显（图1）.这说明虽然瓶中装了很多很重的水，但对侧壁的压强并不很大.再取一根1米长的托里拆利玻璃管，通过打有小孔的瓶塞插入大瓶中，并把塞塞紧密封.让一个学生站到凳子上将烧杯中的水用漏斗渐渐灌入管中（图2），当玻璃管中红色水升高50厘米以上时，只见大瓶侧管的橡皮薄膜大幅度鼓出，现象生动明显.
编辑本段实验原理
因为液体的压强等于密度、深度和重力加速度常数之积。在这个实验中，水的密度不变，但深度一再增加，则下部的压强越来越大，其液压终于超过木桶能够承受的上限，木桶随之裂开。
帕斯卡“桶裂”实验可以很好地证明液体压强与液体的深度有关,而与液体的重力无关.
编辑本段实验应用的物理公式
P=ρgh
P 压强(Pa)
ρ 液体的密度(kg/m³)
g=9.8N/kg（≈10N/kg）
h 深度（m）
计算时单位不能弄错！
编辑本段原理应用
水坝的下部总要比上部建造得宽一些。
潜水员穿特制潜水服且控制下潜深度。
潜水艇只能下潜到一定的深度。
当下水到一定程度时，鼓膜会受不了。

❻ 深圳市百勤石油技术有限公司的产品与服务

技术能力
高速涡轮钻井
百勤率先将能达到800-1500rpm高转速的涡轮钻井技术引进中国，配合个性化设计的孕镶金刚石钻头，形成了火成岩、砾石层、高研磨石英砂岩地层钻井提速唯一有效技术。
高级别/深井多分支井
百勤具备1-6级不同完井水平分支井的能力，实现了分支井眼的重进入和选择性开采。
旋转尾管固井及多级固井
百勤率先将旋转尾管悬挂器用于中国陆地固井作业，有效提高固井质量，并将此技术广泛推广。
油基钻井液
在中国非常规能源开发水平井中推广无粘土相油基钻井液体系，有效保护储层，提供良好的井壁稳定性及润滑能力，大幅度提高钻井效率。
主要产品和服务 服务项目 主要产品 1 涡轮钻井服务 2 7/8″- 9 1/2″涡轮钻具、4″- 16″孕镶金刚石钻头 2 多分支井服务 分支井钻井和完井配套系统工具 3 旋转尾管固井服务 旋转式顶驱水泥头/旋转水泥头、旋转尾管悬挂器和扶正器 4 旋转套管固井服务 简易顶驱、套管驱动系统、固井胶塞、抗扭矩环等 5 分级固井服务 多种机械式和液压式分级箍 6 油基钻井液服务 无粘土相油基钻井液 7 钻头服务 各种高效和常规钻头 8 套管防磨减阻服务 3-1/2″、4″、4-1/2″、5″、5-1/2″钻杆非旋转套管防磨套 9 螺杆钻井服务 等壁厚长寿高效螺杆等配套工具 10 开窗侧钻服务 套管开窗钻井配套系统工具 11 定向及水平钻井服务 井下动力钻具：常规螺杆、长寿高效螺杆、空气螺杆、高速涡轮钻具等
旋转导向钻井系统
测量工具：MWD/LWD、Slim MWD以及EMWD等 12 打捞服务 打捞筒、打捞矛、震击器和强磁打捞器等 技术能力
高温高压、高腐蚀完井
具备高温高压、高腐蚀完井的完井设计、工具选型和安装调试的综合服务能力。
常规完井技术方案设计、技术咨询及服务
可以根据客户需求提供最优的完井方案，选择合理的完井工具，提供优质的服务，为客户获取最大的利益。
大位移完井
完成业界内难度较高的大位移井完井作业，最高水垂比高达3.7，平均井深7600米。
高产油井完井
提供针对不同类型的高产油井的井下完井工具，包括封隔器、安全阀及地面控制系统。
双管完井
提供双管封隔器、环空安全阀在内的双管完井系统的设计和产品。
Monobore完井
提供单通道完井工具和服务，如：尾管悬挂器、顶部封隔器、固井附件、大通径安全阀等，满足高产井的要求，为将来的修井提供便利。
主要产品和服务 服务项目 主要产品 1 高温高压完井服务 2-3/8至9-5/8油管可回收式安全阀及钢丝安全阀、适合4-1/2至10-3/4套管的各类封隔器、气举阀、滑套、化学注入阀、伸缩节、工作筒和球座等 2 钢丝作业服务 作业设备：试井绞车、井口防喷系统
标准工具：基本工具串、锁定芯轴送入与取出工具、移位工具等
打捞工具：钢丝探测器、钢丝捞矛、钢丝剪切工具、打捞筒、磁力打捞器等
测试工具：选择性测试工具、非选择性测试工具、探测工具
其他工具：胀管器、捞砂筒等 3 井口及采油树服务 套管头、套管四通、油管头、油管挂、采油树等 4 地面控制服务 单井控制盘、多井控制盘、紧急截断阀 5 试油服务 地面测试设备、套管井钻杆测试技术、裸眼井钻杆测试系统工具等 6 防砂服务 高温高压防砂技术、水平井砾石充填防砂技术、单、多层防砂技术配套产品 技术能力
水平井多级分段改造（压裂、酸压、酸化）技术
 - 水平井裸眼液压座封封隔器分段改造技术；
 - 遇油遇水自膨胀封隔器分段改造技术；
 - 水平井水力喷射分段改造技术；
 - 水平井快钻桥塞分段改造技术；
 - 水平井套管阀固井分段改造技术。
 非常规油气藏压裂技术
 - 页岩油气藏压裂技术；
 - 煤层气压裂技术；
 - 致密砂岩油气藏压裂技术。
 高温高压深井压裂技术
 强水敏低渗储层压裂技术
 井下多次座封跨隔式封隔器找水和堵水技术
主要产品及服务 服务项目 主要产品 1 分段压裂、酸压、酸化服务 水平井多级分段改造工具：裸眼液压座封封隔器、遇油遇水自膨胀封隔器、可钻桥塞、多级分段压裂滑套、球座及配套产品 压裂液、酸液及化学品：常规水基压裂液体系（适应温度段30-180℃）及化学品、清洁压裂液体系及化学品、滑溜水压裂液体系及化学品、缓速酸液体系及化学品、自生酸液体系及化学品、胶凝酸体系及化学品、清洁自转向酸液体系及化学品 2 找水/堵水服务 井下多次座封跨隔式封隔器找水工具及配套产品 跨隔式封隔器堵水工具及配套产品 技术能力
化学注入
可以提供综合防腐方案设计，以及成套化学注入系统工具，帮助客户以较低的成本达到所需的防腐效果。
动态检测
动态监测系统最大能达到25,000psi的工作压力，能应用于最高200℃的严酷井下条件，并能保证系统的高度可靠性。
气 举
根据产层特点设计合理的气举方案，选用合适的气举工具和合理的数量，提高采油效率、降低气举采油成本。
电潜泵
可提供全系列、多规格的潜油电泵以及配套工具，可以满足不同井况下使用，具有高可靠性、耐高温高压、自动化程度高、兼容性好等优点。
主要产品和服务 服务项目 主要产品 1 气举 偏心工作筒、气举阀、投捞头、造斜工具、气举阀送入和取出工具等 2 电潜泵 电潜泵、高温电潜泵、双电潜泵系统 3 化学注入 化学注入阀、化学注入管线、管线保护器、地面泵送机组、管线绞车等 4 动态监测 传感器、传感器托筒、信号电缆、控制和显示面板、太阳能供电系统等 技术能力
API相关标准；按照客户技术规格书要求设计；应用该行业最先进的设计理念；应用公司相关专利技术；采用国际业内公认品质的最先进的流体控制元件。主要产品和服务. 服务项目 主要产品 1 井口控制设备 单井控制盘、多井控制盘、欠平衡井控系统、旋转防喷器控制柜、节流管汇控制系统 2 化学试剂注入设备 化学试剂注入系统 3 紧急截断阀控制设备 紧急截断阀控制盘 4 自动化监控系统 闭路电视监控系统（CCTV）and 数据监控系统（SCADA） 技术能力
油田试压装置是依据API 16A、API 16C、API6A、SY5156等井口及井控设备试压标准及API Spec11D1-2002（ISO 14310-2001）、API14A等井下工具及安全阀的试压标准，并综合了国内外先进技术及工艺研发和制造的国际先进水平的试压产品，并拥有国家专利证书和企业标准证书。
油田试验检测装置是集试压装置、试验工艺流程、自动化控制、视频监控及配套设施于一体的大型成套设备，符合HSE职业健康、安全环保要求，功能齐全、器件优良、安全可靠、检测试验结果准确无误。
主要产品和服务 服务项目 主要产品 1 水压测试设备 便携式水压实验台，橇装式水压实验台，集中控制水压实验装置 2 气密封测试设备 便携式气密封实验台，橇装式气密封实验台，大型气密实验装置 3 实验室设计建造项目 井口及采气树试验系统，防喷器试验系统，封隔器性能实验系统，采油工艺模拟实验系统，气举工艺模拟试验系统，防沙工艺模拟试验系统

❼ 油气田开发工程的相关学校

东北石油大学，简称“东油”，原名东北石油学院、大庆石油学院，位于黑龙江省大庆市高新技术产业开发区。东北石油大学源于清华大学石油炼制系，孕育于北京石油学院，诞生发展于中国最大的油田大庆油田，伴随大庆油田的发现而诞生的一所全国重点大学，是大庆油田大会战的重要成果之一。东北石油大学以工学为主，工、理、管、文、经、法、教育学多学科协调发展。东北石油大学坐落在中国最大的石油石化基地、被誉为“绿色油化之都、天然百湖之城”的全国魅力城市——黑龙江省大庆市。学校创建于1960年5月，1975年7月更为大庆石油学院，2010年4月1日经国家教育部批准正式更名为东北石油大学，并成为中国石油天然气集团公司（简称中石油）、中国石油化工集团公司（简称中石化）、中国海洋石油总公司（简称中海油）和黑龙江省四部共同建设高校。
科研概况
东北石油大学教育科研工作坚持为行政部门决策服务，为教育改革和发展服务，为广大教师服务，为丰富和发展教育理论服务的方向与宗旨，积极开展教育科研的管理与研究工作，促进了教学、科研、管理等各方面的发展。
在科研上，坚持产学研相结合，探索出了“立足大庆，面向石油和石化工业，服务区域经济”的科研特色。在三次采油、新能源研究等12个研究领域形成了相对稳定、独具特色的研究方向。“九五”以来，东北石油大学共承担各级科研课题1700多项，累计获得科技经费近4亿元，有400余项科研成果获得各级科技奖励，其中国家级5项，省部级200余项。有40余项成果申请了国家专利。特别是“石油水平井钻井配套技术”获得了国家科技进步一等奖，“煤成油的形成环境与成烃机理”获国家自然科学二等奖，这也是90年代以来国内地学界唯一一项自然科学奖。出版科技专著181部，发表科技论文3500多篇，其中进入国家统计源1623篇，并有105篇被国际三大检索机构检索。
截止至2012年6月，教育科研获奖127项，其中省级一等奖6项，二等奖10项，三等奖7项。2008年1月东北石油大学高教所被中国高等教育学会评为全国优秀高等教育研究机构、1998年被黑龙江省高等教育学会评为1992－1998年度先进集体、2004年被评为黑龙江省高等教育学会系统先进集体、2006年被黑龙江省高等教育学会评为黑龙江省“十五”期间教育科研先进集体。教育科研对促进学校教育决策的作用越来越大，教育科研成为学校教育改革与发展的重要动力。 “油气田开发工程”是“石油与天然气工程”一级学科下属的二级学科。1988年，我校“油气田开发工程”学科被批准为国家重点学科；以此为基础，建成了“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室；2001年该学科再次评为国家重点学科。本学科的主要研究方向为：油气渗流理论及应用技术、气田开发理论与方法、采油采气理论与工程技术和提高采收率理论及工艺技术。本学科在2001年教育部重点学科通讯评议中获得同意票率为81.82%,排名第一。中石油，中石化，中海油的多位总裁或副总裁毕业于此，被誉为石油界的“黄埔军校”。
本学科坚持以物理模拟、应用基础理论研究突破产生的新理论、新观点为基础，开发并形成了配套的油气田开发新技术、新工艺、新材料，以大幅度提高油气产量及采收率。本学科在油气渗流理论及数值模拟、天然气开发与开采方向一直处于国内领先。本学科优势和特色为：
1、油气渗流理论及应用技术方向
主要对低渗、复杂裂缝、变形介质、有水气藏、凝析气藏、煤层气等复杂油气藏及复杂结构井的渗流机理、渗流模式及渗流规律进行研究，建立和完善了多类针对上述复杂油气藏的渗流模型，形成了上述复杂渗流的非线性渗流理论及相应的应用技术。特别是在低渗透油气藏、复杂裂缝有水气藏的数值模拟及数值试井理论、方法和技术等方面取得重大进展。发展了复杂油气藏数值模拟、试井分析及油气藏工程的理论、方法和技术。
2、气田开发理论与方法方向
主要针对凝析气藏、低渗气藏、裂缝性气藏、高含硫气藏开发和天然气储气库等特殊气藏进行研究，形成了特殊气藏开发流体相态、渗流及物理模拟技术和凝析气、低渗气藏与成组成气藏开发、气藏经营管理理论方法与配套技术。
3、采油采气理论与工程技术方向
主要从事油气开采的基础理论和应用技术研究，针对油气开采过程中的重大工程技术难题，以压裂工程技术、酸化工程技术、机械采油技术、射孔测试技术、注水工程技术等为主要攻关目标，在复杂油气藏压裂酸化技术、复杂结构井射孔测试和球塞气举采油方面取得重大进展。
4、提高采收率理论及工艺技术方向
主要从事化学驱提高采收率基础理论与应用基础理论研究、配套应用技术及驱油化学剂研发，形成了高温高盐油藏聚合物驱和复合化学驱提高采收率技术中的聚合物研发及配套关键技术，提出了解决如何利用水溶性聚合物分子链间作用来建立和提高溶液粘度、以获得抗温抗盐抗剪切的高效增粘聚合物的途径，为研制适用于各种高温、高矿化度油藏的抗温、抗盐、抗剪切的高效增粘聚合物提供了必要的理论和实验依据。
本学科以西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室、中国-加拿大天然气勘探开发培训中心、联合国援建的中国石油天然气集团公司油井完井技术中心、四川省“天然气开采”重点实验室、与中国海洋石油总公司联合建立的提高采收率重点实验室和中国石油天然气集团公司特殊气藏开发重点研究室等国家和部省级实验室为支撑，在开发实验与物理模拟，储层流体分析，油气层伤害、保护和评价，采油化学处理剂研制、中试和生产等方面形成了配套研究能力。
近5年来，本学科进一步发挥了复杂油气田开发，尤其是天然气开发开采方面的特色，在非常规油气田开发和开采理论与技术方面实现了新的突破，以这些研究成果为依托，新增了“开发地质学”、“石油工程计算技术”和“油气田材料与应用”三个二级学科博士点和硕士点，新增了“天然气开发”教育部工程研究中心和四川省天然气开发与开采实验基地。 油气田开发工程学科是1953年建校时在清华大学石油系基础上创建的学科之一。1961年获工学硕士学位授予权，1986年获工学博士学位授予权，1991年建博士后流动站。1998年被批准为山东省重点学科，2001年被教育部批准为国家重点学科，国家 “211工程”重点建设学科。
学科拥有一支结构合理、实力雄厚的学术队伍。现有教授15人，副教授及高级工程师21人。其中，博士研究生导师10人，硕士研究生导师50人。
主要研究方向：
油气渗流理论与应用
油气井开发原理与系统工程
采油工程理论与技术
提高采收率理论与方法
油气田开发信息技术与应用
学科建有渗流物理、现代油藏数值仿真、人工举升、采油化学等实验室，研制了一批具有自主知识产权、达到国际先进水平的教学、科研实验仪器设备，开发了各类油藏数值模拟软件、试井解释分析软件、油藏工程分析以及采油工程设计软件，取得了一大批具有国内外先进水平的标志性成果。
油气田开发工程学科已成为我国油气田开发工程理论与技术领域的科学研究和高层次人才培养的重要基地。 主要研究方向
082002油气田开发工程
01油气渗流理论与应用
02油气田开发理论与系统工程
03采油工程理论与技术
04提高采收率与采油化学
05非常规油气能源开采理论与技术 主要研究方向
082002油气田开发工程
01油气田开发理论与方法
02采油采气工艺理论与技术
03提高采收率理论与技术
04非常规油气开发
05石油技术经济 油气田开发工程学科培养具备独立从事油气田开发工程中开发方案设计、油气藏工程分析、采油工程实施和解决油气藏开发工程作业问题的能力，可以取得具有一定创新意义的研究成果；能熟练地运用计算机和掌握一门外国语；能够从事专业及相邻专业的教学、科研、科技开发和管理工作。
本学科依托1个联建国家工程实验室（低渗透油气田勘探开发国家工程实验室）、一个教育部工程研究中心（西部低渗-特低渗油田开发与治理教育部工程研究中心）、二个省部级重点实验室（陕西省油气田特种增产技术重点实验室、CNPC油层改造重点实验室—高能气体压裂理论与工艺研究室、陕西省油气田环境污染与储层保护重点实验室）、二个省部级工程及研究中心（CNPC高能气体压裂工程技术中心、陕西省油气钻采与污染控制工程技术研究中心），师资力量雄厚，现有教授15人，副教授13人。
培养方向主要有：
1、渗流理论和油气藏数值模拟、
2、采油采气工程理论与技术、
3、提高采收率理论与技术、
4、油气藏描述及开发地质建模的理论与方法。 在非常规难开发油气藏开发方式优选、提高采收率技术和在页岩气藏等难开采油气藏压裂改造理论与技术和完井技术方面、初步形成了特色鲜明的研究方向，积极介入了页岩气及煤层气开发，在井下钻井工程和采油工程的状态检测与故障诊断方面取得明显突破。
先后购置了用于非常规岩石分析的关键设备-核磁共振岩心分析仪和气相色谱仪、蒸汽驱模拟实验装置、含蜡量测定仪等设备，自建了页岩气压裂裂缝导流能力研究设备、水平井多级压裂变质量流模拟设备等一批实验装备，申请了天然气水合物开采、特低渗透率岩心驱替相关的一批专利。
根据非常规难开发油气藏的特点初步研究了配套的钻采工艺技术、研发了新型的综合录井仪等新型工具，基本达到国内领先水平。重点针对难开发油气藏的地层与流体特点，研究其开发过程中基础性规律、提高采收率技术和钻采工艺技术。建成了完善的非常规油藏物理实验装置、基础性的信号检测设备、电子显微镜等。
本方向承担了一批国家自然基金、教育部重大专项等项目的资助，与友邻研究单位在此方面合作密切，具有坚实的研究基础。 石油工程专业是我校向上游学科发展，为满足东北老工业基地发展对高素质石油人才的迫切需求，于2008年批准设立的本科专业，同年面向全国招生。经过多年的发展，专业建设取得了长足的进步，石油与天然气工程一级学科于2009年获批“提升高等学校核心竞争力特色学科建设工程”并已经成为硕士点一级学科。
本专业培养德、智、体全面发展，具有扎实的数理基础与系统的石油工程专业知识、较强的计算机应用与工程实践能力，能在石油工程领域从事油气钻井与完井工程、采油工程、油藏工程等方面的工程设计、工程施工与管理、应用研究与科技开发等工作的应用型高级专门人才。
石油天然气工程学院以提高教学质量为中心，以规范教学管理为手段，以学科建设为重点，以全面提高教师队伍素质为基础，形成了一支具有高学历、高水平、高素质、适合21世纪高等教育需要的相对稳定的教师队伍。
本专业定位于立足辽宁，面向全国，服务石油，培养能够为地方经济发展、东北老工业基地振兴及国家经济建设服务的高级应用型工程技术人才。依托全国第三大油田--辽河油田的资源优势，以及辽宁石油化工大学雄厚的办学底蕴--突出石油石化特色，石油工程专业形成了鲜明的教学特色和稳定的科研方向，取得了丰硕的成果，为我国石油行业培养了大批优秀的专业技术人才。
本专业科学研究主要集中在低渗透储层油气资源的开发利用，包括微尺度多孔介质数值模拟技术；油页岩原位开采技术，页岩气储层形成与保持机理分析；稠油热采井筒及储层传质、传热研究；浅薄层油砂储层评价、采油工艺选择等非常规油气储层研究；超稠油储层物性评价，孔隙流体流动特性研究等。

❽ CT扫描火山岩水力裂缝扩展物理模拟研究

孙志宇 刘长印 李宗田

（中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083）

摘 要 采用大尺寸真三轴实验系统及CT扫描裂缝监测方法，直观有效地观察了微裂缝、孔洞发育的大尺寸火山岩露头岩样水力裂缝扩展规律，分析了不同主应力差、岩石孔隙、天然裂缝发育程度对火山岩压裂裂缝扩展的影响，该方法在国内外尚属首次。实验结果表明，火山岩质地坚硬，难以压开，压裂过程中具有明显的泵压波动；裂缝扩展总体上受水平主应力状态控制，但天然裂缝空间位置、长度、熔孔发育程度及岩石特性会影响裂缝起裂、延伸压力及裂缝形态，形成复杂的裂缝系统：井筒附近的天然裂缝、孔洞会改变水力裂缝起裂次序及扩展方向，而火山岩独有的岩石特性又会使裂缝的空间展布较为扭曲。

关键词 CT扫描 裂缝扩展 物理模拟 火山岩

Research of Physical Modelling on HydraulicFracture Propagation by CT Scan in Volcanic Rocks

SUN Zhiyu，LIU Changyin，LI Zongtian

（SINOPEC Exploration ＆ Proction Research Institute，Beijing 100083，China）

Abstract Applying triaxial experimental system and CT scan monitoring method，the propagation rule of hydraclic fracture in large-size volcanic outcrop rock sample with lots of micro-cracks and holes can be observed effectively，also the effects of stress difference，rock pores and nature fractures on hydraclic fracture propagation can be analyzed，which is first used all over the world.The results show that，the volcanic rock is very hard to crack，and the pump pressure fluctuates obviously in the treatment；the fracture propagation is mainly controlled by horizontal principle stress but nature fractures location and length，rock pores size and rock characteristics also have significant effects on fracture initiation，extension and fracture geometry to cause complex fracture system. Nature fractures and pores near wellbore may change the direction of fracture and the special rock characteristics of volcanic rock may cause the fracture tortuous.

Key words CT scan；fracture propagation；physical modelling；volcanic rock

针对大尺寸岩样水力压裂裂缝起裂和延伸的实验研究，前人做了大量的工作，取得了一定的成果^［1～9］，但是，这些实验都是针对均质的水泥块砂岩，不能用来反映火山岩压裂裂缝起裂、延伸规律，而且在对室内的水力压裂物理模拟实验压裂裂缝的监测方面，传统的方法虽然可行，但都具有一定的局限性。最常规的观测方法是在压裂后用钢锯、铁钎等工具将试样劈开，从而观测裂缝的形状^［5～9］。这种方法有两个缺点：一是在劈裂的过程中，原有的裂缝势必会遭到破坏，或者在原有的裂缝基础上产生新的裂缝，极大地影响了实验结果的准确性；二是在多裂缝的观测方面，常规压裂后的观测方法是沿着主裂缝劈开试样，其结果是只能对主裂缝面进行观测，而其他的裂缝均遭到破坏。利用CT扫描仪和红外线热成像等技术对裂缝进行监测能够克服以上实验方法的弊端，直观、有效地观测到裂缝的扩展形态，分析主应力差、岩石孔隙、天然裂缝发育程度对火山岩压裂裂缝的影响，探索与火山岩多裂缝、缝洞型油藏特点相适应的压裂裂缝起裂、延伸机理，指导火山岩现场压裂优化设计。

1 模拟试验

1.1 试验设备

试验采用中国石油大学（北京）设计组建的大尺寸真三轴模拟系统，该系统可以模拟真实地层条件下水力裂缝的起裂和扩展机理。模拟压裂试验系统由大尺寸真三轴试验架、MTS伺服增压泵、数据采集系统、稳压源、油水隔离器及其他辅助装置组成，如图1所示。

图1 试验设备及流程

1.2 岩样采集与制备

实验采用的火山岩样来自于采集的松南火山岩现场露头，考虑到CT扫描设备的穿透尺寸，共制备200mm×200mm×200mm大尺寸岩石样品10块，取喷溢相上部亚相流纹岩、喷溢相下部亚相凝灰岩各两块进行实验，图2、图3分别为制备的流纹岩及凝灰岩岩样。室内测定流纹岩的单轴抗压强度为265 MPa，杨氏模量为45.50GPa，泊松比为0.24，而凝灰岩的单轴抗压强度为172MPa，杨氏模量为35.25 GPa，泊松比为0.23，均高于常规砂岩，说明火山岩质地坚硬，脆性较强，延展性小。

图2 制备的流纹岩岩样

图3 制备的凝灰岩岩样

1.3 实验步骤

1）在实验岩样的正中钻出直径为14mm的井眼，井眼深度为140mm，然后把模拟井筒放入其中，用ETA公司生产的VMZ345型强力胶黏剂胶结，中间留出10mm的裸眼段便于水力裂缝的起裂。

采用水基胍胶溶液作为压裂液，压裂液中添加了红色示踪剂，压裂液的质量分数为1％，压裂液的黏度为135mPa·s（600转/min），压裂液排量为4.2×10^-9m³/s，4块岩样实验垂向压力都为20MPa，两个水平向围压根据实验岩样的不同而不同。

2）将岩样放置于真三轴模拟压裂试验架上，调整好位置，在岩样周围加上压力板，用起吊机将顶板放置于岩样顶部。

3）连接液压稳压源、压力板之间的管线；连接顶板（模拟井筒）、油水分离器、MTS液压源之间的管线；在三向模拟压裂装置的周围液压板上布置好声发射监测探头。

4）开启液压稳压源，选取其中的两个通道，根据不同的实验要求，手动将通道压力增至预定压力。

5）将制备好的压裂液放入油水分离器。

6）开启MTS伺服增压器，开启与MTS控制器连接的计算机端注入压力控制系统和数据采集系统。

7）缓慢增加注入压力，观察压力注入系统和数据采集系统。观察压力-时间曲线和排量-时间曲线，判断试样破裂后停泵，并关闭液压稳压源，卸掉围压。

2 结果与讨论

2.1 岩样1实验

岩样1使用的是火山流纹岩，试验过程中垂向与水平围压分别为20、15、10MPa。

图4为岩样1的泵注压力曲线，压力曲线呈现明显波动形式，且幅度很大，初始压裂峰值压力达到了60MPa，之后峰值压力不断下降，压力曲线的下降说明压裂液进入较大的孔洞或使天然裂缝张开，当孔洞或天然裂缝被充满后，压力回升，而后又沟通新的天然裂缝或进入新的孔洞，如此反复。峰值压力持续下降说明有新裂缝张开，但将岩样取出后观察未见明显的水力缝，说明在60MPa的峰值压力下并没有将岩样贯穿，只可能在岩样内部形成了较小的裂缝，而这些裂缝可通过CT扫描的方式识别。

图4 岩样1压力曲线

压前对200mm×200mm×200mm火山岩岩样从上往下应用CT扫描200个横截面，每个截面间距为1mm。压裂后采取同样的方法对岩样进行扫描，压前、压后火山岩样的CT扫描结果显示，只在其中很少的截面上（编号144-148）发现压裂后有新的水力缝产生。图5、图6分别为编号为144的截面在扫描前后的裂缝形态变化图，从图中可以看出，压裂前在此截面上存在有一条天然裂缝，压裂试验后对同一截面扫描图观察发现，水力裂缝在天然裂缝处起裂，并不断延伸，说明在井筒天然裂缝处存在薄弱面，水压会首先使得天然裂缝张开，而并非沿着最大主应力方向起裂与扩展。

图5 压前144截面扫描图片

图6 压后144截面扫描图片

图7 146截面压后裂缝形态扫描图

图7为146截面压裂后裂缝形态扫描图，从图中可以看出，水压裂缝在沿着天然裂缝的方向起裂与延伸一段距离后，逐渐转向与最大主应力平行的方向。在这个过程之中还可以看出，水力裂缝在进入孔洞发育区域时，并不继续沿着原方向向前延伸，而是在孔洞的某个弱面上产生新的裂缝，并向前扩展沟通其他孔洞。

从图7中还可以发现，在井筒另一侧还产生了一条平行于最大主应力的裂缝，长度大约有5cm，说明在一条裂缝延伸过程中，受裂缝近井筒扭曲效应的影响，井筒压力还是在不断增大，当井筒压力达到了地层的破裂压力时第二条裂缝起裂扩展，两条水力裂缝并非在井筒两翼同时产生并成相互对称的理想状态。

147、148截面压前、压后裂缝扫描显示，压前井筒附近截面上无裂缝显示区域压后出现水压裂缝，说明是144截面裂缝起裂后扩展到147、148截面的，但此两截面两翼裂缝长度逐渐减小，说明裂缝在144面起裂后，向下方呈近似楔形扩展，因扫描切面不同而观察到的裂缝长度不同。

2.2 岩样2实验

岩样2使用的是火山凝灰岩，实验过程与岩样1相同，垂向与水平围压分别为20、15、12MPa。在压前CT扫描截面图上，可明显观察到一条近似水平向天然裂缝，从第2面开始出现一直到106面消失，期间与井筒沟通，而在跨过井筒后，几乎横切整个岩样（图8）。

图9为岩样2的泵注压力曲线，从图中可以看出明显的破裂显示，但破裂压力只有22MPa，远低于前面流纹岩的60MPa，破裂后压力逐渐稳定，结合压前的CT扫描分析及压裂后压力曲线，认为压裂液只是使得井筒附近的那条天然裂缝开启，而没有产生新的水力缝，22MPa是天然裂缝开启的压力。

通过CT扫描观察，对于相同截面，天然裂缝均有不同程度的扩展（图10），压后的CT扫描图中裂缝明显比压前清晰，但实验后未发现新的其他裂缝产生。理论上，在试验2的围压情况下，应该有垂直的新缝产生，但由于这条天然裂缝的尺寸与岩样2相比已足够大，它对于水压裂缝的影响已超过了主应力对裂缝走向的影响，因此试验后只发现了天然裂缝的扩展。

2.3 岩样3实验

岩样3使用的样品岩性与岩样1相同，都是火山流纹岩，试验过程与岩样1相同，为了尽可能压开裂缝，垂向与水平围压分别为12、7、2MPa。实验进行过程中始终未见明显破裂显示，压力上升很快，几分钟内达到70MPa，被迫停泵，停泵后在岩样外侧未见压裂液滤失痕迹，说明岩样未压开（图11）。

图8 岩样2压前CT扫描图

图9 岩样2泵注压力与时间曲线

分析原因认为，所取火山岩岩样质地坚硬，破裂强度大，所用的试验设备难以达到压开此火山岩样需要的压力和排量，这与松南现场很多压裂井破裂压力高，甚至难以压开情况相吻合。

2.4 岩样4实验

对凝灰岩4^＃试样实验中所施加的模拟地应力分别为σ_v＝15MPa，σ_H＝3MPa，σ_h＝1.5MPa，从开启MTS增压泵注入压裂液开始，至压裂实验结束所维持的时间为8 min，得到的压力曲线见图12。

图10 岩样2压前压后CT扫描对比

图11 岩样3泵注压力与时间曲线

由图12可知，凝灰岩4试件的破裂压力为37.95MPa。实验初始阶段压力很平缓地上升，随着压裂液的不断泵入，压力急剧升高至峰值37.95 MPa，之后又快速地下降，反映了试件内水力裂缝开启的现象。之后压力曲线呈现波动变化，反映了水力裂缝向前扩展的过程中形成了新裂缝或者是与天然裂缝相遇。综合压力曲线的整体形态，说明凝灰岩4^＃试件内压开形成了水力裂缝（图13）。

实验后对试件进行CT成像扫描，结合CT图像对试件的水力裂缝形态进行观察，可以进一步认识和检验上述结果。

图12 岩样4（凝灰岩）试件的压力曲线

图13 岩样4（凝灰岩）试件施加的三向围压和实验后图片

通过对比岩样4^＃试件的压前和压后CT图像，可获得该试件的水力裂缝起裂和扩展情况，见图14。

图14 岩样4（凝灰岩）压前和压后CT图像对比

从图14中可以清晰地观察到，在岩样4^＃试件中主要形成了两条主要水力裂缝，图中用线段表示出。这两条裂缝的起裂位置在井筒部位是近似对称的，呈170°左右。而且这两条裂缝扩展的方向近乎与实验中所施加的水平最大地应力方向一致，与最小水平地应力的方向垂直。在垂直方向上，裂缝高度与试件的高度近似相等，即试件内的这两条裂缝为贯穿试件的垂直主裂缝。

图15是岩样4压裂后CT图像三维重建示意图，从图中可以看出试件内形成了两条压裂主裂缝，裂缝为垂直缝并贯穿整个试件，裂缝面空间展布较为扭曲。

图15 岩样4裂缝CT图像三维重建图

3 结论与建议

1）建立大尺寸火山岩岩样CT扫描及压裂模拟实验方法能直观、有效地分析岩样内部裂缝起裂、扩展规律，真实地反映裂缝形态和空间展布。

2）火山岩质地坚硬难以压开，压裂过程受微裂缝和熔孔发育程度及岩石特性影响，裂缝起裂压力和延伸压力差别比较大，压力曲线呈现明显波动形式。

3）火山岩压裂水力形成裂缝系统比较复杂，在井筒附近的天然裂缝会造成水压裂缝并非同时起裂，呈非对称状扩展并最终转向最大主应力方向；较大的天然裂缝在水压作用下会直接开启，并沿原方向扩展，从而使形成的水力裂缝不再沿最大主应力方向扩展；对于井筒附近天然裂缝及孔洞不发育的情况，水力裂缝会同时起裂，并沿最大主应力方向延伸，呈近似对称状，但空间展布较为扭曲。

4）对于火山岩储层现场压裂施工，射孔位置要集中在微裂缝和熔孔发育层段，选择支撑剂粒径相对小些，施工砂比不宜太高并考虑应用前置多级段塞技术。

参考文献

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❾ 物理模拟实验仪器选用

根据煤粉产出物理模拟实验的原理及目的,需要设计可以满足该实验要求的仪器装置。这些要求包括:

(1)满足模拟地层流体在煤储层裂隙之间的流动要求;

(2)满足模拟煤储层经储层改造后的裂隙展布效果要求;

(3)满足模拟煤储层在含煤地层中的赋存状态要求;

(4)满足模拟煤层气井排水→降压→采气的生产模式要求。

通过一系列的摸索与尝试,确定了该物理模拟实验仪器装置的主体系统结构,其中包括计算机监控系统、样品制备系统、泵送驱替系统、物理模拟系统、煤粉储集系统、煤粉分析系统、电力动力系统等。

(1)计算机监控系统:主要由计算机操控平台和驱替导流监测平台等组成。计算机操控平台提供半自动半人工化功能服务,通过计算机实现对驱替导流监测平台的操控,可以满足不同条件下物理模拟实验的要求。同时,驱替导流监测平台实现流体相态驱替模式、自动调控驱替流速及压力、实时监测导流状况及实时记录排出产物状况等。

表5-3 煤体结构差异对煤粉产出的影响研究实验方案

(2)样品制备系统:主要由制样模具、升降施压油缸、平台支架等组成。制备样品的前期准备工作需要碎样机、标准样品筛、电子天平等辅助设备。首先使用碎样机将煤岩样品破碎,经过标准样品筛的筛选,选用一定粒度的煤粉颗粒,依据制样模具的尺寸形状,在升降施压油缸的挤压作用下,制作煤砖样,用于煤粉产出物理模拟实验。该系统需要通过计算机监控系统控制升降施压油缸,为制样提供稳定的压力。

(3)泵送驱替系统:主要由平流泵、储液容器、驱替液、导流室、无缝钢导管、法兰等组成。该系统的工作原理是通过调整平流泵的泵送功率,使其提供一定流速的稳定流体,该流体将储液容器内的驱替液以同等速率注入导流室内,对导流室中的煤砖进行驱替作用,同时,需要导流室的左右两侧分别安装进出液孔道,并在进出口端部安装测压孔道及相应法兰。在此过程中,通过驱替导流监测平台调控平流泵的泵送功率、设置驱替作用的周期及数据记录频率等参数。

(4)物理模拟系统:主要由煤砖样、石英砂、导流室、金属垫片、塑料密封圈、差压传感器、升降施压油缸、平台支架等组成。该系统的工作原理是通过在两块煤砖中夹持石英砂颗粒进行人工造缝,模拟煤储层经过储层改造后的裂隙延展状态;由泵送驱替系统向导流室内提供一定流速的驱替液,模拟地层流体在煤储层裂隙之间的流动过程;由计算机监控系统调控升降施压油缸,使其对导流室内的煤砖产生稳定围压,模拟煤储层在含煤地层中的赋存状态。该系统是在计算机监控系统、泵送驱替系统及物理模拟系统的相互配合下进行的,由平流泵提供驱替流体,由升降施压油缸提供挤压力,由驱替导流监测平台调控记录驱替液流速、油缸压力等参数,由金属垫片和塑料密封圈来保证导流室中煤砖处于密封状态。

(5)煤粉储集系统:主要由电子天平、无缝钢导管、烧杯等组成。该系统的工作原理是收集由物理模拟系统排出的液体及其中煤粉,同时通过驱替导流监测平台对排出液进行实时称重并储存数据结果。

(6)煤粉分析系统:主要由激光粒度仪、滤纸、过滤器、恒温烘干机、电子天平、显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等组成。该系统的工作原理是采用激光粒度仪对不同实验条件中产出的煤粉进行粒度分布测试;采用过滤器及恒温烘干机将排出液中的煤粉进行过滤烘干;采用电子天平对干燥的煤粉颗粒进行精密称重;采用显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪分析煤粉的显微形态及物质成分。从煤粉的粒度、质量、显微状态和物质成分等角度研究煤粉的产出物性特征。

(7)电力动力系统:主要由配电箱和电动机等组成。该系统为物理模拟实验设备装置的其他系统提供电力及动力保障。

图5-1 煤粉产出物理模拟实验仪器设计示意图

根据上述物理模拟实验仪器装置功能要求,实验仪器设计如图5-1所示。通过调研,在综合考虑物理模拟实验的可行性情况下,采用HXDL-Ⅱ型酸蚀裂隙导流仪作为测试仪器。该仪器可以在标准实验条件下模拟地层压力及温度状态,可以实现气、液两相驱替过程,并能评价裂缝的导流能力。其装置流程如图5-2所示。根据上述物理模拟实验装置的说明,选用的酸蚀裂隙导流仪的主体系统均达到开展实验的要求,各个装置部件可以满足实验的需求。该仪器的各项参数是参照《SY-T 6302—1997 压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》标准而设定的。

图5-2 酸蚀裂缝导流仪流程示意图

❿ 裂缝监测技术在煤层气井压裂中的应用初探

张 健

( 中联煤层气有限责任公司 北京 100011)

摘 要: 采用井下微地震监测技术和电位法监测技术对压裂过程中的裂缝形态进行了实时监测，结果表明: 井下微地震监测实现了对裂缝方位、高度、长度、对称性及裂缝随时间的延伸情况的有效解释。电位法测试技术适用于规模较大型压裂，特别适合于浅井大型水力压裂。对同一口井应用两种技术实施监测结果表明，裂缝监测能够有效反映压裂裂缝的水平走向，有助于认清该区地层应力分布状态，但垂向扩展仅能反映事件频率，无法实现对裂缝高度和宽度的有效分析监测。

关键词: 压裂 裂缝监测 煤层气 微地震 电位法

Application of Fracture Monitoring Technology to Fracturing Well in Coalbed Methane Reservoir

ZHANG Jian

( China United Coalbed Methane Co. ，Ltd. ，Beijing 100011，China)

Abstract: Down hole micro-seismic monitoring technology and potentiometry monitoring technology are used to show fracture real-time geometry. It shows that fracture orientation，height，length，symmetry and extension can be interpreted by down hole micro-seismic monitoring technology. The potentiometry monitoring technology is suit for major scale fracturing，especially for shallow well. As the result of monitor adopted on the same well with two methods shows，the fracture orientation on horizontal level can be reflected effectively，which will be favor of recognizing stress distribution. However，the frequency of fracturing can only be characterized in vertical direc- tion. The height and width of fracture can not be analyzed effectively.

Keywords: fracturing; fracture monitoring; coalbed methane; micro-seismic; potentiometry

基金项目: 国家科技重大专项项目 42 “深煤层煤层气开发技术研究和装备研制”( 2011ZX05042) 。

作者简介: 张健，1981 年生，博士，2009 年毕业于中国石油大学 ( 北京) 并获得博士学位; 主要从事煤层气开发和现代完井工程研究。地址: ( 100011) 北京市东城区安外大街甲 88 号。Email: zhangjian@ chinacbm. com。

1 引言

目前我国煤层气开发主要采用压裂提高采收率技术，压裂参数优化设计对于完善压裂方案、提高单井产能十分重要。前期压裂方案以浅层、经验为主，随着煤层深度增加，有必要建立适用于较深煤层的压裂参数组合，通过采用井下微地震监测技术和电位法监测技术对现有压裂方案下的施工裂缝形态进行了实时监测，为进一步完善煤层气压裂技术提供了技术支持。

2 测试原理

2.1 井下微地震测试原理

井下微地震测试方法是在邻井监测直井压裂作业，通过使用井下三分量地震成像系统监测压裂过程中产生的微地震事件，对采集到的井下三分量微地震数据进行解释，得到压裂形成裂缝的空间展布(方位、长度)^［1，2］。

2.1.1 微地震的起源

微地震源于由于压力影响围绕着水力裂缝的一定区域内，该区域内的微地震事件包括:裂缝尖端的应力改变诱发微地震，液体滤失诱发微地震，地层薄弱面处诱发微地震。

2.1.2 微地震产生点距离的确定

地层由于应力状态改变产生剪切滑动并诱发压缩波(P波)和剪切波(S波)，P波传播速度大于S波，随着传播距离的增加，初至波的时差增大，利用三分量检波器接收可分辨不同分量的剪切波和压缩波，从而确定微地震点产生距离。

2.1.3 微地震方位的确定

采用振幅交汇图方法，即建立P波首波的振幅交汇图确定微地震震源的方向，压缩波的传播方向和振动方向一致，跟踪一个周期内质点的振动即可确定其传播方位α，如图1所示。现场测试系统包括数据记录系统、SeisNet工作站和质量控制系统，实现数据的保存、分析，如图2所示。

图1 微地震方位确定示意图

图2 测试系统示意图

2.2 电位法测试原理

电位法监测技术以传导类电法勘探基本理论为依据，通过监测注入到目的层的压裂液引起的地面电场变化获得裂缝方位、长度、形态等参数^［3，4］。

假设地层为无限大均匀介质，采用环形测量方式，在供电电极外任一点M观测电场的电位为:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:ρ为地层视电阻率，Ω·m;I为供电电流强度，A;h为测试目的层深度，m;r为观测点M到点源之间的距离，m。

当场源为任意形状时，计算外电场电位应首先在场源处划出一个面元ds，如果ds处的电流密度为j，则从ds处流出的电流为jds，它在观测点M产生的电位dU_M仿上式可写为:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

积分得外电场电位为:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

现场测试所用的仪器系统由测量系统(经纬仪)、供电系统(ZT7000型发电机)、发送系统和接收系统(HGQ-5/10kW/Js-03发送接收系统)四部分组成，如图3所示。

图3 测试装置示意图

3 现场应用与评价

对山西沁水盆地施工区域五口井进行了电位法监测，对三口井实施了井下微地震监测。电位法监测显示:压裂施工形成了一组两翼方向基本对称或略有夹角的不等长裂缝，如图4所示，地层渗透率各向异性和构造应力复杂是造成该现象的主要因素。对氮气注入实验井的监测结果表明:由于煤层中氮气等气体化学性质不活泼，其在煤层中仍然以分子形式存在，因此基本不改变煤储层的导电性能，通过电位法难以实现监测其在煤储层中的分布。

井下微地震监测结果显示，裂缝向两个方向延伸且不对称，监测到的微地震事件大多位于煤层以上的地层，微地震事件发生范围较广，如图5所示。

4 结论

(1)井下微地震监测实现了对裂缝方位、长度、对称性及裂缝随时间的延伸情况的有效解释。

(2)电位法测试技术适用于规模较大型压裂，特别适合于浅井大型水力压裂。

(3)对同一口井应用两种技术实施监测结果表明，裂缝监测能够有效反映压裂裂缝的水平走向，有助于认清该区地层应力分布状态，但垂向扩展仅能反映事件频率，无法实现对裂缝高度和宽度的有效分析监测。

图4 电位法监测压裂裂缝水平投影图

图5 微地震监测压裂裂缝剖面图

参考文献

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