對三維巖樣空間進(jìn)行傳感器陣列優(yōu)化設(shè)計；
[0046]S102:對巖樣聲發(fā)射速度場進(jìn)行主動定位測試；
[0047]S103:對所述巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗，然后通過聲波到時識別聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出有效聲發(fā)射信號，并進(jìn)行聲發(fā)射事件點實時定位；
[0048]S104:對所述有效聲發(fā)射信號進(jìn)行震源機(jī)制分析及聚類分析，獲得張性裂縫和剪切裂縫空間分布規(guī)律；
[0049]S105:利用所述水力壓裂物理模擬實驗的多次實驗結(jié)果分析地應(yīng)力條件、天然裂縫發(fā)育程度、施工凈壓力及流體粘度對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響。
[0050]由圖1所示的流程可知，本發(fā)明實施例首先對巖樣聲發(fā)射速度場進(jìn)行主動定位測試；然后對巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗，通過聲波到時識別聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出有效聲發(fā)射信號，并進(jìn)行聲發(fā)射事件點實時定位；通過對所述有效聲發(fā)射信號進(jìn)行震源機(jī)制分析及聚類分析，獲得張性裂縫和剪切裂縫空間分布規(guī)律；最后利用所述水力壓裂物理模擬實驗的多次實驗結(jié)果分析地應(yīng)力條件、天然裂縫發(fā)育程度、施工凈壓力及流體粘度對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響。該流程通過合理布設(shè)聲發(fā)射傳感器和定位技術(shù)優(yōu)化，解決了大尺寸非常規(guī)樣品內(nèi)有效聲信號采集困難以及定位精度低的難題；在此基礎(chǔ)上，通過震源機(jī)制分析和聚類分析，依次獲得聲發(fā)射破裂機(jī)制求解方法和裂縫形態(tài)表征方法，形成復(fù)雜地質(zhì)條件下裂縫破裂與擴(kuò)展機(jī)制的認(rèn)識，為復(fù)雜地質(zhì)條件下的非常規(guī)儲層裂縫起裂擴(kuò)展機(jī)理研宄提供了有形手段，也為現(xiàn)場微地震監(jiān)測解釋技術(shù)的提高提供了重要依據(jù)。
[0051]SlOl具體實施時，一實施例中，采用η路聲發(fā)生監(jiān)測通道對三維巖樣空間進(jìn)行傳感器陣列優(yōu)化設(shè)計，保證了非常規(guī)巖樣內(nèi)有效聲發(fā)射信號數(shù)據(jù)采集的完整性。其中η可以通過具體情況進(jìn)行設(shè)定，在一較佳實施例中，可以同時采用24路聲發(fā)生監(jiān)測通道對三維巖樣空間進(jìn)行傳感器陣列優(yōu)化設(shè)計。
[0052]SlOl的傳感器陣列優(yōu)化設(shè)計為水力壓裂實驗前的步驟，依據(jù)大尺度巖石樣品的尺寸(例如762X762X914mm)，可以設(shè)計多種不同的傳感器陣列優(yōu)化方案，在不同巖石的物性參數(shù)、加壓條件參數(shù)、檢波器靈敏度的實驗參數(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行測試，根據(jù)采集到的聲發(fā)射采集參數(shù)、探測距離、濾波范圍等數(shù)據(jù)，確定一種最優(yōu)的傳感器陣列布置方案，保證非常規(guī)巖樣內(nèi)有效聲發(fā)射信號數(shù)據(jù)采集的完整性，圖3所示。
[0053]S102具體實施時，需要控制η個聲波探頭依次主動發(fā)聲，其余η-1路聲波探頭監(jiān)測聲波信號，生成定位結(jié)果并通過所述定位結(jié)果對速度場進(jìn)行優(yōu)化。如果η為24，則24個聲波探頭依次主動發(fā)聲，其余23路探頭監(jiān)測聲波信號，通過定位結(jié)果對速度場進(jìn)行優(yōu)化。
[0054]S103:對所述巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗，然后通過聲波到時識別聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出有效聲發(fā)射信號，并進(jìn)行聲發(fā)射事件點實時定位；
[0055]S103具體實施時，包括對所述巖石樣品進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗，同時包括進(jìn)行聲事件的實時監(jiān)測。
[0056]具體實驗過程是，將大尺度巖石樣品放置在全三維大尺寸實驗框架中，通過三個方向同時向巖石表面加載圍壓，模擬地應(yīng)力場條件。通過向巖石中心處的井口注入壓裂液，直至裂縫起裂并穩(wěn)定延伸，實驗過程中可以實時記錄泵注壓力曲線及泵注液量。一般地，井口最高注入壓力為82MPa，圍壓最高可加載為69MPa。
[0057]實驗后，通過聲波到時識別對采集的聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)分析，篩選出有效的聲發(fā)射信號，并對聲事件進(jìn)行二次定位。
[0058]S104中，對所述有效聲發(fā)射信號進(jìn)行震源機(jī)制分析及聚類分析，解釋聲事件的破裂機(jī)制，通過大量的聲事件破裂機(jī)制的解釋，可以獲得張性裂縫和剪切裂縫空間分布規(guī)律。
[0059]一實施例中，S105中，利用所述水力壓裂物理模擬實驗的多次實驗結(jié)果分析地應(yīng)力條件、天然裂縫發(fā)育程度、施工凈壓力及流體粘度對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響，包括:
[0060]在S103中對巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗時，改變作用在巖樣表面的三向應(yīng)力場，利用S105中得到的張性裂縫和剪切裂縫空間分布規(guī)律分析地應(yīng)力條件對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響。
[0061]該實施例中，分析地應(yīng)力場對裂縫擴(kuò)展的影響是在保持其他參數(shù)不變的情況下，通過改變樣品上的三向地應(yīng)力場進(jìn)行室內(nèi)模擬壓裂實驗來實現(xiàn)的。
[0062]一實施例中，S105中，利用所述水力壓裂物理模擬實驗的多次實驗結(jié)果分析地應(yīng)力條件、天然裂縫發(fā)育程度、施工凈壓力及流體粘度對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響，包括:
[0063]在S103中對巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗時，采用天然裂縫發(fā)育程度不一的巖樣，利用S105中得到的張性裂縫和剪切裂縫空間分布規(guī)律分析天然裂縫發(fā)育程度對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響。
[0064]該實施例中，分析天然裂縫發(fā)育程度對裂縫擴(kuò)展的影響是采用天然裂縫發(fā)育程度不一的天然巖石樣品進(jìn)行室內(nèi)模擬壓裂實驗來實現(xiàn)的。
[0065]一實施例中，S105中，利用所述水力壓裂物理模擬實驗的多次實驗結(jié)果分析地應(yīng)力條件、天然裂縫發(fā)育程度、施工凈壓力及流體粘度對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響，包括:
[0066]在S103中對巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗時，采用不同的施工流體和施工排量，利用S105中得到的張性裂縫和剪切裂縫空間分布規(guī)律分析施工凈壓力及流體粘度對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響。
[0067]該實施例中，分析施工凈壓力、流體粘度對水力裂縫擴(kuò)展的影響是通過:采用不同的施工流體和施工排量進(jìn)行室內(nèi)模擬壓力實驗來實現(xiàn)的。
[0068]一較佳實施例中，所述的巖樣水力裂縫形態(tài)聲發(fā)射診斷實驗方法還包括:在對所述巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗時，實時監(jiān)測所述聲事件。
[0069]利用該發(fā)明方法進(jìn)行的某地區(qū)含天然裂縫性砂巖的室內(nèi)實驗，得到聲發(fā)射監(jiān)測解釋結(jié)果如圖4所示，聲事件定位結(jié)果可以明顯的看出壓裂過程中，在現(xiàn)有地應(yīng)力場條件下，水力壓裂易受天然裂縫的影響，壓裂液沿著天然裂縫流動，造成了天然裂縫的開啟，未形成沿最大主應(yīng)力方向延伸的水力裂縫。該方法能直觀有效地分析巖石內(nèi)部裂縫起裂擴(kuò)展規(guī)律。
[0070]從聲事件破裂機(jī)制解釋結(jié)果可以明顯的看出，圖5所示，在現(xiàn)有地應(yīng)力場條件下，壓裂過程中該天然裂縫面發(fā)生了剪切錯動，該方法對研宄裂縫擴(kuò)展機(jī)制發(fā)揮了重要作用。
[0071]本發(fā)明的巖樣水力裂縫形態(tài)聲發(fā)射診斷實驗方法，是在大尺度非常規(guī)巖樣水力壓裂實驗過程中對裂縫起裂擴(kuò)展誘發(fā)的聲事件進(jìn)行精確定位，并對聲事件進(jìn)行破裂機(jī)制分析，實現(xiàn)了對水力裂縫空間形態(tài)的表征以及直觀分析水力裂縫延伸機(jī)理。
[0072]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0073]利用Im見方非常規(guī)巖石樣品的水力壓裂聲發(fā)射精確定位新方法，解決了大尺寸非常規(guī)樣品內(nèi)有效聲信號采集困難以及定位精度低的難題。
[0074]利用聲發(fā)射破裂機(jī)制求解技術(shù)，描述了復(fù)雜地質(zhì)條件下的張性裂縫和剪切裂縫空間分布形態(tài)。
[0075]通過開展系列實驗，可以分析不同地質(zhì)條件和施工條件下，天然裂縫與水力裂縫作用機(jī)理，形成復(fù)雜地質(zhì)條件下裂縫破裂與擴(kuò)展機(jī)制的認(rèn)識。
[0076]本發(fā)明實施例還提供一種巖樣水力裂縫形態(tài)聲發(fā)射診斷實驗裝置，如圖6所示，所述的巖樣水力裂縫形態(tài)聲發(fā)射診斷實驗裝置包括:優(yōu)化設(shè)計單元601，定位測試單元602，實驗單元603，分布規(guī)律生成單元604及分析單元605。
[0077]優(yōu)化設(shè)計單元601用于對三維巖樣空間進(jìn)行傳感器陣列優(yōu)化設(shè)計；
[0078]定位測試單元602用于對巖樣聲發(fā)射速度場進(jìn)行主動定位測試；
[0079]實驗單元603用于對所述巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗，然后通過聲波到時識別聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出有效聲發(fā)射信號，并進(jìn)行聲發(fā)射事件點實時定位；
[0080]分布規(guī)律生成單元604用于對所述有效聲發(fā)射信號進(jìn)行震源機(jī)制分析及聚類分析，獲得張性裂縫和剪切裂縫空間分布規(guī)律；
[0081]分析單元605用于利用所述水力壓裂物理模擬實驗的多次實驗結(jié)果分析地應(yīng)力條件、天然裂縫發(fā)育程度、施工凈壓力及流體粘度對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響。
[0082]具體實施時，優(yōu)化設(shè)計單元601采用η路聲發(fā)生監(jiān)測通道對三維巖樣空間進(jìn)行傳感器陣列優(yōu)化設(shè)計。
[0083]具體實施時，定位測試單元602控制η個聲波探頭依次主動發(fā)聲，其余η_1路聲波探頭監(jiān)測聲波信號，生成定位結(jié)果并通過所述定位結(jié)果對速度場進(jìn)行優(yōu)化。
[0084]一實施例中，分析單元具體605用于:在對所述巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗時，改變作用在所述巖樣表面的三向應(yīng)力場，利用所述張性裂縫和剪切裂縫空間分布規(guī)律分析地應(yīng)力條件對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響。
[0085]一實施例中，所述分析單元605具體用于:
[0086]在對所述巖樣進(jìn)行水力壓裂物理模擬實驗時，采用天然裂縫發(fā)育程度不一的巖樣，利用所述張性裂縫和剪切裂縫空間分布規(guī)律分析天然裂縫發(fā)育程度對水力裂縫擴(kuò)展機(jī)制的影響。
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