基于有限元法的水力裂缝电磁响应正演模拟研究

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中文摘要：水力裂缝表征是压裂评价和策略优化的关键，电磁监测裂缝可有效识别裂缝的支撑体积，在水力裂缝表征中具有广阔的应用前景。本文以低频电磁散射理论为基础，利用有限元法建立了地层裂缝模型。为解决裂缝与地层之间的多尺度问题，本文引入过渡边界条件，将水力裂缝近似等效为一个平面，以解决裂缝厚度难以剖分的问题，实现了水力裂缝的快速正演模拟。考虑到地层的层状特性，引入了层状介质水力裂缝模型，并进行了正演模拟。研究表明：多层介质对裂缝响应曲线有一定的影响，若为对称裂缝，裂缝与井眼的夹角范围在25°~90°（90°~155°）时，夹角越小（大），裂缝响应信号越曲折；若为非对称裂缝，展宽角越大，裂缝响应信号的非对称性越明显。研究结果为水平井水力压裂探测和评价提供了一定的理论依据。针对常规线圈系在判断复杂裂缝形态、方位方面存在不足的问题，本文提出了一种发射线圈倾斜、接收线圈垂直的新方式进行裂缝表征。通过正演模拟发现裂缝的响应信号显著区别于传统的测量方式：对于任意薄面裂缝，发射线圈的倾角均可以分辨裂缝倾斜程度；对于非对称裂缝旋转角，发射线圈的倾角可以识别0°和180°的角度，偏角可以区分60°~120°的角度；对于非对称裂缝展宽角，两个发射线圈的倾角互补时，可根据两条响应曲线的幅值差推断展宽角的大小。因此，倾斜线圈结构系对于表征裂缝位置信息具有一定的参考价值。

作者：

吴世伟

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关键词：

油气开采水力压裂裂缝监测低频电磁法有限元法

授予学位：

硕士

学科专业：

信息与通信工程

导师：

刘得军

学位年度：

2022

学位授予单位：

中国石油大学(北京)

语种：

中文

中图分类号：