广域电磁法页岩气压裂监测案例
E-Ex广域电磁法探测火山岩油气藏的实验研究
Ｐ， 所以不能直接提取视电阻率 ， 而需要采用计算机 程序 ， 代人初始的 Ｉ ， Ｄ 逐次迭代 ， 值 直至得到的 值 与实测到的 符合满意 的精度为止 。因此 ， 根据式 （ ） 由计 算机 迭代 计算 卜 广域视 电 阻率 。 ７可 ． ．
该 实 验 区 曾开展 过地 震 、 、 探 、 ＭＴ 钻 测井 等勘 探 工作 ， 料 比较 齐 全 ， 合 对 本 次 实 验 成 果 进 行 对 资 适
中国工 程 院 院士 ， 中南 大 学何 继 善教 授 经 过 长 期 的理论 和实 践研究 提 出 了一 种 电法勘探 的新 方法
— —
１ 基 本原理
广域 电磁 法主要 采用 水平 电流 源和垂 直磁 场 源 两 种场 源 形式 。其 中 ， 用一 对接 地 电极 形 成 的 电 采 流 源作 为 场 源 ， 量 电场 的水 平分 量 中与供 电 电极 测 方 向平行 的 Ｂ 分量 的方 法 称 为 卜 广 域 电磁法 ， 该 方法 是 目前 广域 电磁法 中较 常用 的一 种发送 一接 收方式 。
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一
（） ６
方 式 广
主要电性界面 ， 白垩系以上的电阻率则表现为玄武 岩最高 、 流纹岩次之 、 松散沉积物最低 。表 １ 为实验
区 电性 地层 划分 。 整 个 盆 地 内广 泛 存在 火 山岩 ， 以本 区域 具 有 所 开 展广域 电磁法 实验 的地球 物 理勘探 前提 条件 。确 定 火 山岩 的分 布 和埋 深 等情 况 ， 于分 析该 区域 油 对
广域 电磁法 的基本原理是在包括远区和 部分非远区的广大区域 内进行测量 ， 观测人工源电
一
“页岩气华东第一井”开钻倒计时设计孔深1500m
表ｌ 注浆 前 后 压 水 实 验 对 比 表
探 矿工 程 （ 岩 土钻 掘工 程 ）
２ ０ １ ３年 第 ４ ０卷第 ５期
中反 映 出来 的各 种 现 象需 要 综 合来 分 析 ， 不 能 仅 仅
凭某 种现 象直接 确定 处理措 施 。
（ ２ ） 注 浆 过程 是决 定 方 案 成 功 的关 键 ， 需 要 重 点 控制 。各项 注浆 施工参 数需 要通 过先 导钻孔 的钻
通 过 此 次压 力 注 浆施 工 实 践 ， 得到 如 下 几点 体
会。
１ ５］ 新建铁路合福 线合肥至福 州段 Ｄ Ｋ ４ ５ ０＋３ １ ５ ． ８ ０ ５ Ｉ 临湖特 大桥 施工 图集 ［ ｚ ］ 中铁第 四勘察设计院有限公 司， ２ ０ １ １ ． １ ６ ］ 盛智 平 ， 刘庆 丰 ， 郑 文 军． 武 广 客 运 专线 岩 溶注 浆 效果 分 机 ［ Ｊ ］ ． 路基工程 ， ２ ０ ０ ７， （ ３ ）
束后 的检 测结 果 以及 后期 桩基 施工 过程 中地 质环境 得 到 明显改善 来看 ， 都 达到 了预期 效果 ， 说 明在工 期 如 此 紧张 的情 况 下 ， 采 取地基 注浆 预加 固是 必要 的 、
可行 的 。
【 ２ ］ 编写委 员会 ． 地基处理手册 （ 第 二版 ） ［ Ｍ］ ． 北京 ： 中固建筑 Ｌ
探、 注浆 施工 试验 来确定 。 （ ３ ） 注浆 过程 中相 关 问题 的 处理 是 确保 注 浆 质
６ 成果 及结 论
量 的关 键 因素 ， 因此 施 工 中 出现 的各 种 问题 要 及 时
研究解 决 。 参 考文 献 ：
［ １ ］ 袁 军超 ， 李建 中， 张可能 ， 等． 压力 注浆在常张高速公 路岩溶路 基处理 中 的应 用 ［ Ｊ ］ ． 探 矿工 程 （ 岩 土 钻 掘工 程 ） ， ２ ０ ０ ５ ， ３ ２
国外页岩气井水力压裂裂缝监测技术进展
最终得 到水力 压裂 裂缝 的缝高 、 长和方 位参 数 ｍ。 缝 ］
图 １ 井下 微 地 震裂 缝 监 测工 作 原理 图 ， 是 压裂 井
和监 测井 位 于 同一 井 区 ， 裂井 压 裂施 工 过 程 中产 生 压
的微 地震 信 号 通过 地 层 向周 围传播 ， 于 邻 井 中 的接 裂缝 的倾 角 。井下 测斜 仪布 置在 与压 裂层 相 同深 度 的 位
１ 页 岩 气 井 水 力 压 裂 监 测 技 术
目前 。 美 国页 岩 气 开 发 地 区 ， 在 主要 运 用 井 下 微
以直接 投 入生 产 ， 但是 大部 分 的页岩 气 井需 要 经过 水
力 压裂 改造 后才 能获 得理 想 的产量 。 页岩气 井 经过 地 震 监 测 、 斜 仪 裂 缝 监 测 、 接 近 井 筒裂 缝 监 测 和 测 直
Ｔｉ ｅ ｍ Ｍ ｉｒ ｅｓ ｉ Ｍ ｏ ｔ ｒｎｇ ｆ ｉ ｕ ｔｎ ｏｕ Ｈｙｄ ａ ｌｃ ｃｏｓｉｍ ｃ ｎｉｏ ｉ ｏ Ｓｍ ｌａ ｅ ｓ ｒ ｕｉ
Ｆａ ｔｒ ｇ Ｔ ｅｔ ｎｓｉ ｄａｅ ｔ Ｈｏ ｚ ｎ ａ Ｗ ｅ ｓｉ ｈ ｒ ｕ ｎ ｒａ ｃ ｉ ｍｅ ｔ ｎ Ａ ｊｃ ｎ ｒ ｏ ｔ ｌ ｎ ｔ ｅ ｉ ｌ
是 目前 判 断压 裂裂 缝 最准 确 的方法 之 一［ 。 ］ 页岩气 储层 进行 水力 压裂 过程 中 。裂 缝起 裂和 延 引起裂 缝 附近弱 应力 平 面的剪 切滑 动 ，这 类似 于地 震 震 ”－。水 力压 裂产 生微地 震释放 的 弹性 波 ， ［］ ７ ８ 其频率 相
当高 ， 概在 ２ ０ ２ ０ ｚ 大 ０ ～ ０ ０Ｈ 声波频 率 范围 内变化 。 些 这
天然 气 聚集 ］ 。页 岩气 的资 源前 景 巨大 ， 在全 球 范 好 地 了解 压 后 产 量 情 况 ．判 断裂 缝 是 否 覆 盖 了 目的 且
二维地震勘探技术在青海省八宝山地区页岩气勘探中的应用
二维地震勘探技术在青海省八宝山地区页岩气勘探中的应用摘要：为查明青海省八宝山地区页岩气目的层的空间展布和形态，在该地区通过开展二维地震勘探工作，研究了八宝山盆地的结构、区域构造样式、地层层序，三叠系八宝山组泥页岩的分布特征、埋藏深度、地层厚度以及与其有关的构造格架、构造发育史等。
结果表明：八宝山地区地覆构造展布为两个构造层系，中三叠系以下为早期的挤压构造结构，中三叠系以上为后期的沉积盆地，页岩气勘探有利层段为地震强反射同相轴连续段。
可见二维地震勘探技术在八宝山盆地页岩气甜点区预测中能够取得较好的应用效果。
关键词：八宝山盆地；二维地震勘探技术；页岩气勘探；泥页岩近年来，继美国在页岩气勘探开发方面取得了突破后，中国在焦石坝、威远气田等的志留系（龙马溪组）、寒武系（九老洞组）等海相沉积页岩气也进入了大量钻探开采期[1]。
青海八宝山地区页岩气勘查始于2014年，主要针对三叠系八宝山组暗色岩段进行评价。
在八宝山地区通过开展二维地震勘探和广域电磁法工作，查明了八宝山盆地的结构、区域构造样式、地层层序，了解了泥页岩的分布特征、埋藏深度、空间展布以及与其有关的构造格架、构造发育复杂程度、性质、延伸等情况，并预测了页岩气甜点区[2-3]，为下步页岩气压裂工作提供了依据。
1 八宝山地区地质条件研究区山系属东昆仑布尔汗布达山系，海拔一般4000～5200m，比高600～1200m，山脉走向近东西向，整体地形北高南低。
研究区内季节性河流以西南、北东向为主，一年大部分时间均有流水，每年五、六月份冰雪融化，河谷内还有大量的溶冰水。
1.1 构造特征研究区位于东昆仑东段、昆中及昆南断裂之间，构造线方向以近东西向为主，全区分为东西两个坳陷及中部隆起区，其中东部坳陷分为南北向两个凹陷。
断裂构造主要发育在研究区南北两侧，元古界老地层与侏罗系、三叠系呈断层接触，断层性质皆为逆断层。
1.2 地层特征研究区内地层主要出露中-晚元古代、三叠纪、侏罗纪、新近纪及第四纪地层。
綦江南地区页岩气三维广域电磁法勘探案例
綦江南地区页岩气三维广域电磁法勘探南方页岩气储藏区域往往条件复杂，复杂地表地下条件和高陡构造地层可能导致地震勘探方法面临不少挑战。
广域电磁法相对于地震勘探方法来说，轻便快捷、成本低，且不受地表火山岩（高阻体）屏蔽，这些特点使其在油气资源勘探中，尤其是地震勘探效果不甚理想的地方，如火山岩地区、陡峭山前带等区域发挥着越来越重要的作用。
四川盆地及周缘地区页岩气储藏地层主要发育在志留系五峰-龙马溪组及下寒武统水井沱组黑色页岩，与围岩存在较明显的电性差异。
为进一步扩大勘探成果、拓展勘探新领域、明确勘探潜力、指导勘探生产，2016年在綦江南地区部署三维测区进行广域电磁法勘探工作，共计108.9 km2。
此次勘探工作揭示了区内地球物理场分布规律，落实了区内断裂构造特征，明确了泥页岩埋深和分布范围，圈定了页岩气成藏有利区。
1 研究区地质和地球物理概况綦江南3D工区位于黔北山地与四川盆地南部的衔接地带，1：20万桐梓幅东北角，为一个近三角形的穹隆；受东边遵义-南川断裂、北部齐岳山断裂和南部赫章-金沙断裂控制，属大娄山构造体系；长轴方向为北北东-南北向；短轴方向为近东西向；中部发育一个低洼的谷地，志留系出露，向周缘逐渐变为二叠系、三叠系和侏罗系，缺失泥盆-石炭系。
志留系（S）及五峰组（O3w）主要岩性为页岩、泥质砂岩、泥质灰岩、炭质页岩，平均电阻率为186.58Ω·m，表现为低电阻率特性；下伏地层临湘组(O3l)和宝塔组(O2b)主要为灰岩，平均电阻率为2907.14Ω·m，表现为高阻特性；上覆地层二叠系下统栖霞组(P1q)主要为灰岩、灰色粘土岩，平均电阻率为1634.7Ω·m，电阻率表现为高阻特性。
2、资料处理与解释QJN3D-1~18测线方位角α=5°02′19.6″，长0.4km~28.3km；QJN3D-LLX测线方位角α=95°01′37.4″，长7.8km。
院士建议用广域电磁法破解深部找矿难题
原 材 料成 本 ， 缩 短 了加工 工艺 路线 ， 使 加 工成 本 大幅 度 降低 。 同时提 高 了产 品质 量 。
５ 支架 结构 优 化 的经济 效 果 （ 表２ ）
表２
名称 行 星轮 支架材料消耗 行 星轮 支架加工工时 深沟球轴承和孔用弹性挡圈
行 星轮 及 行 星 轴
行 星轮支 架 在卷扬 机 运转 过程 中起 到传 递扭 矩 的作 用 。动力 由分动 箱 中的组 合齿 轮通 过渐 开线 花 键 输 入扭 矩到 行 星 轮 支 架 上 ， 再 由太 阳轮 、 行 星轮 、
内齿 轮 的啮合 输 出 。因此 ， 改 进后 的行 星 轮 支 架 没
有改 变 原来 的使 用功 能 ， 所 以可 以应 用 。
小于 ５ ０ ０ ｍ 以 内的矿 产 已不多 见 ， 而 大于 ５ ０ ０ ｍ 乃至
系 统为 特色 的国家 级重 点学科 。他 提 出 的广域 电磁 法、 伪 随机 信号 电法 等大 深度 电法 勘探 ， 探 测深 度达
地 下五 六公 里 。
广 域 电 磁 法 是 一 种 人 工 源 频率 域 电 磁 测 深 方 法， 不仅 具 有可 控 源音 频 大 地 电磁 法 使 用人 工场 源
的 电法 勘探 方 法 。 （ 来源： 中国 国土资 源报 ， ２ ０ １ ３ － ０ ６ — １ ７ ）
焦石坝地区页岩气广域电磁法勘探案例
焦石坝地区页岩气广域电磁法勘探2016年在焦石坝地区开展了34km的广域电磁法二维勘探研究工作。
形成了以下关键技术：（1）基于自适应双向均方差阈值法的分步、分域去噪方法；（2）地形校正联合向上延拓的静态校正方法；（3）以趋肤深度约束和井震约束为主的多方法约束反演。
建立了焦石坝地区五峰-龙马溪页岩层含气性特征模型，明确了页岩气层电阻率范围50-200 .m，构造完整，埋深适当，厚度较大为焦石坝地区五峰-龙马溪页岩气层含气性特征模型。
形成了联合静态校正结合趋肤深度约束反演技术，解决了地表侏罗系-白垩系超低阻地层导致的深部构造镜像假象问题，提高深部地层和构造的成像能力。
1 研究区地质和地球物理概况镇焦石川丁山-中石化在四川盆地涪陵焦石坝地区的古生界奥陶系五峰组-志留系龙马溪组海相页岩中获得巨大的突破性进展，已建成涪陵国家级页岩气示范区，为了验证广域电磁法的页岩气勘探效果，在焦石坝布置一条试验线。
工区构造上位于四川盆地川东高陡褶皱带，为石柱复向斜、方斗山复背斜、万县复向斜结合部的包鸾-焦石坝背斜构造带，总体为北东走向的大型似箱状断背斜构造，构造主体平缓，断层不发育。
出露地层主要为三叠系碳酸盐岩。
志留系以及五峰组主要岩性为页岩、泥质砂岩、黑色炭质页岩，平均电阻率小于50Ω·m；奥陶系中下统主要为砂质页岩、砂岩、灰岩、白云岩，平均电阻率为1661.14Ω·m；二叠系平均电阻率为2074.42Ω·m，电阻率表现为高阻特性。
志留系五峰组相对于上下地层具有明显的低电阻特性。
2 资料处理技术与解释目的层在海拔-1000~-3000m范围内层位比较连续；且受断裂影响，地层在15000~20000m有明显的错断；断裂两侧地层厚度也有较明显差别，9700~18500m地层起伏，18500-43500m地层稳定；小号点至大号点地层埋深逐渐抬升。
广域电磁法反演结果与地震剖面吻合。
9700~18000m纵向总体表现为高-低-高-低-高的电性特征；低阻层（Q3-S2）分布在海拔-1000~-3500m范围，电阻率变化范围为50～320Ω·m，其上一层高阻推测为二叠系下统（P1），横向地层起伏较大。
广域电磁法压裂监测技术
壹伍叁零柒叁壹贰肆贰伍广域电磁法压裂监测技术简介技术背景：该技术由何继善院士团队研发，背靠中南大学，通过自主研发的软硬件监测压裂液的到达位置，来表征裂缝几何参数，实时展示监测成果并指导压裂施工。
在全国多区域内得到成功应用，目前完成合同额近6000万元。
技术原理：通过井筒供入特定频率的交流电，井筒和压裂液形成一体化的地下导体，在地表部署测点，通过监测压裂液入地后产生的电性变化引起的电磁响应，获取电磁时间域差分异常，反映压裂液波及范围，进而评价改造效果。
压裂前背景场：时间域差分：直井电磁监测示意图压裂过程中电场：水平井电磁监测示意图广域电磁法压裂监测技术特点与应用价值2、压裂监测结果评价3、影响压裂地质因素评估4、压裂工艺合理性评估5、开发方案合理性评估6、压后产量跟踪井网——井距——水平段方位——水平段长度压后实际产量与预测产量进行对比分析，验证压裂改造效果，指导开发技术政策的制定与调整。
应用价值：1、成果实时展示裂缝参数实时显示，为现场工艺调整提供数据支持技术特点：施工电压不超过36V。
可同时监测数百个测点。
2n序列伪随机信号，有效规避现场电磁干扰。
接收机采集分辨率1uV。
原始数据无线传输至服务器，返回成果至现场。
广域电磁法压裂监测对比微地震类别监测技术原理监测的是岩石破裂产生的能量震动信号，又叫无源地震监测的是压裂液入地产生的电性差异，通过连接井筒，人工源主动激发，近场接收监测目标岩石破裂事件，主要监测破裂范围，与压裂液没有直接关系压裂液波及到的位置，因此更接近有效改造范围，即保持连通的有效裂缝。
适用范围在井埋深较大时或者疏松黄土层，地震波衰减厉害，信号较弱，效果大打折扣。
电磁波的传播取决于介质的电性性质，也就是介质电阻率的高低，而且疏松的地层电阻率一般中等，电磁波在黄土层传播衰减甚小。
抗干扰能力岩石破裂诱生的地震波是很微弱，因此微地震监测的信号较弱，容易受压裂现场噪声影响可以多频或单频发射，信号强，数据达到毫伏级，有效的规避干扰野外施工地表微地震：监测区域2-3Km 范围，地表监测需大量布设检波器；井中微地震：需要借助2口以上的邻井，在一定程度上影响邻井的生产。
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广域电磁法页岩气压裂监测-丁页5井
当前页岩气开发利用的关键技术集中在钻井方式和储层压裂改造，改造的目的主要是增加裂缝网络,提高裂缝导流能力。
页岩气井实施压裂改造措施后，需要有效的监测方法来确定压裂作业效果，获取压裂诱导裂缝导流能力、几何形态、复杂性及其方位等诸多信息，改善页岩气藏压裂增产作业效果以及气井产能，并提高页岩气采收率。
前人做了大量监测方法研究，主要有：井下微地震、直接近井筒裂隙监测、分布式声感器。
由于微裂缝地震波在地层中传播时信号弱、井筒环境噪音大，监测效果不理想。
后两种方法存在监测范围小、无法反应复杂裂缝的问题。
压裂液电阻率很低，利用压裂液注入前后储层电阻率的变化来进行监测是可行的。
广域电磁法具有勘探深度大、分辨能力高、精度高等特点，根据目标层位的电阻率响应特征来研究推断水力压裂改造储层的裂缝的空间展布及压裂效果，并对丁页5井井下压裂情况进行监测研究。
1 试验区概况及模型正演
丁页5井侧钻点斜深3315.00m，水平井完钻垂深4145.41m，完钻层位下志留统龙马溪组。
测线覆盖20个水平井压裂段，对压裂段裂缝的几何参数进行判断，对裂缝性质进行分析。
根据丁页5井所在位置的地电特征，建立正演模型，计算压裂液充填前后电阻率曲线的变化。
上图为正演结果。
上图左为压裂液充填前后测量的视电阻率绝对值曲线，上图右为压裂前后电阻率变化曲线图。
可以看出，利用广域电磁法进行压裂过程的实时监测是具有物性前提的。
2 推断压裂裂缝纵向展布
3 监测视电阻率差分曲线
4 广域电磁法监测裂缝三维几何形态
5 解释结果对比分析
工程参数分析
半缝长较大的是6、9、11、15、19段
广域电磁
半长：300m-600m，9、11、15、19缝较长Lf=320m
Hf=33m Wf=63m。