干热岩水力压裂复合扰动诱发地震机理及监测方法
干热岩水力压裂实验室模拟研究
干热岩水力压裂实验室模拟研究随着人们对可再生能源的追求和探索，干热岩（HDR）水力压裂实验室模拟研究成为了当今能源领域的一个热点。
干热岩是一种没有水或蒸汽的高温岩体，其内部不存在流体或气体，因此无法通过常规方式开采。
然而，通过水力压裂技术，可以在岩体中形成裂缝，从而释放出其中的热能。
这为人类提供了一种新型的、清洁的能源获取方式。
在干热岩水力压裂实验室模拟研究中，科学家们使用相似的水力压裂实验来模拟真实环境中的干热岩开采过程。
这涉及对高温高压流体的处理，以及分析和优化压裂液的性能等方面的研究。
通过这些实验室模拟，可以更深入地了解干热岩水力压裂过程中的各种现象和问题，为实际开采提供理论支持和指导。
实验室模拟研究对于干热岩水力压裂技术的重要性在于，它可以提供关键的见解和数据，帮助科学家们更好地理解这一复杂的过程。
通过模拟真实的地质条件和开采环境，研究人员可以评估出干热岩资源的可开采性和经济性。
实验室模拟还可以为制定更加合理和有效的开采策略提供支持，从而降低开采成本和环境影响。
尽管干热岩水力压裂实验室模拟研究取得了许多重要的成果，但仍存在许多挑战和需要进一步探索的领域。
例如，如何优化压裂液的性能以降低对环境的影响、如何更好地评估干热岩资源量和评估其经济性等。
未来的研究应该聚焦于解决这些关键问题，同时进一步探索干热岩水力压裂技术的更多可能性。
干热岩水力压裂实验室模拟研究为人类提供了一种新型的、清洁的能源获取方式。
通过这一技术，我们可以更好地利用地球上丰富的干热岩资源，为未来的可持续发展提供支持。
尽管目前这一技术还存在许多挑战需要克服，但随着科学技术的不断进步和深入研究，我们有理由相信干热岩水力压裂技术将成为未来清洁能源领域的一颗新星。
油页岩是一种富含有机质的矿产资源，其储量丰富，分布广泛。
由于传统的石油和天然气资源日益枯竭，油页岩作为一种重要的替代能源，逐渐受到了全球的。
然而，油页岩的开发利用面临着诸多挑战，其中最关键的问题是如何实现高效开采和利用。
水力压裂裂缝微地震监测测试技术与应用
特点
地面微地震 Y Y N Y
费用低、操作简单, 精度差 ,
N Y Y N N 易受地面 设备 造成的 微地 震影响
井下微地震 Y Y
Y
N
Y
YN
N
费 用昂 贵, 对 监测 井 要求 高, 条件较苛刻
地面微破裂 影像
Y
Y
Y
N Y Y N N 解释过程复杂, 需 3~ 4 d
阵列式地面 微地震
Y
Y
Y
N Y N N 费用昂贵, 精度较高
1 微地震裂缝监测技术
1. 1 地面微地震裂缝监测技术 根据摩尔- 库仑准则, 水力压裂裂缝扩展时, 必
将沿裂缝面形成一系列微震。记录这些微地震, 并 进行微地震震源定位, 由微地震震源的空间分布可 以描写人工裂缝的轮廓。微地震震源的空间分布在 柱坐标系的三个坐标面上的投影, 可以给出裂缝的 三视图, 分别描述裂缝的长度、方位、产状及参考性 高度( 见图 1) 。
本文收稿日期 : 2011- 12- 28 编辑: 王 军
( 1) 简易地面微地震与微破裂影像相比, 由于布 点少、干扰大, 再加上裂缝本身的复杂性, 检测精度 较低, 本次施工只解释出 6 段。解释结果与微破裂 影像解释结果差异较大, 有三段解释方向基本一致。
2012 年 6 月
油 气 井 测试
关键词 地面微地震 井下微地震 微破裂影像 阵列式微地震 压裂
0引言
微地震压裂监测技术原理起源于天然地震的监 测, 水力压裂井中, 由于压力的变化, 地层被强制压 开一条较大裂缝, 沿着这条主裂缝, 能量不断的向地 层中辐射, 形成主裂缝周围地层的张裂或错动, 这些 张裂和错动可以向外辐射弹性波地震能量, 包括纵 波和横波, 类似于地震勘探中的震源, 压裂裂缝微地 震监测技术就是通过收集这些弹性波信号, 结合模 型来解释地下裂缝的情况[ 1] 。
裂隙干热岩体水力压裂过程数值模拟研究与应用
裂隙干热岩体水力压裂过程数值模拟研究与应用xx年xx月xx日CATALOGUE目录•研究背景及意义•裂隙干热岩体水力压裂理论基础•裂隙干热岩体水力压裂过程数值模拟方法•裂隙干热岩体水力压裂过程数值模拟结果分析•裂隙干热岩体水力压裂过程数值模拟研究的挑战与前景•结论与参考文献01研究背景及意义1 2 3干热岩是一种清洁能源，具有储量大、可再生等优点，开发利用潜力巨大。
裂隙干热岩体水力压裂技术是开发利用干热岩资源的关键技术之一。
水力压裂过程中涉及复杂的物理和力学问题，需要进行深入的理论和实验研究。
03推动数值模拟技术在地球科学领域的应用和发展，促进学科交叉与融合。
01提高干热岩资源的开发利用效率，缓解能源短缺和环境污染问题。
02探索裂隙干热岩体水力压裂过程的规律和机制，为干热岩资源的可持续开发提供理论支持和技术指导。
02裂隙干热岩体水力压裂理论基础裂隙干热岩体概述01裂隙干热岩体是一种具有高温度、低渗透率、高储热能力的岩石体，主要分布在地壳深部的熔岩通道和断裂带。
02裂隙干热岩体的形成与地球深部热源、岩石力学性质、地质构造活动等因素密切相关。
03裂隙干热岩体具有广泛的地热开发利用潜力，可用于地热发电、地热供暖等领域。
水力压裂技术是一种通过高压水流注入地层，使地层产生微裂纹，从而增加地层渗透性的技术。
水力压裂的原理是基于水力压力与岩石抗拉强度的平衡关系，当水力压力大于岩石抗拉强度时，岩石发生破裂。
水力压裂的工艺流程包括：压裂设计、压裂液制备、压裂设备准备、压裂施工、压后评估等环节。
水力压裂技术原理裂隙干热岩体水力压裂的关键问题高温环境下压裂液的流变性、岩石的力学性质、破裂机制等问题是裂隙干热岩体水力压裂的关键问题。
需要通过数值模拟方法对裂隙干热岩体水力压裂过程进行精细化研究，为实际工程提供指导。
裂隙干热岩体的高温、低渗透性和复杂地质构造给水力压裂带来了极大的挑战。
裂隙干热岩体水力压裂过程数值模拟方法通过将连续体离散化为有限个小的单元，利用节点信息进行求解。
一种可追踪裂缝扩展路径的干热岩压裂实验机及实验方法
一种可追踪裂缝扩展路径的干热岩压裂实验机及实验方法干热岩是指在高温高压下，不含水的岩石。
干热岩具有高温、高压、高韧性等特点，因此在地下能够承受较大的应力，是一种重要的地热资源。
为了开发和利用干热岩，需要对其进行深入的研究。
其中，干热岩的裂缝扩展路径是一个重要的研究方向。
本文介绍了一种可追踪裂缝扩展路径的干热岩压裂实验机及实验方法。
一、实验机构造该实验机主要由以下部分组成：1. 压力系统：包括高压泵、压力传感器、压力控制器等。
2. 加热系统：包括加热器、温度传感器、温度控制器等。
3. 试样夹持系统：包括夹持装置、力传感器等。
4. 视频监测系统：包括高速摄像机、光源等。
5. 数据采集系统：包括数据采集卡、计算机等。
二、实验方法1. 试样制备选取一块干热岩样品，将其切割成规定尺寸的试样。
试样表面应平整、光滑，无明显的裂缝和缺陷。
2. 试样夹持将试样放置在夹持装置中，用螺栓将其夹紧。
夹持力应适当，不能过大或过小。
3. 加热将试样放入加热器中，加热器温度应逐渐升高，直至达到实验所需的温度。
温度应控制在一定范围内，不能过高或过低。
4. 压力施加在试样上施加一定的压力，使其产生裂缝。
压力应逐渐增加，直至试样发生裂缝。
压力的大小应根据试样的性质和实验要求进行调整。
5. 视频监测在实验过程中，使用高速摄像机对试样进行拍摄。
摄像机应放置在适当的位置，以便观察裂缝的扩展路径。
6. 数据采集在实验过程中，使用数据采集卡对试样的压力、温度、力等参数进行采集。
采集的数据应及时保存，以便后续分析。
三、实验结果分析通过对实验数据的分析，可以得到试样的裂缝扩展路径。
裂缝扩展路径的分析可以为干热岩的开发和利用提供重要的参考。
本文介绍了一种可追踪裂缝扩展路径的干热岩压裂实验机及实验方法。
该实验机可以对干热岩的裂缝扩展路径进行深入研究，为干热岩的开发和利用提供重要的参考。
深层干热岩水力剪切压裂认识与实践
第95卷第5期2 0 2 1年5月地质学报ACTA GEOLOGICA SINICA Vol. 95 No. 5May 2 0 2 1深层干热岩水力剪切压裂认识与实践郭建春 '肖勇K2)，蒋恕3)，王贺华2)1)西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，西南石油大学，四川成都，610500;2)振华石油控股有限公司，北京，100031;3) E n e r g y &- G e o s c i e n c e Institute at the U niversity of U t a h,Salt L a k e C i t y, 84108内容提要：深层干热岩水力压裂形成的裂缝网络是地下“冷注、热采”循环系统的流体流动和换热通道。
注采 循环井的“注不进、采不出”实质是水力压裂未成功建立沟通注水井和采热井之间的导流裂缝网络系统，该过程由 流固换热（T)-流体流动（H)-裂缝形变（M)-化学溶蚀（C)耦合作用决定。
通过TH M C耦合开展室内测试和数值模 拟研究发现：干热岩体内天然裂缝的法向剪胀形变开度是压裂改造的前提和机理，水平滑移量达到5m m时.粗糙 度对裂缝开度的影响逐渐消失，即裂缝的总开度几乎全为有效导流开度；低排量、低温的长期注人并不能快速消耗 储热岩体的热能，天然裂缝的热诱导开度影响范围在5m以内，提高排量是进一步扩大天然裂缝导流能力改善范 围的必要条件；近井地带热交换（T H)形成的热诱导开度对导流开度的贡献率最高达92%,大于9.4 m的远井区域 主要依靠水力剪胀作用（M)提高导流能力，其对导流开度贡献率从50%逐渐上升至99%;注人冷流体的不断升温，加剧硅质矿物的溶解能力，其最大化学溶蚀诱导开度为0.48 mm，对总导流开度贡献率最大为16.3%。
关键词：增强地热系统；深层干热岩；水力剪切压裂；THM C耦合；导流开度地热是储存于地壳岩石、蒸汽或天然流体中，由同位素连续衰变提供的可重复利用、清洁且绿色的能源。
水压致裂试验过程中自然电位测量研究
第25卷第7期岩石力学与工程学报V ol.25 No.7 2006年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July，2006水压致裂试验过程中自然电位测量研究李宏，张伯崇(中国地震局地壳应力研究所，北京 100085)摘要：水压致裂测试技术起源于石油的增产，现已发展成为测量地壳应力的一种有效方法。
近年来，为实现热干岩发电，该技术也用来制造人工热交换面。
为研究水压致裂过程中裂缝的扩展机制，在北京市房山区花岗岩体中开展大流量水压致裂试验。
试验是在一个深301 m的新鲜完整的岩石压裂孔中进行的。
在注水孔周围200 m×200 m的范围内，间距25 m呈网格状共布置49个自然电位测点，压裂过程中，对注水孔周围电位的变化进行测量。
在压裂孔中深110～140 m内选取3段没有天然节理的部位进行水压致裂。
测量结果表明，在图域内自然电位异常呈现椭圆形分布，随注水流量增大异常值增大。
正的椭圆形异常有2条长轴线，一条轴线相对另一条有一定的扭转，它们的方向与裂缝和节理的方位一致，水流入裂缝和天然节理中。
通过自然电位确定的裂缝扩展方向与水压致裂应力测量的水平最大主压应力方向一致。
关键词：岩土力学；自然电位；水压致裂；地应力中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)07–1425–05STUDY ON SPONTANEOUS POTENTIAL MEASUREMENT DURINGHYDRAULIC FRACTURING EXPERIMENTLI Hong，ZHANG Bochong(Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing100085，China)Abstract：Hydraulic fracturing has originated as a stimulation technique of oil reservoir，and has been developed as a rock stress measurement technique. Recently，it has also been developed to create artificial heat exchange surfaces for hot dry rock power generation system. To study the mechanism of crack extension by hyduaulic fracturing，the mass hyduaulic fracturing experiments are carried out in granodiorite at Fangshan District，Beijing，China. A FR borehole of 301 m deep in a fresh and intact rock is used for the experiments. During the fracturing process，electrical potential changes around the injection well are measured on the surface. Measurement points，total 49 points，distribute around the injection well on the grid with interval of 25 m in an area of 200 m×200 m. Hyduaulic fracturing experiments are carried out by selecting 3 spots without natural joints from the section of 110 m to 140 m in the depth of the FR borehole. These spontaneous potential(SP) anomalies show elliptical distribution in the map view. The values of the anomalies increase with the water flow. Most of the measurement results show that the positive elliptical anomalies have two long axes or one long axis with distortion to different directions. These directions coincide with the orientations of fracture and joint. In these cases，water is considered to flow into both the fracture and joint. The directions of crack extension obtained from the SP measurement agree with those evaluated one from the hydraulic fracturing stress measurement.Key words：rock and soil mechanics；spontaneous potential(SP)；hyduaulic fracturing；geostress收稿日期：2005–02–25；修回日期：2005–06–14基金项目：中日合作研究项目“水压致裂裂缝形成与扩展机制研究”作者简介：李宏(1965–)，男，硕士，1988年毕业于中国矿业大学北京研究生部矿山工程力学专业，现任研究员，主要从事原地应力测量技术、方法和理论方面的研究工作。
水力压裂微地震监测技术国内外现状_赵争光
微地震监测原理
监测方式对比
微地震监测目前主要采用两种监测方式，即井下监测、地面监测和浅地表监测。
观测方式 对比项目
井下观测
地面观测
浅井观测
仪器要求 检测周期 检测范围 数据质量 可操作性 成本花费
2016/10/28
高
低
低
短期
短期/长期
长期
小
大
大
好
差
较好
复杂
简便
复杂
高
低
高
(来源：谭玉阳，2016)
2016/10/28
微震技术发展历程
里程碑事件
里程碑事件
2004年，MicroSeismic公司在Barnett页岩气井增产改 造储层时首次用地表检波器排列发射层析成像技术监测 水平井水力压裂并获得巨大成功（Lakings et al., 2006 ）
Peter M. Duncan 在美国石油工业界及学术界力推 FracStar
2015年， 中石油东方物探专家翻译成中文《非常规储层水力压裂微地震成像》 Shawn Maxwell 先后在 Schlumberger 和 Itasca 就职，目前负责 Itasca 在卡尔加里的 IMaGE 中心
2016/10/28
数据采集
一 体
数据处理
化
数据解释
微震技术发展历程
水力压裂微地震监测技术 国内外现状
赵争光
Zhengguang Zhao
Centre for Geoscience Computing School of Earth Sciences
zhengguang.zhao@.au
October, 2016
水力压裂支撑剂电磁监测(微地震替代技术)_赵争光
SRV > EPV
Evie ~15%SRV被支撑剂充填 Muskwa ~29%SRV被支撑剂充填 完井效率： Muskwa最有效支撑
被支撑SRV（EPV） （McKenna, 2014）
汇报提纲
一 水力裂缝表征
3D Seismic Microseismic Hydraulic Fracture
EM监测专利
SRV > EPV
支撑体积 < 水力裂缝体积 < 应力体积 < 微震体积
EPV 液体到达体积
压裂各种体积示意图（据SPE146932修改）
SRV
SRV > EPV
URTeC：1922843
模拟裂缝斜视图。裂缝方位根据震源机制获得，绿色为含支撑剂裂 缝，红色为非支撑裂缝。红色圆点为微震事件，大小代表地震矩。
可检测长达75m的缝长、0.5cm缝宽及与水平井筒呈45°交角的水 力裂缝
发射-接收间距60m效果好；接收间距越小越好
最佳频率100Hz 效果最好：基质电阻率1-500 ohm-m
套管井信噪比更高
EM分析模型
EM分析模型（Heagy et al., 2014）
EM分析模型
EM分析模型试算 （Heagy et al., 2014）
EM监测专利
1. Controlled Source Fracture Monitoring, ConocoPhillips Company
2. Electrically conductive proppant and methods for detecting, locating and characterizing the electrically conductive proppant, Sandia Corporation & Carbo Ceramics Inc. 3. Electromagnetic Imaging of Proppant in Induced Fractures， Schlumberger Technology Corporation 4. Proppants coated by piezoelectric or magnetostrictive materials, or by mixtures or combinations thereof, to enable their tracking in a downhole environment, Sun Drilling Products Corporation 5. Electrically conductive proppant coating and related methods, Conophillips Company
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干热岩水力压裂复合扰动诱发地震机理及监
测方法
一、引言
干热岩水力压裂是一种新型的地热能开发技术，通过将水注入干热岩层并施加压力，使岩石中的裂隙扩张，从而增加地热能的开采效率。
然而，干热岩水力压裂过程中可能会导致地震，从而对周围环境带来不良影响。
因此，研究干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的机理及监测方法具有重要意义。
二、干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的机理
1.压裂过程中的应力改变
在干热岩水力压裂过程中，注入的水和施加的压力会改变岩石内部的应力状态。
当岩石承受的应力超过其极限值时，就会发生断裂，从而产生地震。
2.水力压裂导致的孔隙压力变化
水力压裂会导致地下水的流动和压力变化，这些变化也可能导致岩石的破裂，从而引发地震。
3.岩石力学参数的改变
水力压裂会改变岩石的力学参数，如岩石的弹性模量和抗压强度等，这些改变也可能会影响岩石的破裂状况，进而引发地震。
综上所述，干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的机理是一个复杂的过程，其中包括了应力变化、孔隙压力变化和岩石力学参数的改变等多种因素。
三、干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的监测方法
1.地震监测
通过设置地震监测站点，监测地震事件的发生和演化过程，可以及时发现干热岩水力压裂过程中可能引发的地震事件，并对其进行监测和预警。
2.岩石断裂监测
通过设置岩石断裂监测点，监测岩石的应力状态和裂隙扩张情况，可以及时发现水力压裂过程中岩石的破裂情况，从而预防可能的地震
事件的发生。
3.孔隙压力监测
通过设置孔隙压力监测点，监测地下水的流动和压力变化，可以
及时发现干热岩水力压裂过程中地下水的变化情况，从而对可能的地
震事件进行预警和监测。
4.地热能开采监测
通过设置地热能开采监测点，监测地热能的开采过程中的压力改
变和岩石的变形情况，可以及时发现可能引发地震的情况，从而对其
进行监测和预警。
综上所述，通过地震监测、岩石断裂监测、孔隙压力监测和地热
能开采监测等多种方法的综合应用，可以有效监测和预防干热岩水力
压裂复合扰动诱发地震的发生。
四、结论
干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的机理包括应力变化、孔隙压力变化和岩石力学参数的改变等多种因素。
为了有效监测和预防这种地震的发生，应该采用地震监测、岩石断裂监测、孔隙压力监测和地热能开采监测等多种方法的综合应用。
这将有助于保障干热岩水力压裂过程中的安全开发，从而推动地热能的可持续利用和发展。