声发射在油气田开发中的应用

1．西南石油大学    610500

2．川庆钻探工程公司安全环保质量监督检测研究院    618500

摘  要

声发射作为一种成熟的无损检测技术在航天航空、采矿、土木工程、电力、交通运输等方面都有广泛的应用，声发射技术作为一种非常规的无损检测手段，在石油工程领域的应用也有越来越多，并为石油钻井、完井，油气开采等各项施工作用提供理论依椐。本文主要建立在声发射与材料的力学性质的关系上，参考国内外文献资料，综合声发射在油气田开发中的应用，为以后的声发射枝术研究提供参考。

关键词  声发射；油气田开发；事件；应用

声发射(AE)是由于材料局部能量的快速释放而发出的瞬时弹性波，也称应力波发射。声发射是一种常见的物理现象，大多数材料变形或断裂时都有声发射现象产生，但由于许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要借助灵敏的电子仪器探测和记录，在此基础之上进行的信号分析即为声发射系统。作为一种探伤手段，声发射在其它领域的应用非常广泛，在石油工程中的应用主要集中在岩石力学和石油机械方面。油气田开发中的主要研究对象是岩石以及井下的完井、固井以及开采装置等，然而由于研究环境通常是高温高压，与普通金属当中应用不同的是，岩石是由多种矿物，具有很强的非均质性，声波在岩石中的传播十分复杂，试验人员现场收集资料困难，一般的检测手段很难达到要求，给现场资料获取带来不少难度。随着计算机技术的发展，现代的研究手段也不断提高，声发射技术在此基础上也就应运而生，它集计算机实时监测，事件定位和数据采集及存储为一体，对试验过程进行动态监测。

声发射最初主要应用于工程材料的无损检测领域，然后是压力容器的检验，20世纪70年代初，现代声发射仪器的出现使声发射技术从实验事走向了现场应用。由于声发射技术实施简易、能够扶取实时或连续信息、对被检件的接近要求不高以及被检件形状不限等优点，人们正大胆地将它应用在现代油气田开发中。

1．岩石力学参数获取

岩石力学基础参数是正确认识油气层的关键，地应力作为岩石力学的基本参数之一，它的准确性又是至关重要的。其中地应力测量方法有很多，分为事内岩心测量技术和现场获取技术，如井壁崩落法、小型水力压裂、非弹性应力恢复法等。相对而言，利用声发射的Kaiser效应测定地应力是一种成本较低且简单易行的方法。

声发射的不可逆性质称为Kaiser效应，它是由德围人Kaiser在20世纪50年代初提出的，指材料所受的重复载荷到达原先所加的最大载荷以前不发生明显的声发射事件，并且Kaiser同时还提出了连续型和突发型声发射信号的概念。Kaiser效应测量地应力开始于20世纪70年代，由于岩石对应力具有记忆性，当岩石承受的应力超过之前所承受的最大应力值后，根据Kaiser效应，会有大量的声发射事件产生，找出Kaiser点对应的应力即可得到岩石先前所受的最大应力。大量研究表明Kaiser效应测量地应力对于硬脆性岩石效果较好。

2．水力压裂定位以及压裂程度评价

水力压裂是油气田的一项重要的增产措施，它是利用向地层中注入一定体积的压裂液和支撑剂，在地层产生裂缝，为流体建寺渗流通道。而此类型的施工在提高地层渗透率的同时也会对地层产生伤害，为提高施工效果，避免重复施工，减小施工对地层带来的伤害，优选增产井，以及提高施工的精确性，对水力裂缝的定位进行预测以及裂缝形成的动态过程进行监测是很有必要的。

以墨西哥湾Fenton Hill的干热岩石的试验为例，利用检波器对两个大型水力压裂和一个流动试验过程进行监测，检波器将接收到的由微震引起的剪切破坏的声波信号转化成电信号，并用幅度，频率和位置。等参数描述出声发射事件，根据采集的事件参数对裂缝的位置以及水力压裂程度进行分析，还可估算孔隙压力和储层的有效渗透率。