阅读说明：本技术 一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂技术 (Self-adaptive pulsating hydraulic fracturing technology based on frequency spectrum resonance ) 是由 高崇 康忠建 张祥海 刘星宇 李浩坤 龚大建 于 2021-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂技术,包括：(1)高压脉冲放电诱发目标储层振动；(2)振动信号采集与分析；(3)依据储层地质参数及井下能量传递模型,获得储层振动状态及压力波作用范围数值解：(4)基于自适应模态经验分解、神经残差收缩网络算法等理论测定目标储层固有频率；(5)依据闭环自适应控制策略对压裂泵单体功率及组群协同控制,产生脉动频率近似于目标储层固有频率的水激波；(6)脉动压力波作用于储层并诱发储层共振,此时注入储层内部机械能最大且节理结构趋于失稳,可增大裂缝发育面积,提高油气渗透率。该方法以脉动频率等于储层固有频率的压力波为激励源,根据闭环自适应控制策略实现油气储层的水力共振压裂,是一种高效的油气增产技术。(The invention discloses a self-adaptive pulsating hydraulic fracturing technology based on frequency spectrum resonance, which comprises the following steps: (1) inducing vibration of a target reservoir by high-voltage pulse discharge; (2) collecting and analyzing vibration signals; (3) obtaining numerical solutions of reservoir vibration states and pressure wave action ranges according to reservoir geological parameters and an underground energy transfer model: (4) measuring the natural frequency of a target reservoir based on theories such as adaptive modal empirical decomposition, neural residual shrinkage network algorithm and the like; (5) performing cooperative control on the monomer power and the group of the fracturing pump according to a closed-loop adaptive control strategy to generate a water shock wave with the pulsation frequency approximate to the natural frequency of a target reservoir; (6) the pulsating pressure wave acts on the reservoir and induces the reservoir to resonate, the mechanical energy injected into the reservoir is the largest, the joint structure tends to be unstable, the development area of the crack can be increased, and the oil-gas permeability is improved. The method takes pressure waves with the pulsation frequency equal to the natural frequency of a reservoir as an excitation source, realizes the hydraulic resonance fracturing of the oil and gas reservoir according to a closed-loop adaptive control strategy, and is an efficient oil and gas production increasing technology.)

一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂技术

技术领域

本发明属于油气开采领域，特别涉及一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂的高能效改善油气储层物性的方法。

背景技术

我国石油、天然气短缺问题将持续伴随社会发展进程，我国迫切需要寻求油气产量新的增长。非常规油气资源受限于储层低孔、低渗等特征，需要通过改造才能形成工业产能。目前，页岩油气多通过水力压裂技术进行储层改善，因其压裂方式具有较高的静水压可改造广域储层面积，故是现在较为常用且成熟的油气增产技术。

近年来，许多新的储层改造技术不断涌现，其中包括超声波采油技术、等离子脉冲谐振技术、电脉冲储层改善技术、无水压裂技术、频谱共振储层改造技术等。无论是等离子振动、电脉冲振动还是超声波振动等激发机制，其原理都是通过机械振动作用，产生微裂缝，沟通裂缝。而这个过程中，振动能量的传导与衰减直接影响着储层改造的效果。

油气开发领域有关学者在其他科研进展报告中发现共振现象及其特性，即当某一物理系统受到外界激励在共振频率下发生振动时，会比在其他任何频率下振动的幅度更大，并试图将其运用到油气开采技术创新研究中。在共振技术应用领域，如何准确测定固有频率并根据固有频率的变化精准且快速调整外加激励频率是共振破岩技术的关键。

本发明首次结合频谱共振特性与水力压裂技术的优点，装置自动监测储层固有频率变化，并将其作为压力泵组控制系统输入值用于调控脉动压力波，该系统属于闭环反馈控制，可实现压力波的精准输出从而诱发储层共振，进而促进裂缝发育，提高油气生产率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂技术。以理论辨析、数学建模与深度机器学习相结合的研究方式，在振动信号分析及波动力学理论基础上获得外部激励下储层响应状态及应力波传递模型，采用自适应完备经验模态分解与神经残差收缩网络算法测定目标储层固有频率，依据非线性系统鲁棒控制理论实现压裂泵组及整体系统的参数自适应调节，使得产生的水力压裂波脉动频率等于储层固有频率，最终诱发储层共振的同时促进裂缝发育，提高油气生产率。

本发明采用的技术方案是：一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂技术，其包括以下步骤：

(1)高压脉冲放电诱发目标储层振动；

(2)振动信号采集与分析；

(3)依据储层地质参数及冲击波能量传播模型，获得储层振动状态及应力波有效改造储层范围数值解；

(4)基于自适应完备模态经验分解、神经残差收缩网络算法等理论测定目标储层固有频率；

(5)依据非线性系统鲁棒控制理论开展压裂泵单体功率及组群协同控制，实现脉动水激波参数控制系统内部自适应调节，产生频率等于目标储层固有频率的脉动压力波；

(6)脉动压力波作用于储层并诱发储层共振；

(7)储层处于共振状态时，外部激励注入储层内部用于提供缝隙起裂的机械能最大且节理结构更易于失稳，有效增大裂缝发育面积，提高油气渗透率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明系国内外首次结合频谱共振与脉动水力压裂技术的优点，持续诱发储层共振，通过压力波的叠加促进内部孔隙发育，实现共振至裂增产。

(2)油气储层固有频率与裂隙网络直接相关，故随改造进程而发生改变，本发明可实现共振改造过程中实时监测储层固有频率，并通过自适应调节系统做到改变即调控，实现脉动压力波精准激发。

(3)该方法适用于多种类型油气资源，具备适用性广、可靠性强及能效比高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂技术方法流程图；

图2为一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂技术工作原理示意图；

图中：振动响应监测单元(1)、振动信号分析及固有频率检测装置(2)、压裂泵组(3)、脉动压力波输出端(4)、目标油/气储层(5)及脉动水力压裂自适应控制系统(6)。

具体实施方式

现结合常规情况下具体实施例说明本发明的实施方式，相关领域学者及技术人员可通过本实施例所阐述内容清晰了解本发明的优点及功效。但所述实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，故本领域相关人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明提供了一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂技术工作流程图，包括用于诱发与检测储层振动的振动响应监测单元(1)，对振动信号开展分析与目标储层固有频率测定的振动信号分析及固有频率检测装置(2)，测定固有频率及相关参数传输至脉动水力压裂自适应控制系统(6)，并用于调制压裂泵组(3)功率分布，实现精准控制脉动压力波输出端(4)的压力波物性参数，进而使得目标油/气储层(5)共振，促进内部裂缝发育，提高油气增产率。

实施例1

根据上述工作原理及思路，如图1和图2所示，在本发明中提供了一种基于频谱共振的自适应脉动水力压裂技术方法，其包括以下步骤：

(1)高压脉冲放电诱发目标储层振动；

(2)振动信号采集与分析；

(3)依据储层地质参数及冲击波能量传播模型，获得储层振动状态及应力波有效改造储层范围数值解；

(4)基于自适应完备模态经验分解、神经残差收缩网络算法等理论测定目标储层固有频率；

(5)依据非线性系统鲁棒控制理论开展压裂泵单体功率及组群协同控制，实现脉动水激波参数控制系统内部自适应调节，产生频率等于目标储层固有频率的脉动压力波。

(6)脉动压力波作用于储层并诱发储层共振；

(7)储层处于共振状态时，外部激励注入储层内部用于提供缝隙起裂的机械能最大且节理结构更易于失稳，有效增大裂缝发育面积，提高油气渗透率。

实施例2

本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于所述步骤(5)、(6)中，压力波、压裂泵相关参数及激励状态下油/气储层的响应状态作为步骤2的输入，用于自适应控制系统内部参数修正，旨在保障产生精准且稳定的脉动压力波。

实施例3

本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于，基于频谱共振的脉动水力压裂技术为检测-控制-应用一体化的自适应协同控制系统，完成高压脉冲放电诱发目标储层振动后实现系统内部参数的自调节，降低人工误差及时延，达到精准共振改造储层的目的。

上述实施例仅为本发明的常规实施例，并非对本发明作形式上的限制，故未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。