裂缝监测（精选5篇）
裂缝监测 篇1
地裂缝作为一种地质现象, 若发生在人群聚居处, 便形成一种地质灾害, 它可以直接毁坏各类工程建筑并随之造成一系列的环境问题, 会对人民的人身安全、财产安全以及正常的生产生活造成极大的影响。因此, 要想减少地裂缝对人民群众的威胁及损害, 就要加强对地裂缝的监测与防治工作。本文根据地裂缝的相关监测工作, 为建立健全地裂缝防治系统提出了合理的建议。
一、地裂缝的监测
由于研究水平逐渐提高, 地裂缝监测技术不断发展完善。目前, 除了常规的监测方法, 还有变形监测技术的应用。这能够保证地裂缝监测工作进一步全面精确的进行。
(一) 常规的监测方法
在地裂缝的监测工作中, 最常用的传统方法有地质调查、考古方法、物探方法和工程勘察等, 在观察测定的基础上分析地裂缝的发育特点、演化规律、活动周期、延伸范围等情况, 此外还采用定点位移的方法测量监测地裂缝当前的活动及发展趋势。同时结合现今地应力场、现今地形变场监测, 配合地质学知识和相应的模拟测定实验, 深入探测地壳构造特征, 明确导致地裂缝产生的因素。在地质条件复杂的地区, 应该使用爵频大地电场仪等高科技仪器明确地裂缝的现状及发展动态。
(二) 地裂缝的变形监测技术应用
所谓变形监测, 就是利用专门仪器和方法持续观测变形体的变形现象, 分析其变形的性质状态、发展趋势。变形监测的内容, 应根据变形体的性质和地基情况决定, 要视具体实际决定对垂直位移、水平位移、渗透、裂缝等外部观测和钢筋应力、混凝土应力、温度等内部观测的应用, 但是在处理数据、解释变形原因时, 必须将内、外观测的结果进行综合分析。
因此, 对地裂缝变形监测工作具有重大意义, 监测掌握地裂缝的稳定性, 为其防治提供有效的信息, 以便尽早发现问题, 并及时解决。运用变形监测技术观测地裂缝, 首先应设置变形监测网点, 最基础的应包括基准点和工作点, 并且应该将其设置在变形区之外具有优良地质条件、不易发生变形的位置, 并在基准点或工作点观测地质及地裂缝情况。根据对地质地形条件、地裂缝情况和变形特征的分析, 断定此工程的变形监测过程中应使用的外部观测和内部观测的方法, 应使用精度高的专业仪器, 依照规范技术要求进行。
二、防治地裂缝灾害的措施
(一) 加强工程地质勘察工作, 合理的避让地裂缝
地裂缝由构造活动造成并向地表下深入延伸, 对建筑物具有一定的破坏力。相关部门应设置多个监测点, 加强工程地质勘察工作, 密切关注地裂缝变化的动向, 勘测出地裂缝的发育现状、所在位置、严重程度、发展趋势等问题, 并确定合理的避让距离, 在实际的生产生活中根据不同的情况划分避让带, 采取合理的避让措施。在确定避让距离的时候, 除了要结合上述考察的内容, 还应综合考虑其他因素, 例如:地表以下的构造活动、开采地下水对地裂缝的影响。对于难以避免经过地裂缝的工程, 可以在地裂缝位置建设拱梁, 实行悬空式架设等受不均匀沉降影响较小的结构, 或将厚度适中的碎石层铺在管道底部, 进行专业的监测, 及时了解地裂缝的动态变化。对于避让带以外可能受到影响的建筑物, 应该采取相应的工程措施消除或减轻潜在的危害, 通常的措施有采用桩基础、加强结构刚度、在原有地基上加设褥垫层等。
(二) 对已有裂缝进行回填、夯实, 改善地裂区土体性质
发生在山地、荒野等人烟稀少地区的地裂缝, 通常不会造成大的危害, 可以对其采取回填、夯实的措施处理。在此同时应改善地裂区土体的性质, 治理沙漠化和水土流失, 还要防止地层内部出现砂土液化现象, 控制地裂缝扩展和加深。
(三) 严格限制地下水的过量开采
对地下水的无节制开采会造成地面的沉降, 加重地裂缝的后果, 因此应制定相关的法律条文严格控制地下水开采的范围、强度及层位, 防止地面沉降。综合借鉴各城市的实践经验, 主要可以从以下几个方面入手:首先要寻找新的合理的水源位置, 严禁过度开采利用地下水, 防止地下水位迅速下降而引起地面沉降;次之, 压缩空气有助于恢复自由水压力, 所以将其注入含水层当中;此外, 还可以采取人工方法来补偿地下水的缺失, 使地下水位得以提高或恢复。
(四) 控制矿区的不合理采矿行为
目前, 不合理的过度采矿行为造成了地质隐患, 滥采滥挖必然会导致上部地面的下沉和变形, 从而使地裂缝现象更容易产生且危害更大, 因此应采取措施控制不合理的采矿, 减轻我国的地裂缝灾害。例如在矿区增大、增多预留保安柱, 限制开采的区域、层位、范围、强度等。
(五) 改进地裂区建筑物的结构, 对其进行加固处理
对于已经处在地裂缝区域的建筑物应该改进其结构, 对房屋建筑基础采取加强薄弱构件、增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载、加固墩台及基础等一系列的加固改造措施, 提高建筑物结构基础的承载能力, 以更好的对抗地裂缝的危害。目前结构的加固方法主要有增大截面与配筋加固法、体外预应力加固法、结构补强层加固法等, 通过改善和强化结构的性能来恢复或提高其抗性和耐性。
三、结语
综上所述, 地裂缝是一种地表土层或岩层发生破裂的地质现象, 并由地下贯穿延伸到地表。通过采取各种方法对地质地形进行全面、精确的监测, 确定地裂缝的分布范围、发展现状、变化动态。由于构造运动、地下水严重超采、矿区胡滥开采等因素都会导致地裂缝的出现和加重, 因此提出尽量避让、加固改造处理、控制地下水和矿区的开采等防治措施。这不仅能有效减少地裂缝带来的损失和危害, 并且对今后城市建设工程具有重大的指导意义。
摘要：地裂缝是一种地质现象, 即在自然或人为因素作用下, 地表的土层或岩层等产生开裂, 在地表形成一定长度和宽度的裂缝, 而当这种现象在有人类活动的地区发生的时候, 便成为一种地质灾害。近年来, 在我国很多地方出现地裂缝, 严重威胁着人民群众的生命财产安全和城市的规划建设。本文就针对地裂缝的监测和防治工作展开讨论分析, 总结出了处理地裂缝问题的对策。
关键词：地裂缝,监测,防治
参考文献
[1]高虎艳, 李忠生.西安地裂缝对线状工程设施的破坏及其防治措施[J].城市轨道交通研究, 2012, .
[2]杨勤海, 王新杰, 王营超.地裂缝地质灾害调查中的综合物探技术应用[J].物探与化探, 2013.
[3]薛丁炜, 刘海涛, 李婧.地裂缝地质灾害成因分析及防治措施[J].西部探矿工程, 2013.
裂缝监测 篇2
引言
随着油田开发的不断推进，我国低渗透油藏开发技术已处于世界领先地位，水力压裂技术在低渗透油田开发中得到了广泛的应用，而裂缝监测技术制约着水力压裂技术的突破。
水力压裂技术是目前低渗透油田改造增产最主要的措施之一。水力压裂产生的裂缝延伸方位，不仅是储层压裂改造效果的衡量标准之一，而且能为其他井水力压裂提供参考与借鉴，并能够为后期调整生产措施提供依据。本文针对低渗油田水力压裂裂缝方位监测技术进行了较深入的调研，并设计一套低成本、高性能、低功耗的压裂裂缝方位监测系统。
1.几种常见的水力压裂裂缝方位监测技术
（1）微地震监测技术
天然地震监测技术是微地震压裂的监测技术的起源。水力压裂施工过程中，压裂能量将沿主裂缝方向不断向四周地层中进行辐射传递，造成主裂缝周围地层内部产生裂张和错动。这些裂张和错动会引起不同类型和强度的地下弹性波，即横波和纵波。在压裂时产生的这些不同強度不同类型的横波和纵波将以主裂缝为中心，从各个方位来辐射波及周围地层，通过这类辐射的弹性波地震能量能够向周围相邻的地层源源不断地传波。通过接收、过滤和分析接收到的地下弹性波信号的强弱、方向及波及面积等参数，便可获得实际压裂施工过程裂缝方位、面积及对地层的影响强度的信息。再借助三维成像技术，采用相应配套的软件对微地震事件分析对比，便可获得压裂裂缝的各种几何参数，从而达到对压裂裂缝的延伸方位的监测目的。
（2）井温测井监测技术
水力压裂施工所注入的液体或压后人为注入的液体进入地层往往会带来低温异常，通过监测井温变化情况便可确定压裂裂缝的缝高，这就是井温测井监测技术的理论基础。水力压裂所注入地层的液体温度通常会低于地层原温度，因此体现在吸液层段井温曲线的是低温异常段，监测这一低温异常段便可获知压裂裂缝的存在以及分布高度等情况。在压裂前先进一次行井温测井，得到一条井温变化的基准线，对比压裂后井温变化线，可将井温突变段确定为压裂裂缝的高度。
（3）地面电位法测量技术
水力压裂施工过程中，向压裂层位注入高电离性能的液体，该类工作液将造成地面电位梯度发生变化，通过测量地面电位梯度，进而可达到推断、解释水力压裂裂缝方位相关参数的目的，因此，地面电位测量技术依据的是传导类电位勘探的基本理论。通常，在被测压裂井的井口周围布置有多组环形的测点，再借助于高精度的电位监测仪器，对压裂施工过程中地面电位变化进行实时监测，并对所监测得数据进行一定处理，便可实时地获得压裂裂缝方位延伸的相关参数。
（4）四维地震监测技术
四维地震（4Dseimic）亦叫时移地震，是指在三维地震的基础上，引入了时间的维度，借助重复获得的三维地震测量资料来进行油藏动态监测。油田开发中，储层特性变化将引起地震频率变化、振幅异常以及反射同相轴的下拖现象等，这些现象均是四维地震监测的良好识别标志。微破裂四维向量扫描影像监测技术属于油藏地球物理的范畴，是采用无源地震的微地震三分量数据，进行多波振幅的属性分析（横波和纵波），并借助相关体数据处理和计算方法，获得监测期三维空间体地下各时间域的高压流体活动和储层岩石破裂所释放能量的分布情况。通过横波和纵波实时记录，可将不同阶段的裂缝变化反映到三维图谱上，用以表示起裂、扩展、重叠、连接及延伸趋势等情况，这样就能达到监测裂缝方位的目的。
大量的压裂施工实践表明，当前所用的测量方法均存在着一定的自身弊端。例如，地面电位测量需向地层注入导电率高的液体，导致监测成本大幅度提高，并带来操作的极大不便；而井温测量方法虽较简便，但仅能得到裂缝高度的有限参数；微地震技术需要非常高科技含量技术，数据处理过程较复杂，设备仪器价格也是相当之昂贵，并要求高素质技术知识的操作人员等。部分油田目前已安装有压裂裂缝监测系统，但并没有到达想要的监测效果，获取到的数据和信息的可靠性和准确性不高。实际上，该技术指标不单依赖于传感仪器的灵敏度，而且取决于对数据和信息的采集和处理技术。综上所述，油田勘探开发急需一种工作稳定、操作简便的压裂裂缝方位监测技术。
2.一种分布式压裂裂缝方位远程监测系统的设计
分级分布式监测系统具备有监测全面、集中管理等优势，紧密结合油田压裂施工现场的实际情况，本文设计一种分布式的水力压裂裂缝方位远程监测系统。在水力压裂施工现场，在压裂井周围适当范围内选取三口已钻井作为监测井，监测井口安装信号探测仪，计算机和裂缝方位检测器配备于远程工程测试车内，1个裂缝方位检测器、3个信号探测仪和1台计算机便基本构成了整个压裂裂缝方位监测系统。
该系统采用电压式的压力传感器获取地层震动数据，通过数字信号处理来筛选和提取信号，借助计算机软件实现对裂缝方位的实时监测和分析，采用无线传输工作方式来实现信息的有效传递。该系统的工作可靠稳定，操作方式便捷，操作人员可对压裂施工现场进行实时监测，能降低对操作人员的技术要求。压裂施工监测过程，为确保监测系统工作稳定性和可靠性，选取的三口监测井需满足一定的要求。首先，监测井需位于压裂井周围1km范围内，且与压裂属同一地质板块且地层深度相仿，因此，在应用方面会存在一定的局限性，需要有已钻井来保障。选取的三口监测井尽可能去包围压裂井，这利于信号的拾取、传输、处理及分析，为准备监测裂缝方位提供保障。
水力压裂施工过程中，产生的微震动信号是靠微震信号探测器进行拾取的，并将信号强度进行足够的放大，再经频率调制后采用无线方式传输。接收无线电传输的信号的检测仪置于工程测量车，接收数据经处理后生成时差数据，最终传输到计算机。开发专门设计的数字压裂裂缝方位监测软件，计算得到压裂裂缝的延伸方位。
3.结论
（1）本文对目前常见的几种水力压裂裂缝方位监测技术进行了简要介绍，分析了其各自的缺点。
（2）针对目前裂缝方位监测技术的弊端，设计了分布式压裂裂缝方位远程监测系统。
（3）该系统采用“微震信号探测+无线传输”方式，不仅具有低成本、低功耗、高性能的特点，还具有寿命长、操作简单、可靠性高的优点。
裂缝监测方法研究及应用实例 篇3
1 地质概况
某油田位于某盘地台北凹陷丘陵构造带东端构造,为一穹窿背斜构造油藏,轴向北西,构造相对完整简单。该构造在侏罗纪末期受近南北挤压作用下,形成一组N 30°~40°E和N 30°~50°W高角度共轭剪切缝,其中北东向为优势裂缝。
全区共发育10条断层。大断层两条,即西北边界逆断层,断距为300m,延伸长度为6.8km,倾向北西,倾角为45°,为逆断层;另一条为近南北向的中央平移断层,断距为60m,延伸长度为2.7km,为平移断层。该断层育于构造东高点,将油田分成东西两块[4]。另外的8条小断层,断距为40~80m,延伸长度为0.4~2.0km,呈北东~南西向展布,走向约为40~60°。该油田的平均孔隙度为12.5%,平均渗透率为6.2×10μm 2,层内非均质性为0.34~0.51,层间非均质性为0.63~1.87。储层物性为低孔特低渗,储层非均质层内强,层间中等。
2 监测的理论基础
微地震监测主要包括数据采集、数据处理、精细反演等几个关键技术。油井压裂过程中数据采集过程示意图如下图1。
监测系统有一个假定:微地震震源以走时方法定位,假定自震源发出的微地震信号以直线传入地震检波器,把弧线传播途径拉直为一条直线,以方便油田使用。这一假设是测试误差的主要来源。
根据现场试验,本系统监测人工裂缝的方向误差7%,长度误差10%,高度误差20%;检测点外的误差增大两倍。目前压裂裂缝的监测范围为(200—300)m,注水监测为(300—400)m。
进行压裂或高压注水时,地层压力升高。根据摩尔-库伦准则可知沿裂缝边缘会发生微地震。进行震源定位时需记录这些微地震和微地震走时理论,通过微地震震源的空间分布可以描述人工裂缝轮廓。
摩尔-库伦准则可以写为[5]:
式(1)右侧不大于左侧时发生微地震。式中:τ是作用在裂缝面上的剪切应力,MPa;τ0是岩石固有的无法向的应力抗剪断强度,数值从几兆帕到几十兆帕;μ是岩石内摩擦系数;S1,S2分别是最大和最小主应力,MPa;P0是地层压力,MPa;φ是最大主应力与裂缝面法向的夹角。
由式(1)可以看出:当地层压力P0=0时,微震事件会发生,但是由于激励强度弱导致微震信号频度很低;当地层压力P0增大时,微震易于沿已有裂缝面发生(此时τ0=0)。这为观测注水、压裂裂缝提供了依据。
3 裂缝与地应力关系
形成人工裂缝,要克服岩石抗压强度和地应力这两个方面的力,设岩石抗压强度和地应力的合力达到最小时的方向为F,人工裂缝将沿着垂直于F的方向形成[6]。
地层压裂时的破裂压力为Pf,则有[7]:
式(3)中σh是水平最小主应力,MPa;σH是水平最大主应力,MPa;St是岩石抗张强度,MPa;P0是地层孔隙压力,MPa。
一般情况下人工裂缝的方向和最小主应力垂直,与水平最大主应力方向平行,宏观上表现为平行于平移断层、垂直于逆断层和背斜长轴走向。如果存在多起构造运动,人工裂缝将和现今最大水平主应力方向一致。当存在天然裂缝和储层砂体发育具有较强方向性时,人工裂缝发育方向有以下几种情况:
(1)当最大与最小主应力差别较小,储层存在天然裂缝时,人工裂缝可能有两种,一种平行于最大主应力,另一种沿天然裂缝延伸。
(2)当最大与最小主应力差别较小时,并且储层砂体及物性发育具有较强方向性(特别是条带状)时,人工裂缝发育方向有可能和砂体发育方向一致。
(3)当最大与最小主应力差别较大时,并存在天然裂缝和储层砂体发育具有较强方向性的情况下,人工裂缝仍以平行于最大主应力方向发育为主。
4 微震监测在油田中的实际应用
人工裂缝监测有多种方法:示踪剂方法、电位法、地倾斜方法等。
示踪剂方法滞后,可靠性受监测井周围分布井所在位置限制;电位法受气候、深度限制,且需较多的测点,测区范围局限;地倾斜方法受深度限制,且与覆盖层厚度、品质有关,需较多的测点,测区范围局限;而微地震方法即时,控制范围大,适应面广,近年来在国际上得到广泛的应用。基于上述原因,油田2004年选用微震监测系统进行裂缝动态监测。
某油田最大水平主应力方位为北东55°~80°,与构造长轴方向一致。其最大主应力方位北西向井主要集中在构造顶部及东南倾覆端;构造两翼褶皱部位及与丘陵交界带以北东向为主,平均方位为50°。
2004年,油田对12口压裂井进行裂缝监测,期间用井温梯度监测验证裂缝高度,符合率达到油田误差小于20%的工业技术要求,5口压裂井的裂缝监测解释结果如下。
从表1的压裂监测结果来看,被监测的5口井裂缝方位分布在北西37.6°~77.7°范围内,和该区块主应力方向基本一致。但主应力方位角度变化较大,在40°范围内波动。这可能是因为各井所在区块构造位置的差异、地层存在较大的不均质性、局部应力场和原生裂隙等原因造成的。
SJF12—16和SJF3—15井靠近正断层上盘,其压裂裂缝方向主要受断层控制,倾向与断层垂直。但SKF3—15井压裂裂缝方向倾向平行于正断层,是地层构造复杂引起;SKF5—14井靠近正断层下盘根部,其压裂裂缝方向受断层控制,倾向平行于断层方向;SKF9—17井靠近逆断层上盘的,倾向平行于断层方向,但也存在少部分上盘逆冲过度时,倾向垂直于断层方向;SKF9—19井远离断层,其压裂裂缝方向主要受地层应力控制。
从实验中5口井裂缝的长度和延伸方向来看,SKF12—16井的裂缝全长最长为102.2m,SKF9—19井裂缝全长最短为65.3m。其中有80%井的裂缝延伸方向向东有较好的优势,均位于油藏构造中部;20%井(如SKF9—17井)的裂缝延伸方向向西有较好的优势,其位于油藏构造顶部。
这说明地层存在较大的不均质性,从而造成裂缝延伸的不对称性。
由表1可知,监测高度(最上层和最下层的相对高度)结果在(19.5—57.2)m范围内。这与压裂层的厚度相关,与压裂模拟的高度相差不大。
从裂缝监测的产状结果来看,5口井都形成了垂直裂缝,向地层延伸。
5 认识
(1)油田地层情况复杂,其压裂裂缝方向同时受原地应力和储层发育、变化影响,并不仅仅受最大主应力方向控制。
(2)造成裂缝不对称的主要因素是地层非均质性。
(3)处理好井网与裂缝、地应力的关系是低渗透裂缝性油气藏高效开发的关键之一。部署井网时,不应沿天然裂缝方向和最大水平主应力方向部署注采井。
摘要：利用微震裂缝监测技术,对某油田的A区块进行压裂裂缝监测。通过接收地层破裂时的微震信号和微震震源定位方法确定震源。了解震源的空间分布,从而确定裂缝的形态、方位、高度。分析裂缝发育与地应力的关系,并考虑地应力状态下天然裂缝和人工裂缝的综合影响,为下一步的优化压裂设计、优化井网做好准备,从而为低渗透油藏高效开发提供依据。
关键词：微震裂缝监测,地应力,裂缝方位,裂缝形态
参考文献
[1]李道品.低渗透砂岩油田开发.北京:石油出版社,1997:217—224
[2]梁兵,朱广生.油气田勘探开发中的微震监测方法.北京:石油工业出版社,2004:6—7
[3]胡博仲.大庆油田水力压裂工程.北京:石油工业出版社,2008:37—37
[4]周波.鄯善油田精细油藏描述与开发系统优化研究.成都:[博士学位论文].西南石油学院,2001:12—12
[5]刘建中,王春耘,刘继民,等.用微地震法监测油田生产动态.石油勘探与开发2004;4:71—71
[6]张玎,张景和.微震裂缝监测技术在低渗透油田的应用.资源环境与工程,2008;22(1):78—78
大体积混凝土温度监测与裂缝控制 篇4
无锡XXX二期工程, 地下2层, 地上46层, 框架剪力墙结构, 地下室底板长120米 (分成两段) , 宽22~25米, 底板厚2米, 电梯井处深6米, 积水坑处深8米, 系大体积钢筋砼底板, 今年6月高温时浇筑, 如底板出现贯穿性裂缝, 该工程验收就不合格, 且一定漏水, 所以, 必须严格控制大体积混凝土温度裂缝。
在工程实践中, 一般为一次浇筑量大于1000 m3或混凝土结构实体最小尺寸等于或大于2m, 且混凝土浇筑需研究温度控制措施的混凝土。美国混凝土学会 (ACI) 规定:任何就地浇筑的大体积混凝土, 其尺寸之大, 必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题, 以最大限度减少开裂。
温差裂缝是混凝土内外部温差过大会产生裂缝。主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大, 特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。
2 温度应力引起裂缝的机理分析
2.1 根据温度应力的形成过程
1) 早期:从浇筑混凝土开始到水泥放热得基本结束, 通畅需4周。该阶段出现两个特征, 一方面是水泥放出大量的水化热, 另一方面是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化, 这一时期在混凝土内形成残余应力。2) 中期:从水泥放热作用基本结束时起到混凝土冷却志稳定温度, 这个时期中, 温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起, 这些应力与早期形成的残余应力相叠加, 在此期间混凝上的弹性模量变化不大。3) 晚期:指混凝土完全冷却后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起, 这些应力与前两种的残余应力相迭加。
2.2 根据温度应力引起的原因
1) 自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构, 如果内部温度是非线性分布的, 由于结构本身互相约束而出现的温度应力。如, 底板沉降后浇带两侧;又如, 桥梁墩身, 结构尺寸相对较大, 混凝土冷却时表面温度低, 内部温度高, 在表面出现拉应力, 在中间出现压应力。2) 约束应力:结构的全部或部分边界受到外界的约束, 不能自由变形而引起的应力。如, 电梯井, 积水井, 又如, 箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下, 需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰, 计算温度应力时, 必须考虑“徐变”的影响。
3 温度的控制和防止裂缝的措施
为了防止裂缝, 减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手:
3.1 控制温度
1) 采用水化热低和凝结时间长的水泥, 改善骨料级配, 粗集料宜采用连续级配, 细集料宜采用中砂, 用干硬性混凝土 (但要试验保证必须的强度及塌落度和易性泵送性) , 掺混合料, 掺加相应的缓凝型减水剂, 加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;大体积混凝土配合比的计算和试配步骤应按《普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ55-2000) 的规定进行, 并宜在配合比确定后进行水化热的验算。如温度过高可采用埋冷却水管;2) 拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度, 以到浇筑时的温度25°度为好;3) 选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土, 尽量避开在炎热天气浇筑。实在避不开, 热天浇筑混凝土时先计算好方量从一天中气温最低的时候开始, 到另一天气温最低时结束;4) 每段采用全面分层, 在下层未初凝前浇上层减少浇筑厚度, 振捣均匀密实, 分层连续浇筑, 利用浇筑层面散热, 严格控制不能有冷缝;5) 加强二次振捣, 消除面层收水下沉露筋开裂, 加强二次压光抹光, 消除面层收缩开裂;6) 大体积混凝土浇筑后为了减少升温阶段内外温差, 防止产生裂缝, 应急时正确的进行保温养护和潮湿养护, 当面层二次压光抹光后就急事盖好双层薄模 (保湿, 保温) 两层地毯再盖一层薄模 (保温) , 根据测温计录急时调整地毯层数, 确保内外温差不超过25°。对混凝土进行保温、保湿养护, 可使混凝土水化热降温速度延缓, 减少结构内外温差, 防止产生过大的温度应力和温度裂缝;7) 规定合理的拆模时间, 气温骤降时进行表面保温, 以免混凝土表面发生急剧的温度梯度, 如电梯井, 积水坑等地方拆模后应马上打养护液封闭, 然后用薄模包裹不能有漏风漏气之处;8) 施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构, 在寒冷季节采取保温措施;合理安排施工工序, 控制混凝土在浇筑过程中均匀上升, 避免混凝土拌合物堆积过大。在结构完成后及时回填土, 避免其侧面长期暴露。采用长时间的养护, 规定合理的拆模时间, 延缓降温时间和速度, 充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。
3.2 改善约束条件
改善约束条件的措施是:1) 合理地分缝分块, 如设沉降后浇带;2) 避免基础过大起伏, 如电梯井积水坑;3) 合理的安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露, 如先深后浅施工, 加快回填挡土墙及地下室顶板, 避免部分地下室上浮导至底板开裂。
4 对于混凝土的测温
加强测温和温度监测与管理, 采用埋入式电子元件测温, 实行信息化控制, 随时控制混凝土内的温度变化, 内外温差控制在25℃以内, 基础表面温度与底面温度均控制在20℃以内, 及时调整保温及养护措施, 使混凝土的温度梯度和湿度不至过大。要求:
1) 测温点的布置:大体积混凝土块体温度监测点的布置, 以真实反映出混凝土块体的里外温度差、降温速度及环境温度为原则。布置方式:温度监测点的布置范围以所选混凝土块体平面图对称轴线的一半为测温区, 在测温区内温度测点呈平面布置。在基础平面半条对称轴线上, 温度监测点位宜不少于4点。沿混凝土浇筑块体厚度方向, 每一点位的测点数宜不少于3点, 在浇筑砼前, 重点布控电梯井, 积水坑楼梯间及2米厚板等部位, 以保证浇砼时不被破坏为准。
2) 混凝土的测温要求:温度的浇筑温度的测试每工作班应不少于2次, 实际每两小时测一次。大体积混凝土内外温差、降温速度及环境温度的测试, 每昼夜应不少于4次, 实际每两小时测一次。混凝土的上表面温度, 应以混凝土上表面以下50MM处的温度为准。混凝土的下表面温度, 应以混凝土底面向上50MM处的温度为准。
3) 数据分析:对温度测试数据, 应及时进行整理分析, 如混凝土内外温差、降温速度不符合计算要求, 应根据实际情况采取温控措施, 经每次及最终统计显示最大温差在第7天为24.8°。
5 效果评价
裂缝监测 篇5
随着油气田井中微地震监测技术的发展[1,2], 地面监测方法近几年也开始在国内油气田应用。在国际上获得广泛应用的基于星型排列的地面微地震监测技术, 需要使用超过1 000道、6 000~24 000个检波器, 其测线延伸可达2~10 km, 并且要求20~40名野外施工人员用数天来部署检波器排列, 最终的施工成本接近布置小型三维地震观测系统的成本。考虑到星型排列密集检波器阵列的巨大成本, 研究中采用一种更加稀疏的三分量数字检波器排列 (以下称为“稀疏检波器排列”) 以较小的成本和较短的施工时间来监测微地震信号。同时, 采用与稀疏检波器排列匹配的微地震定位技术, 即微破裂向量扫描技术来实现微地震事件定位[3]。这一技术是一种基于波形叠加而不需要拾取初至时间的改进后的Semblance方法[4], 通过扫描地下储层岩石破裂所释放出来的破裂能量并结合压裂施工曲线解释破裂能量的时间-空间分布, 最终确定水力压裂诱发微地震事件的震源位置。
研究中, 利用微破裂向量扫描技术对在HH73P52井水力压裂过程中监测的微地震数据进行了处理, 获得了水力裂缝的时间-空间分布, 并结合三维地震蚂蚁体沿层切片, 确定了HH73P52井与邻井HH73P1井在压裂第11段时贯通的原因及其发生过程。
1 地质背景
HH73P52井位于鄂尔多斯盆地天环坳陷南端, 为华北油田开发致密砂岩油藏所钻的评价井。射孔目的层段位于三叠系延长组长8致密砂岩储层, 深2 498.0~3 678.0 m, 砂体厚12.1 m。由于此目的层段上下岩层均为厚泥岩, 所以比较适合应用水力压裂增产技术。
对HH73P52井实施水力压裂 (设计为11段) 及地层测试的目的是为提高三叠系延长组长8致密砂岩储层产能, 同步进行的地面微地震监测旨在了解水力裂缝的几何形状、储层现今地应力状况以及评估压裂增产效果。
2 数据采集
用于采集微地震信号的地面检波器排列, 由12个埋置于地表 (约1 m) 的三分量数字检波器组成, 如图1所示。离井口最近的检波器距井口超过1 km以避免井场压裂车发动机、泵以及发电机的噪音干扰;离井口最远的检波器距井口不超过3 km, 因为微地震信号的传播超过这个距离后会严重衰减以至无法到达地面埋置的检波器。
采集微地震信号的三分量数字检波器带宽为0~800 Hz, 垂直分量和水平分量灵敏度分别为 (400±30) m V (/cm/s) 和 (400±40) m V (/cm/s) 。埋置检波器时, 所有检波器统一定向, X水平分量朝向地理正东方向。采用1 ms采样率实时记录压裂时产生的微地震信号。所有检波器在压裂开始前30 min开始采集数据, 并持续至压裂结束后30 min以记录压裂前及压裂后的背景噪声, 其分析结果用于确定数据处理方案。HH73P52井第11段水力压裂施工共持续83 min。
3 微震事件定位
Lakings等人曾利用97个三分量检波器组成网格状稀疏检波器排列, 对美国Barnett页岩19-H水平井水力压裂进行地面微地震监测, 并获得与井下微地震监测精度相似的结果[5]。其采用的微地震震源定位方法为基于光束叠加的“被动地震发射层析成像 (Passive Seismic Emission Tomography or PSET○R) ”专利技术[5,6]。而文章采用的微破裂向量扫描技术与之类似, 仅在技术流程和技术细节上有细微差别。
首先, 记录的微地震数据同时显示垂直道和水平道, 以方便检测地震检波器在水力压裂的过程中是否正常工作。在确定检波器工作正常后, 有效的记录数据被带通滤波至1~45 Hz, 之后使用AGC技术来进行各地震道之间的振幅补偿。
其次, 微地震数据被分割成包含2.5 min记录的SEGY文件。根据噪音及信号的波形变化, 那种十分明显的噪音段被挑出并去除。只有被编修过的地震道作为向量扫描算法的输入。
然后, 利用偶极声波测井数据建立层状的一维P波和S波速度模型。利用此一维速度模型通过在三维网格空间中进行外推插值, 建立三维P波和S波速度模型。由于HH73P52井浅层缺少必要的声波测井数据, 速度模型的上部通过使用预期的岩性来外推。这些岩性信息可从HH73P52井钻井报告以及邻近井的地质报告中获得。各种浅层及近地表岩性对应的速度如表1所示。
最后, 所有包含2.5 min记录的SEGY文件被处理以检验微地震声发射能量的时间及空间分布。三维网格空间中每一个20 m×20 m的空间单元的每一个2.5 min时间段内的能量都被计算出来。水平和垂直分量的光束叠加记录被分析以确定能量高值分布区域。每一个2.5 min时间段内的具有最高能量的空间单元被标绘出来以展示地下储层岩石破裂活动与施工压力的关系。另外, 一个较短的2.5 min时间段的特定深度切片的能量分布图可用来确定地层破裂时间、主要水力裂缝形成的时间及其几何形状;而特定深度的能量叠加切片可用来研究最终水力裂缝几何形状以及现今应力场。
4 结果与讨论
HH73P52向量扫描输出的能量曲线表明地震活动在排量最初上升的时候开始。在压裂最初50 min内, 释放的破裂能量十分低, 表明仅有较少的地震活动发生并且没有产生较大的岩石破裂。这种现象也表明长8致密砂岩储层中确实存在天然裂缝。
随后, 出现2个能量尖峰, 一个在压裂开始后大约60 min的时候出现, 而另一个在100 min的时候出现。在这些时刻, 压裂施工曲线显示排量突然降低, 表明岩石破裂;而邻井HH73P1水平井筒内发现HH73P52井的压裂液, 表明两井水平段贯通。
通过叠加所有2.5 min时间段内声发射能量, 全部83 min时间段内2 296 m储层深度的能量叠加切片被提取出来, 如图2所示。
Maxwell等人在利用井下微地震监测研究水力裂缝成因机制时得出一个结论:通常最初形成的水力裂缝被认为是单一的张性裂缝, 其走向与最小水平主应力垂直;但是根据储层地应力场, 注入的流体将沿着具有最小阻力的路径注入, 其可能与闭合或开口裂缝中已经存在的薄弱裂缝面相交。因此, 最终形成的水力裂缝将比初始的单一水力裂缝面要复杂得多, 形成裂缝网络[7]。Maxwell的这一观点可以应用于此研究中, 从而帮助解释储层岩石破裂的过程。
第11段的微地震监测结果表明, 水力压裂形成的主要水力裂缝走向为北东向并延此方向延伸至与其相邻的水平井HH73P1井。压裂现场观测到大量的来自HH73P52井的压裂液涌入HH73P1井内, 证实了这一微地震监测结果。水力裂缝形成及其延伸过程可以通过三维地震与微地震的结合分析确定。从三维地震数据中提取的压裂目的层的沿层相干切片如图3所示。
黑色线性区域表示分布在HH73P52井和HH73P1井水平段之间的小断层和裂缝发育带
根据图3并结合现场的观察以及Maxwell等人的理论, 可以确定:在HH73P52井压裂施工过程中, 最初的水力裂缝沿北东向延伸并最终与两井水平段之间的小断层和裂缝发育带沟通;而注入的压裂液将进入这些小断层和裂缝发育带, 直到涌入与这些小断层和裂缝发育带沟通的HH73P1井的井筒。
5 结语
地面微地震监测技术和微破裂向量扫描技术成功地对HH73P52井第11段的83 min水力压裂所形成的水力裂缝进行了成像。通过对破裂能量的时间和空间分布的分析, 解释了压裂目的层2 296 m深度能量切片所显示的水力裂缝发育过程以及长8储层岩石破裂机制, 并通过对三维地震资料和微地震监测结果的综合分析, 确定了压穿邻井的原因及其发生过程。这些信息可以帮助更全面深入地了解了长8储层性质及其现今应力场, 对于水力压裂方法的优化、增产后产能提高十分重要, 并且能够为将来的这一地区致密砂岩储层水平井钻井提供强有力的指导。
参考文献
[1]荣宁, 吴迪, 韩易龙, 等.微地震监测水驱前缘技术在哈得双台阶水平井的应用效果评价[J].大庆石油地质与开发, 2006, 25 (2) :94-96.
[2]王治中, 邓金根, 赵振峰, 等.井下微地震裂缝监测设计及压裂效果评价[J].大庆石油地质与开发, 2006, 25 (6) :76-78.
[3]沈琛, 梁北援, 李宗田.微破裂向量扫描原理[J].石油学报, 2009, 30 (5) :744-748.
[4]Duncan M P, Eisner L.Reservoir characterization using surface microseismic monitoring[J].Geophysics, 2010, 75 (5) :139-146.
[5]Lakings J D, Duncan P M, Neale C, et al.Surface based microseismic monitoring of a hydraulic fracture well stimulation in the Barnett Shale[C].New Orleans:76th SEG Annual International Meeting, 2006:605-608.
[6]Duncan P M, Lakings J D, Flores R A.Method for passive seismic emission tomography:U S, 0068928A1[P].2009-08-18.