背景技術(shù)：

1、本申請(qǐng)要求2022年8月18日提交的標(biāo)題為“methods?and?systems?fordetermining?proppant?concentration?in?fracturing?fluids”的俄羅斯專利申請(qǐng)no.2022122482的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。

2、本節(jié)中的陳述僅提供與本公開相關(guān)的背景信息并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

3、在水力壓裂處理期間，專用裝備將流體泵入井中的速度要快于流體逃逸到地層中的速度。地層上的壓力上升直至其破裂或斷裂。持續(xù)泵送導(dǎo)致裂縫遠(yuǎn)離井筒擴(kuò)展，從而增加了碳?xì)浠衔锟闪魅刖驳牡貙颖砻娣e。這有助于井實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)速率。因此，運(yùn)營(yíng)商可以更快地收回他們的井開發(fā)投資，并且最終生產(chǎn)的碳?xì)浠衔锏牧恳泊蠓黾印?/p>

4、在水力壓裂期間，兩種主要物質(zhì)——支撐劑和壓裂液——被泵入井中。支撐劑是保持裂縫打開并保留新形成的通道以實(shí)現(xiàn)碳?xì)浠衔锷a(chǎn)的顆粒。這些顆粒經(jīng)過仔細(xì)的尺寸和球形度分類以形成有效的管道或支撐劑充填層，其使流體能夠從儲(chǔ)層流到井筒。一些支撐劑還具有樹脂涂層，在支撐劑放入井中后，所述樹脂涂層將顆粒粘合在一起，從而提高充填層穩(wěn)定性。一般來說，更大、更球形的支撐劑會(huì)提供更具滲透性的支撐劑充填層，或者用行業(yè)術(shù)語(yǔ)來說，具有更高導(dǎo)流能力的充填層。

5、裂處理包括兩個(gè)主要的流體階段。第一階段或前置液階段不包含支撐劑。流體以足以使地層破裂并產(chǎn)生裂縫的速率和壓力通過套管射孔泵送。第二階段或支撐劑漿體階段將支撐劑通過射孔輸送到開放裂縫中。當(dāng)泵送停止時(shí)，裂縫在支撐劑上閉合，在壓裂液回流到井筒時(shí)將支撐劑保持在原位，在碳?xì)浠衔锷a(chǎn)期間也是如此。

6、壓裂液必須是粘稠的以產(chǎn)生和擴(kuò)展裂縫，同時(shí)還能將支撐劑沿井筒向下輸送并輸送到裂縫中。一旦處理完成，粘稠度必須降低到足以促進(jìn)壓裂液快速有效地從井中排出。理想情況下，支撐劑充填層中還不應(yīng)含有可能影響導(dǎo)流能力和碳?xì)浠衔锷a(chǎn)的流體殘留物。

7、幾十年來，化學(xué)家和工程師一直致力于開發(fā)產(chǎn)生理想支撐裂縫的支撐劑和壓裂液。因此，隨著時(shí)間的推移，這些材料的化學(xué)和物理性質(zhì)發(fā)生了重大變化。支撐劑已從諸如堅(jiān)果殼的原材料發(fā)展為天然砂，再到由陶瓷或鋁土礦制成的高強(qiáng)度球體。壓裂液從膠凝油發(fā)展到線性和交聯(lián)聚合物溶液。引入化學(xué)破膠劑分解聚合物，減少裂縫中聚合物殘留量并提高導(dǎo)流能力。接下來，引入了采用粘彈性表面活性劑作為增稠劑的基本上無(wú)殘留的流體系統(tǒng)。使用此類流體處理的井中的支撐劑填充層導(dǎo)流能力幾乎與理論預(yù)測(cè)相符。

8、在最大限度地提高支撐劑充填層的導(dǎo)流能力后，業(yè)界開始研究進(jìn)一步改善水力壓裂效果的方法。自水力壓裂技術(shù)問世以來，工程師們一直致力于用支撐劑完全填充裂縫，換句話說，產(chǎn)生連續(xù)的支撐劑充填層。開發(fā)技術(shù)來產(chǎn)生不連續(xù)的支撐劑充填層，所述不連續(xù)的支撐劑充填層包含被開放通道包圍的離散支撐劑柱。這種方法將支撐劑充填層的承載任務(wù)與提供流體通道的任務(wù)分開。所得到的支撐劑充填層的量比最清潔的傳統(tǒng)支撐劑充填層提供的量高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這種“脈沖壓裂”技術(shù)的例子是可從schlumberger獲得的穩(wěn)定流動(dòng)通道水力壓裂技術(shù)。

9、脈沖壓裂方法涉及改變支撐劑輸送到井下的方式。在常規(guī)方法中，支撐劑存在于整個(gè)支撐劑-漿體體積中。脈沖壓裂法采用交替的流體脈沖(含或不含支撐劑)，并且一系列支撐劑段塞沉積在裂縫中并形成柱(圖1)。

10、水力壓裂作業(yè)受益于對(duì)壓裂液中的支撐劑濃度的精確測(cè)量和監(jiān)測(cè)。當(dāng)執(zhí)行脈沖壓裂技術(shù)時(shí)尤其如此。

11、多年來，已經(jīng)使用放射性密度計(jì)來測(cè)量流體密度，由此可以推斷出支撐劑濃度。該技術(shù)可為管道中流動(dòng)的任何流體提供非侵入式、連續(xù)的密度測(cè)量。所述技術(shù)基于被測(cè)流體對(duì)伽馬射線或x射線的吸收。密度計(jì)包括管道的一側(cè)的放射源、管道的另一側(cè)的輻射探測(cè)器和提供信號(hào)讀數(shù)的電子面板(圖2)。

12、當(dāng)流體通過管道210時(shí)，源245發(fā)射的伽馬射線與流體密度成比例地衰減。探測(cè)器240感測(cè)透過流體220的伽馬射線，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電子面板280將該電信號(hào)處理成密度指示。密度更高的材料吸收更多的輻射，導(dǎo)致探測(cè)到更少的伽馬射線。因此，探測(cè)器的信號(hào)輸出與密度成反比。大多數(shù)密度計(jì)使用半衰期較長(zhǎng)的放射性同位素。如果電子組件得到維護(hù)，使用137cs的密度計(jì)可以準(zhǔn)確運(yùn)行近30年。

13、使用放射性密度計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是，不同地區(qū)的政府對(duì)放射性密度計(jì)中使用的放射性物質(zhì)的正確處理、運(yùn)輸和儲(chǔ)存有著嚴(yán)格的規(guī)定。因此，努力利用非放射性系統(tǒng)來測(cè)量油田流體的密度。

14、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)已被用于測(cè)量水泥漿的密度，如以下出版物所述。benabdelkarim?m和galiana?c：“nonradioactive?densitometer?for?continuousmonitoring?of?cement?mixing?process，”論文spe?23262(1991年11月)。然而，當(dāng)磨料支撐劑漿以高速率泵送通過流量計(jì)時(shí)，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中的測(cè)量管會(huì)被很快侵蝕。

15、仍然需要適合在水力壓裂環(huán)境使用的非放射性密度計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開提出了用于在水力壓裂處理期間測(cè)量監(jiān)測(cè)支撐劑濃度的方法。

2、在一個(gè)方面，實(shí)施方案涉及用于確定壓裂液中的支撐劑濃度的方法。水聽器或高頻壓力傳感器安裝在管狀體中。壓裂液流過管狀體并測(cè)量水動(dòng)力噪聲譜。采用機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)模型分析水動(dòng)力噪聲譜并且推斷壓裂液中的支撐劑濃度。

3、在另外的方面，實(shí)施方案涉及用于執(zhí)行壓裂處理的方法。水聽器或高頻壓力傳感器安裝在管狀體中。壓裂液流過管狀體并測(cè)量水動(dòng)力噪聲譜。采用機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)模型分析水動(dòng)力噪聲譜并且推斷壓裂液中的支撐劑濃度。在壓裂處理期間，調(diào)整支撐劑濃度。

技術(shù)特征：

1.一種用于確定壓裂液中的支撐劑濃度的方法，其包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述管狀體包括地面管道、地面歧管、襯管或封隔器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中階段(c)使用實(shí)驗(yàn)室測(cè)量來執(zhí)行。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在壓裂處理之前安裝所述水聽器或高頻傳感器，并且在所述壓裂處理期間執(zhí)行階段(c)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中階段(c)使用建模方法來執(zhí)行。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述建模方法包括使用包括ansys或star-ccm+的軟件。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述機(jī)器學(xué)習(xí)方法包括線性回歸模型、集成模型或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或它們的組合。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水動(dòng)力聲學(xué)噪聲譜覆蓋1到100khz之間的頻率范圍。

9.一種用于執(zhí)行壓裂處理的方法，其包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述管狀體包括地面管道、地面歧管、襯管或封隔器。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法其中階段(c)使用實(shí)驗(yàn)室測(cè)量來執(zhí)行。

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在壓裂處理之前安裝所述水聽器或高頻傳感器，并且在所述壓裂處理期間執(zhí)行階段(c)。

13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中階段(c)使用建模方法來執(zhí)行。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述建模方法包括使用包括ansys或star-ccm+的軟件。

15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述機(jī)器學(xué)習(xí)方法包括線性回歸模型、集成模型或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或它們的組合。

16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述水動(dòng)力聲學(xué)噪聲譜覆蓋1到100khz之間的頻率范圍。

17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述水動(dòng)力聲學(xué)噪聲譜是在地下井的地面處測(cè)量的。

18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述壓裂處理在裂縫中產(chǎn)生均質(zhì)支撐劑充填層。

19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述壓裂處理在裂縫中產(chǎn)生非均質(zhì)支撐劑充填層。

技術(shù)總結(jié)
在水力壓裂處理期間監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)調(diào)整支撐劑濃度可以是有利的，特別是當(dāng)目標(biāo)是在裂縫中產(chǎn)生非均質(zhì)支撐劑充填層時(shí)。當(dāng)壓裂液在地面或地下井的井下處通過管狀體時(shí)，可以通過分析噪聲譜來測(cè)量支撐劑濃度。

技術(shù)研發(fā)人員：K·M·李雅普諾夫,D·V·班尼科夫,I·V·韋莉卡諾夫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：斯倫貝謝技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8