水力压裂裂缝的探测对于常规和非常规储层油气田开发和设计非常重要。目前常用的压裂液探测技术包括微地震/倾斜仪、温度勘测、DTS / DAS勘测、压力监测、电磁方法等。尽管以上技术都能提供压裂液在近井和远井地带中的分布情况，但都无法测得支撑剂的分布位置。支撑剂探测主要有两种方法：一是在支撑剂中分阶段加入放射性示踪剂，二是将非放射性标记物嵌入到支撑剂中。这两种方法能够测得近井地带（距井眼12-24in范围内）的支撑剂位置分布，但无法测得远井地带（大多数支撑剂分布位置）的支撑剂分布情况。
应用电磁（EM）方法在压裂前后进行延时测量，可实现远井地带支撑剂的探测。该技术主要包括四个部分：电磁场接收器组合、电流发射器、可被检测的支撑剂和将电磁数据转换为支撑剂分布图像的反演方法。
（1）电磁场接收器组合
每个接收器由两个偶极子组成，一个南北向，一个东西向。测量电场的偶极子的分布位置需进行预先部署。基于正演模拟结果，接收器最好位于能够使电场响应幅度最大以及压裂前后响应差异最大的位置，并在压裂前进行噪声测量。接收器布置于多个位置，以获得更多的数据，来提高反演结果的准确度。接收器组合通常由20-25个带有电场偶极子的接收器组成。
（2）电流发射器
电流发射器能够以预定的幅值、频率和频宽比发送电流信号，具体参数设计由施工前的正演模拟确定，但通常为约10A、1/8 Hz、100％频宽比的方波。电流信号通过电缆向下传递至目标井段，并尽可能靠近压裂段。接地位置位于地面，以便将能够接收到的可探测支撑剂的信号差异最大化。在多个接地位置可以获取多个读数，从而对支撑裂缝进行多方位描述。
（3）可被检测的支撑剂
标准支撑剂（石英砂、陶粒）具有很高的电阻率（低电导率），与储层岩石差异不大。中浓度盐水压裂液可以提供一定的电阻率差异，但无法提供描绘裂缝所需的细节。CARBO公司研发了能够提供超过1000S/m的高电导率（极低电阻率）支撑剂，该支撑剂是具有高导电金属涂层的标准陶粒支撑剂，可提供与标准陶粒相同的物理性能，因此不会对支撑剂铺置和井的产能造成影响，如图1所示。
图1 金属涂层陶粒导电支撑剂
（4）反演技术
应用压裂前的数据进行初始反演，其中正演模型是“历史匹配”的，从而对实测电场数据与模型之间的差异进行校正。模型在上部井段及邻近套管、管线的井段需要进行调整。为了平衡数据的真实性、模型复杂度及计算时间之间的关系，采用参数反演方法，将支撑裂缝区域近似为椭圆形，其缝高、缝长、缝宽都有可能变化，并且允许裂缝体相对于井眼和射孔簇垂向和横向移动。
在俄克拉荷马州Kingfisher附近的Meramec地层开展了支撑剂探测技术现场试验，旨在全面测试该技术在远井地带进行支撑剂探测的有效性。可探测的支撑剂被注入到两口目标井(2H和3H)中的最后一个压裂段，这两口目标井是三口井拉链压裂计划的一部分，三口井的其他压裂段均进行了拉链式压裂。为节省资源，每个压裂试验段减少为两簇。试验中，建立了全物理三维正演模型来模拟电磁场响应，并利用模拟结果对接收器组合、电流发射器和接地位置进行优化。
位于Meramac层位较下部的2H井应用100%导电支撑剂，位于较浅层位的3H井应用70%导电支撑剂和30%标准砂。图2为2H井支撑缝最终的反演结果，水平段着陆点位置较低，支撑裂缝尺寸如表1所示。在这口井中，有超过75%体积的注入支撑剂被描绘出来，充分说明了该探测技术的有效性。
图2 2H井支撑裂缝反演结果（“绿色”裂缝位于趾部，“橙色”裂缝位于跟部）
表1 2H井支撑裂缝尺寸反演结果
|
参数 |
根端 |
趾端 |
|
支撑缝半长（ft） |
364 |
259 |
|
支撑缝高（ft） |
132 |
50 |
|
最大缝宽（ft） |
0.29 |
0.04 |
|
裂缝探测体积（ft3） |
1216 |
43 |
|
东西向扩展距离（ft） |
-12 |
-2 |
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扩展深度（ft） |
70 |
15 |
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支撑剂探测量百分比 |
76% |
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（张辉编译）
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