CN115436263B - 一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水力压裂裂缝监测技术领域，具体是一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，验证方法的实施步骤如下：S1.配置模拟板，形成模拟裂缝，并向模拟裂缝中注入磁性支撑剂；S2.设置低频交流电源的参数，将低频交流电源与探针连接；S3.使用探针测定初始幅值后下入模拟裂缝中探测，采集测得幅值；S4.对步骤S3测得幅值进行计算得到裂缝有效体积。本发明提供了低频电磁感应用于探测压裂裂缝的实验室验证方法，由低频交流电源提供低频电源，使用探针对模拟裂缝中注入的磁性支撑剂进行测量得到幅值。规避了计算机模拟方法中信号出入的同时，又避免了现场探测所需设备成本和时间成本，提高了验证精准度和验证效率。
Description
技术领域
本发明涉及水力压裂裂缝监测技术领域，具体是一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法及***。
背景技术
压裂技术目前是针对非常规油气藏开采的有效措施，有益于油气田的增产、增注。尤其近年来随着水力压裂技术的完善和成熟，该技术在席卷北美的“页岩气革命”中扮演着关键性的角色。
常规的压裂裂缝监测技术有微地震压裂监测、大地电位法监测、地面井斜仪监测等技术，但这些技术都不能精确测量贡献绝大部分产能的支撑剂支撑的压裂裂缝体积。预测压裂后压裂支撑剂支撑的裂缝有效体积，是精确预测产能并且有效提高非常规油气田开采效率的手段。为此，国内外急需压裂监测成本更低和有效参数更多的压裂监测方法。而目前新兴的低频电磁感应测井技术仍处于试验验证阶段，验证方法均为计算机模拟方法，如硕士论文《基于电磁监测技术的压裂支撑裂缝反演》（李丽欣，中国石油大学（华东），2018年5月），但计算机模拟方法停留在理论，由计算机模拟得到的信号与现场实际测得信号存在出入，这是计算机模拟的固有特性，因此由计算机模拟验证无法确保精准程度，而现场试验验证则存在周期长、耗费高的缺陷，因此提供一种基于低频电磁测井的实验室验证方法，是指导低频电磁测井技术实际应用的关键。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法。
本发明还公开一种实现上述方法的监测***。
本发明根据所需监测的压裂裂缝设置模拟裂缝，在模拟裂缝中填充磁性支撑剂后使用探针进行探测，并在探针下入裂缝前进行初始幅值的测定，消除背景噪音的影响，以确保测得裂缝体积最符合实际值，对低频电磁感应应用于现场应用提供指导。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，实施步骤如下：
S1.配置模拟板，形成模拟裂缝，并向模拟裂缝中注入磁性支撑剂；
S2.设置低频交流电源的参数，将低频交流电源与探针连接；
S3.使用探针测定初始幅值后下入模拟裂缝中探测，采集测得幅值；
S4.对步骤S3测得幅值进行计算得到裂缝有效体积，计算公式如下：
（I）
在公式（I）中，为第n层裂缝的有效体积，dm3；为低频交流电源的输出电流，A；为初始幅值，单位为mV，为第n层裂缝中探针最下端接收器开始进入模拟裂缝起到最上端发射器离开模拟裂缝之间幅值的平均值，单位为mV，n为正整数。
本发明提供了低频电磁感应用于探测压裂裂缝的实验室验证方法，利用模拟板进行堆叠可形成不同形状、不同体积的单层或者多层模拟裂缝，由低频交流电源提供低频电源，使用探针对模拟裂缝中注入的磁性支撑剂进行测量得到幅值。通过设置真实模拟裂缝并进行实际探测，更能符合现场探测条件，规避了计算机模拟方法中信号与实际信号存在出入的同时，又利用实验室模拟避免了现场探测所需设备成本和时间成本，提高了验证精准度和验证效率。
自探针最下端接收器开始进入模拟裂缝起到最上端发射器离开模拟裂缝之间幅值的平均值（即值）说明了磁性支撑剂对电磁信号的响应主要体现在信号幅值的降低上，同时裂缝所处深度可由此确定，根据这一特性，在使用低频电磁感应对施工现场裂缝进行探测时，可通过幅值数值的变化来判断裂缝在地层中的大***置，为后续工作提供便利。将测得的初始幅值（即值）减去上述平均值，其含义为电磁信号对磁性支撑裂缝中磁性支撑剂的响应，再将此值除以低频交流电源的电流数值以消除电流对幅值的影响，乘以多次实验确定的修正系数，所得数值即为模拟裂缝的体积。
优选的，所述步骤S3中，所述测定初始幅值的方式具体为：探针在模拟裂缝上方开启并进行一段时间的测定，得到第一个波动范围在±0.001mV以内的幅值即为初始幅值；测定初始幅值时，探针与模拟裂缝之间的距离大于探针的有效探测半径。
在探针检测过程中，通过将探针在进入模拟裂缝前先进行初始幅值的测定，能有效消除周围环境因素的影响。经实验可知，探针从测定初始幅值的位置到开始进入模拟裂缝的过程中，测得幅值数值会出现波动（相较初始幅值，出现数值增长的波动，可参考图5和图6中测得幅值数据），因此，若选取探针即将进入模拟裂缝前的幅值作为初始幅值，则会使计算结果与模拟裂缝的体积存在较大误差。
优选的，所述步骤S2中，所述低频交流电源的参数设置为：电源的工作电流为0.1~1.0A，电源的工作频率为10~100Hz；进一步优选的，工作电流为0.4~0.7A，工作频率为30~80Hz。
经实验证明，低频交流电源的工作电流主要影响测得数据中的幅值数值大小，工作频率主要影响探针的信号衰减距离（即探针的有效探测半径），频率越低信号传播的范围越广，但精准度会降低，频率越高信号传播范围越窄，但精准度会提升，因此在保证信号足够满足探测模拟裂缝的前提下选择合适精度的工作频率也是提高数据准确性的关键。
同时，低频交流电源的频率是根据探针上激励线圈的匝数来确定，这是因为激励线圈和激励源（即低频交流电源）需要达到共振频率时，激励线圈发出的信号才能具有最大的能量，兼具最佳的探测范围和有效探测数据。在激励线圈的匝数确定后，若改变低频交流电源的频率，则会导致测试过程中产生的谐波无法被消除，甚至影响线圈无法有效输出信号。此规律为业内已知规律，本发明在设置低频交流电源的频率时，使用此规律来控制探测范围和数据有效性。
工作电流的大小对最终测得的幅值具有关键影响，电源的工作电流大小与最终测得幅值成正比例关系，这使得工作电流的大小直接影响到了最终的幅值测量精度。对于精度要求较低的单层裂缝模拟，可选取的工作电流范围在0.4~0.6A，但对于复杂的裂缝，比如不规则的单层裂缝或者多层裂缝，工作电流的选取范围应该偏高一点，在0.6~0.9A。
优选的，所述步骤S3中，所述探针在模拟裂缝中的下降速度为0.5~5.0cm/s；进一步优选的，所述探针在模拟裂缝中的下降速度为1.0~2.0cm/s。
探针的下降速度不宜过快，否则会导致测得数据误差过大，但过慢则会导致实验时长大幅增加，因此优选的下降速度为初始1.0~2.0cm/s，根据测量***可自行设定下降至裂缝上方5~10cm时降低下降速度，优选为0.5~1.0cm/s。
优选的，所述步骤S3中，所述探针在模拟裂缝中的旋转速度为0.2~1.5rad/s；进一步优选的，所述探针在模拟裂缝中的旋转速度为0.5~1.0rad/s。
探针旋转速度的选择原因与下降速度一样，旋转速度过快同样会导致测得数据误差过大，过慢会延长实验时长，其旋转速度可根据所给范围自行设定。
优选的，所述步骤S1中，磁性支撑剂使用纯铁粉，进一步优选的，纯铁粉的目数为100目~1000目；更优选的，纯铁粉的目数为200目~400目。
纯铁粉的目数过小会导致在注入时不易被水携带，目数过大会导致在裂缝中支撑完毕后导致没有流通通道，且纯铁粉的目数过大会使成本过高，不便于实验的开展。
优选的，所述步骤S3中，待磁性支撑剂填充完成后，再向模拟裂缝中下入探针。具体的，可在磁性支撑剂注入5~15min后，再向模拟裂缝中下入探针；进一步优选的，待磁性支撑剂注入8~10min后，再向模拟裂缝中下入探针。
磁性支撑剂注入后需要一定时间铺展沉积，因此需要等磁性支撑剂注入后隔一段时间再下入探针，等待的时间可进行初始幅值的测定，以节约整个验证过程的总用时。
本发明还提供了一种实施上述验证方法的监测***，包括支撑剂注入组件、裂缝模拟组件和采集控制组件，
所述支撑剂注入组件包括搅拌件和注入件，
所述裂缝模拟组件包括模拟板、滤板和箱体，
所述采集控制组件包括低频交流电源、探针、探针支架和控制采集装置；
所述搅拌件通过注入件连接至箱体，所述模拟板和滤板设置在箱体内部，且所述模拟板位于所述滤板上方，所述模拟板上开有用于形成模拟裂缝的贯通部，所述模拟板上下堆叠时贯通部连通并形成模拟裂缝，所述箱体上设有箱体盖，所述箱体盖上开有第一通孔，所述箱体底面设有可启闭的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔位于同一投影位置，所述第一通孔用于连接注入件和使探针进入模拟板形成的模拟裂缝中，所述第二通孔用于使探针向下探出至模拟裂缝下方和清洁时排出磁性支撑剂，所述箱体侧壁底部开有渗流孔，所述渗流孔均匀分布，所述箱体下方放置有支撑座；所述低频交流电源连接至探针，所述探针的顶端设置在探针支架上，所述探针支架能带动探针进行上下运动和轴向运动，所述探针与控制采集装置电连接，所述控制采集装置用于收集探针测得的幅值数据，并通过控制采集装置远程控制探针支架上探针的运动，在具体实验之中，可根据需求自行选择手动测量的方式和依据控制采集装置计算机内置程序程式自动测量的方式，其中控制采集装置计算机内置程序设定的自动测量控制方式为，根据所输入的被测量的模拟裂缝体积自动选择：小于0.5dm3时，工作电流选择0.4A,下降速度为1cm/s，旋转速度为0.5rad/s；大于0.5dm3时，工作电流选择0.7A,下降速度为2cm/s，旋转速度为1rad/s；内置程序的设置依据为，在测量小于0.5dm3的裂缝时，测量的幅值会有较大的波动，降低探针的下降速度可以有效地提高测量精度。
本发明提供的监测***中，箱体上设置的第一通孔和第二通孔便于使探针完全通过模拟裂缝，支撑座将箱体垫高，以便探针能在穿过第二通孔后继续下探至最上端的发射器离开模拟裂缝，以在验证过程中取得计算中所需的值。
优选的，所述监测***还包括清洁件，所述清洁件与箱体连接，用于清洁填充过磁性支撑剂的箱体内部。
优选的，所述监测***还包括澄清池，所述澄清池入口与第二通孔和渗流孔连接，所述澄清池出口与所述搅拌件连接，所述澄清池用于将磁性支撑剂进行固液分离，并将分离后的液体重新输入至搅拌件用于置备磁性支撑剂。
优选的，所述探针为三维度电磁感应探针，所述探针包括耦合管，所述耦合管顶端设有电缆接头，所述耦合管上设有屏蔽环、发射器和接收器，所述发射器和接收器均***设置在相邻两个屏蔽环之间。进一步优选的，所述发射器包括X向激励线圈、Y向激励线圈和Z向激励线圈，所述接收器包括X向测量线圈、Y向测量线圈和Z向测量线圈。
优选的，所述探针上还设有扶正器，所述扶正器设有两个，分别固定在耦合管两端，用于使探针保持竖直方向。
本发明的有益效果：
1.本发明提供了低频电磁感应用于探测压裂裂缝的实验室验证方法，利用模拟板形成不同形状、不同体积的模拟裂缝，将低频交流电源提供低频电源，使用探针对模拟裂缝中注入的磁性支撑剂进行测量得到幅值。通过设置真实模拟裂缝并进行实际探测，更能符合现场探测条件，规避了计算机模拟方法中信号与实际信号存在出入的同时，又利用实验室模拟避免了现场探测所需设备成本和时间成本，提高了验证精准度和验证效率。
2.本发明还提供了用于实施验证方法的监测***，通过在箱体上设置第一通孔和第二通孔，及在箱体下方设置支撑座，以便探针能在穿过第二通孔后继续下探至最上端的发射器离开模拟裂缝，以在验证过程中取得计算中所需的值。
3.在本发明的监测***中，控制采集装置能对测定过程进行控制，根据输入的待测模拟裂缝体积进行选择工作参数，提高测量精准度的同时减轻操作负担。
附图说明
图1是实施例1提供的监测***的连接示意图；
图2是实施例1提供的探针和箱体的配合示意图；
图3是实施例1提供的探针的结构示意图；
图4是实施例1提供的四种模拟板形状示意图；
图5是实施例2中测得的幅值与探针下探深度关系图；
图6是实施例3中测得的幅值与探针下探深度关系图；
图7是实施例4中测得的幅值与探针下探深度关系图；
图中，1.控制采集装置；2.箱体；201.箱体盖；202.第一通孔；203.第二通孔；204.渗流孔；205.第四阀门；3.澄清池；301.第一单向阀；4.第二单向阀；5.注入件；6.第三阀门；7.三通阀；8.清洁件；801.第二阀门；9.搅拌件；901.第一阀门；10.旋转升降装置；11.探针；12.模拟板；13.探针支架；14.支撑座；15.电缆接头；16.扶正器；17.屏蔽环；18.X向激励线圈；19.Y向激励线圈；20.Z向激励线圈；21.Z向测量线圈；22.Y向测量线圈；23.X向测量线圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
一种实施基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法的检测***，如图1所示，包括支撑剂注入组件、裂缝模拟组件和采集控制组件，
所述支撑剂注入组件包括搅拌件9和注入件5，所述裂缝模拟组件包括模拟板12、滤板和箱体2，所述采集控制组件包括低频交流电源、探针11、探针支架13和控制采集装置1；所述搅拌件9通过注入件5连接至箱体2，所述模拟板12和滤板设置在箱体2内部，且所述模拟板12位于所述滤板上方，所述模拟板12上开有用于形成模拟裂缝的贯通部，所述模拟板12上下堆叠时贯通部连通并形成模拟裂缝。如图4所示，模拟板12中贯通部的形状可以是L型、弧形、长方形或圆形，也可以是其他所需形状，模拟板12上下堆叠时组成横截面为L型、弧形、长方形或圆形及其它形状的模拟裂缝。
所述箱体2上设有箱体盖201，所述箱体盖201上开有第一通孔202，所述箱体2底面设有可启闭的第二通孔203，所述第一通孔202和第二通孔203位于同一投影位置，所述第一通孔202用于连接注入件5和使探针11进入模拟板12形成的模拟裂缝中，所述第二通孔203用于使探针11向下探出至模拟裂缝下方和清洁时排出磁性支撑剂，在注入磁性支撑剂时，第二通孔203为关闭状态，探针11***模拟裂缝中进行探测时，第二通孔203为打开状态，便于探针11经第二通孔203向下探出，以确保探针11能完全穿过模拟裂缝（即最上端的发射器离开模拟裂缝），以获得准确的值（即公式（I）中所需的自探针11最下端接收器开始进入模拟裂缝起到最上端发射器离开模拟裂缝之间幅值的平均值）；所述箱体2侧壁底部开有渗流孔204，所述渗流孔204均匀分布，所述箱体2下方放置有支撑座14；所述低频交流电源连接至探针11，如图2所示，所述探针11的顶端设置在探针支架13的旋转升降装置10上，所述探针支架13能由旋转升降装置10带动探针11进行上下运动和轴向运动，所述探针11与控制采集装置1电连接，本实施例中，控制采集装置1为计算机，所述控制采集装置1用于收集探针11测得的幅值数据。
如图3所示，所述探针11为三维度电磁感应探针，探针11包括耦合管，所述耦合管顶端设有电缆接头15，所述耦合管上设有屏蔽环17、发射器和接收器，所述发射器和接收器均***设置在相邻两个屏蔽环17之间。所述发射器包括X向激励线圈18、Y向激励线圈19和Z向激励线圈20，所述接收器包括X向测量线圈23、Y向测量线圈22和Z向测量线圈21；自电缆接头15向下依次为X向激励线圈18、Y向激励线圈19、Z向激励线圈20、Z向测量线圈21、Y向测量线圈22和X向测量线圈23；所述探针11上还设有两个扶正器16，所述两个扶正器16分别固定在耦合管两端，用于保持探针11的竖直方向。本实施例中，所述探针11中发射器和接收器均为100匝，发射器和接收器之间的收发距为20cm；屏蔽环17的线圈绕向与发射器绕向相反。
所述监测***还包括清洁件8和澄清池3，所述清洁件8与箱体2连接，用于在实验结束后清洁填充过磁性支撑剂的箱体2内部；所述澄清池3入口与第二通孔203和渗流孔204连接，所述澄清池3出口与所述搅拌件9连接，所述澄清池3用于将磁性支撑剂进行固液分离，并将分离后的液体重新输入至搅拌件9用于置备磁性支撑剂。
本实施例中，搅拌件9的出口端设有第一阀门901，清洁件8的出口端设有第二阀门801，搅拌件9和清洁件8通过三通阀7连接至注入件5处，三通阀7与注入件5之间设有第三阀门6，注入件5和箱体2之间设有第二单向阀4，箱体2和澄清池3之间设有第四阀门205，澄清池3出口与搅拌件9之间设有第一单向阀301。
本发明提供的监测***中，箱体2上设置的第一通孔202和第二通孔203便于使探针11完全通过模拟裂缝，支撑座14将箱体2垫高，使探针11能在穿过第二通孔203后继续下探至最上端的发射器离开模拟裂缝，以在验证过程中取得计算中所需的值（即公式（I）中所需的自探针11最下端接收器开始进入模拟裂缝起到最上端发射器离开模拟裂缝之间幅值的平均值）。
实施例2：
一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，具体实施步骤如下：
S1.配置模拟板12，本实施例中，选择模拟板12的贯通部形状为半圆形，将模拟板12上下堆叠，使相邻贯通部上下连通形成一层半圆柱型模拟裂缝，模拟裂缝的实际有效体积为，向模拟裂缝中注入300目纯铁粉磁性支撑剂；
S2.设置低频交流电源参数，工作电流为0.4A，频率为60Hz，并连接至探针11；
S3.探针11在模拟裂缝上方距离大于探针11探测范围处进行一段时间的测定，得到波动范围在±0.001mV以内的幅值即为初始幅值，在注入磁性支撑剂10min时间后，向模拟裂缝中下入探针11，在探测过程中，探针11的初始下降速度为1cm/s、旋转速度为0.5rad/s，靠近裂缝上方改为下降速度0.5cm/s、旋转速度为0.5rad/s。并通过发射、接收信号，对模拟裂缝进行不同深度、方位的探测，并采集测得数据，数据如下表所示：
表格中，下降距离为探针11自初始位置开始向下移动的距离。
将表格数据统计，如图5所示。初始幅值取第一个波动范围在±0.001mV以内的数值，即0.5370mV，探针11在下降到38cm时开始进入模拟裂缝，如图5所示，幅值也在此时出现明显下降，这是因为模拟裂缝中的磁性支撑剂对信号和幅值造成了影响使幅值数值降低，在53cm时幅值出现回升，这是因为所有线圈离开裂缝，磁性支撑剂不再对信号和幅值造成影响，将这个高度数值减去探测范围即可知晓模拟裂缝的在箱体2中的具***置，实际应用在施工场地时，也可利用这一点初步确定裂缝所在位置范围。将38cm-53cm之间的数据取平均值，即得为0.4948mV；
S4.根据步骤S3测得数据进行计算，得到裂缝有效体积，计算步骤为：
（I）
在公式（I）中，为第1层裂缝的有效体积，dm3；为低频交流电源的输出电流，A；为初始幅值，单位为mV，为第1层裂缝中探针11最下端接收器开始进入模拟裂缝起到最上端发射器离开模拟裂缝之间幅值的平均值，单位为mV，
代入数据，即得，原模拟裂缝体积为，计算值与实际值基本吻合。
实施例3
一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，具体实施步骤如下：
S1.配置模拟板12，本实施例中，选择模拟板12的贯通部形状为长方形，将模拟板12上下堆叠，使相邻贯通部上下连通形成一层长方体型模拟裂缝，模拟裂缝的实际有效体积为，向模拟裂缝中注入400目纯铁粉磁性支撑剂；
S2.设置低频交流电源参数，工作电流为0.4A，频率为40Hz，并连接至探针11；
S3.探针11在模拟裂缝上方距离大于探针11探测范围处进行一段时间的测定，得到波动范围在±0.001mV以内的幅值即为初始幅值，在注入磁性支撑剂8min时间后，向模拟裂缝中下入探针11，在探测过程中，探针11的下降速度为1.0 cm/s、旋转速度为1.0rad/s，靠近裂缝上方改为下降速度0.5cm/s、旋转速度为0.5rad/s。并通过发射、接收信号，对模拟裂缝进行不同深度、方位的探测，并采集测得数据，在探针11距离裂缝较远时，数值变化差异不大，可适当加快下降速度，增大加大测量间距，以节省测量时间，数据如下表所示：
表格中，下降距离为探针11自初始位置开始向下移动的距离。
将表格数据统计，如图6所示，初始幅值取第一个波动范围在±0.001mV以内的数值，即0.5295mV，探针11在下降到50cm时开始进入模拟裂缝，如图6所示，幅值也在此时出现明显下降，这是因为在探针11的发射器及接收器完全下入裂缝位置时，此时出现严重屏蔽现象，在下降至67cm时幅值出现回升，这是因为所有线圈远离裂缝，磁性支撑剂不再对信号和幅值造成影响，将50cm-67cm之间的幅值数据取平均值，即得为0.4943mV；
S4.根据步骤S3测得数据进行计算，得到裂缝有效体积，计算步骤为：
（I）
在公式（I）中，为第1层裂缝的有效体积，dm3；为低频交流电源的输出电流，A；为初始幅值，单位为mV，为第1层裂缝中探针11最下端接收器开始进入模拟裂缝起到最上端发射器离开模拟裂缝之间幅值的平均值，单位为mV，
代入数据，即得，原裂缝体积为，计算值与实际值基本吻合。
实施例4
一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，具体实施步骤如下：
S1.配置模拟板12，本实施例中，选择两层模拟板12的贯通部形状均为圆形，将模拟板12上下堆叠，两层裂缝上下间隔12cm，使相邻贯通部上下连通形成双层圆柱型模拟裂缝，两个模拟裂缝的实际有效体积均为，合计，向模拟裂缝中注入400目纯铁粉磁性支撑剂；
S2. 控制采集装置1根据输入的模拟裂缝条件，自动设置工作参数，具体的，工作电流为0.6A，频率为40Hz，并连接至探针11；
S3.探针11在模拟裂缝上方距离大于探针11探测范围处进行一段时间的测定，得到波动范围在±0.001mV以内的幅值即为初始幅值，在注入磁性支撑剂8min时间后，向模拟裂缝中下入探针11，在探测过程中，探针11的下降速度为2.0 cm/s、旋转速度为1.0rad/s，靠近裂缝上方由控制采集装置1自动调整为下降速度0.5cm/s、旋转速度为0.5rad/s。并通过发射、接收信号，对模拟裂缝进行不同深度、方位的探测，并采集测得数据，在探针11距离裂缝较远时，数值变化差异不大，可适当加快下降速度，增大加大测量间距，以节省测量时间，数据如下表所示：
表格中，下降距离为探针11自初始位置开始向下移动的距离。
双层裂缝在具体测量中会出现三次峰值，分别为探针11接收线圈下降至上部***缝中心点、探针11接收线圈下降至下部***缝中心点、以及探针11发射线圈下降至下层裂缝正中心时，其中，位于两层裂缝正中心测得的偏差值是两层裂缝偏差值之和，即根据此最大偏差计算所得裂缝体积为所测试所有支撑裂缝体积。
将表格数据统计，如图7所示，初始幅值取第一个波动范围在±0.001mV以内的数值，即0.7844mV，探针11在下降到35cm时开始进入模拟裂缝，如图7所示，幅值也在此时出现明显下降，这是因为在探针11的发射器及接收器完全下入裂缝位置时，此时出现严重屏蔽现象，此后与单层裂缝一样，幅值出现了回升，但在54cm处出现下降，并且为全局最低值，后在下降至70cm时幅值出现回升，这是因为所有线圈离开裂缝深度，磁性支撑剂不再对信号和幅值造成影响，将35cm-53cm之间的幅值数据取平均值，即得第1层裂缝的平均偏差为0.7315mV，将54cm-70cm之间的幅值数据取平均值，即得第2层裂缝的平均偏差为0.7313mV；
S4.根据步骤S3测得数据进行计算，得到裂缝有效体积，计算步骤为：
（I）
在公式（I）中，为第n层裂缝的有效体积，dm3；为低频交流电源的输出电流，A；为初始幅值，单位为mV，为第n层裂缝中探针11最下端接收器开始进入模拟裂缝起到最上端发射器离开模拟裂缝之间幅值的平均值，单位为mV，n为正整数，
代入数据，即得，，原每层裂缝体积为，计算值与实际值基本吻合。
对比例1：
一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，
本对比例中，装置设置情况和裂缝条件均与实施例1相同，不同之处在于实验过程中，未使用探针11在模拟裂缝上方进行稳定初始幅值的测定，而是取即将***模拟裂缝时（下降距离为34cm时）的幅值为初始幅值，经计算，，原裂缝体积为，计算值与实际值相差较大。
与实施例2相比，由于对比例1未在***模拟裂缝前测定稳定的初始幅值，测得幅值在探针11即将进入模拟裂缝时出现较大波动，这是因为探针11的线圈无论发射还是接收，在刚开始进入到裂缝和刚开始离开裂缝这两个时间点，由于磁性支撑剂对信号的影响，会使幅值产生突变，而对比例中没有将信号波动因素消除，从而导致了测得结果与实际结果有较大出入。
Claims (14)
1.一种基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，其特征是，实施步骤如下：
S1.配置模拟板，形成模拟裂缝，并向模拟裂缝中注入磁性支撑剂；
S2.设置低频交流电源的参数，将低频交流电源与探针连接；
S3.使用探针测定初始幅值后下入模拟裂缝中探测，采集测得幅值；
S4.对步骤S3测得幅值进行计算得到裂缝有效体积，计算公式如下：
（I）
在公式（I）中，为第n层裂缝的有效体积，dm3；为低频交流电源的输出电流，A；为初始幅值，单位为mV，为第n层裂缝中探针最下端接收器开始进入模拟裂缝起到最上端发射器离开模拟裂缝之间幅值的平均值，单位为mV，n为正整数；
所述步骤S3中，所述测定初始幅值的方式具体为：探针在模拟裂缝上方开启并进行一段时间的测定，得到第一个波动范围在±0.001mV以内的幅值即为初始幅值；测定初始幅值时，探针与模拟裂缝之间的距离大于探针的有效探测半径。
2.如权利要求1所述的基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，其特征是，所述步骤S2中，所述低频交流电源的参数设置为：电源的工作电流为0.1~1.0A，电源的工作频率为10~100Hz。
3.如权利要求2所述的基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，其特征是，所述步骤S2中，所述低频交流电源的参数设置为：电源的工作电流为0.4~0.9A，电源的工作频率为30~80Hz。
4.如权利要求1所述的基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，其特征是，所述步骤S3中，所述探针在模拟裂缝中的下降速度为0.5~5.0cm/s，所述探针在模拟裂缝中的旋转速度为0.2~1.5rad/s。
5.如权利要求4所述的基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，其特征是，所述步骤S3中，所述探针在模拟裂缝中的下降速度为0.5~2.0cm/s，所述探针在模拟裂缝中的旋转速度为0.5~1.0rad/s。
6.如权利要求1所述的基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，其特征是，所述步骤S1中，磁性支撑剂使用纯铁粉。
7.如权利要求6所述的基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，其特征是，所述步骤S1中，纯铁粉的目数为100目~1000目。
8.如权利要求7所述的基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，其特征是，所述步骤S1中，纯铁粉的目数为200目~400目。
9.如权利要求1所述的基于低频电磁感应的裂缝监测实验室验证方法，其特征是，所述步骤S3中，待磁性支撑剂填充完成后，再向模拟裂缝中下入探针。
10.一种用于实施如权利要求1-9任意一项所述方法的监测***，其特征是，包括支撑剂注入组件、裂缝模拟组件和采集控制组件，
所述支撑剂注入组件包括搅拌件和注入件，
所述裂缝模拟组件包括模拟板、滤板和箱体，
所述采集控制组件包括低频交流电源、探针、探针支架和控制采集装置；
所述搅拌件通过注入件连接至箱体，所述模拟板和滤板设置在箱体内部，且所述模拟板位于所述滤板上方，所述模拟板上开有用于形成模拟裂缝的贯通部，所述模拟板上下堆叠时贯通部连通并形成模拟裂缝，所述箱体上设有箱体盖，所述箱体盖上开有第一通孔，所述箱体底面设有可启闭的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔位于同一投影位置，所述第一通孔用于连接注入件和使探针进入模拟板形成的模拟裂缝中，所述第二通孔用于使探针向下探出至模拟裂缝下方和清洁时排出磁性支撑剂，所述箱体侧壁底部开有渗流孔，所述渗流孔均匀分布，所述箱体下方放置有支撑座；所述低频交流电源连接至探针，所述探针的顶端设置在探针支架上，所述探针支架能带动探针进行上下运动和轴向运动，所述探针与控制采集装置电连接，所述控制采集装置用于收集探针测得的幅值数据，并通过控制采集装置远程控制探针支架上探针的运动。
11.如权利要求10所述的监测***，其特征是，所述监测***还包括清洁件，所述清洁件与箱体连接，用于清洁填充过磁性支撑剂的箱体内部；所述监测***还包括澄清池，所述澄清池入口与第二通孔和渗流孔连接，所述澄清池出口与所述搅拌件连接，所述澄清池用于将磁性支撑剂进行固液分离。
12.如权利要求10所述的监测***，其特征是，所述探针为三维度电磁感应探针，所述探针包括耦合管，所述耦合管顶端设有电缆接头，所述耦合管上设有屏蔽环、发射器和接收器，所述发射器和接收器均***设置在相邻两个屏蔽环之间。
13.如权利要求12所述的监测***，其特征是，所述发射器包括X向激励线圈、Y向激励线圈和Z向激励线圈，所述接收器包括X向测量线圈、Y向测量线圈和Z向测量线圈。
14.如权利要求10所述的监测***，其特征是，所述探针上还设有扶正器，所述扶正器设有两个，分别固定在耦合管两端，用于使探针保持竖直方向。
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