页岩气是一种清洁、高效的能源资源。当前,页岩气已在全球油气勘探领域异军突起,勘探开发页岩气已成为世界主要页岩气资源大国和地区的共同选择。近年来,我国油气资源供需矛盾日益突出,对天然气的需求不断加大,国际市场竞争激烈。中国页岩气具有良好的勘探前景,中国对页岩气的勘探研究也在逐步展开。在四川、鄂尔多斯、渤海湾、松辽、江汉、吐哈、塔里木和准噶尔等盆地均有页岩气成藏的地质条件。由于我国页岩气勘探开采起步较晚,至今没有成熟的地面监测技术和仪器设备。立足国内,加快我国页岩气勘探开发,对改变我国油气资源格局,甚至改变整个能源结构、缓解能源短缺、保障国家能源安全、减少碳排放、促进经济社会发展,都有十分重要的意义。水力压裂技术是目前世界上老油田增产和非常规油气田开发应用最广泛且最有效的技术措施。油气储层裂缝分布规律的研究分析是贯穿油气田勘探开发各阶段的基础工作。由于压裂所形成的人工裂缝的宽度特别小(一般为几毫米),以至于很难通过普通的地球物理方法进行有效的监测。目前有个别公司尝试利用放射性示踪剂/伽玛射线测井方法确定压裂裂缝高度和通过测斜仪确定压裂裂缝是垂直裂缝还是水平裂缝。近年来,我国一些单位也开展了微地震、大地电位和井温等方法。为研制页岩气开采水力压裂地面监测领域的仪器,本文探索了地面微震法和电位法,监测压裂信号,包括微地震事件和电位信号;采用现代通讯技术和信号处理技术,处理微弱信号,提取真正的压裂信号;选择CAN总线组网,快速可靠地传输数据;对采集的数据进行分析和显示,为页岩气开采水力压裂设计提供优化信息。本文设计完成了一种基于嵌入式平台的页岩气开采水力压裂监测系统,主要包括由ARM芯片STM32F105与24位Δ-ΣADC芯片LTC2400构成的高精度压裂电位采集单元,串行16位乘法DAC芯片LTC1595与双精密运算放大器LT1112构成的自然电位补偿单元,ADS1282高动态范围微震信号采集单元,CTM8251高速隔离CAN收发模块组网的CAN总线通讯单元,以及VB6.0编程的上位机监测和显示窗口软件。系统设计调试完成后,进行了多项室内及室外测试。室内测试中,对系统硬件的各项指标进行了详细测试,并对测量精度进行了检验与校正。验证了系统测量的可行性与正确性后,在实验楼南面开阔的草坪地进行了户外电位监测和振动监测。户外电位监测采用直流电阻率法对称四极测量方式,测量了该地理环境不同位置的自然电位值及充电过程中电位的变化曲线;振动监测测量了自然环境下的振动噪声和距震源不同位置的微地震事件,取得了一批具有分析价值的数据,验证了水力压裂监测系统测量的可行性与稳定性。对信号采集及CAN总线通讯等进行的户外监测实验表明,系统实现了电位法监测1μV级的稳定数据采集和微震法监测优于110dB动态范围的数据采集。本文初步实现了页岩气开采水力压裂监测系统原型,该系统具有轻便、测量精度高、抗干扰能力强、工作可靠等特点。测试工作全部在地面进行,操作简便,不影响生产;方法使用范围广,具有显著的社会效益和经济效益,为找出水力压裂裂缝规律,掌握裂缝的特征,最终反馈到压裂设计的优化上,达到真正指导压裂设计的目的,做了一定的准备和铺垫工作。在论文的结尾处,对文中的研究结果做了总结,列举了研究中的不足之处并对今后的研究工作提出了一些建议。