微地震监测技术在暂堵压裂工艺中的应用

刘建升，杨永刚，张红岗，李晓明，南茜，海金龙

（中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川　750006）

微地震监测技术在暂堵压裂工艺中的应用

刘建升，杨永刚，张红岗，李晓明，南茜，海金龙

（中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川750006）

暂堵压裂工艺在三叠系油藏的推广试验已取得实际成效，但各实施区块尚未针对性开展井下裂缝监测以明确压裂裂缝是否转向，导致该工艺的实施缺乏一定的技术支持和依据。对此，2015年在具有代表性的D1油藏实施井中微地震裂缝监测5口，笔者通过对测试资料的分析，详细描述了压裂过程中裂缝产状、形态、走向等裂缝参数，明确了通过暂堵压裂工艺能够实现裂缝转向、开启地层微裂缝，验证了通过控制堵剂投加时机来优化主向缝延伸规模的设想，最后对升压幅度、泵注程序等工艺参数针对性的提出了优化方向。该研究成果使暂堵压裂工艺在三叠系油藏的设计思路得到实践证实，对同类油藏暂堵压裂设计及现场实施具有较好的指导意义。

暂堵压裂；微地震监测；工艺参数；裂缝形态

随着D1油藏进入中高含水开发阶段，老井采出程度加大，常规压裂后含水率上升幅度较大。据室内研究实验及理论计算表明，暂堵转向压裂能够在压裂过程中实现裂缝转向［1-3］，动用侧向剩余油。因此，以“堵老缝、造新缝”为改造思路的暂堵转向压裂得到推广应用，2014-2015年在D1油藏共实施暂堵转向重复压裂46井次，有效率93.4％，平均单井日增油1.59 t，措施后含水率由47.6％下降到39.7％，与同区域常规压裂相比，控水增油效果明显。但是，在该区域油藏尚未开展过微地震监测、井下压力测试等相关技术，对于施工过程中人工裂缝是否发生转向、开启新缝，在采油三厂各区块尚未得到实践验证，导致地面升压幅度、堵剂投加时机等工艺参数的确定缺乏技术支持。

1　暂堵压裂原理

国内外研究表明，随着油藏注水开发时间的延长，油井附近的应力场会发生变化，导致最大、最小主应力方向发生偏转，这为重复压裂过程中裂缝发生转向提供了可能性。

图1　暂堵压裂开启天然微裂缝示意图

图2　暂堵转向压裂原理示意图

暂堵压裂通过在压裂过程中实时加入暂堵剂，在旧缝张开后，暂堵剂与支撑剂混合后进入原有裂缝，依据桥堵原理，混合物会在高渗透带聚集并产生滤饼桥堵，阻碍和限制裂缝的继续延伸和发展，使后续压裂液不能进入裂缝和高渗透带，导致井底压力升高，当裂缝内净压力达到微裂缝开启压力或新缝破裂压力时，微裂缝或新缝就会开启［4-6］，随后续携砂液的继续加入，微裂缝或新缝会延伸和扩展成为新的支裂缝（见图1、图2）。

2　工艺设计思路

针对不同井网井型、不同生产动态、不同治理类型的油井，目前D1油藏暂堵压裂工艺设计思路主要有以下三种：（1）针对位于裂缝主向、压裂后极易造成含水升高的井，设计为两级暂堵，一级缝口暂堵在泵注程序的30％转向；二级缝内暂堵在泵注程序的60％。（2）针对侧向中高含水井，不宜过早转向，设计为一级缝内暂堵，泵注程序的50％转向。（3）针对低产低效井，根据低产原因设计两套改造思路：①地层堵塞造成的低产，设计一级缝内暂堵、加砂中后期实施转向（泵注程序的50％～70％），以保证在主裂缝延伸的同时扩大侧翼支缝的开启；②对于物性差的长期低产低效井，采用多级暂堵，建立有效压裂控制条带，增加裂缝带宽，充分增大储层泄油面积。

3　微地震监测技术

3.1技术原理

井中微地震方法在临井中对应位置下入检波器，地面布设监测仪器，以监测压裂井在压裂过程中诱发的微地震波，通过对微震数据的处理和解释，描述压裂过程中裂缝生长的几何形态和空间展布，以及水力裂缝带中流体通道的图像和水力裂缝随时间发育过程的图像（见图3）。该技术的主要优势是井下采集信噪比高，可信度高。

图3　微地震监测原理示意图

施工接收设备采用推靠方式，可以避免管波干扰，有效的接收到声发生事件传来的地震波信号，井中微地震信号采集仪器使用10级三分量检波器，每级之间用软连接方式进行串联，级间距为10.0 m，检波器串由可捞式桥塞位置处开始向上布设，接收段深度与压裂目的层相匹配。

3.2监测井概况

本次测试选取D1油藏中部区域五口代表性油井，地应力状况、井组生产时间、对应注水井情况等基本一致，设计不同工艺参数及措施类型，通过检测转向缝的产状及出现的时间，验证暂堵转向的实施思路，进一步指导单井工艺设计（见表1）。

3.3解释成果

A4、A5井投加堵剂一段时间（约4 min）后，在主裂缝侧向地震点明显增多，并沿一定方向集中聚集，认为压裂裂缝出现转向，且转向缝走向与初次压裂裂缝成一定角度夹角。两口井转向缝均有不同程度延伸，平均缝长91 m，投加堵剂后地面升压幅均大于4.8 MPa（见图4）。

A3井为多级暂堵压裂井，在投加堵剂3 min后，主裂缝侧向地震点明显增多，但整体宽度受限，且地震点不具有方向性。认为该井未出现明显转向缝，但多次投加堵剂后，裂缝宽带增加，有微裂缝开启的特征（见图5）。

图4　A4井微地震监测结果XOY平面图（裂缝转向）

图5　A3井微地震监测结果平面图（微裂缝开启）

A1、A2井为常规暂堵压裂井，投加堵剂后，整个施工过程中井既未监测到转向缝，也无微裂缝开启特征，且升压幅度较低（见表2）。

表1　D1油藏5口微地震监测井基本信息及监测设计表

表2　D1油藏5口井微地震监测结果汇总表

3.4工艺参数认识

3.4.1升压幅度根据Nolte和Smith研究成果，裂缝净压力满足公式（1）所代表条件时，微裂缝才会开启，结合岩石力学测试结果，利用式（1）计算得到油藏微裂缝开启最小压力为1.9 MPa。

式中：Pnet-水力压裂裂缝净压力；σh1-储层最大水平主应力；σh2-储层最小水平主应力；υ-岩石泊松比。

从5口井压裂施工曲线及微地震解释成果来看，投加堵剂后，地面压力升高幅度大于4.8 MPa时，对应微裂缝开启、转向缝产生，高于理论公式计算结果。因此，升压幅度越大，压裂裂缝越容易发生转向，这与该油藏现场实施效果相吻合。结合矿场统计经验，建议D1油藏地面升压幅度需大于4.0 MPa（见图6，图7）。3.4.2转向时机对比分析A4、A5两口井主向缝缝长及微裂缝或转向缝出现的时机，可以看到，在排量、入地液量以及储层物性基本相同的情况下，堵剂投加越早，主向缝缝长越短、转向缝出现越早。因此，对于高含水、高采出程度的主应力方向的油井，提前加入堵剂促使裂缝转向、控制主向裂缝规模的工艺思路同样得到了验证。

3.5裂缝形态认识

对比分析A4、A5两口裂缝转向井，转向缝均出现在炮眼附近，且并不是沿初次裂缝对称分布，转向缝走向与初次压裂裂缝成一定角度（60°左右），随着转向缝的延伸，夹角逐渐变小但转向缝并未回到初次压裂裂缝方位。同时，可以发现，在转向缝出现区域检测到地震点较少，可能是由于进入微裂缝、转向缝的压裂液较少，破裂点响应较少。在压裂施工结束后，此类裂缝会因缺少支撑剂极易发生闭合，导致裂缝导流能力下降（见表3）。

因此，建议投加暂堵剂后泵注小粒径支撑剂，增加进入转向缝几率，同时在安全可控的前提下，提高升压幅度，扩大转向缝缝长、缝宽。

图6　A2井压裂施工曲线图

图7　D1油藏暂堵压裂升压幅度与日增油关系散点图

表3　主裂缝与转向缝、微裂缝出现微地震事件对比表

4　应用实例

A5井位于D1油藏中部，处于井网主向井，自2014 年4月起，日产液由2.40 m3下降到1.61 m3，含水率由5.3％上升到26.9％上升到55.9％，液量2.17 m3，认为该井地层裂缝闭合导致渗流能力下降，含水率上升；按照主向堵塞井治理思路，设计二级暂堵转向，两次投加堵剂，充分动用侧向剩余油的思路，同时避免主向缝过度延伸导致措施后含水率上升。

施工参数如下：暂堵剂用量150 kg+150 kg，40/ 70目石英砂15.0 m3，20/40目石英砂25.0 m3，排量3.0 m3/min～6.0 m3/min，砂比23.9％，前置液45.0 m3，携砂液156 m3，入地总液量441.0 m3，利用三维压裂软件FPT模拟结果为：裂缝半长228.3 m，缝高19.4 m，压裂过程中微地震监测结果及压裂施工曲线（见图8）。

图8　A5井微地震监测结果三维立体图（左），A5井微地震监测结果剖面图（右）

图9　

表4　A5井暂堵压裂措施效果表

根据压裂施工曲线可以看出，在加砂3 m3后，单独投加暂堵剂，同时由于排量提升，地面压力大幅上升（由17 MPa上升到30 MPa）；砂比为20％时，二次投加堵剂150 kg，1.4 min后，堵剂达到射孔段，地面压力先小幅下降，后成台阶式上升，由23 MPa上升到31.8 MPa，后出现二次破压，破裂压力约为31.8 MPa。同步对比微地震监测结果，一次暂堵后，主向缝延伸受到抑制，裂缝宽带不断增加；二次暂堵后，转向缝地震点开始出现，并持续增多，说明转向缝开始延伸扩张，走向为与初次裂缝成51°夹角，缝长约为104 m，但并未出现与初次压裂裂缝平行的趋势，说明该区域两向地应力差相对较小（见图9）。

该井措施后单井日增油1.70 t，含水率由72.0％下降到54.1％，有效天数228 d，累增油达405.19 t，控水增油效果良好（见表4）。

5　结论

（1）通过微地震裂缝监测证明，在一定升压幅度下，通过暂堵压裂实现裂缝转向、动用侧向剩余油的思路是可行的，开辟了D1油藏中高含水开发阶段油井控水增油的新途径。

（2）裂缝监测对比结果显示，通过控制堵剂投加时机可以控制主向缝及转向缝规模。对于高含水、高采出程度的主应力方向的油井，提前加入堵剂促使裂缝转向、控制主向裂缝规模的工艺思路同样得到了验证。

（3）转向缝、微裂缝会因缺少支撑剂而过早闭合，建议在保证施工安全的前提下，提高升压幅度，扩大转向缝的缝长、缝宽。同时投加暂堵剂后泵注小粒径支撑剂，增加进入转向缝几率。

（4）对于地面升压幅度的准确界定，还需结合井下压力计监测技术获取井底压力、温度资料，通过分析井底与地面曲线变化特征，进一步计算不同砂浓度下的合理升压幅度。

［1］谈士海.低渗透砂岩油藏暂堵重复压裂技术研究［J］.石油实验地质，2006，28（3）：307-310.

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［6］白延锋，王美强，刘春杰，等.转向压裂技术在老油田后期开发中的研究与应用［J］.石油化工应用，2011，30（11）：4-6.

Application of micro-seismic fracturing monitoring technology in temporary plugging and reoriented fracturing

LIU Jiansheng，YANG Yonggang，ZHANG Honggang，LI Xiaoming，NAN Qian，HAI Jinlong
（Oil Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia 750006，China）

Temporary plugging and fracturing technology has achieved practical results in the Triassic reservoirs，but has not yet targeted implementation underground fracture monitoring to verify fracture shift，resulting in the lack of technical support and basis for the implementation of the process.In this regard，micro-seismic fracture monitoring was carried out 5 well-times in D1 reservoir in 2015.Through the analysis of testing data，the author describes the fracture parameters detailedly，such as occurrence，shape，direction and etc，which cleared temporary plugging fracturing can realize the fracture orientation and open the formation micro cracks.Finally，the author put forward optimization direction of the pressor amplitude and pumping program.The results of this research make the design of temporary plugging fracturing technology have been proved by practice in the Triassic reservoirs，which has good directive significance to the field implementation of similar reservoirs.

temporary plugging fracturing；micro-seismic fracturing monitoring technology；technological parameter；fracture parameters

TE357.13

A

1673-5285（2016）08-0068-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.016

2016-07-31

刘建升，男（1986-），工程师，主要从事油水井增产增注技术研究工作，邮箱：ljs62_cq@petrochina.com.cn。