涪陵页岩气田井地联合微地震监测气藏实例及认识

刘尧文 廖如刚 张 远 高东伟 张怀力 李 婷 张 驰

中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司

涪陵页岩气田井地联合微地震监测气藏实例及认识

刘尧文 廖如刚 张 远 高东伟 张怀力 李 婷 张 驰

中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司

刘尧文等.涪陵页岩气田井地联合微地震监测气藏实例及认识. 天然气工业，2016, 36(10): 56-62.

四川盆地涪陵页岩气田属国家级页岩气示范区，是全球除北美以外最大的商业开发页岩气田，基于“井工厂”模式下的压裂工艺已得到了广泛应用，但如何有效评价同平台多井次间的“井工厂”压裂效果及此模式下的缝网展布规律仍需进一步研究。为此，通过利用地面及井中微地震联合监测技术，对焦页4X平台“井工厂”压裂裂缝进行实时监测，初步了解了涪陵页岩气田焦石坝区块“井工厂”压裂模式下的人工裂缝几何尺寸、展布方向；同时利用联合微地震技术的综合解释成果，结合压裂SRV预测图版，对井工厂压裂工况下的压裂参数进行了重新认识，准确了解到涪陵气田页岩气“井工厂拉链式”压裂过程中的人工裂缝展布情况。该项研究成果对后期压裂参数的优化具有重要的指导意义。

四川盆地 涪陵页岩气田 井工厂 压裂（岩石） 地面微地震 井中微地震 SRV预测 人工裂缝

所谓体积压裂又称为体积改造，是指在水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率，是页岩气储层改造最重要的手段[1-2]。采用微地震监测技术，对压裂施工引发的微地震事件开展数据采集、处理和解释，可以准确监测储层改造的工艺效果，为压裂和开发方案的调整优化提供参考依据。

截至2015年，涪陵页岩气田已先后开展了20井次的地面或井中微地震监测，对单井作业条件下的压裂施工参数的优化及效果评价有了基本认识，但基于“井工厂拉链式”压裂模式下的人工裂缝的展布规律还未开展研究。因此有必要利用地面/井中微地震联合评测技术，对“井工厂拉链式”压裂中的缝高、缝长、裂缝方向进行综合评测，以期为后期同类压裂施工提供指导[3]。

1 联合微地震现场实施目的

微地震监测根据采集方式的不同，分为地面监测和井中监测两种方式[4]。地面监测是在地面布设大量检波器，形成3D测网开展微地震信号的数据采集，一般距离压裂措施段较远；井中监测是在压裂施工区域附近的临井布设少量井中检波器，形成2D测线微地震信号的数据采集，一般距离压裂措施段较近。地面监测微地震的水平定位结果精度较高，井中监测微地震的垂直定位的结果精度较高。

位于四川盆地的涪陵页岩气田首次对焦页4X平台的3口水平井“井工厂”压裂开展了微地震地面、井中联合监测，提供压裂形成缝网的空间产状及其产生过程，评价储层改造的效果，为压裂工艺优化提供参考依据[5]。

2 数据采集原则

焦页4X平台部署3口井(焦页4X-1HF井，焦页4X-2HF井和焦页4X-3HF井)，是针对上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组下部部署的1个页岩气开发水平井组；2015年1月该井组进行了泵送桥塞分段加砂压裂改造。为了进一步探索页岩气井的产能情况和压裂裂缝网络的发展延伸情况，在压裂改造过程中同时进行了地面、井中联合微地震监测，其中井中微地震监测是利用焦页4X-2HF、焦页4X-3HF间的直井焦页41-X井开展的。焦页4X平台地面监测部署如图1所示（绿线表示监测区域、红线表示为测线），地面微地震与井中微地震数据采集观测叠加效果如图2所示。

图1 地面观测系统部署图

图2 焦页4X井组压裂井地联合微地震观测系统图

针对此次井工厂压裂监测，共完成射孔56段（含燃爆标定射孔2段）、131簇射孔、56段压裂的监测记录，现场资料初评资料整体信噪比较好，达到微地震数据解释要求[6]。

3 解释结果

3.1 信源干扰分析

从现场信源采集来看，部分线道的信号受噪音影响较大，各线的近道噪音干扰比较严重，中距离道有效信号能量比较强，信噪比也比较高，远道噪音干扰虽然比较少，但是有效信号的能量比较弱[7]。根据图1所示的测线分布情况可以看到，地面微地

4X-2HF裂缝高度范围20～80 m，向上发育；焦页4X-3HF裂缝高度范围25～70 m，向上发育。

3.3.3 联合微地震综合解释结果

联合井中和地面微地震事件的定位结果得到了3口井的微地震事件波及体积及有效体积，此次井地联合微地震解释结果：焦页4X-1HF井的波及体积为6.93×107m3、有效体积为3.76×107m3，焦页4X-2HF井的波及体积为4.06×107m3、有效体积为2.73×107m3，焦页4X-3HF井的波及体积为3.56×107m3、有效体积为2.50×107m3。震信源的噪音干扰主要来自过线公路上的车辆及附近人口密集区的居民日常生活干扰，另外各线近道的噪音主要来自压裂井口压裂作业设备，而到了远道由于球面扩散效应和吸收衰减的影响，使得有效信号的能量比较弱。

室内分别从压裂地面微地震监测记录中选取的强、中等强度和弱微地震事件的原始信号，通过分线噪音分析可以发现，其噪音干扰特点与导爆索信号和射孔信号所受噪音影响基本相同，除了强微地震事件受噪音影响相对较小外，中等强度和弱微地震受噪音影响导致资料整体信噪比较低，为后期处理及高精度成像造成了一定的困难[8]。

3.2 监测数据处理流程

数据处理工作流程顺序为：①数据格式由SEG-D转换为FracListener内部格式，去假频滤波；②施加噪音衰减滤波；③对数据进行带通滤波；④自动增益回放以平衡道振幅；⑤施加根据射孔测试得出的检波点静校正；⑥微地震弱信号提取和P波初至拾取；⑦微地震事件定位[9]。其中弱信号提取是处理技术中的难点。

3.3 数据解释结果

3.3.1 地面微地震解释结果

由于本地区地表石灰岩裸露，对信号屏蔽较强，微地震信号的能量弱，且地表噪音大，现场处理在去噪、射孔位置校正后采用自动识别加人工QC的方法进行微地震事件检测，并采用震源扫描的定位方法进行定位，最后对定位结果进行QC分析，剔除误差较大的成像点[10]。在现场处理的基础上，室内围绕弱信号提取和定位精度较高的走时定位处理，进一步开展利用部分强微地震事件联合射孔信号和导爆索信号优化静校正处理，并针对弱信号进行增强，拾取微地震事件对应记录中的首波到达时，再进行相对定位处理，经反复定位误差检查和重新拾取首波、反演处理得到较为可信的微地震事件发震位置[11]。地面微地震解释事件响应结果如图3所示，波及体积特征如图4所示。

从地面微地震事件的定位结果看，压裂改造过程中产生的人工缝网整体走向为NE方向，与水平井筒呈60°～90°夹角。

3.3.2 井中微地震解释结果

由于井中微地震能更好地解释压裂缝高，因此用来解释焦页4X-2HF、4X-3HF井压裂缝高。焦页

图4 微地震事件波及体积图

4 联合微地震监测压裂认识

4.1 焦页4X平台各井压裂求产简况

焦页4X-1HF井于2015年1月21日—2月9日完成前22段压裂施工，其中第2、6、10、18段加砂不足，整个施工过程总酸量440 m3，总液量41 216.3 m3，总砂量1 105.4 m3。采用一点法求得稳定点的无阻流量分别为76.78×104～109.47×104m3/d，平均

94.49×104m3/d。

焦页4X-2HF井于2015年1月22日—2月9日完成17段压裂施工，其中第3、5、6段加砂不足，整个施工过程总酸量340 m3，总液量31 432.6 m3，总砂量829.4 m3。采用一点法求得稳定点的无阻流量分别为52.92×104～74.99×104m3/d，平均64.49×104m3/d。

焦页4X-3HF于2015年1月22日—2月8日完成17段压裂施工，整个施工过程总酸量340 m3，总液量32 676.3 m3，总砂量1 000.4 m3。采用一点法求得稳定点的无阻流量分别为38.72×104～53.03×104m3/d，平均45.30×104m3/d。

4.2 联合微地震解释结果分析

4.2.1 微地震体积与单井产量关系分析

该平台3口井的微地震事件波及体的长度、宽度、高度特征存在较大的差别，波及体积由大到小排序分别为：4X-1HF井、4X-2HF井、4X-3HF井，将各井的微地震事件波及体积、有效体积与无阻流量、12 mm放喷制度测试产量进行交会发现[12]，两者之间有一定的正相关关系，压裂体积的大小能间接反应单井的产能高低（图5）。

4.2.2 各压裂段产能贡献分析

根据密度、TOC、可压性、含气性等地质参数以及液量、砂量、段长、簇数等工程参数，利用“MEYER 2010全三维压裂设计软件”，推导出一种适用于涪陵页岩气开发的压裂SRV计算图版。据此图版，对各井单段的产能进行预测，并将各压裂预测贡献率与微地震解释有效体积比进行对比分析[12-14]（图6）。由图6可知：焦页4X-1HF井相关性较高，但焦页4X-2HF、焦页4X-3HF相关性较低，可能与焦页4X-2HF、焦页4X-3HF部分震源能量弱、信噪比较差有关；排除微地震监测期间的工况因素，整体拟合度较高。

4.2.3 井工厂压裂缝网评价

综合4X-1HF、4X-2HF和4X-3HF这3口井的压裂缝网解释结果（图7），可以看出：3口井按缝网复杂程度由高至低为4X-1HF、4X-2HF、4X-3HF。根据缝网解释结果得到的各段之间的缝网连通性可以看出：4X-1HF井各段压裂形成的缝网之间存在局部连通性，预测这些段在压裂时存在段间干扰；4X-2HF井和4X-3HF井也存在类似现象，但连通程度较低。压裂过程中的段间干扰对后续井段压裂将产生一定的应力叠加效应，对促进局部区域内裂缝的复杂程度有促进作用，焦页4X-3HF、4X-2HF、4X-1HF井的平面连通个数及连通区域面积呈增大趋势，其相应的测试产量或无阻流量也相应增高。

4.2.4 人工裂缝走向分析

根据反演出的剪切裂缝走向，并基于剪切应变的应力分析，解释区域最大、最小应力场分布，为布井设计提供建议。对整个压裂段（共800多个微地震事件）进行反演，结果如图8所示，震源机制确定的是两个相互垂直的平面，理论上这两个平面均有可能是裂缝面。因此，如何确定其中的一个面为裂缝破裂面是非常重要的，目前主要的方法是结合实际的压裂情况与地质认识进行判定[15]。Fisher、Warpinsk通过对大量实际的微地震压裂进行统计，结果显示1 200 m以深地层，主要产生高角度裂缝[16]。基于产生垂直裂缝的解释，对反演结果的方位角和倾角进行了统计，统计结果如图9所示。图9-a为方位角统计结果，主要集中在250°～270°，图9-b为裂缝倾角统计结果，大部分为倾角大于60°的高角度裂缝。

图6 各压裂段SRV对比图

图7 焦页4X井组3口井整体压裂缝网连通性分析图

图8 微地震事件与震源机制解释图

图9 微地震事件方位角与倾角分布图

根据文献所述，该地区目标层的垂向应力在49.2～53.7 MPa、最大水平应力在52.2～55.5 MPa、最小水平主应力在48.6～49.9 MPa之间，水平应力差系数在0.06～0.14之间，根据应力系数小于0.3的标准，在该区域可压裂形成复杂的裂缝网络[17]。区域内垂向应力介于最大水平主应力和最小水平主应力之间，基于此认识建立该区域裂缝发育模型（图10、11），其SHx为东西方向应力，SHy为南北方向应力，Sv为垂直方向应力，图中虚框为剪切破裂的裂缝面[18-19]。根据反演的剪切裂缝方位角统计（图9），其剪切方位集中在260°左右，即裂缝沿近东西方向发育，裂缝首先沿最小水平主应力方向张开，随着压裂液注入和应力状况的改变，裂缝在张开面发生剪切错动，裂缝断层为走滑型。

4.2.5 水平井方位调整建议

基于图10的裂缝模型分析与解释，产生260°

的剪切裂缝的最大水平主应力为图11中黄色箭头所示，最小水平主应力为白色箭头方向（北偏西10°），蓝色线为剪切裂缝，角度A为10°。通常，水力压裂设计中压裂井沿最小水平主应力方向（即垂直于最大水平主应力方向）布置，基于上述分析与认识，建议水平井将现有正北向方位调整为北偏西10°，更有利于压裂与造缝。

图10 裂缝模型与应力分布图

图11 剪切裂缝与应力分析图

5 结论及认识

1）根据震源机制反演结果可以得知，焦页4X平台井组的压裂裂缝主要沿近东西向分布，与水平井筒呈60°～90°夹角，在压裂过程中形成了复杂程度较高的交叉缝网，达到了体积压裂的效果。

2）该平台3口井的微地震事件波及体的长度、宽度、高度特征存在较大的差别，波及体积由大到小排序分别为4X-1HF井、4X-2HF井、4X-3HF井，与本平台3口井的产量高低顺序一致。

3）井中微地震表明，人工压裂缝网的分布主要集中在下志留统龙马溪组与上奥陶统五峰组页岩内部，且向上延伸为主。

4）各段有效体积的解释结果与单段产能预测值的拟合度较高，结合人工裂缝的复杂程度分析认为，一定程度的段间应力叠加效应，有助于提高人工缝网复杂程度，提升压裂改造效果。

5）通过震源机制反演获得了裂缝破裂震级、剪切裂缝发育的地质参数，基于地应力场分析，解释该区域破裂裂缝为走滑型高角度裂缝，以此建立剪切裂缝破裂模型。解释了局部最大、最小水平主应力方向和裂缝延展方向，建议水平井方位调整为北偏西10°，更有利于压裂与造缝。

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(修改回稿日期 2016-07-07 编 辑 韩晓渝）

Application of surface–downhole combined microseismic monitoring technology in the Fuling shale gas field and its enlightenment

Liu Yaowen, Liao Rugang, Zhang Yuan, Gao Dongwei, Zhang Huaili, Li Ting, Zhang Chi
(Sinopec Chongqing Fuling Shale Gas Exploration and Development Co., Ltd., Chongqing 408014, China)
NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 10, pp.56-62, 10/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

The Fuling shale gas field in the Sichuan Basin, as a national shale gas demonstration area, is the largest commercially developed shale gas field in the world except those in North America. The fracturing technology in the mode of "well factory" has been applied widely in the gas field, but it is necessary to perform further investigation on the way to evaluate effectively the fracturing effect of multiwell platform "well factory" and the distribution laws of its induced fracture networks. In this paper, the fractures induced by the "well factory" at the Jiaoye 4X platform were real-time monitored by a surface–downhole combined microseismic monitoring technology. The geometric size and extension direction of artificial fractures induced in the model of “well factory” fracturing in the Jiaoshiba block of Fuling Shale Gas Field were preliminarily understood. Moreover, the fracturing parameters under the mode of "well factory" were recognized by using the comprehensive interpretation results of surface–downhole combined microseismic monitoring technology, together with the SRV fracturing prediction chart. Eventually, the distribution laws of artificial fractures during the "well-factory-zipper" fracturing in the Fuling Shale Gas Field were clarified definitely. This paper provides guidance for the optimization of fracturing parameters at the later stage.

Sichuan Basin; Fuling shale gas field; Well factory; Fracturing (rock); Surface microseismic; Downhole microseismic; SRV prediction; Artificial fracture

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.10.007

中国石油化工股份有限公司重点科技项目“涪陵区块页岩气层改造技术研究”（编号：P14092）、中国石油化工股份有限公司重点科技项目“涪陵区块页岩油气有效开发技术研究”（编号: P13053）。

刘尧文，1967年生，高级工程师；主要从事油气田开发研究与管理工作。地址：（408014）重庆市涪陵区X182焦石大道。电话：（0728）6596503。ORCID: 0000-0001-9504-1494。E-mail: lxinrui5596@sohu.com