超低渗油藏井中微地震监测技术原理及应用

2017-08-08姬程伟贺彤彤别勇杰曹培旺贾彬红

石油化工应用 2017年7期

关键词：水驱监测技术主应力

姬程伟，贺彤彤，别勇杰，蒋钧，梁涛，曹培旺，贾彬红

（中国石油长庆油田分公司第九采油厂，宁夏银川 750006）

超低渗油藏井中微地震监测技术原理及应用

姬程伟，贺彤彤，别勇杰，蒋钧，梁涛，曹培旺，贾彬红

（中国石油长庆油田分公司第九采油厂，宁夏银川 750006）

本文简要介绍了井中微地震监测技术的基本原理，施工选井原则和数据处理方式及流程。根据微地震监测结果，分析井中微地震监测技术在超低渗油藏储层压裂监测、地应力方向识别、储层压裂改造方式评价、水驱前缘监测、剩余油分布预测、检查井部署、注采井网优化等方面的应用，认为井中微地震监测技术是提高采收率，指导油藏高效开发的有效技术手段之一。

微地震；监测原理；改造方式；剩余油分布

井中微地震监测技术是应用于油气田开发的地震新方法，主要是通过观测、分析生产活动中所产生的微地震事件来监测生产活动的响应、效果及地下状态的地球物理技术，其基础是声发射学和地震学。相对地震和声发射而言，一般自然地震发生时地震波频率低于50 Hz，高于10 kHz的破裂事件称为声发射，频率介于二者之间的破裂称为微震事件[1-4]。

1 井中微地震监测技术原理

井中微地震监测的主要理论基础为摩尔-库伦理论和断裂力学准则，此外，还有波速场与地下渗流场关系理论以及数学定位理论。同时相比于试井解释、成像测井等诸多技术手段，井中微地震监测技术对于裂缝监测比较精确全面，且经济实用，目前已普遍应用于各大油田。

1.1 摩尔-库伦准则：判断岩石在里的作用下是否发生破裂

式中：τ-裂缝面上的剪切应力，MPa；τ0-岩石固有抗剪断强度；S1-最大主应力，MPa；S2-最小主应力，MPa；P0-地层压力，MPa。

1.2 断裂力学准则：当应力强度因子大于断裂韧性时，裂缝发生扩展

式中：pi-井底注水压力，MPa；sn-裂缝面上的法向应力，MPa；Y-裂缝形状因子；l-裂缝长度，m；X-自裂缝端点沿裂缝面走向的坐标，m；公式（3）左侧是应力强度因子。

1.3 数学定位理论：确定震源位置

震源位置到接收点的理论时间为：

表1 井中微地震监测及其余裂缝监测技术对比统计表

2 施工选井原则及数据处理

2.1 施工选井原则

（1）监测井的中靶与压裂井的中靶距≤500 m；（2）选井尽量选择内径124.26 mm的大套管井，无套变或其他异常；

（3）全井段井斜不大于30°，检波器设置井段井斜尽可能小于10°；

（4）在监测井目的层附近500 m范围内应停止油井工作、水井停注，1 000 m范围内不允许有钻井施工；

（5）尽量避免同井场交叉作业；

（6）若井下流体干扰，应在监测井射孔段上方5 m～10 m处打桥塞；

（7）监测井中三分量检波器放置应避开射孔段及固井质量差的井段。

2.2 数据处理流程（见图1）

图1 数据处理流程图

（1）通过地面震源信息确定检波器各分量的方向；

（2）依据压裂时产生的较大能量的事件，通过滤波处理自动拾取P波、S波初至；

（3）利用P波的极化信息，P波和S波的时差联合确定微地震事件的位置；

（4）人工交互拾取微地震事件P波和S波的初至时间进行精细处理。

3 井中微地震监测技术的应用

井中微地震监测技术可以有效获取裂缝的位置和演化信息，确定裂缝的方位和倾角、大小（长度、宽度、高度）、间距和破裂程度。这些监测信息可普遍应用于超低渗油藏储层压裂监测、地应力方向识别、储层压裂改造方式评价、水驱前缘监测、剩余油分布预测、检查井部署、注采井网优化等方面，指导油藏储层改造、加密调整及后期开发技术政策的优化调整，提高油藏最终采收率，是指导油藏高效开发的有效技术手段之一。

3.1 识别储层地应力方向，增强产建区地质认识

水力压裂产生的裂缝受地层三向应力制约，裂缝的延伸方向与地层中最大主应力方向平行，而垂直于最小主应力。井中微地震监测显示X94长2油藏最大主应力方向为 NE42°-48°，X193 长 73油藏为 NE56°（初期预测为NE75°）。为产建新区地质认识及部署优化提供可靠信息依据。

3.2 储层压裂效果评价

3.2.1 定向射孔转向压裂效果评价 J31-50井2011年投产长8层，动态验证见注入水水淹，2016年7月对该井实施油井堵水定向射孔（单翼定向补孔NE120°）转向压裂改造措施，恢复单井产能。压裂缝首先沿着射孔方向延伸，后由于地应力方向影响，压裂缝发生了转向，向射孔方向两侧延伸，并不断扩展，有效避免了裂缝水淹带的沟通，措施后单井日增油0.9 t，有效动用水淹侧向剩余油，提高单井产能。

表2 J加48-354等3口井裂缝网络属性

3.2.2 暂堵压裂效果评价 J37-43井2010年投产长8，2016年3月该井产能下降，现地层堵塞特征，先实施暂堵酸化无效果，后实施暂堵压裂措施，措施后单井日增油1.1 t。根据微地震监测反演显示，压裂缝先沿着地层主应力方向延伸，在加入暂堵剂后，裂缝延主应力方向延伸变缓，主要向主应力方向两侧不断延伸，有效扩大了渗流面积，避免了裂缝带沟通，实现了堵老缝造新缝的效果。

3.3 合理部署优化加密井网，指导老区加密

依据加密井J加48-354等3口井微地震监测裂缝展布特征，部署耿269单元加密井网，2015-2016年在G269单元建井53口，新增产能2.5×104t，充分动用裂缝侧向剩余油，有效提高加密区采收率（见表2）。

3.4 识别区域水驱特征，指导油藏水驱治理

微地震波进行的水驱前缘监测，可以了解和掌握每口注水井的注入水的波及范围和推进方向，科学指导油藏水驱治理，有效提高水驱油效率。

J42-42井2010年投产长8，2013年后含水逐步上升，动态验证不明显，通过J42-41井2015年水驱前缘监测确定水驱方向，并对J42-41实施堵水调剖，措施后目标井J42-42井含水下降至50%（见图2）。

3.5 合理部署检查井井位，指导剩余油挖潜

依据水驱前缘监测结果，通过结合生产动态对裂缝成像和驱动前缘波及状况的分析，初步预测剩余油分布，合理部署检查井井位，充分动用剩余油，有效提高油藏采收率。

根据J44-37井水驱前缘测试及生产动态分析，剩余油分布在NE108°水线两侧。2013年部署检查井J44-371和J43-371，初期单产3.0 t，且持续低含水，井均累计采出1 500 t，充分动用剩余油。