微地震技术在稠油油藏蒸汽吞吐汽窜前缘监测中的应用

王 泊，柳建新，程 都，张渴健，李 静，忽艳萍，杨 欣

1中国石化河南油田分公司采油二厂，河南 南阳

2长江大学石油工程学院，湖北 武汉

1.引言

河南井楼油田是我国几大重要的稠油油田之一，主要油藏分布于盆地边缘地带，为扇三角洲水下分流河道和前缘席状砂沉积，砂体多变，断层发育，油层埋藏浅，压实程度差，泥质含量高，非均质严重，构造复杂，具有浅、薄、稠、散的特点[1][2][3][4]。井楼油田稠油的开发以蒸汽吞吐为主，为了充分认识蒸汽吞吐注汽过程中蒸汽前缘的扩展状况以及蒸汽波及区域的变化特征，对该区块中楼1725井蒸汽吞吐的注汽过程进行了微地震汽窜前缘的监测。稠油油藏微地震技术是根据注汽过程中井底压力的升高引起储层中流动压力前缘的移动以及孔隙中流体压力的传递而诱发产生微裂缝的原理进行监测与解释流体前缘的一种技术。通过分析稠油油藏微地震监测蒸汽吞吐蒸汽前缘的推进特征，总结蒸汽沿高渗带突破的规律以及油藏非均质性的分布规律，进而认识蒸汽吞吐汽窜特征，为井楼油田实施蒸汽吞吐以及后续的治窜措施提供依据。

2.微地震监测原理

稠油油藏注汽生产过程中，注入蒸汽进入油藏时造成局部压力升高可以产生微地震(震级一般小于里氏3级)。由于油藏内部原油、地层水等流体的流动加剧，会进一步引起油藏岩石周期性的应力积累和释放而产生微地震。如图1所示，在蒸汽吞吐井周围布置6个微地震监测点，在注汽阶段利用该监测点监测油藏内的微地震波，通过测定微地震震源及地震波前缘在油藏内的位置，就可以描述油藏内渗流场变化情况[5][6][7][8]。

Figure 1.The schematic diagram of microseismic monitoring in a steam huff and puff well图1.蒸汽吞吐井微地震监测示意图

现场实际监测过程中，先将待监测井关井至少10 h，而后按预定监测位置安装微地震监测仪器，然后对该井进行蒸汽吞吐的注汽阶段并实时监测微地震响应。监测井在注汽过程中，流体压力前缘的移动以及孔隙内流体压力的不断变化会产生微震波，原来已经闭合的微裂缝在压力作用下再次张开并产生新的微裂缝，从而激发微地震波。如图 2所示，在蒸汽吞吐井周围布置 6个监测点(A、B、C、D、E、F)接收微地震波，根据各监测点探测到微地震波的时间差，可确定微地震震源的位置，再结合蒸汽吞吐井所在区块构造、储层参数、油藏体积系数以及累计注蒸汽量等参数，即可确定蒸汽推进前缘、注入蒸汽波及范围、优势推进方向，蒸汽波及区面积等解释成果[9][10][11][12]。

Figure 2.The schematic diagram for determining the location of the seismic source and the front edge of the seismic wave图2.微地震震源及地震波前缘位置确定示意图

3.现场应用与分析

3.1.基本情况

如图3所示，楼1725井位于井楼一区中南部，目的层位为III5和III6层。两层进行合注合采，总有效厚度为10.8 m，平均孔隙度为28.65%，平均渗透率为1.048D，属于高孔高渗稠油储层。该井区原油以特-超稠油为主，目的层III5-III6层的地层温度下脱气原油黏度为73,160 mPa·s，地层原油密度为0.9622 g/cm3，原油体积系数为1.023。原油黏度对温度敏感，随着温度升高，黏度迅速下降，当温度升高到90℃以后，原油黏度降至205 mPa·s，有利于注蒸汽开采。

楼1725井已吞吐生产11个周期，开发效果日益变差，且与北偏西方向的邻井楼J1724井存在汽窜现象。以微地震技术监测该井蒸汽吞吐过程中蒸汽前缘以及蒸汽波及范围的变化，楼1725井的基本参数如表1所示，监测过程如表2所示。在监测过程中，首先监测注汽前的背景噪声状态，以消除环境噪声的影响；然后监测注氮气及注蒸汽状态时的微地震响应，从而确定注汽前缘的推进规律及汽窜通道的变化特征。该井于2015年12月26日10:00起，开始监测背景噪声2 h；12月27日起开始第1阶段注氮气措施并监测微地震事件；12月29日9:30开始注蒸汽，累计注入蒸汽冷水当量1000 t，期间监测微地震事件2次。

Table 1.The basic parameters of Well L1725表1.楼1725井基本参数

Table 2.The steam injection status at the huff and puff stage of Well L1725表2.楼1725井吞吐阶段注汽状况

根据楼1725井不同阶段微地震响应监测图(图4)对比看出，在该轮次注汽过程中，即第1阶段、第2阶段及第3阶段中，微地震事件的主要分布点明显集中于北偏西和东偏南2个方向上，说明注入氮气或蒸汽主要沿北偏西或东偏南2个方向优先运移，即注入蒸汽过程中的汽窜方向应沿北偏西或东偏南方向。实际生产过程中，楼1725井与北偏西方向的楼J1724井存在汽窜现象，微地震监测结果与现场实际认识一致。

Figure 4.The plane distribution of microseismic event monitoring at different stages of Well L1725图4.楼1725井不同阶段微地震事件监测平面分布图

3.2.监测成果及特征分析

根据6个监测点的坐标可确定各个监测点之间以及监测点与楼1725井点之间的距离。由此，可定量化计算汽窜方向、蒸汽腔占据平面范围及注入蒸汽冷凝前缘的平面波及范围。通过统计处理3个阶段蒸汽前缘的监测数据，得出不同阶段蒸汽前缘的分布以及蒸汽扩展的优势方向和蒸汽的波及面积，如图5、图6所示。

Figure 5.The interpretation chart of the monitoring results of the leading edge of steam channeling in Well L1725图5.楼1725井汽窜前缘监测结果解释图

Figure 6.The interpretation results of the steam swept range monitoring of Well L1725图6.楼1725井波及范围监测结果解释图

图5、图6为楼1725井汽窜前缘发育方向图和蒸汽的波及范围图。表3为注汽的三个阶段汽窜特征量化解释结果。由解释结果可知：在第1阶段(注氮气)、第2阶段(注蒸汽)及第3阶段(注蒸汽)过程中，微地震波的前缘明显偏向于以楼1725井为中心的北偏西与东偏南两个方向。由表3可知，第1阶段(注氮气)过程中优势汽驱方位为 NE119.2˚与 NE333.5˚，第 2阶段(注蒸汽)过程中优势汽驱方位为 NE107.3˚与NE341.6˚，而第3阶段(注蒸汽)过程中优势汽驱方位为NE102.1˚与NE346.5˚。现场实际生产表明，楼1725井与北偏西方向的楼J1724井曾发生井间汽窜，该监测结果与现场实际观察到的汽窜方向一致。从3个阶段微地震监测结果的对比可知，楼1725井的汽窜主流方向没有发生较大变化，但是汽窜通道前缘的宽度与汽窜通道长度有增加的趋势。随注入蒸汽量的增加，蒸汽波及范围明显扩大，平面上储层动用程度有所提高，但平面上呈现出明显的吸汽不均匀状况，油层的非均质性显著，平面矛盾突出，造成蒸汽吞吐井间存在蒸汽窜流。实际生产过程中，可以通过氮气辅助吞吐、氮气泡沫辅助吞吐等措施进行汽窜治理，微地震技术为汽窜治理的调堵剂用量设计提供了技术支持。

Table 3.The analysis of microseismic monitoring characteristics in Well L1725表3.楼1725井微地震监测特征分析

4.结论

1)通过微地震技术对楼 1725井蒸汽吞吐过程蒸汽前缘以及蒸汽波及范围的监测，能够解释该井附近区域存在高渗带或者因注汽而引发的微裂缝，该特征严重影响了注汽前缘稳定均匀的推进，促进汽窜发生，汽驱优势方向位于北偏西和东偏南，造成蒸汽波及范围有限。

2)由于储层平面非均质性严重，导致单纯蒸汽吞吐注汽过程中，形成明显的井间汽窜现象，大幅度降低了蒸汽的平面波及效率。微地震监测到的汽窜通道方向及尺寸能够有效指导后续治窜措施(如氮气辅助吞吐、氮气泡沫辅助吞吐等措施)的实施。