井中微地震监测技术应用效果分析<br/>——以庄288区块为例

井中微地震监测技术应用效果分析
——以庄288区块为例

2021-09-09刘洪壮刘之的梁文杰张程晨

河北地质大学学报 2021年4期

刘洪壮，刘之的，梁文杰，温柔，李栋，张程晨

1. 西安石油大学地球科学与工程学院陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西西安710065；2. 中石油集团测井有限公司生产测井中心；陕西西安710065

0 引言

鄂尔多斯盆地是中国重要的产油区之一，其中姬塬油田、靖安油田、红河油田、环江油田等均是10亿吨级大油田，2019年又发现了同级别的庆城大油田，对于中国石油可持续发展、略具有重要意义。鄂尔多斯盆地油气资源比较丰富，但储集空间细小、储层物性差，具有非常大的开采潜力的同时也具有较高的开发难度。通过压裂技术改善致密储层渗透率和泄流面积，有效扩大油气资源渗流通道，并利用微地震监测技术实时监测成为了油气资源开发研究重点。

微地震监测技术作为地球物理技术的一门分支，能够观测、分析生产活动中微小震动，并反映出真实的地下状态[1-2]。从布设方式上主要分为地面监测和井中监测。地面监测受地表因素干扰大，布设检波器较多，数据庞大，实时处理较为困难，主要研究微地震裂缝走向，相较于项目生产监测成本较高。井中微地震监测具有信噪比高、定位精度高、定位结果受速度横向变化影响较小、实时处理简单等特点，是目前已知最及时、最精确、信息最丰富、应用最广泛的微地震监测手段。不仅可以实时观测压裂产生的微裂缝发育形态，还可以利用这些信息及时优化后续井组压裂施工设计、优化井网和油田开发措施等[3-5]。

1 方法原理

微地震井中监测技术以声发射学和地震学为基础，主要应用于油气田注水开发[6]。当相对脆弱的地层被水力压开时，裂缝沿着脆弱地层呈树枝状发散，产生张裂和错动，这些张裂和错动又会以弹性波的形式向外辐射能量（它包括压缩波和剪切波），并被检波器接收[7-10]。通过数学处理手段，描述地层破裂时产生的能量分布，寻找地层破裂位置和裂缝的方位、几何形态、连通性及裂缝发育过程中的详细信息。

由于岩层中P波速度传播较快，且微地震井中监测受不同岩层折射影响较小，多用P波时差法定位震源位置[11]。当监测系统有i个检波器时，发震位置和检波器之间的距离可表示为n=1，2，3，…，i。

当一次地震事件被检波器所接收时，发震位置(,,)xyz与第n个检波器位置

理论上只需四个检波器即可求解出发震位置（x，y，z）和发震时间t利用射孔资料，在已知射孔位置和射孔时间（x0，y0，z0，t0）的前提下，即可建立速度模型：

2 井中微地震监测设计

压裂井F1和F2位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡庄288区块（图1），属于低渗透岩性油藏，主力层位长6，油层储量较为可观，裂缝相对发育，孔隙度约在9.2%~10.4%。开发前期，采用注水开发的方式取得了良好的效果，随着油井的不断开发，产油量明显下降，为提高单井产油量，对该井组实施水平井多段压裂措施，同时利用井中微地震监测技术对压裂过程中产生的裂缝大小及方向进行监测，对压裂效果做出评价。通过在相邻的M井中下放高精度检波器，对F1井和F2井进行井中微地震监测。

图1 压裂井F1（a）和F2（b）和监测井的相对位置示意图Fig.1 Schematic diagram of relative positions of fractured wells F1 （a） and F2 （b） and monitoring wells

监测井M采用JDB-30多级三分量检波器接收系统，井下仪器级数8级，检波器级间距10 m。为更好计算速度模型，检波器布设深度与声源弹位置大致相同（表1），F1和F2井设计声源弹位置分别在1 447 m和1 405 m，M检波器串在1 628.00~1 698.00 m布设。

表1 检波器深度Table 1 detector depth

3 应用分析

3.1 监测评价方法

微地震监测评价方法主要是在监测井放置三分量检波器，根据声源弹的信号对检波器的定向并建立速度模型，利用射孔数据对速度模型进行校正，记录微地震事件。为更好地识别微地震事件，需要用带通滤波进行降噪处理，使有效波S、P波更加清晰，初至时间更加明显，有利于初至拾取。采用纵横波时差法对微震事件进行定位，利用校正后的速度模型和纵横波时差可以确定微震事件到检波器之间的距离，结合对P波的偏振分析确定微震事件的方位，从而准确定位微震事件的空间位置[12-16]。

井中微地震监测的思想主要是利用临井中的检波器监测压裂段在施工过程中诱发的微地震波来描述压裂过程中裂缝生长的几何形态和空间展布[17-19]，它可以监测压裂施工过程中产生裂缝的高度、长度和方位角，继而优化压裂设计、优化井网或其他油田开发措施，从而提高油田采收率[20-22]。

3.2 监测结果

水平井F1设计压裂五段，从F1井微地震事件分布俯视图与侧视图（图2）可知，第二、三压裂段裂缝延伸长度相对较短，第一至第三压裂段在井轨迹靠东一侧较为发育，第四、第五压裂段裂缝在井轨迹两侧均匀发育。总体上五段压裂均形成网状缝，裂缝整体展布方位为NE68°~70°，裂缝长度范围184~309 m，宽度为73~88 m，高度为61~74 m。

图2 F1井与F2井微地震事件分布图（a-俯视图，b-侧视图）Fig.2 Distribution of microseismic events in wells F1 and F2 （a top view, b side view）

水平井F2设计压裂三段，从F2井微地震事件分布俯视图和侧视图（图2）可以知，F2井压裂裂缝延伸方向与F1井整体一致，F2井压裂裂缝长度略长于F1井；第一、二段裂缝延伸井距离压裂井较远，第三段靠近F1井一侧延伸较长，但位于F1井第三、四压裂段缝网中间，裂缝重合区域较少，压串可能性较低。总体上第一二段压裂形成网状缝，第三段压裂裂缝呈条带状分布，形成长缝网。裂缝整体展布方位为NE68°~71°，裂缝长度范围203~368 m，宽度为85~87 m，高度为65~75 m。具体裂缝参数见表2。对微地震事件的空间分布特征分析如下：

（1）储层天然裂缝若是不发育，压裂裂缝会沿着裂缝最大主应力方向延伸，根据射孔资料可知（表2），压裂段附近主应力方向约为NE71°，从压裂井微地震事件分布图中可以看出裂缝延伸方向为NE68°~71°，两者相差不大，由此可以看出微地震事件主要受区域应力的影响，储层天然裂缝不发育。

表2 压裂裂缝参数Table 2 fracturing fracture parameters

（2）F1井第一段至第四段和F2井第二段事件个数较多、信噪比较好，裂缝规模较大，形成了复杂的裂缝网络。但F1井第二三段和F2井第一段延伸较短，分析认为受造缝不充分和储层非均质共同影响。

（3）可以看出F1井第五段和F2井第三段微震事件较少，分布相对集中，压裂效果较好，分析认为段间距较小，岩石受到的能量相对集中，压裂液量较大，压裂规模也随之增大，但监测结果受噪音影响较大，信噪比不高，因此监测到的微震事件较少。

（4）裂缝重合区域较少，压串可能性较低，空间连续性较好，整体上分析认为压裂设计段间距和簇间距较为合理。

图3 F1井与F2井微地震事件三维展示图Fig.3 Three dimensional display of microseismic events in wells F1 and F2

3.3 储层改造体积计算

微地震SRV的计算是将微震事件的空间分布范围网格化，然后计算网格化的体积，该方法依赖于微地震事件点密度，受单元网格大小影响较大[23]。一般计算出的SRV比实际大，也可能低估裂缝网络的连通性。计算网格参数为平面网格单元为10×10 m（图4），垂向单元为5 m。经计算，F1井压裂储层改造体积（SRV）为579万方，F2井压裂储层改造体积（SRV）为227万方，合计806万方。

图4 储层改造体积（a-F1井，b-F2井）Fig.4 Reservoir reconstruction volume （well a-F1, well b-F2）

3.4 综合分析对比

（1）与压裂施工曲线对应性分析

微地震事件主要是由于地下岩层在水力作用下被撑开，导致岩石破裂张开或相对滑动时产生的微小震动[8]。研究发现（图5），当排量增大，地层被压裂液所填充，导致压力逐渐升高，某一时刻当地层被压开产生新的裂缝或沟通天然裂缝时，压力会显著下降，这时微地震事件明显增多；当排量保持不变提高沙比，压力曲线会缓慢上升，此时压力虽然没有骤降，但由于支撑剂填充到裂缝里，使得裂缝不断延伸，也会出现微地震事件，总体来说，微地震事件的发生伴随着水力压裂的全过程，以F1井第一段微地震事件分布与压裂曲线对应图为例，可以看出微地震事件伴随着整个压裂施工过程，在压力缓慢上升和压力骤降的时刻，微地震事件最为集中，说明微地震事件发生的时刻具有合理性。

图5 微地震事件分布与压裂曲线对应图 Fig.5 Corresponding diagram of microseismic event distribution and fracturing curve

（2）与生产动态曲线对应性分析

生产动态曲线是检验压裂效果最重要的依据。结合F1井近两年生产动态资料分析（图6），压裂改造初期产液量约57.25 m³/d，含水率约25.61 m³/d，之后呈现缓慢下降趋势，直至稳定。目前日产油26.35 t，含水率37.21%，累计增油4 136 t，较压裂初期日增油下降15.12 t，后期保持在26 t左右，整体上F1井压裂后日产油保持稳定，下降速度较慢。总体评价本次压裂取得了良好的效果。