井下微地震裂缝监测技术在水平井分段压裂中的应用——以WQ油田为例

李婷婷，尚秉华，罗 鹏

（延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西延安， 717600）

最近几年来，WQ油田致密油藏借鉴国外页岩气开发的成功经验，采用水平井结合水力喷砂+环空加砂分段多簇压裂进行开发，这种大规模压裂，能够沟通天然裂缝，形成复杂的网状裂缝形态，增大与储层的接触面积，从而提高单井产量。为提高水平井整体开发效果，进一步认识水平井人工裂缝方向，需要对水平井分段压裂裂缝展布进行监测。通过地层裂缝测试判别人工裂缝的走向，为水平井注采井网、注水强度提供重要依据。

预测裂缝的传统方法包括计算机建模、压裂压力分析、同位素追踪、试井、倾斜测量、井基测量等压裂监测技术，都具有其自身的局限性，不能完全监测裂缝的长度、高度、宽度、方位角，而微地震监测技术就可以做到这一点。

通过进行井下微地震监测技术为认识压裂裂缝的方位、倾角、大小（长度，宽度，高度）、间距和破裂程度信息，为储层压裂历史和储层中流体的运移路径和动态演化方面提供更深层次的理解。

1 井下微地震裂缝监测原理

微地震监测主要包括数据采集、震源成像和精细反演等三个关键步骤。

目前数据采集是利用高灵敏度高频率检波器，为法国Sercel公司的SlimWave系统。SlimWave系统采用多级检波器，等距排列，每级检波器内列放着三个不同轴向的磁动线圈，以保证全方位接收震源发出的P波和S波。井下仪器与地面通讯采用高速总线传输，带宽达到4Mb/s，以保证瞬间大量信号的传输，同时利用特殊工艺以屏蔽传输中产生的干扰信号。

处理解释软件是英国ASC公司的Insite可视化处理系统。软件主要实时监测功能，复杂的tian射线追踪定位算法与检波器方位校准与速度校准。

井下微地震裂缝监测技术通过在压裂井周围 200～1200m选择一口邻井，把多级检波器下入目的井段固定好等待监测。在周围2000m范围内需找一口定位井，在该井井下进行定位震源作业以确定该地层速度与检波器的方位。开始压裂施工作业同时进行压裂监测，通过不间断的数据采集和处理来完成对压裂过程监测。

2 井下微地震裂缝监测方案设计

本次选择对WQ油田元托子区块长8油层水平井TP24井的分段压裂过程进行监测，邻井WC26-5-2井作为监测井。采用的12级检波器，采样间隔0.5ms，连续地不间断记录，每10s记录一个SGY文件。

在WC26-5-2井井中下入共13级仪器串：其中有12级检波器，检波器与电缆相连，等间距10m排列，最下端为垂重，总长度130m。根据井况以及检波器尽可能靠近压裂目的层，检波器下放深度在1880～1890m。检波器方位校正井为压裂井TP24井，首段射孔采用射孔弹，利用射孔弹信号来对检波器方位校准。初步设计利用TP24井射孔信号定位。

图1、图2为TP24井井下微地震裂缝监测示意图。其中，第1级检波器（最下面检波器）离第1个射孔空间距离约为487m，距离第7级射孔空间距离约为442m，距离最近检波器为360m。根据以往本区监测经验，监测距离超过500m微震信号能量小，监测不到，因此本次监测6段，压裂第一段部分距离超过500m，不监测。实际上也进行了监测，收到部分的信号。

图1 TP24井微地震裂缝监测示意图（水平投影图）

图2 TP24井微地震裂缝监测立体图

3 检波器方位校正与模型建立

本次检波器方位校正在TP24井中进行。利用在TP24井内射孔信号进行定位，在WC26-5-2检波器接收到信号。利用已知震源位置对井下检波器方位进行校准，并进一步建立速度模型。在TP24射孔深度在2834.5.5～2835.5m，2814.5～2815.5m。如图3所示。

图3 TP24井的射孔信号

基本原理：①通过空间一个已知点产生一个震源事件；②检波器接收到事件信号，通过对事件P波到时与S波到时拾取，进行速度校准与检波器三分量方位校准，反演出事件发生的震源向量；③如果反演定位的震源向量与实际的事件发生点吻合，表明模型建立准确。

图3为在TP24井在2814.5～2815.5m处的射孔信号。图中I=1、2…….12为从第1个检波器到第12个检波器接收到的信号，图中每道为X、Y、Z三分量叠加信号，12个检波器共有36个信号。从图中明显可以看到P波先到，S波后到。由于P波速度大，先到达到检波器，S波速度小，稍慢于P波到达检波器。

图4为检波器方位校准与速度模型建立经过反演定位的示意图。首先利用在2814.5～2815.5m处的射孔信号对检波器方位与速度校准，建立初始模型，再利用后面的射孔信号不断优化模型，确定最终模型。图中圆点为反演定位的射孔点位置，可以看到所有反演定位点基本上都在一条直线，都分布在井轨迹上，定位准确，能够满足微震定位的需要。

图4 检波器方位校准

4 背景噪音分析

微地震监测检波器在地下所受干扰因素较多，微地震资料信噪比也比较低，所以为了更好地对微地震有效事件进行自动识别，背景噪音分析十分必要。

通过分析，背景噪声主要集中在低频段，主要为频率小于100Hz的噪声，这样通过带通滤波对其进行消除，过滤到100Hz以下的低频干扰，微地震信号的主频一般集中在200～1000Hz，因此通过带能滤波完全可以消除低频噪声的影响。

5 监测结果分析

本次利用微地震监测了TP24井的压裂施工，监测得到了裂缝网格的形态与走向。监测结果显示，在本次压裂过程中，裂缝走向在91°～95°。如表1所示，为统计各段裂缝网格的长、宽、高与走向。监测的裂缝网格长度在298～384m，裂缝网格宽度在76～97m，裂缝网格高度57～86m。在压裂第5段时，油管压力一直起不来，后现场综合判定，可能是第5段位置固井质量不好，导致压裂液从套管外壁窜到第4段，与第4段的裂缝沟通了，导致油压一直上升不起来，因此放弃第5段压裂，直接压裂第6段。

表1 统计裂缝网格参数

5.1 裂缝方向

监测结果表明：裂缝走向为平均为北偏东93°，与本区的最大主应力基本一致。裂缝走向与井筒近似垂直，产生的垂直缝，有利于扩大压裂体积。

5.2 裂缝形态

监测结果表明：①第2-7段压裂裂缝长度在298～384m。第1～3段裂缝主裂缝明显；第6～7段网状缝特征清楚（图5）。②在第1段井东侧有出现能量较小的几个微地震事件，推测可能此处存在天然裂缝。压裂后期排量稳定，但是油压一直在下降，也可以推测人工裂缝与天然裂缝沟通后，导致压力 降低。

图5 TP24井裂缝三维显示图

6 结论

1）通过微地震方法对压裂裂缝的监测，获得了裂缝在三维空间的展布形态，并利用椭球体对裂缝网格做出定量解释；压裂产生的人工裂缝改造最大的压裂体积，达到设计要求。

2）裂缝监测结果表明：该地区裂缝走向平均为北偏东93°，与本区的最大主应力基本一致。裂缝走向与井筒近似垂直，产生的垂直缝，有利于扩大压裂体积。在第1段井东侧有出现能量较小的几个微地震事件，推测可能此处存在天然裂缝。

3）井轨迹设计与压裂设计要考虑到天然裂缝的发育状况。

4）砂射孔+环空加砂分段压裂技术中每段需要排液，因此射孔段位置、封隔器位置，分段长度需要优化设计。段间距过小，易造成窜层，导致本段不能压裂。