1、 化学工程与装备 2023 年 第 5 期 96 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 5 月 井下微地震裂缝监测技术在杏北油田的应用 井下微地震裂缝监测技术在杏北油田的应用 闫 力（大庆油田有限责任公司第四采油厂，黑龙江 大庆 163511）摘 要：摘 要：首先对井下微地震裂缝监测技术进行了介绍，通过在相邻的其他井中下入多级检波器对压裂井进行监测，主要监测压裂时产生的微地震波，进而对压裂时产生的裂缝扩展的几何形态及空间展布规律进行描述。该技术可以现场显示压裂时压裂井裂缝延伸的高度、长度及其方位角，然后利用上述资料对裂缝扩展特征进行分析，为现场及时调整压裂
2、方案和后期进一步优化井网部署提供重要的理论证据，该技术对提高裂缝监测能力和油田进一步的持续开采可以提供重要的指导意义。关键词：关键词：微地震技术；地震波；裂缝延伸；扩展特征 前 言 前 言 随着油田的不断开发，开采力度也不断加大，需要一些措施来提高产油能力，其中很重要的一项措施就是压裂，并且其现在已经大面积应用在各大油田。压裂时应该尽最大可能让裂缝在油层中扩展延伸，同时也要防止裂缝过大而造成和水层串层及压穿至低渗透层1-2。现场实践证明，目前压裂的效果没有达到预期，压裂过程中存在穿透隔层而产生了压裂失败，并且严重损坏了本身的油层压力体系，对油田的开发效果产生了不良的后果3。所以，深入分析裂缝扩
3、展特征、优化压裂施工参数，并且使用一些高效的方法来控制裂缝的延伸形态能够有效地提高压裂效果。但根据目前情况看，能够监测裂缝扩展规律的技术方法较少，所以还未充分地了解裂缝扩展规律。井下微地震监测技术是目前较为成熟的一种技术，它可以有效地、实时地对裂缝延伸情况进行监测，我厂之前未使用过该技术。本文首先简单对该技术进行了介绍，之后通过该技术的使用对我厂了解压裂裂缝形态提供了重要的理论支持。1 井下微地震裂缝监测技术原理 1 井下微地震裂缝监测技术原理 微地震监测技术的理论依据是，压裂施工时裂缝四周的薄弱层面的稳定性受到了裂缝冲击，进而产生了剪切移动，即产生了沿断层发生的“微地震”或“微天然地震”相似
4、的特征。微地震辐射出弹性波的频率非常高，都是在声波的频率范围之内。通过使用精密的传感器可以监测到这些弹性波信号，然后进行处理数据，找出和震源有关的相关信息（图1）。当压裂时会伴随产生时间和空间上的微地震，从而不断形成了裂缝测试结果，最终得到一个能够显示裂缝延伸的“动态图”。通过此图可以看出裂缝方位和长度，进而得到裂缝的顶和底的深度以及两翼的长度。该监测技术主要有下面四个优势4-6：一是可以快速测量，能够现场及时使用；二是可以及时确定微地震产生的具体方位；三是可以准确计算出裂缝的高度、长度以及方位；四是能够滤将噪音过滤，减少其他声音对监测结果产生的影响。图 1 井下微地震裂缝监测示意图 图 1
5、井下微地震裂缝监测示意图 2 监测参数设计及现场实施 2 监测参数设计及现场实施 2.1 井位优选 裂缝监测时对监测井有一些要求，需要充分考虑监测井井况、检波器下入位置、监测井与被监测井之间的井距等诸多资料。根据现场试验情况，以压裂井 A 为例，该井压裂 5个层段，压裂深度为 1013.41178.0m，选取其周围 B 井作为监测井，桥塞下入深度 980m，下入 12 级检波器，深度为750970m。2.2 检波器方位校正 由于检波器两个水平分量是不确定的，所以需要利用导爆索对其进行定向。在监测井 A 中校正检波器方位。在压裂井 A 内射孔井段上 10m 进行放空炮弹进行定位，通过已经知道的震
6、源位置校正井下多级检波器的方位，主要包括拾取校验信号 P 波初至，分析矢量曲线偏振一致性，使用三分量对检波器进行旋转定方向。校验信号 P 波初至识别函数清晰，说明初至拾取准确；波形矢端曲线线性度良好，表明数据点在沿射孔的方向是线性一致的；定向结果角度方差为 0，表明应用此信息进行三分量方位校正准确（图 2）。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.067 闫 力：井下微地震裂缝监测技术在杏北油田的应用 97 图 2 检波器定向示意图 图 2 检波器定向示意图 图 3 速度模型优化流程 图 3 速度模型优化流程 2.3 速度模型建立及优化 通过对收集的测井资料进行筛选，优
7、选包含压裂目标深度及检波器深度的声波测井资料来建立初始速度模型，深度是垂直深度（m），模型假设各向同性，水平分层的，然后用导爆索对初始速度模型进行校准7-8。定位后的导爆索信号与真实导爆索位置在平面和深度上的吻合程度较高，表明速度模型满足后续压裂实时监测的要求。解释模型建立时主要有三个流程：一是通过监测井内一个已经知道的方位产生的某个震源事件；二是监测井中的多级检波器收到微地震事件信号，在摄取横波与纵波的到达时间，从而进一步校正速度和检波器三分量方向，反演计算出产生微地震事件震源方位；三是反演定位的震源向量和真实的微地震事件发生点如果一致，说明建立的初始模型是正确的，如果二者不一致，那就重新需
8、要修正解释模型。2.4 背景噪音处理 检测井中下入的检波器的环境不是绝对安静的，其周围噪音很多，不但有一些比较强的不确定噪声，而且也会产生高能量的低频噪声、扰动信号、井筒波以及导波等诸多噪音。如果想要准确的自动识别微地震真实事件，必须要先处理掉周围噪声9-10。选用带通滤波方法去除噪音，由频谱分析结果确定高通频率为 400Hz，低通频率经过测试，选择低通为40Hz 时，P 波初至更清晰，效果最好，因此优选带通滤波范围为 40Hz400Hz。（a）30-400Hz 带通滤波效果图 （b）40-400Hz 带通滤波效果图 98 闫 力：井下微地震裂缝监测技术在杏北油田的应用 （c）50-400Hz
9、 带通滤波效果图 （d）60-400Hz 带通滤波效果图 图 4 不同滤波参数测试结果对比图 3 监测结果及压裂效果分析 图 4 不同滤波参数测试结果对比图 3 监测结果及压裂效果分析 3.1 监测结果 以压裂井 A 监测成果为例，该井压裂 5 个层段，以该井的 D1 层成果为例，该层共注入压裂液 206.5m3，加砂 30m3，细致准确的处理此压裂层段微地震监测相关数据，处理解释结果表明：（1）裂缝形态为水平缝，波及面积 1821m2，解释裂缝主方位方向为 NE74；（2）根据微地震事件密度进行破裂面拟合，确定压裂改造参数，压裂改造体积 2.7104m2；（3）微地震监测结果显示：本层段 3
10、 次暂堵施工前后裂缝开启层位与设计层位相符，说明暂堵施工成功。（a）俯视图 （b）侧视图 图 5 D1 层压裂裂缝成果图 图 5 D1 层压裂裂缝成果图 图 6 D1 层微地震事件与压裂施工曲线结合图 图 6 D1 层微地震事件与压裂施工曲线结合图 闫 力：井下微地震裂缝监测技术在杏北油田的应用 99 表 1 D1 层裂缝网络解释成果表 表 1 D1 层裂缝网络解释成果表 压裂层段 裂缝网络长度（m）裂缝网络宽度(m)裂缝网络高度(m)裂缝网络走向(NE)微地震事件（个）1 81 41 18 74 12 A 井，本次共监测 5 个层段，5 层段共监测微地震事件52 个，平均改造缝长 65m，改
11、造体积 8.9104m2。图 7 A 井压裂裂缝成果立体图 图 7 A 井压裂裂缝成果立体图 表 2 A 井裂缝网络解释成果表 表 2 A 井裂缝网络解释成果表 压裂段 裂缝网络长度（m）裂缝网络宽度(m)裂缝网络高度(m)裂缝网络走向(NE)微地震事 件 改造体积（104m2）1 81 41 18 74 12 2.7 2 65 54 9 65 10 2.1 3 69 29 8 67 10 1.5 4 56 23 13 57 9 1.4 5 54 54 8 130 11 1.2 平均/合计 65 35 11.2 78.6 52 8.9 3.2 压裂效果分析 对 3 口井 17 层段微地震事件发
12、生规律进行分析，得出结论，水平裂缝是此裂缝形态，最小主应力方向为垂直方向，水平方向裂缝起裂主方位分布范围在 NE35NE154之间，SRV 在 1.22.7104m2。4 结 论 4 结 论（1）通过现场应用井下微地震裂缝测试技术可以看出，此 3 口井的裂缝方位在 NE35140之间，裂缝长轴平均长度 155m，平均波及面积 9373m2，各段 SRV 在 7.916.6104m3之间，压裂改造效果较好，对比其他方法测试所得到的结果，该技术大幅度缩小了裂缝方位范围，具有更高的精准性。（2）监测结果表明，针对储层物性变化较大，隔层薄的远端砂体可能连通的层段压裂中期建议进行缝内暂堵施工，能够改善物
13、性较差区域的压裂改造效果。（3）裂缝延展方向受断层和砂体走向影响明显，断层和砂体边界会限制裂缝的有效延展，通过大排量施工可有效突破砂体边界，扩大储层改造范围。（4）通过使用该监测方法,使我们更加细致地了解到裂缝延伸时其形态是非常复杂的，也直观准确的了解到压裂时裂缝如何延伸,在今后部署井网、优化压裂工艺参数以及后期评价压裂效果等方面起到了非常重要的指导意义。参考文献 参考文献 1 张景和,孙宗颀.地应力裂缝测试技术在石油勘探开发中的应用M.北京:石油工业出版社,2001.2 王家映.石油电法勘探M.北京:石油工业出版社,1986.3 Cipolla C L,Wright C A.Diagnost
14、ic Techniques to Understand Hydraulic Fracturing:What Why and HowR.SPE 59735,2000.（下转第 91 页）（下转第 91 页）吉庆涛：内嵌加热管在集输管道中的应用 91 图 2 新建断块偏远油井集油工艺示意图 图 2 新建断块偏远油井集油工艺示意图 表 3 断块偏远油井均偏远油井采用内嵌加热管单管集油运行参数计算表 表 3 断块偏远油井均偏远油井采用内嵌加热管单管集油运行参数计算表 联合站至 计量站（已建）管径 mm 流量 m3/d 掺水 温度 掺水 压力 MPa 联合站进站温度计量站 至该断块（新建）管径 mm 流
15、量 m3/d 断块 掺水 温度 断块掺水压力MPa断块远端井回压MPa 混合液线 D159 1245 混合液线D141.3875 改造后 掺水线 D114 670 62 2.16 31 掺水线 D114 480 57 1.521.44 表 4 偏远油井不同集油方式运行费用对比表 表 4 偏远油井不同集油方式运行费用对比表 名称 联合站总 掺水流量（m3/h）掺水温度（）掺水压力（MPa）混合液进 联合站温度（）掺水系统热负荷（kW）电伴热 耗电量（104kWh/a）运行 费用（万元）内嵌加热管 105 62 2.16 31 3797kW 30.70 683.88 掺水集油 105 67 2.3
16、8 31 4410kW 774 根据表 2、表 3、表 4 可知，偏远油井采用智能内嵌热缆加热敷设连续管单管集油方式，联合站已建集输系统的掺水温度、掺水压力以及该断块远端油井的井口回压均低于偏远油井采用掺水集油工艺时的运行参数，大大降低油田的生产运行费用。4 结束语 4 结束语 内嵌加热管实现了长距离多井串联输送工艺，为油田偏远断块油井的经济有效开发创造了有利条件。但由于电气元件较多，因此要根据所处的额地理环境选择该集油工艺，尽量避免在低洼积水地带应用。（上接第 99 页）_（上接第 99 页）_ 4 Barree R D.A Practical Guide to Hydraulic Fracture Diagnostic TechniquesR.SPE 77442,2002.5 M Mayerhofer,Sdemetrius,L Griffin,et al.Tiltmeter Hydraulic Fracture Mapping in the North Robertson Field,West TexasR.SPE 59715,2000.6 Griffin L G,Sullivan
