井下微地震裂缝监测设计及压裂效果评价_王治中

收稿日期:2005-08-17
作者简介:王治中(1969-),男,中国石油大学(北京)在读博士,从事油气井岩石力学和出砂预测研究工作。

文章编号:
1000-3754(2006)06-0076-03
井下微地震裂缝监测设计及压裂效果评价
王治中1
,邓金根1
,赵振峰2
,慕立俊2
,刘建安2
,田 红
1
(11中国石油大学,北京 102249;21长庆油田勘探开发公司,陕西咸阳 712000)
摘要:
井下微地震监测技术作为监测压裂效果的有效手段之一,首次在长庆油田的庄19井区得到了
应用。

本文在简要介绍井下微地震压裂监测技术的基础上,论述了选井选层设计、测震传感器的布置
优化、井筒体液设计和压裂设计,并利用微地震压裂监测结果分析了压裂井的裂缝展布特征,验证了压裂施工效果。

该方法对于验证传统方法的准确性、提高裂缝测试水平及油田开发效果具有重要意义。

关
键
词:
微地震技术;水力压裂;施工设计;监测;裂缝展布;油田应用;效果分析中图分类号:
TE35711 文献标识码:A
水力压裂作为油气增产的主要措施已被广泛应用于现代石油工业。

经济有效的水力压裂应尽可能地让裂缝在储层延伸,防止裂缝穿透水层和低压渗透层
[1,2]。

现场作业表明,水力压裂的效果往往不是十
分明显,有时由于穿透隔层而导致失败,造成油层压力体系破坏,影响油田的开发效果
[3]。

因此,研究
裂缝扩展规律、优选压裂作业参数,并采取有效措施控制裂缝的扩展形态是提高压裂处理效果的基础。

但从油田实践看,由于受监测手段的限制,对裂缝扩展规律的认识还十分有限。

井下微地震监测技术作为监测水力压裂裂缝扩展的最佳方法之一,首次在长庆油田的庄19井区得到了应用。

本文在简要介绍井下微地震监测技术的基础上,论述了选井选层设计、测震传感器布置优化、井筒液体设计和压裂设计方法,并利用微地震监测结果分析了压裂井的裂缝展布特征,验证了压裂施工效果。

1 井下微地震裂缝监测技术
微地震压裂监测技术的主要依据是,在水力压裂过程中,裂缝周围的薄弱层面(如天然裂缝、横推断层、层理面)的稳定性受到影响,发生剪切滑动,产生了类似于沿断层发生的/微地震0或/微天然地震0。

微地震辐射出弹性波的频率相当高,一般处在声波的频率范围内。

这些弹性波信号可以用精密的传感器在邻井探测,并通过数据处理分析出有关震源的信息。

在压裂过程中,随着微地震在时间和空间上的产生,裂缝测试结果便连续不断地更新,形成了一
个裂缝延伸的/动态图0。

该图得到裂缝方位和长度的平面视图,可直接得到裂缝的顶部、底部深度和裂缝两翼的长度。

该技术有以下优点
[4-6]
:①测量快速,
方便现场应用;②实时确定微地震事件的位置;③能确定裂缝的高度、长度和方位;④具有噪音过滤能力。

2 测试设计
211 选井选层设计
依据井下微地震裂缝测试要求,选井选层主要考虑监测井和被监测井井距、井眼状况、监测井完井方式以及油层段距离等数据。

根据开发试验方案,对庄19区长82层进行压裂改造,庄61-23和庄59-21井作为压裂裂缝测试井,综合考虑优选庄19井为监测井。

根据GPS 地面定位系统和井眼轨迹数据,庄59-21井与庄19井长82层间的井底距离为214m,庄61-23与庄19井长82层间的井底距离为360m (图1)。

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76#第25卷 第6期 大庆石油地质与开发 P 1G 1O 1D 1D 1 2006年12月
212监测井入井工具设计
由于观测井庄19井在长63、长81、长82层均进行了射孔作业,如果微地震监测工具安装在庄19井长6层的射孔段上面,那么离庄59-21和庄61-23井的目的层(长82层)太高,接收庄59-21和庄61-23井的微地震事件信息就较低。

为此,决定在庄19井长81层射孔段上部井深2073m处下入可捞式桥塞,对主要生产层长8进行封堵后,将一个12级的微地震监测工具串安装到长63射孔段和桥塞位置之间。

从检波器1到检波器7的所有检波器两两之间采用10m长的单根柔性内连接串联,而从检波器7到检波器12的所有检波器两两之间采用两根短的刚性内连接串联。

213井筒液体设计
由于裂缝监测的地震波检波器非常灵敏,井筒液体设计的目的是消除噪音和创造分界面。

测试目的层上面的射孔段没有被封死,观测井庄19和压裂井的地面井口距离大约在100m左右。

前者可能引入来自射孔层内的噪音,而后者会引入来自地面的噪音。

为降低这些噪音,设计井筒内采用3种液体:①桥塞以上至长63层射孔段以下10m的井筒内放置监测工具串,采用比重112的盐水,创造一个能反射来自上面射孔段噪音的噪音反射段;②盐水以上,采用粘性胍胶基液(粘度约20mPa#s)灌注,胍胶基液柱长100m,创造一个分界面并减少液体流入长63层的射孔段;③从胍胶基液顶面到距井口100m的井筒灌注清水;④整个井筒的上部约100m井段不再灌注其他液体,置于空气中(图2)。

214水力压裂设计
庄59-21加砂80m3,砂比3915%,排量312m3/m in,入地液30910m3,破裂压力31172M Pa,工作压力39126M Pa,停泵压力14196M Pa,伴注液氮14m3。

庄61-23井加砂50m3,砂比3217%,排量314m3/m in,入地液21616m3,破裂压力31109 M Pa,工作压力34MPa,停泵压力19127M Pa,伴注液氮6m3。

215测试施工顺序
根据测试要求,距压裂井500m范围内的所有注水井提前一周停注,所有采油井提前2d停产。

现场具体实施时压裂井射孔前将检波器按设计下入监测井内,并灌入相应的设计液体。

然后对压裂井进行射孔或补孔作业,与此同时根据压裂井内的射孔信号、射孔位置与检波器的相对距离和位置对测井纵波速度进行校准,从而对多极三分量进行定位[7]。

接下来进行背景低频噪音测试,设置噪音初始水平。

最后在压裂施工前、压裂过程中、压裂后一段时间内连续记录由于压裂造成的微地震事件。

3测试结果及压裂效果分析
311测试结果
庄59-21井在测试压裂阶段检波器共接受到1个微地震事件,在主加砂压裂阶段共接受到了98个微地震事件。

开始31个信号均来自于检波器的下部(长8油层段),从第32个信号开始检波器的下部和上部位置均产生了大量微地震事件,即压裂液不仅进入了长8层同时也有相当部分进入了上部的长7层,尤其在压裂加砂的后期,大部分信号均来自于检波器的上部,压裂结束后的停泵阶段也监测到了来自于检波器的上部的8个信号。

此次监测井庄19井正好位于压裂井庄59-21井裂缝方位的侧向位置,压裂井的两翼裂缝的微地震信号均被监测到。

图3、4、5是庄59-21井压裂过程中产生的所有微地震事件解释结果[8],裂缝方位为NE75b,西南方向上压裂产生的微地震事件的长度为215m,东北方向上压裂产生的微地震事件的长度为150m,裂缝是对称的。

解释结果还显示,裂缝高度为260m,在垂直深度1960m处存在大的漏失层,裂缝高度向上延伸,超出了上部长7遮挡层的限制,压裂失控[7-10]。

312压裂效果分析
从裂缝测试结果看(表1),庄59-21井的施工压力较庄61-23井高出510MPa,而瞬时停泵压力却低310M Pa,这种差异反映出庄59-21井比庄61-23井的裂缝高度更大。

净压力分析发现,庄59-21井的后期净压力从8 M Pa上升到12M Pa后突然降落至8MPa,10m i n后
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2006年12月王治中等:井下微地震裂缝监测设计及压裂效果评价
表1裂缝测试结果
压裂井庄61-23庄59-21
地层长82长82
射孔段/m2139~21452161~2168
施工日期2004/9/292004/8/2
入地液量/m32051526310
前置液量/m357136012
支撑剂量/t811012916最大浓度/(kg#m-3)940950平均施工排量/(m3#m i n-1)314312平均施工压力/M Pa35104010瞬时关井压力/M Pa19151615
测试结果西南翼裂缝半长/m420215北东翼裂缝半长/m0150裂缝高度/m135260
裂缝方位NE80b NE75b
又上升16MPa,最后又降至9M Pa。

整个主压裂施工过程中的平均净压力在910M Pa左右,高出长82层上下储隔层应力差5MPa,后期净压力两次大幅度的下降均显示了裂缝高度延伸过大,与检波器在压裂后期接收到大量来自于上部储层的微地震信号吻合。

4结论及建议
(1)井下微地震裂缝测试技术首次在国内长庆油田应用3口井。

经监测设计、现场实施、资料解释表明,庄19井区2口井的裂缝方位为NE75b~80b,与其他方法测试结果相比,裂缝方位范围缩小,准确度更高。

(2)庄59-21井长82微地震裂缝西南向长215 m,南北向长150m,裂缝是对称的。

庄59-21井微地震裂缝高度为260m,超出了上部长7遮挡层的限制,大量的微地震事件显示在垂深1960m处存在另一条裂缝,反映出在油层段附近固井质量不好或油层内部不同层之间存在大的滤失通道或断层。

(3)对于特低渗致密油层,在储隔层地应力差较小、遮挡条件不好的情况下进行压裂改造时应结合应用缝高控制技术,以增加裂缝长度,提高压裂改造效果。

参考文献:
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编辑:何先华
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#大庆石油地质与开发P1G1O1D1D1第25卷第6期
f o r m ation.
K ey w ords:stress sensiti v ity;per m eability;porosity; lo w-per m eability gas reservoir;irreduc i b le w ater
A rtic le ID:1000-3754(2006)06-0073-03
R esearch and application of large discharge capacity scre w pu m p i n poly m er fl o oding
SH I Guo-chen,et al.(O il Pr oducti o n Eng i n eering Research I nstitute o f Daqing O ilfield Co m pany Ltd1, Daqing163453,Ch i n a)
Abst ract:During poly m er floodi n g i n dustrialized appl-i ca ti o n pr ocess in D aqing O ilfie l d,a i m ing at proble m s o f pu m p i n g unit and electric pum p exposed in po ly m er bear-i n g fl u i d lifti n g such as rod p i p e eccentric w eari n g,elec-tric m achine burn i n g and scre w pu m p li m ited dischar ge capacity,a type o f surface dri v e poly li n e large dischar ge capacity scre w pu m p is deve l o ped and applied to m eet the needs of po l y m er flooding lifti n g w it h a real d ischarge ca-pacity over180m3/d.Co m parison bet w een m onoline and po l y li n e design sche m es i n d icates t h at po ly line scre w pu m p has certa i n technical advantages in i m prov i n g stator rubber heat e li m i n ation and i m proving pum p perf o r m-ance,w ith correlated verification of field test resu lts.
F i e l d popu larizati o n app li c ation result sho w s that po lyline lar ge dischar ge capacity scre w pum p can w e ll m eet the lifting needs i n poly m er flooding w ells o f h i g h fluid pro-ducti o n i n D aqing O ilfie l d,w ith obv i o us cost effectiveness and energy econo m ic effectiveness.By the end o f July 2005,there are146w ells using large dischar ge capac ity scre w pum p in poly m er flood i n g and average m aintenance free period is339d.A favo rable fie l d application effect has been ach ieved.
K ey w ords:po ly m er;lar ge dischar ge capacity;scre w pu m p;research and developm en;t fie l d applicati o n
A rtic le ID:1000-3754(2006)06-0076-03
Dow nhole m icroseis m ic fracture m onitoring design and frac t uring results analysis
WA NG Zh i-zhong(Chinese Un i v ersity o f Petro l e u m, Be ijing102249,Ch i n a)
Abst ract:A s one of effecti v e m et h ods ofm onito ri n g frac-turing effec,t downhole m icrose is m ic fracture m on itoring technique is firstl y app lied i n Zhuang No119w ell area i n Changq i n g O ilfie l d.This paper i n troduces m echan is m o f do w nho le m icroseis m i c techn i q ue i n hydrau lic fracture m on ito ri n g and discusses opti m izati o n of m onitori n g w ell and layer se lecti o n,se is m ic sensors layou,t borehole fl u i d desi g n and fracturing desi g n.M i c roseis m ic m on ito ri n g da-ta i s used to analyze fracture geo m etry and verify fract u-ring results.This techn i q ue is i m portant i n verify i n g ac-curacy o f traditi o na l m et h od,i m prov ing fracture testing leve,l and i m proving fractur i n g techniques and o ilfie l d deve l o pm en.t
K ey words:m icr ose is m ic techn i q ues;hydrau lic frac-ture;operation desi g n;m on iti o ring;fracture geo m etry; field app lication;resu lts analysis A rtic le I D:1000-3754(2006)06-0079-04
Study on infor m ati o n m anage m ent syste m of casing da m age
LU W ei-gang,et al.(Exploration and Developm ent Research Institute of Daqi n g O ilfield Co m pany Ltd., Daqing163712,Ch i n a)
Abst ract:Infor m ation criteria of casi n g da m age cannot reach un ifor m ity i n o il producti o n co mpan i e s of D aqing O ilfield,causing much difficulty f o r sc i e ntific research on casi n g da m age.This paper reveals m ain prob le m s sho w-i n g i n m anage m ent and processi n g o f casi n g da m age, confers relevan t criter i a and desi g n concept of database on the basis o f easy usage,high efficiency and popularization estab lishes code criteria of casi n g da m age database, w hich i n cludes19types and a m ounts to136ite m s o f i n-fo r m ation.Based on this,it further discusses effect o f da-ta code for m at on data processing,illustrates developm ent tendency of casi n g da m age i n for m ation m anage m ent and processi n g,and establishes foundati o n for rea lizing st u dy on casi n g da m age,field traci n g and dec ision on net w ork. K ey words:casing da m age;i n for m ati o n m anage m en;t criter i a;database;decision
A rtic le I D:1000-3754(2006)06-0082-05
Effect of m ult-i syste m ultra-low interfacial tension and alkali in o il displace m ent process
H OU J i-r u i,et al.(Enhanced O il Recovery R e-search Center of Chinese Un i v ersity o fPetr o leum,Be ijing 102249,Ch i n a)
Abst ract:Based on results o f physical si m u lati o n exper-i m ents,and co m bining w ith theoretical ana l y sis,this pa-per illustrates that ASP m ult-i syste m and ultra-l o w I FT has less effect on starti n g residua l o il drop lets and decrea-si n g cap illary resistance fo rce than prev i o us deduction.I n order to m ake o il/wa ter I FT reach to u ltra-lo w deg ree,a lar ge a mount o f str ong a l k ali is added w ill lead to d isso l u-ti o n of reservoirm inera,l seri o usly generating crust of sur-face and w e llbore,deep e m u lsificati o n o f produced flu i d. Th is is unfavo rable for the whole ASP flooding e ffects and benefits.Thus,objective evaluati o n shou l d be perfo r m ed for mu lt-i syste m u ltra-lo w I FT and alka liw hich p l a ys an act u a l r o le i n o il d i s place m ent process,and m ore atten-ti o n shou l d be put on o il displace m ent effect of non-u ltra-lo w I FT syste m.
K ey words:ASP flood i n g;I F T;enhance recovery o i;l capillar y dr i v en resistance force
A rtic le I D:1000-3754(2006)06-0087-04
R esearch on effects of poly m er types on oil/water i n-terfacial propert y
Z HOU L i-j u an,et al.(Enhanced O il Recovery Cen ter o f Ch i n ese U niversity of Petro leum,Be ijing 102249,Ch i n a)
Abst ract:Interfacial properti e s of the poly m er i n cl u ding partially hydro lyzed polyacry la m i d e(HPAM)and hydro-phob ica ll y associating po ly m er(HAP)solution/m ode l o il are st u died respectively by dataphysics i n terfac i a l ten-
[6]Vol125No16Petro leum Geology&O ilfield Deve l o p m ent i n D aqing Dec12006。