HAL压裂裂缝监测技术说明

哈里伯顿压裂裂缝微地震监测说明2015年4月1.微地震数据采集方式井下微地震裂缝监测理论源于研究天然地震的地震学，主要为利用在水力压裂过程中储层岩石被破坏会产生岩石的错动（微地震）来监测裂缝形态的技术。

井下微地震监测法将三分量地震检波器（图1）,以大级距的排列方式，多级布放在压裂井旁的一个或多个邻井的井底中（图2）。

三分量微地震检波器在压裂井的邻井有两种放置方式：一种是放置在邻井中的压裂目的层以上，用于邻井压裂目的层已射孔生产情况，由于收集微地震信号的检波器非常灵敏；为防止监测井内的液体流动对监测造成井内噪音，必须在射孔段之上下入桥塞封隔储层，然后将检波器仪器串下入到桥塞之上的位置。

另一种方法是将检波器放置在邻井中的压裂目的层位置上，这种情况检波器和水力裂缝都位于相同的深度和储层，此时声波传播距离最近、需要穿过的储层最少，属于最佳的观测位置，这种方式用于邻井的目的层未实施射孔生产的情况。

图1 三分量地震检波器图2 三分量地震检波器下井施工现场图3显示一个由5级检波器组成的仪器串在压裂井的邻井下入的两种布局方式：图中左边表示邻井已射孔的情况下，射孔段以上经过桥塞封堵，检波器仪器串放置在该井的目的层以上；图中右边表示邻井为新井的情况下，目的层未实施射孔，检波器仪器串放置在该井的压裂目的层位置上。

井下微地震压裂测试使用的三分量检波器系统检波器以多级、变级距的方式，通过普通7-芯铠装电缆或铠装光缆放置在压裂井的邻井中。

哈里伯顿使用采样速率为0.25ms的光缆检波器采集系统采集和传输数据。

常规的电缆一方面数据传输速率低，另一方面对于低频震动信号易受电磁波的干扰大。

采用铠装光纤进行数据传输不但传输速度快，并且允许连续记录高频事件，提高了对微小微地震事件的探测能力同时对微地震事件的定位更加准确，监测到的裂缝形态数据最为可靠。

图3 多级检波器系统在邻井的两种放置方式另外，由于检波器非常灵敏，井筒中的油气流动会很大程度的影响监测微地震事件的信噪比，如果监测井为已经射孔的生产井，需要在射孔段以上20米的位置下入桥塞，检波器仪器串底部下入到距离桥塞10米的位置。

如果压裂井和监测井位于同一个井场，泵车在压裂期间的噪音同样会对监测造成影响，为了最大程度的确保微地震事件的信噪比，需要将监测井降液面至距离井口300米的位置。

另外监测井需要通洗井，保持空井筒，仪器下入的井段需要固井质量良好，检波器仪器下入到监测中以后需要通过推靠和套管壁直接连通以保证监测质量。

2.提供的成果哈里伯顿井下微地震裂缝监测技术可以准确解释出压裂裂缝的长度、高度、方位、形态，指导分析压裂裂缝是否超出储层以及对目的层的覆盖范围，评估储层在压裂改造过程中被压裂改造的体积和范围，辅助优化压裂作业规模、优化完井成本，帮助改进油藏的井网布置、优化直井或水平井加密井方案，提高压裂再设计的针对性等等。

我们可提供全压裂泵注过程动态裂缝几何形态三维视图展示：裂缝方位、裂缝长度、裂缝高度、缝网宽度、空间展布，储层改造体积（SRV），压裂效果分析与压裂优化建议。

提供文本格式的微地震事件解释结果，包含各微地震事件点的坐标、发生时刻、能量震级、信噪比等能表征裂缝等信息。

及随时间发育的微地震事件空间展布三维可视化数据文件，破裂面拟合结果。

我们提供给客户功能强大的微地震成果二维三维显示工具平台，客户可以通过该平台自行研究分析具体项目监测结果，查看水力裂缝监测结果随时间和施工曲线延伸特点以及空间展布形态，播放各个压裂段的微地震监测结果随施工曲线播放微地震事件的动态的延伸和扩展而不仅限于提交给客户的视频文件。

图4 全压裂泵注过程动态三维视图展示图4 为微地震监测结果显示平台（TerraVista）的三维窗口，在这个平台中可以加载压裂井和监测的测井曲线、目的层的顶底构造图、井轨迹、射孔点位置、微地震事件、施工曲线等等。

可以以任意角度观察任意时间点的微地震结果。

图5 TerraVista三维窗口测量距离图5为TerraVista三维窗口测量距离展示，在这个平台中可以轻松测量裂缝长度、方位、高度、缝网宽度等等裂缝形态参数，可以播放微地震事件随时间（施工曲线）延伸扩展动态或者查看任意时间点的裂缝形态。

图6 TerraVista二维窗口监测结果展示图6为TerraVista二维窗口监测结果，在二维窗口中我们可以进一步清晰的对比裂缝高度、长度、方位等信息，也可以和三维窗口一样播放微地震事件随时间（施工曲线）延伸扩展动态或者查看任意时间点的裂缝形态等。

我们还可以提供破裂面拟合结果，我们还可以通过拟合的裂缝形态针对裂缝网络建立模型，然后模拟预测产量。

图7、图8和图9分别为裂缝拟合（破裂面拟合）、裂缝网络建模、和产量预测示意图。

图7 压裂裂缝拟合（破裂面拟合）图8 裂缝网络建模图9 产量模拟与预测我们提供给SRV计算结果。

SRV是哈里伯顿在北美Barnett地区根据页岩气井压裂压后产量与储藏改造体积成正比关系而提出的用于评价和预测压裂改造效果和压后产量的重要概念。

它是通过计算压裂过程中产生的在目的层内部的微地震事件的空间分布体积来描述的，计算的方法包括能提供通过微立方体法（每一个最外层微地震事件包络一个垂直于井轨迹的立方体，计算总体的包络体积）或者收缩包络法（连接所有的最外层的微地震事件包络的体积）并去除储层之外微地震事件，如图10、11所示。

SRV计算方法由哈里伯顿提出，详见SPE148610。

图10 SRV计算方法：微立方体法图11 SRV计算方法：收缩包络法3.实时处理解释及提供的相关数据哈里伯顿提供的现场实时微地震裂缝监测服务由经验丰富的地球物理师完成指定区块试验井压裂裂缝井下微地震监测采集，识别压裂作业过程中产生的微地震事件，对处理后的微地震数据进行解释，提供压裂过程中微地震事件产生的方位、长度、高度、裂缝位置平面图，随时间发育的微地震事件空间展布的三维显示图、影视格式文件，并把监测结果通过数据传输系统每3-5分钟向压裂作业现场工程师提供一次裂缝形态解释结果。

包括压裂井的射孔数据定位分析，利用射孔数据分析速度模型的准确性,对高信噪比的数据进行现场定位计算，确定裂缝网络的几何尺寸和方位，为压裂方案调整提供依据现场实时裂缝监测可以在压裂现场随着压裂施工的进行实时展现裂缝的延伸形态。

图12 井下微地震裂缝监测现场实时处理解释示意图✓现场实时展示相应段改造时压裂裂缝网络的长度、高度、宽度，可以根据监测得到裂缝实时几何参数及时调整压裂参数以其达到我们所希望得到的裂缝形态。

✓现场实时展示相应段改造时压裂裂缝网络的宽度，实时评价体积改造效果并可做出相应调整。

如根据上一段的裂缝网络的宽度，在射孔位置可调的情况下（水力喷射、射孔桥塞联作等）调整段间距、射孔簇数量或者位置以期达到单井最优化改造效果。

✓实时展示裂缝起裂与延伸位置和空间形态，帮助分析段间封隔效果（桥塞、封隔器、水泥环等）。

避免大量压裂液因封隔失效流失到已改造压裂段；避免因封隔失效而遗漏未改造压裂段。

✓实时展示压裂裂缝延伸状态和空间形态，帮助分析地面施工压力异常原因，以便及时作出正确对策。

✓实时展示压裂裂缝延伸状态和空间形态，帮助评价与分析压裂工艺的有效性（缝内裂缝转向、限流压裂、转向压裂等）。

✓现场实时展示相应段改造时压裂裂缝高度，若发现裂缝向上或向下延伸至水层或者含有H2S地层，可立即采取相应措施。

✓现场实时展示相应段改造时压裂裂缝长度，可根据预期要达到的裂缝长度要求或者规避裂缝延伸到邻井以及规避地质灾害，现场实时调整压裂改造参数。

4.数据的精度井下微地震处理解释精确度很大程度依靠速度模型的准确性，通过压裂井和监测井测井曲线建立好初始速度模型之后还要通过射孔定位事件来校正和优化速度模型。

定位微地震事件需要速度模型能准确提供分层的横波速度和纵波速度，测井曲线提供的纵、横波速度是地层垂向深度方向的速度，而微地震事件的传输路径有很大部分的层间传输。

加之测井数据采集的是近井地带的数据，可能由于泥浆的侵入污染、压实等影响而使得测井数据存在一定的误差。

而且地层横向的油藏非均质性都会影响初始速度模型的准确度。

在仪器顺利下入到监测井中、确认井底背景噪音很小不会影响监测并且完成仪器串的定位之后，根据压裂井和监测井的测井数据（比如Gr曲线）首先对地层进行速度分层。

偶极声波曲线较之普通AC声波测井数据能提供单独的横、纵波速度曲线更适用于建立初始速度模型，在此基础上建立的速度模型要可靠一些。

另外检波器的采样频率也会很大程度的影响微地震事件的定位精度。

哈里伯顿采用的检波器频率为0.25ms，误差最小，大概在1-2米左右，射孔点定位误差在模型中可以做到小于1米。

图13 采样率与偏差射孔定位事件不仅仅用来确定井底仪器的方位，还要用来校正速度模型，进一步提高模型的准确性。

根据接收到的射孔产生的声波到达时间和特征，对每只三分量检波器进行定向。

经过仪器定位和初始速度剖面建立，我们已经可以处理解释微地震事件的空间位置，通过比较初始速度模型计算射孔点位置与实际位置的误差来调整和优化初始速度模型，如图14。

直到两点基本重合，说明校正的速度模型合理。

我们的处理解释软件SeisPT经过多年的经验积累和发展成为行业内最好的微地震数据处理解释软件，可以通过自动微调与计算自动优化与校正速度模型，能使射孔点定位误差小于1米，另外优化速度很快，为实时处理解释提供坚实的保障。

图14 实际射孔位置与初始模型和优化模型计算射孔位置的误差5.相关资料井下微地震监测需要提供或者满足以下条件：•观测井：套管尺寸是否能能够空井筒固井质量（80%以上）是否完成通井、洗井作业是否已经射孔，射孔段深度井口坐标井斜数据（数字txt格式）测井数据（偶极声波测井数据为佳，数字txt格式）井口海拔、套补距•压裂井：压裂设计井口坐标井斜数据（数字txt格式）测井数据（偶极声波测井数据为佳，数字txt格式）井口海拔、套补距井深，压裂目的层温度施工时长目的层深度范围6.完成监测后提供成果的时间现场完成数据采集以及实时处理解释之后，所有的数据还需要室内精细处理解释。

在三周之后提供全部成果。

7.哈里伯顿井下微地震监测区别于其他竞争对手的优势1.经验丰富。

微地震监测服务是由Halliburton引入市场的，Halliburton是全球最大的压裂监测服务供应商，至今已监测30000多个压裂段。

2.工程师和处理解释平台交互解释。

不同于其他竞争对手实时处理解释甚至后期处理解释是通过计算机自动处理解释计算。

为了得到有实际意义能够实时指导压裂改造的裂缝形态结果，Halliburton实时处理解释以及后期的精细处理解释都是通过丰富经验的工程师与处理解释平台交互实时精细处理解释得到准确的裂缝形态结果，人工挑选、处理、解释微地震事件（3-5分钟延迟于裂缝实际延伸形态），这样得到的裂缝形态结果准确，帮助全球范围内的客户在压裂改造过程中做出正确的决定。