水力压裂裂缝微地震监测测试技术与应用
微地震在水压裂中的应用
8
水污染应该不是问题，政府和公司都在解释
IPAA President Barry Russell “The question of underground drinking water contamination from hydraulic fracturing is a settled issue; hydraulic fracturing has not caused underground drinking water contamination.” All majors and independent’s issue viewpoints in their website Exxonmobil, Shell, Chevron, ConocoPhillips, Marathon …
20
Stimulated Rock Volume (SRV)
Stimulated Rock Volume, SRV’s at different stages
21
DFN & SRV
Eisner & MSI
22
History Matching
Simulation and history matching
• • • • • • • • • • • Brigham Exploration Continental Resources Encore Operating Hess Corporation Petro-Hunt LLC Whiting Petroleum Schlumberger Oilfield Services MicroSeismic, Inc. Terrascience DOE National Energy Technology Laboratory Lawrence Berkeley National Laboratory
水力压裂裂缝微地震监测测试技术与应用
特点
地面微地震 Y Y N Y
费用低、操作简单, 精度差 ,
N Y Y N N 易受地面 设备 造成的 微地 震影响
井下微地震 Y Y
Y
N
Y
YN
N
费 用昂 贵, 对 监测 井 要求 高, 条件较苛刻
地面微破裂 影像
Y
Y
Y
N Y Y N N 解释过程复杂, 需 3~ 4 d
阵列式地面 微地震
Y
Y
Y
N Y N N 费用昂贵, 精度较高
1 微地震裂缝监测技术
1. 1 地面微地震裂缝监测技术 根据摩尔- 库仑准则, 水力压裂裂缝扩展时, 必
将沿裂缝面形成一系列微震。记录这些微地震, 并 进行微地震震源定位, 由微地震震源的空间分布可 以描写人工裂缝的轮廓。微地震震源的空间分布在 柱坐标系的三个坐标面上的投影, 可以给出裂缝的 三视图, 分别描述裂缝的长度、方位、产状及参考性 高度( 见图 1) 。
本文收稿日期 : 2011- 12- 28 编辑: 王 军
( 1) 简易地面微地震与微破裂影像相比, 由于布 点少、干扰大, 再加上裂缝本身的复杂性, 检测精度 较低, 本次施工只解释出 6 段。解释结果与微破裂 影像解释结果差异较大, 有三段解释方向基本一致。
2012 年 6 月
油 气 井 测试
关键词 地面微地震 井下微地震 微破裂影像 阵列式微地震 压裂
0引言
微地震压裂监测技术原理起源于天然地震的监 测, 水力压裂井中, 由于压力的变化, 地层被强制压 开一条较大裂缝, 沿着这条主裂缝, 能量不断的向地 层中辐射, 形成主裂缝周围地层的张裂或错动, 这些 张裂和错动可以向外辐射弹性波地震能量, 包括纵 波和横波, 类似于地震勘探中的震源, 压裂裂缝微地 震监测技术就是通过收集这些弹性波信号, 结合模 型来解释地下裂缝的情况[ 1] 。
微地震监测技术及其在油田开发中的应用
摘 要 : 微地震监测是指将井下地震技术用于探测由于岩石内应力发生变化而引起的微地震事件 ,即将高灵敏度的 地震传感器布放于压裂邻近的井中 ,连续记录因压裂引起的油气藏物理特性改变而产生的微地震活动 。该技术用于油 藏和气藏水力压裂裂缝的成图 ,通过对压裂过程中的微地震数据连续采集记录并实时处理 ,标定出微地震事件即压裂裂 缝的位置 。借助于微地震裂缝诊断 ,在压裂作业过程中可以有效地优化压裂和压裂方案设计 ,提供油气藏资源评价 、 油 气藏趋替信息和未来钻井位置图 ,达到增产目的 ,并为二次勘探的规划提供依据 。 关 键 词 : 微地震监测技术 ; 水力压裂裂缝 ; 裂缝空间位置 ; 油田增产 中图法分类号 : P631. 4 + 13 文献标识码 : B 文章编号 : 100429134 ( 2004) 0520005204
图4 正交直方图
测技术是一种有利于油田开发的技术 , 搞清楚裂缝的 空间发育情况 ,直接关系到油田生产产量的部署 ,也直 接影响到油田的总体产量 。 国外已经将此技术作为一个常规生产手段 , 使用 在重点大型压裂的动态监测中 ,在美洲 、 欧洲等地有大 量的使用 [ 10 ] 图 5 是一实例 ,给出了压裂裂缝动态检测 得到的裂缝空间展布图 。
第一作者简介 : 董世泰 ,男 ,1965 年生 ,博士 ,高级工程师 ,1989 年毕业于石油大学 ( 华东) 地球物理勘探专业 ,现在中国石油勘探开发研究院从事物 探装备研究工作 。邮编 :100083
・6 ・
石 油 仪 器 PETROL EUM INSTRUMENTS 2004 年 10 月
人员 、 压裂技术人员 、 地质人员都想明了人为改造的裂 缝的位置 ,即裂缝的高度 、 长度 、 宽度 、 延伸 、 方位的准 确位置 ,以便合理地调整开发方案 ,确保油井的安全和 整个油田的完整性 , 达到长期高效的油田开发和增产 的目的 。借助于微地震监测技术可以实现这一愿望 。 微地震监测是将一种新的能够保证实时数据采集 的三分量地震接收系统 , 以大级距的排列方式 , 多级 布放在压裂井旁的一个邻近井中 , 接收由于压裂导致 地下岩石断裂所产生的微地震信号 , 经过资料处理得 到裂缝的空间位置 [ 2～4 ] 。
压裂裂缝监测技术
压裂定位控制——Frac-Hook多分支套管压裂技术，可以更好地定位 压裂位置，更精确地控制分支井筒，提供有选择性的高压压裂能力。
多级压裂能力——FracPoint EX技术，使用投球或滑套一次起下封隔 完井，在Williston油田成功完成24级裸眼封隔压裂。
IntelliFrac技术
This new service combines advanced microseismic services from Baker Hughes with pumping services from fracturing technology leader BJ Services.
导流 缝长 缝高 缝宽 方位 倾角 体积
能力 ◆◆◆○○◆◆ ◆○◆○○○◆ ◆○◆○○○◆ ○◆◆◆◆○○ ○◆○○○○○ ○○○◆◆○○ ○◆○○○○○ ○○○◆○○○ ★◆○★◆○○ ★★◆◆◆◆○ ◆◆○★★★○ ◆★★○○○○
★—可信 ◆—比裂缝监测技术
压裂裂缝监测技术
水力压裂技术是目前世界上老油田增产和非常规油气田 开发所应用最为广泛且最为有效的技术措施。油气储层裂缝 分布规律的研究分析是贯穿油田勘探开发各阶段的基础工作。
压裂裂缝监测技术
压裂监测的 主要目的是通过 采集压裂施工过 程中的一些参数 资料来分析地下 压裂的施工进展 情况和所压开裂 缝的几何参数。
要求：放射性同位素应不 发生自然扩散。
近井地带监测技术
放射性示踪剂技术
操作可参照“中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T 5327-2008”----《放射性核素载体法示踪测井技术规 范》执行。
微地震压裂裂缝监测方法及应用
this paper,at first,microseismic fracture monitor basic principles are
introduced,including acoustic emission(AE), Mohr-Coulomb theory,fracture
mechanics rules. Secondly,making a comparison between conventional fracture
monitor(dip compass, well temperature test, radioactive measurement, potential
method, etc.) and microseismic fracture monitor, showing microseismic fracture
1.1 选题依据及意义................................................................................................................1 1.2 国内外研究现状................................................................................................................2 1.3 研究思路及内容................................................................................................................4 1.4 创新点及研究成果............................................................................................................5 第 2 章微地震压裂监测原理...........................................................................................................6 2.1 微地震压裂监测技术的基本原理....................................................................................6
微地震监测技术在非常规油气藏压裂效果综合评估中的应用
第22卷第3期油气地质与采收率Vol.22,No.32015年5月Petroleum Geology and Recovery EfficiencyMay 2015—————————————收稿日期：2015-03-31。
作者简介：李红梅（1970—），云南江川人，女，高级工程师，博士，从事地震资料综合研究工作。
联系电话：（0546）8789733，E-mail ：lihong⁃mei519.slyt@ 。
基金项目：中国石化科技攻关项目“微地震监测技术及处理系统研发”（P13078）。
·油气钻采工程·微地震监测技术在非常规油气藏压裂效果综合评估中的应用李红梅（中国石化胜利油田分公司物探研究院，山东东营257022）摘要：随着非常规油气藏的规模开发，微地震监测作为该类型油气藏水力压裂体积改造设计、实施及评估的关键技术得到了迅速发展。
东营凹陷盐227井区作为低孔特低渗透油藏，在进行整体压裂开发的过程中对微地震监测数据进行了采集与处理。
通过微地震事件点俯视投影、沿井轨迹侧视投影、压裂改造体积及压裂波及前缘面积计算等方法，分析了人工裂缝带的长度、宽度、高度和方位等空间发育特征及其影响范围，综合利用钻录井、测井和三维地震等资料，分析了研究区天然裂缝分布特征、各压裂段岩性组合或沉积相带特征及其对人工裂缝空间分布的影响，综合评估了盐227井区非常规油气藏压裂改造效果，明确了砂砾岩扇体中扇中可压性好于扇根；相对厚层的含砾砂岩比厚度较薄、泥岩夹层多的含砾砂岩的压裂效果更好。
关键词：微地震监测水力压裂非常规油气藏储层改造人工裂缝中图分类号：P631.443文献标识码：A文章编号：1009-9603（2015）03-0129-06Application of micro-seismic monitoring technology tounconventional hydrocarbon reservoir fracturing evaluationLi Hongmei（Geophysical Research Institute ，Shengli Oilfield Company ，SINOPEC ，Dongying City ，Shandong Province ，257022，China ）Abstract ：Micro-seismic monitoring ，as a technique for the design ，implementation and evaluation of hydraulic fracturing volume reformation ，has been developing rapidly with the large-scale development of unconventional hydrocarbon reservoir.The sand-gravel reservoir in Yan227wellblock of Dongying sag has low porosity and very low permeability.Based on mi⁃cro-seismic monitoring data acquisition and processing of Well Yan227-3HF and Well Yan227-8HF ，the development of artificial fracture space ，including its length ，width ，direction and height ，and its effective rang were analyzed at first through the methods of vertical projection of micro-seismic event point ，side projection ，calculating of fracturing volume and fracturing frontal area ，etc.And then data from drilling ，logging ，well logging ，3D seismic and fracturing construction process parameter curve were comprehensive utilized ，thus the characteristics of natural fracture distribution ，the lithologyand sedimentary facies belt of each fracture section and their influence on spatial distribution of artificial cracks were ana⁃lyzed.Finally ，the unconventional hydrocarbon reservoir fracturing effect was evaluated comprehensively in Yan227well⁃block area.The results show that the middle-fan section is easier to be fractured compared with the fan root;pebbly sand⁃stone with relatively thick layer has better fracturing effect than the one with thinner layer and multi-interbedded mudstone.Key words ：micro-seismic monitoring ；hydraulic fracturing ；unconventional hydrocarbon reservoir ；reservoir reformation ；artificial fracture微地震监测技术是通过观测生产活动过程中所发生的微地震事件，来分析其影响的地球物理技·130·油气地质与采收率2015年5月术［1-2］。
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。
压裂裂缝监测方法分析及应用-报告
压裂裂缝监测方法分析及应用项目名称：《压裂裂缝监测方法分析及应用》研究起止时间：2011年3月—2011年12月负责人：卢云霄技术首席：杜发勇报告编写人：杜发勇主要研究人员：张培东陈东茹红丽黎石松暴志娟潘勇姜立辉孙文森黄琼冰薛仁江林惠星等审核人：陈东审定人：李云目录一、项目概况 (3)（一）立项背景 (3)（二）主要研究内容 (4)（三）完成工作量 (4)（四）提交成果与主要技术指标 (5)（五）主要成果和认识 (5)二、水力压裂裂缝监测方法分析 (6)（一）水力压裂裂缝监测技术分类 (6)（二）裂缝监测方法分析 (7)1、间接裂缝监测（诊断）方法分析 (7)2、直接近井裂缝监测方法分析 (12)3、直接远场裂缝监测方法分析 (18)（三）水力压裂裂缝监测方法对比 (29)三、探井水力压裂裂缝监测资料统计分析 (31)（一）探井水力压裂裂缝监测技术及应用情况 (31)（二）探井水力压裂裂缝监测资料分析 (31)1、压前压后井温测试资料分析 (31)2、井底压力温度监测资料分析 (37)3、地面多点式微地震裂缝监测资料分析 (43)4、大地电位法裂缝监测资料分析 (45)5、压后压力恢复资料分析 (46)6、裂缝监测资料综合分析 (47)四、认识和建议 (49)1、认识 (49)2、建议 (49)附图探井压裂前后井温测井曲线图 (49)一、项目概况（一）立项背景随着油田勘探工作的不断深入，新增探明储量中低渗透油气藏所占比例大幅上升。
“十一五”期间，达到当年探明储量的52.5%。
“十二五”期间勘探增储主阵地仍为低渗透油藏，年均在4000万吨以上。
压裂改造是这类储量得以探明和有效开发动用的关键技术。
正确的认识水力压裂裂缝的几何形态和延伸状况，对评价压裂效果，检验和提高压裂设计的准确性，优化开发方案，进而改善压裂增产效果，提高单井产能及最终采收率具有重要的指导作用。
因此，压裂裂缝监测诊断方法，始终是相关领域专家们最为关注，同时长期进行探索与开发应用的关键技术之一。
微地震技术与压裂效果评价
微地震技术与压裂效果评价摘要:本文就油田不同开发阶段,利用微地震监测技术对水力压裂人工裂缝实时监测,根据裂缝监测结果应用科学的评价方法,定量计算水力压裂措施前后渗流阻力及产量,是一项十分必要评价压裂效果的可靠方法。
关键词:微地震;监测;油气藏;地应力;储层;评价目前提高低渗透油藏单井产量最有效的方法是对油层进行水力压裂改造。
通过微地震监测技术,监测压裂人工裂缝形成过程中所诱发的微地震事件,通过对微地震事件反演及震源定位,就可以了解裂缝的产状,进而客观的描述压裂裂缝的再生作用导致的应力改变,以有效地提高油田开发水平。
1.微地震监测技术微震动(包括微地震)监测技术是20世纪90年代发展起来的一项地球物理勘探新技术,应用于油气藏勘探开发、煤矿“三带”(冒落带,裂缝带和沉降带)监测,矿山断裂带监测,地质灾害监测等多个领域。
目前微地震监测技术在国内外油气田勘探开发中的应用已经比较普遍。
1.1监测原理油气水井新井投产或后期改造进行水力压裂时,在射孔位置,当迅速升高的井筒压力超过岩石抗压强度,岩石遭到破坏,形成裂缝,裂缝扩展时,必将产生一系列向四周传播的微震波,微震波被布置在压裂井周围的多个监测分站接收到,根据各分站微震波的到时差,会形成一系列的方程组,求解这一系列方程组,就可确定微震震源位置,进而计算出裂缝分布的方位、长度、高度及地应力方向等地层参数;同时结合井口压力监测可获得闭合压力、液体滤失系数、液体效率、裂缝宽度等参数。
1.2压裂效果评价方法根据目前国际上通常评价系统,水力压裂前后几何渗流阻力(ΩrP)、产油量(q ) 、渗流阻力下降率(V )分别为:2.微地震监测技术在青海柴达木地乌南油田应用实例2.1乌南油田基本概况乌南油田位于青海省柴达木盆地西部南区,为柴达木盆地茫崖坳陷区昆北断阶亚区乌北-绿草滩断鼻带上的一个三级构造,构造面积130km2 ,构造整体为一由东南向北西方向倾没的鼻状构造,构造轴向为北西向,构造西南翼地层倾角较大,东北翼地层倾角相对较小,主体部位轴向330度。
裂缝监测技术报告
放射性同位素示踪剂法：是在压裂过程中将放射性示踪剂 加入压裂液和支撑剂，压裂之后进行光谱伽马射线测井 温度测井：用于测量由于压裂液注入导致地层温度的下 降，将压裂后测井和基线测量进行比较，可以分析得到 吸收压裂液最多的层段。 声波测井：利用压裂液进入井筒的声音变化情况能够 确定压裂液流动的差异，从而得到井筒裂缝的大致高 度。
施工压力分析
生产动态分析法
间接监测技术
静压力分析方法
不稳定试井法
一、裂缝监测技术目的与意义
放射性示踪法
井温测井 直接的近井 地带技术
放射性示踪法 井眼成像测井
井径测井 电位法 微地震 周围井井下倾斜
直 接 监 测 技 术
直接的远井 地带技术
地面测斜
施工井倾斜仪
过套管交叉偶极横波 测井监测技术
一、裂缝监测技术目的与意义
3 直接近井筒裂缝监测
是在井筒附近区域通过对压裂后页岩气井的流 体物理特性，如温度或示踪剂等进行测井，从而获 得近井筒范围裂缝参数信息。
注意：
直接近井筒裂缝监测通常作为选择应用技术的补充。
主要包括以下几种方法
放射性同位素示踪剂法、温度测井、声波测井、井 筒成像测井、井下录像和多井径测井技术。
二、页岩气井水力压裂监测技术
对井下仪器采集得到的压裂施工过程中的动态资
料，结合所施工储层的静态资料以及压裂施工参数， 应用数学分析方法对压裂过程进行分析；最终的目的 是得到裂缝及压裂施工评价参数，从而对压裂施工过 程有一个及时、科学的认识。该技术具有适时、准确 、高效、快速的特点。
二、页岩气井水力压裂监测技术
基础数据录入
常规测井资料导入 井下监测资料导入 井温测井资料导入
累积时间（h）
水力压裂微地震监测技术国内外现状_赵争光
微地震监测原理
监测方式对比
微地震监测目前主要采用两种监测方式，即井下监测、地面监测和浅地表监测。
观测方式 对比项目
井下观测
地面观测
浅井观测
仪器要求 检测周期 检测范围 数据质量 可操作性 成本花费
2016/10/28
高
低
低
短期
短期/长期
长期
小
大
大
好
差
较好
复杂
简便
复杂
高
低
高
(来源：谭玉阳，2016)
2016/10/28
微震技术发展历程
里程碑事件
里程碑事件
2004年，MicroSeismic公司在Barnett页岩气井增产改 造储层时首次用地表检波器排列发射层析成像技术监测 水平井水力压裂并获得巨大成功（Lakings et al., 2006 ）
Peter M. Duncan 在美国石油工业界及学术界力推 FracStar
2015年， 中石油东方物探专家翻译成中文《非常规储层水力压裂微地震成像》 Shawn Maxwell 先后在 Schlumberger 和 Itasca 就职，目前负责 Itasca 在卡尔加里的 IMaGE 中心
2016/10/28
数据采集
一 体
数据处理
化
数据解释
微震技术发展历程
水力压裂微地震监测技术 国内外现状
赵争光
Zhengguang Zhao
Centre for Geoscience Computing School of Earth Sciences
zhengguang.zhao@.au
October, 2016
井中微地震技术与应用
井中微地震技术与应用陈泽东物探公司三大队摘要低渗透油田的水力裂缝特征决定了井网的部署、射孔的方位、压裂设计的优化等，对于储层改造起着指导性作用，直接影响着油田开发的好坏。
我们通过掌握这项技术开拓了勘探面向开发的新领域，进一步认识到水力压裂的裂缝延伸的复杂性，明确了压裂裂缝的延伸情况，在指导油田开发中的井网部署、压裂优化设计、压裂后效果评估方面发挥关键作用。
关键词低渗透油气藏水力压裂井中微地震技术应用效果一、前言中国低渗透油气资源十分丰富，目前国内已探明低渗透油田（油藏）共有300个左右，地质储量40×108t,占全部探明储量的24.5%，广泛分布于全国勘探开发的20多个油区，其中储量在1×108t以上的就有11个油区。
因此，对已开发的低渗透油气田如何进一步提高开发效益，对于石油工业的发展有着十分重要的意义。
区块整体压裂改造技术作为低渗透油田高效开采的有效方法，在各个低渗透油田被广泛采用。
因此必须对区块整体压裂改造技术进行系统研究，以期对不同类型的低渗透油藏提出相应的开发模式，以提高开采效益与开发水平。
低渗透油田的水力裂缝特征决定了井网的部署、射孔的方位、压裂设计的优化等，对于储层改造起着指导性作用，直接影响着油田开发的好坏。
但是目前常用的各种测试方法由于受地貌条件、井斜及仪器位置的限制，使得测试结果可信度低。
因此采用目前国际上最先进的井下微地震裂缝测试技术对压裂过程中水力裂缝的特征进行监测与描述，对于提高裂缝测试水平、促进压裂工艺及开发技术进步意义重大。
二、井中微地震技术原理及特点井中微地震技术原理起源于天然地震的监测。
水力压裂井中，由于压力的变化，地层被强制压开一条大的裂缝，沿着这条主裂缝，能量不断的向地层中辐射，形成主裂缝周围地层的张裂或错动，这些张裂和错动可以向外辐射弹性波地震能量，包括压缩波和剪切波，类似于地震勘探中的震源，但其频率相当高，其频率通常从200Hz到2000Hz左右的范围内变化。
水力压裂支撑剂电磁监测(微地震替代技术)_赵争光
SRV > EPV
Evie ~15%SRV被支撑剂充填 Muskwa ~29%SRV被支撑剂充填 完井效率： Muskwa最有效支撑
被支撑SRV（EPV） （McKenna, 2014）
汇报提纲
一 水力裂缝表征
3D Seismic Microseismic Hydraulic Fracture
EM监测专利
SRV > EPV
支撑体积 < 水力裂缝体积 < 应力体积 < 微震体积
EPV 液体到达体积
压裂各种体积示意图（据SPE146932修改）
SRV
SRV > EPV
URTeC：1922843
模拟裂缝斜视图。裂缝方位根据震源机制获得，绿色为含支撑剂裂 缝，红色为非支撑裂缝。红色圆点为微震事件，大小代表地震矩。
可检测长达75m的缝长、0.5cm缝宽及与水平井筒呈45°交角的水 力裂缝
发射-接收间距60m效果好；接收间距越小越好
最佳频率100Hz 效果最好：基质电阻率1-500 ohm-m
套管井信噪比更高
EM分析模型
EM分析模型（Heagy et al., 2014）
EM分析模型
EM分析模型试算 （Heagy et al., 2014）
EM监测专利
1. Controlled Source Fracture Monitoring, ConocoPhillips Company
2. Electrically conductive proppant and methods for detecting, locating and characterizing the electrically conductive proppant, Sandia Corporation & Carbo Ceramics Inc. 3. Electromagnetic Imaging of Proppant in Induced Fractures， Schlumberger Technology Corporation 4. Proppants coated by piezoelectric or magnetostrictive materials, or by mixtures or combinations thereof, to enable their tracking in a downhole environment, Sun Drilling Products Corporation 5. Electrically conductive proppant coating and related methods, Conophillips Company
浅谈水驱前缘和裂缝监测技术的研究与现场应用
油气、地矿、电力设备管理与技术1812017年11月下 第22期 总第274期在未来很长一段时间内注水开发都将是油田的主要开发方式,而这就使得水驱前缘和裂缝监测技术在注水油田开发中将长期扮演重要角色,而为了保证两种技术更好满足油田开发需要,正是本文就水驱前缘和裂缝监测技术的研究与现场应用展开具体研究的原因所在。
1 水驱前缘和裂缝监测技术研究现状1.1 水驱前缘技术研究现状在应用时间较久的经典水驱油理论中,莱文莱特函数式在其中负责含水率的确定,不过在近年来学界的研究中发现,虽然莱文莱特函数能够较好充当各类水驱计算方法的理论基础,但高含水时期该函数的适用性将大大降低,这就为新型水驱前缘解析技术的出现提供了契机。
结合W e l g e 方程以及图1所示的含水率与含水饱和度关系,即可得出注入孔隙体积倍数)(1'wew i d i S f LA W W ==φ,这里的A 、φ、L 、W i 、'w f 、we S 分别指岩石渗流横截面积、孔隙度、注采井距、累计注水量、含水率、出口端含水饱和度。
结合经典水驱油理论,同时参考文献[1]所进行的油、水相对渗透率模型直接相比研究,本文得出了新型油水相渗比关系式,其简化式为wd wd cS m wdbS n wd rw ro S S a K K ++-=)1(,其中or wi wiwewd S S S S S ---=1,这其中的a 、b 、c 、m 、n 指的是待定常数,而S o r 、S wi 、K o r 、K r w 分别是指残余油饱和度、束缚水饱和度、油相相对渗透率、水相相对渗透率,继续展开计算则可得出驱油效率解析式:)1(11---+--=wi w orwi wi wi we d S f S S S S S E 1)1ln(ln 1-⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+++-+∙wd wd wd wd wd wd S b S c S cS m S bS n 1.2 裂缝监测技术研究现状裂缝监测技术是一种在油田开发中应用较广的技术形式,该技术在裂缝生成监测、压裂效果评价、裂缝生长过程描述、保证压裂施工按设计顺利进行等方面都有着较为出彩的应用,而本文研究的水力压裂微地震裂缝监测则属于该技术的重要应用方向[2]。
低渗透油气田水力压裂在地面与井眼观测条件下的微震监测技术
进行长期观测 ，并取得第一手野外原始资料 ，为 后续地热 资源开发利用提供重要基础 。６ 、初 步
概算扎仓沟地下热水资源和干热岩资源量 ，其 中 水热型 （ ＜ ２ ８ ０ ０ ｍ） 热储 总热储量为 ３ ． ７ ９ ￣ １ ０ Ｊ ， 折合总计为 ２ ． １ ７ 亿吨标准燃煤热量 ， 可望提交水 质 良好 、可供开发的中高温大型地热 田 １处。外
地面的微震信号 ，以及完成高保真微震信息的采 集 。采集模块 以 ２ ４ 位数据采集 电路 系统为核 心 ，并通过高速逻辑接 口与主控模块进行数据交
换 。利用 Ｗｉ Ｆ ｉ 无线通信模块来监测节点 的工作 状态 ，并且还可以通过与高功率无线 Ａ Ｐ结合来 实现数据的实时收集 。Ｇ Ｐ Ｓ时间同步模块用于同
于 井孔 监 测 。井 孔 监测 可 以提高 微 震定 位 的 垂直
分辨率 ，地面监测则具有提高微震定位横 向分辨 率的能力 。两者的结合可以提高监测仪器系统的 定位能力 。因此 ，我们在微０ １ ６ 年第 ６ 期
Ｇ Ｅ ０ Ｔ Ｈ Ｅ Ｒ ＭＡ Ｌ Ｅ Ｎ Ｅ Ｒ Ｇ Ｙ
微 地震 监 测 主要 有 两 种类 型 ：基 于 地 面监 测 和基
井 孔 和 地面 的 采集 单 元被 用 来 校 准采 集模 块
和探测 器 的数据 ，保证 了微震信 号采集 的一致 性。实时恢复从地面和井眼收集来的数据 ，这些 数据通过无线网络和测井电缆传输过来 。数据库 软件 被用来统 一管理 井眼和恢 复地面设 备 的数 据 。通过使用数据处理软件实时处理微震数据 ， 实现联合监测结果 的实时呈现。 主控制系统主要负责井下数据 的传输 、短距 离通讯和同步信息 ，并且 同时进行相关信号 的处 理 。数据存储阵列将井下仪器收集到的数据存储
微地震监测技术及应用
微地震监测技术及应用摘要微地震监测工艺包括近震研究的定位与地壳构架成像，微地震监测各类定位手段需创建不同目标函数，地震定位情况的实质为求得目标函数的极小值。
NA拥有不依靠于模型初始值选用，不会收敛与部分极小值，比以往线性近似手段有更大的精度与稳定性。
经过地震信息的震相研究，走时拾取反演能够得到地震干扰区的地震波速度系统，当前已推行使用在石油、气田勘察开发和页岩开发领域；矿山开挖中矿震、岩爆，煤和瓦斯突出，承压水突水检测；水利项目施工坝址、边坡可靠性以及天然滑坡检测等诸多方面。
关键词微地震；监测方法；运用；研究1 微地震具体定位手段微震监测方法是在地震监测方法的前提下发展起来的，其在原理上和地震监测、声发射监测方法一样，是依靠岩体受力损坏阶段破裂的声、能原理。
近震3D空间微地震定位忽视深度后能视为平面微地震定位情况，使用三点定位几何手段，在已知三个测量点坐标与地层介质传递速度基础上，经过三点到时就能够明确震源部位[1]。
O0是坐标原点，以R，R+ΔR1，R+ΔR2分别是半径作圆，三圆交点就是震源，如图1所示。
天然微地震出现频率相对偏低，地震震相容易区别，常体现出单事件特点。
精确的定位手段均是创建在3D空间前提下，常见的微地震震源定位基本手段包括Geiger法、网格检索手段等线性优化途径；还有遗传算法、模拟退火以及邻近算法等非线性优化手段[2]。
2 微地震监测运用2.1 矿山安全开挖微地震监测伴随开挖深度增大，地压、瓦斯以及地下承压水等安全情况突出，微地震监测技术起到关键的作用。
冲击地压属于矿山内损坏行最大的地压问题，出现时大小不同的煤块以较大的速度飞向巷道，对矿山设备以及人员生命的威胁较大，因此对其研究具有重要作用[3]。
统计结构显示，大概50%的矿震是因为沙砾岩等重点层损害造成的，僅有少数矿震造成了冲击地压情况，表示矿震和冲击地压的差异。
冲击地压与地震一样均是和地球中物理损坏相关联的岩体可靠性现象，其出现时均表现为较短时间内散发大量的应变能。
水力压裂实时监测技术
水力压裂实时监测技术水力压裂实时监测技术摘要：水力压裂实时监测技术，有利于使低渗透油田的采收率提高，通过利用压裂施工产生裂缝的长度、高度和方位角，优化井网、优化压裂设计或其他油田开发措施，对与油井的经济收益到达最大化是意义重大的。
关键词：水力压裂实时监测技术在油田开发过程中，为了使油区的开采价值提高，经常需要对油区进行压裂作业，以使其开采条件改变，从而提高采收率。
压裂是指在井筒中形成高压迫使底层形成裂缝的施工过程，包括水力压裂和酸化压裂，是国内、国外广泛应用的行之有效的增产、增注的措施。
下面主要来介绍一下其中的水力压裂方面的实时监测技术。
一、直接远源裂缝监测技术这种监测技术主要包括微地震裂缝描述技术与测斜仪裂缝描述，在压裂过程中利用地表或邻井进行裂缝参数测量，但测不出裂缝导流能力或有效裂缝长度。
这类技术的测量精度会随着测量距离的增大而下降。
1.地面-地下测斜仪裂缝描述技术生产水力压裂裂缝时其附近的岩石要变形。
通过灵敏度高的测斜仪在所引起的几处倾斜的位置〔变形派生出的〕上测量到的水力裂缝，然后通过反演可以得到裂缝的几何形态和方位。
压裂过程中造成的变形在地面上主要是裂缝倾角、方位角、距裂缝中心深度及裂缝总体积的函数。
比方一致大小的一条南北向垂直裂缝不管是在极硬的碳酸盐岩中、酥松的砂岩中还是低杨氏模量的硅藻岩中，都会产生同样的外表变形区。
变形区是一个被两条对称隆起带〔如果裂缝是倾斜的，那么隆起就是不对称的〕所包围着的南北走向地槽，该隆起带的大小取决于所造缝的体积，两个隆起之间的别离程度取决于裂缝中心深度。
以上的概念虽然简单，但可以确定少数主要压裂参数——比方裂缝倾角、方位角、不十分精确的距裂缝中心深度以及因为不对称发育而引起的裂缝偏移。
倾斜区的方向和特征形状不随裂缝深度的增大而改变。
但倾斜的大小会随裂缝增大而变小。
现在的测斜仪能解决由裂缝所引起的小到纳弧度级别的倾斜度，也能用于测量超过3000m 深度的〔大型〕压裂施工。
压裂裂缝监测技术
(3)间接压裂诊断技术
包括压裂模拟、不稳定试井和生产数据分析，通过对 有关物理过程的假设，根据压裂施工过程中的压力响 应以及生产过程中的流速可估算裂缝的大小、有效裂 缝的长度和裂缝的导流能力。
英国
缺点：解的不唯一性，因此需要用直接的观察结果来 进行校准。
间接裂缝诊断技术的性能特点对比
净压裂缝分析
EB Mid ... EB Low... Shale
10475
10500
裂 10525 缝 高 10550 度
10575
10600
10625
10650
Concentration of Proppant in Fracture (lb/ft?
Width Profile (in)
裂缝长度
Proppant Concentration (lb/f t?
【精品文档】 压裂裂缝监（检）测技术与应用
汇报内容
一、裂缝检测技术概述 二、常用裂缝检测技术与应用 三、认识与建议
一、裂缝检测技术概述
压裂是低渗透油藏增产的重要手段和必须手段。 压裂后产能如何以及是否能达到预期产量是工程人员 最为关心的问题。 影响压后产能的因素有很多： 包括地下地质条件 压裂设计、压裂工艺、设备配套、人的素质等
(1)远离裂缝的直接压裂诊断技术
包括两种新型的压裂诊断方法：
测斜仪裂缝成像 微地震裂缝成像。
它们均在压裂施工过程中，利用井口偏移距与 地面保角投影定位，并且提供井场以外区域上 裂缝发育情形的“大图片”信息。
缺点：这些技术虽然均能对水力压裂延伸的总 范围成像，但不能提供有效支撑裂缝的长度或 导流能力，并且分辨率随距压裂井的距离的增 大而减小。
压裂后形成的裂缝形态(裂缝长度、宽度和高度) 以及支撑裂缝的渗流能力（裂缝渗透率和导流能力） 是影响压后效果最直接和最重要的因素。 因此检验和评估压后裂缝的状态常常是工程上必须 开展的一项工作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三种监测方式得到的结果差别较大, 充分说明 裂缝扩展的复杂性和破裂信号的监测难度。三种方 法中只有微破裂影像解释出所有段的裂缝参数, 说 明多点监测对于信号接收和裂缝识别有较大优势。
3结 论
( 1) 经过几十年的不断改进发展, 形成了一系列 微地震监测技术, 各种微地震监测技术各有优缺点, 应根据具体的井层条件, 综合各方面选择适合的微 地震监测裂缝技术。
在樊 154- 平 1 井 12 级分段压裂过程中, 采用 地面微地震、地面微破裂影像和井下微地震三种裂
缝监测技术等三种方式同时进行监测 12 段裂缝扩 展动态情况: 地面微地震( 贴套管) : 布 3 口井; 检 测井深度与该井同层, 检波器贴在井口套管上; 地 面微破裂影像: 布地震台站 18 个; 井下微地震: 布 在樊 154- 斜 6 井。
该项技术主要包括数据采集、震源成像和精细 反演等几个关键步骤, 具有三分量监测, 先进的去噪 技术, 可实现震级描述和 4D 输出优点, 但解释过程 复杂, 需 3~ 4 d 时 间。在 压裂 时, 采用 在压 裂井 1000~ 2000 m 左右的圆环内布 20~ 30 只三分量检 波器( 见图 2) , 埋在地表 30 cm。
77
Feng Weihua ( Tianjin Branch, China National Petr oleum Offshore Engineering Co. , Ltd) , Song Xinhua ( Sichuan Renzhi Oilf ield Technology
Service Co . , Ltd ) The je-t pump is a special mechanical pump, which depends on liquid to transmit energy, has the characteristic of establishing high production
在 HY1 井压裂过程 中应用, 用 MicroSeismic 公 司 FracStar( tm) 地面阵列, 以 HY1 井井口为中心, 放 射状摆放 10 条测线, 共 1021 个检波点, 检波点间距 15 m, 总测 线长 度 15120 m。地 震数 据采 用 Sercel 428 XL 系统记录。整个 压裂过 程中共 记录 了 445 min 的数据。数据存储为 890 个以 30 s 为单位顺序 递增的文件, 并由 PSET ( r) 软件处理( 见图 4) 。
压裂裂缝检测作用: 评价的结果可以验证或修正 压裂中使用的模型、选择压裂液、确定加砂量、加砂程 序、采用的工艺等, 保证压裂施工按设计顺利进行, 提 高压后产量, 增长压后有效期, 指导注采井网部署。
微地震监测技术分为地面和地下两大类, 其中 地面又分为简易地面微地震裂缝监测技术、微破裂 影像裂缝监测技术和阵列式地面微地震裂缝监测技 术; 地下为井下微地震裂缝监测技术。
测井对应至少一口监测井; 井距小于 400 m, 两口 井井口位置最好不在同一井场; 监测井最大井斜 小于 30 , 狗腿度小于3 30 m。 1. 4 阵列式地面微地震裂缝监测技术
该技术为美国 MSI 公司的专利技术, 采用类似 勘探检波器阵排列, 使用多条测线、上千个接收道, 在地表监测微地震信号; 使用被动地震发射层析成 像( PSET( r) ) 技术对压裂过程中微地震事件活动结 果成像。多种数据采集方法包括: 地面阵列、埋置阵 列、井下阵列、组合阵列, 根据检波器信号特征识别 纵向破碎、横向破碎滑动、斜向破碎三种破裂形态。
[ 1] 刘建中, 王春耘, 刘 继民, 等. 用微 地震法 监测 油田 生产 动态[ J] . 石油勘探与开 发, 2004, 31( 2) : 71- 73.
[ 2] N. R Warpinski, R. B. Sullivan, J. E. Uhl, et al. Improved T-i mining M easurements for Velosity Calibration. SPE 84488.
该项技术在精度、可靠性、处理速度、设备布放 等四个方面都十分成熟。对井的要求如下: 被监
根据处理结果, 对 HY1 井裂缝扩展规律有以下 几点认识: 裂缝发育极不对称, 东侧缝长远大于西 侧; 横向破裂滑动事件在井筒东侧沿旧裂缝发生;
纵向破裂滑动沿井筒方向以及在井筒东侧的旧裂 缝发生; 横向+ 纵向破裂滑动沿井筒方向及井筒 西侧方向发生。
1 微地震裂缝监测技术
1. 1 地面微地震裂缝监测技术 根据摩尔- 库仑准则, 水力压裂裂缝扩展时, 必
将沿裂缝面形成一系列微震。记录这些微地震, 并 进行微地震震源定位, 由微地震震源的空间分布可 以描写人工裂缝的轮廓。微地震震源的空间分布在 柱坐标系的三个坐标面上的投影, 可以给出裂缝的 三视图, 分别描述裂缝的长度、方位、产状及参考性 高度( 见图 1) 。
2 几种微地震监测技术对比
上述几种微地震裂缝监测技术是目前国内外常 用的微地震裂缝测试技术, 这些方法都有各自的特 点和局限性[ 4] , 也有各自的技术适应性( 见表 1) 。
第 21 卷 第 3 期
李 雪等: 水力压裂裂 缝微地震监测测试技术与应用
45
表 1 几种微地震技术能力与特点对比
测试方法 缝长 缝高 对称性 缝宽 方位 倾角 容积
摘要 压裂是低渗透油藏增产的重要手段和必要手段。压裂后形成的裂缝长度、宽度和高度、 渗透率和导流能力是影响压后效果最直接和最重要的因素, 通过裂缝监测, 可以认识裂缝扩展规 律, 指导优化压裂设计。通过对目前国内外成熟的几种微地震监测技术的总结, 对其技术原理和特 点进行了对比阐述, 通过微地震监测应用分析, 认识了裂缝扩展规律和几种微地震监测技术的特 点, 对下步微地震监测技术的应用提出了建议。
[ 3] 王治中, 邓金根, 赵 振峰, 等. 井下 微地震 裂缝 监测 设计 及压裂 效果评价. 大庆 石油 地质与 开发, 2006, 25( 6) : 76 - 78.
[ 4] 王树军, 张 坚平, 陈钢 , 等. 水力 压裂 裂缝 监测 技术 [ J] . 吐哈油气, 2010, 15( 3) : 270- 273.
特点
地面微地震 Y Y N Y
费用低、操作简单, 精度差 ,
N Y Y N N 易受地面 设备 造成的 微地 震影响
井下微地震 Y Y
Y
N
Y
YN
N
费 用昂 贵, 对 监测 井 要求 高, 条件较苛刻
地面微破裂 影像
Y
Y
Y
N Y Y N N 解释过程复杂, 需 3~ 4 d
阵列式地面 微地震
Y
Y
Y
N Y N N 费用昂贵, 精度较高
( 2) 从本文应用实例三种微地震监测技术解释 结果表明, 压裂过程中裂缝扩展的复杂性和破裂信 号的监测较难。
( 3) 多点监测对于信号接收和裂缝识别有较大 的优势, 应用多点监测裂缝的微地震技术具有相对 较高的精度。
( 4) 微地震裂缝监测能够解释裂缝延伸规律, 裂 缝形态等, 指导压裂设计。
参 考文献
微破裂四维影像裂缝监测技术是通过在监测区 近地表布置 12 套数据采集站系统形成采集站仪器 阵列, 共同接收地下油层液体流动压力引起的岩石 微破裂所产生全体体波 纵波 ( P 波) 和横波( S 波) ; 利用多波属性分析、相干振幅体向量叠加扫描、 三维可视化技术、描述裂缝三维形态, 解释出裂缝方 位、裂缝动态缝长、裂缝动态缝高。
近几年该项技术在胜利油田勘探开发井年实施
80 多口井, 从 30 多口井探井监测结果看, 大部分属 于下列情况: 地面微地震裂缝监测的长度比压裂设 计模拟长度要大; 高度比压裂设计模拟高度要小; 方 位比测井计算地应力方位要小; 深度的影响没有规 律可循。
1. 2 微破裂影像裂缝监测技术 微地震地下影像技术是近年来出现的用于油气
2012 年 6 月
油气井测试
第 21 卷 第 3 期
水力压裂裂缝微地震监测测试技术与应用
李 雪1 赵志红2 荣军委3
( 1. 胜利油田勘探项目管理部 山东东营 257001; 2. 西南石油大学 油气藏地质与开发国家重点实验室 四川成都 610500;
3. 西南石油大学资源勘查工程 四川成都 610500)
阵列式微地震裂缝监测技术, 克服了井下微地 震裂缝监测系统监测范围有限、环境条件要求严、方
向偏差、需观测井的缺陷; 监测范围广、数据采集量 大, 数据处理解释精度高; 能够提供满足压裂裂缝展 布情况、射孔优化、压裂设计优化、开发井网部署和 和油藏动态监测等多种信息功能。
该项技术为一项新技术, 目前认为精度较高, 在 国内还没有应用, 但由于解释技术属于美国, 一口井 的费用很高, 推广难度大。
本文收稿日期 : 2011- 12- 28 编辑: 王 军
( 1) 简易地面微地震与微破裂影像相比, 由于布 点少、干扰大, 再加上裂缝本身的复杂性, 检测精度 较低, 本次施工只解释出 6 段。解释结果与微破裂 影像解释结果差异较大, 有三段解释方向基本一致。
2012 年 6 月
油 气 井 测试
关键词 地面微地震 井下微地震 微破裂影像 阵列式微地震 压裂