压裂效果地震监测技术研究
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。
压裂裂缝监测技术及应用
压裂裂缝监测技术及应用【摘要】目前国内外油气田普遍采用裂缝监测技术了解水力裂缝扩展情况及其复杂性，将裂缝与油藏、地质相结合以评价增产效果，并制定针对性的措施。
目前形成的技术主要分为间接诊断、直接近井诊断、直接远场诊断等三类十多种方法，在B660、F142等区块开展了多口直井现场应用，并在F154-P1井采用多种监测方法对水平井多级分段压裂裂缝进行了监测试验。
通过裂缝监测技术的应用，大大提高了对裂缝复杂形态的认识。
【关键词】水力压裂；裂缝监测；微破裂成像；示踪陶粒；井下微地震裂缝监测技术是指通过一定的仪器和技术手段对压裂全过程进行实时监测和测试评价，通过数据处理，得到裂缝的方向、长、宽、高、导流能力、压裂液的滤失系数、预测产量、计算压裂效益等，从而评价压裂效果。
使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并且取得最好的改造效果。
1、压裂裂缝监测技术裂缝监测的主要目的在于了解裂缝真实形态，并利用监测结果评价改造效果、储层产能、指导压裂设计。
目前国内外采用的裂缝监测技术可以分为地震学方法和非地震学方法，主要采用地面微地震、井下微地震、阵列式地面微地震和测斜仪阵列水准观测等技术。
1.1地面微地震技术1.1.1简易地面微地震简易地面微地震技术是采用最多的裂缝监测技术，该技术采用地震学中的震源定位技术，通过3-6个观察点接受的信号来定位震源。
该技术具有原理简单，费用低的特点，但对于埋藏的深油藏，井下微地震信号需要穿越多个性质不同的地层，因此只有震级高的脆性破裂信号可以被从噪音中区分出来，信号采集方面的缺陷降低了该技术的精确度。
目前在使用中多采用贴套管的微地震监测技术，通过在相邻井的套管上放置检波器来收受信号，可以在一定程度上避免这一问题，但是要求井距要小。
1.1.2微破裂成像技术微破裂成像裂缝监测技术采用埋在地表下30cm的20-30台三分量检波器，利用向量扫描技术分析目的层位发生的破裂能量分布，用能量叠加原理，解释出裂缝方位、裂缝动态缝长、裂缝动态缝高。
微地震(压裂)监测技术
PLAN VIEW
900
NORTH-SOUTH
MWX -3
Treatment Well
Monitor Well
-300 -700 0 500
WEST-EAST SIDE VIEW
3700 Treatment Well
DEPTH
4900 -600
0
600
ALONG FRAC AZIMUTH FracTrac Service Mesa Verde Sand Piceance Basin TREATING PRESSURE AND MICROSEISMS
PINNACLE
Fracture Diagnostics
FracTrac® Service Microseismic Fracture Mapping
Enables real-time monitoring of fracture treatments for optimized results.
FracTrac microseismic fracture mapping service enables real-time monitoring of these key parameters: • Fracture height and length • Fracture azimuth • Fracture asymmetry • Fracture growth vs. time Pinnacle offers FracTrac microseismic fracture mapping service, a diagnostic technique that measures created hydraulic fracture dimensions and azimuth. is diagnostic information enables optimization of fracture treatments and well placement/field development strategies. Pinnacle is the world leader in this technology, performing more than 90% of this type of frac mapping. How It Works Microseism theory is rooted in earthquake seismology. Like earthquakes, microseisms emit elastic waves—compressional (“p-waves”) and shear (“s- waves”), but they occur at much higher frequencies and generally fall within the acoustic frequency range of 200 Hz to more than 2000 Hz. A hydraulic fracture induces an increase in the formation stress proportional to the net fracturing pressure as well as an increase in pore pressure due to fracturing fluid leakoff. Large tensile stresses are formed ahead of the crack tip, which create large amounts of shear stress. Both mechanisms, pore pressure increase and formation stress increase, affect the stability of planes of weakness (such as natural fractures and bedding planes) surrounding the hydraulic fracture causing them to undergo shear slippage. ese shear slippages are analogous to small earthquakes along faults, hence the name “microseism” or “micro-earthquake.” Field Operation Microseisms are detected with multiple receivers (transducers) deployed on a wireline array in one or more offset wellbores. With the receivers deployed in several wells, the microseism locations can be triangulated as is done in earthquake detection.
微地震监测数据综合解释技术——以胜利油田水力压裂地面微地震监测数据为例
中国石油大学胜利学院学报Journal of Shengli College China University of Petroleum2021年3月第35卷第1期Mar. 2021Vol. 35 No. 1doi ： 10* 3969/j ・ issn. 1673-5935.2021.01而刑微地震监测数据综合解释技术以胜利油田水力压裂地面微地震监测数据为例陈红(中国石化胜利油田分公司东辛采油厂，山东东营257000)［摘要］微地震监测技术是监测油气藏压裂改造等生产活动的重要手段，目前对其监测结果的解释不够系统，未充分发挥其对下步钻井设计、压裂设计、油气藏开发等活动的指导作用。
系统阐释一种微地震监测数据综合解释技术，该技术应用微地震监测事件点、测录井、常规三维地震、压裂施工过程参数等各种资料，对微地震监测事件点空间分布特征、改造效果进行分析，同时系统分析人工裂缝带空间分布特征与压裂施工过程参数、沉积相 带、岩性及岩性组合、天然裂缝分布之间的关系，解释该压裂结果产生的地质和工程原因。
利用该解释技术既可以综合评估压裂改造的效果，也可以通过对产生该结果的地质与工程原因的分析,指导下一步的开发井网部署、注水调参、该类储层钻井及压裂设计等生产工作。
［关键词］微地震;非常规;压裂;综合解释［中图分类号JTE 122 ［文献标识码］A ［文章编号］1673-5935(2021)01-0040-05微地震监测技术是通过观测生产活动过程中岩 石破裂、震动等发生的微小地震事件来分析生产活动 对岩石、地基、地下油藏改造情况的一种地球物理技 术E 0近年来随着致密油、页岩油等非常规油气资源的规模勘探开发,作为监测井下水力压裂效果的关键技术，微地震监测技术发展迅速，尤其是对于油田其 他生产活动影响较小、采集较方便的地面微地震监测 技术更是取得了长足进步,但是对于微地震监测结果的解释，仍然主要是从微地震事件点的空间分布出 发,解释压裂产生的裂缝带长度、高度、倾角、方 位加］，然后直接运用其结果分析人工裂缝分布，进而根据人工裂缝分布开展产能方案部署、注水效果分析 等生产工作，对于微地震监测数据的解释不够系统, 没有充分发挥其对下一步生产活动的指导作用。
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
干热岩水力压裂复合扰动诱发地震机理及监测方法
干热岩水力压裂复合扰动诱发地震机理及监测方法一、引言干热岩水力压裂是一种新型的地热能开发技术，通过将水注入干热岩层并施加压力，使岩石中的裂隙扩张，从而增加地热能的开采效率。
然而，干热岩水力压裂过程中可能会导致地震，从而对周围环境带来不良影响。
因此，研究干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的机理及监测方法具有重要意义。
二、干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的机理1.压裂过程中的应力改变在干热岩水力压裂过程中，注入的水和施加的压力会改变岩石内部的应力状态。
当岩石承受的应力超过其极限值时，就会发生断裂，从而产生地震。
2.水力压裂导致的孔隙压力变化水力压裂会导致地下水的流动和压力变化，这些变化也可能导致岩石的破裂，从而引发地震。
3.岩石力学参数的改变水力压裂会改变岩石的力学参数，如岩石的弹性模量和抗压强度等，这些改变也可能会影响岩石的破裂状况，进而引发地震。
综上所述，干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的机理是一个复杂的过程，其中包括了应力变化、孔隙压力变化和岩石力学参数的改变等多种因素。
三、干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的监测方法1.地震监测通过设置地震监测站点，监测地震事件的发生和演化过程，可以及时发现干热岩水力压裂过程中可能引发的地震事件，并对其进行监测和预警。
2.岩石断裂监测通过设置岩石断裂监测点，监测岩石的应力状态和裂隙扩张情况，可以及时发现水力压裂过程中岩石的破裂情况，从而预防可能的地震事件的发生。
3.孔隙压力监测通过设置孔隙压力监测点，监测地下水的流动和压力变化，可以及时发现干热岩水力压裂过程中地下水的变化情况，从而对可能的地震事件进行预警和监测。
4.地热能开采监测通过设置地热能开采监测点，监测地热能的开采过程中的压力改变和岩石的变形情况，可以及时发现可能引发地震的情况，从而对其进行监测和预警。
综上所述，通过地震监测、岩石断裂监测、孔隙压力监测和地热能开采监测等多种方法的综合应用，可以有效监测和预防干热岩水力压裂复合扰动诱发地震的发生。
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。
水力压裂微地震裂缝监测技术及其应用
水力压裂微地震裂缝监测技术及其应用发布时间：2022-07-20T06:00:18.770Z 来源：《科学与技术》2022年30卷第5期第3月作者：杨慧慧[导读] 微震监测技术是一种通过观测微震事件来监测生产活动的地球物理技术。
该技术通过分析计算裂缝网络杨慧慧宁夏回族自治区地震局宁夏银川市 750001摘要：微震监测技术是一种通过观测微震事件来监测生产活动的地球物理技术。
该技术通过分析计算裂缝网络的几何特征，即方位、长度、高度等信息，实时评价压裂效果，了解压裂增产过程中的人工压裂情况，从而指导下一步压裂方案的优化，达到提高采收率的目的。
该技术的理论基础是声发射、莫尔-库仑理论和断裂力学准则。
与常规地震勘探技术相比，微地震监测技术的不同之处在于它要求震源的位置、时间和震级。
关键词：水力压裂；渗透率；裂缝监测：微地震；低渗透油藏；一、原理及数据处理1．原理。
水力压裂是向储层注入高黏度的高压流体．并配以适当比例的砂子和化学物质，使储层岩石形成裂缝，从而顺利开采储层中的油气。
水力压裂时．大量高黏度、高压流体被注入储层，使孔隙流体压力迅速提高。
高孔隙压力以剪切破裂和张性破裂2种方式引起岩石破坏：当高孔隙流体压入储层时，高孔隙流体压力使有效围应力降低，导致剪切裂缝产生；当孔隙流体压力超过最小围应力和整个岩石抗张强度之和时．岩石会形成张性裂缝。
水力压裂形成裂缝可看成是声发射事件。
岩石破裂会发出地震波．储存在岩石中的能量以波的形式释放出来，即诱发微地震。
根据摩尔．库仑准则，水力压裂或高压注水时，由于地层压力升高，沿着进水边缘会发生微地震。
这种地震波能量包括纵波和横波，类似于地震勘探中的震源，但其频率相当高，在100～2 000 Hz范围内变化，能量相当于一2~_5级地震。
其波形特征与储层、地层剖面有关，也与注水和压裂的过程及参数有关。
绝大多数微地震发生在注水过程中．当地层受到的压力大于历史上承受的最高压力时．微震开始明显发生；注水压力越高，微震发生率越高，注入流体量越大，微震发震次数就越多。
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。
压裂裂缝测试技术
图 6-1：几种裂缝形态的示意图
1
对于常规储藏压裂，人们希望避免产生多裂缝， 因为在相同的压裂规模情况 下多裂缝会减少主裂缝的有效长度和导流能力。对于页岩油气储藏压裂， 人们希 望产生和尽力诱发非常复杂的网络裂缝， 因为页岩油气储藏的基质渗透率通常非 常低，在人工和天然网络裂缝没有沟通到的区域， 油气资源很难经济效益地开采 出来。近年来，石油工业文献里叙述了有很多水力压裂测试的裂缝实例研究，其 中主要是应用远场的压裂测试技术， 就是把压裂测试的接收器放置在邻井下与压 裂层大致相同的深度，用两种不同的技术：井下微地震和井下倾斜仪测试，获得 裂缝的几何形态。 裂缝实例研究还包括在实验室里建立物理模型对人工裂缝进行 直观和机理研究， 在矿场压裂后通过采矿和取芯的办法研究裂缝形态。远场压裂 测试和压裂后采矿及取芯的实例研究证明有多裂缝和 T 形裂缝（水平和垂直裂 缝并存）等情形。 长庆油田油层分布范围大，产建新区多，地应力分布复杂，多年来在地应力 和裂缝方位测试方面已开展了大量的研究工作。但受地貌条件、 井斜及监测仪器 位置的限制， 使得部分测试技术无法有效应用。 近年来， 通过各种测试方法组合， 形成了适合长庆油田超低渗储层开发的裂缝监测技术。 第一节 裂缝测试方法概述
裂缝特征测试包括裂缝的几何尺寸及方向， 但是要从地下几千米深的地层得 到这些信息，并达到工业测试水平，难度是很大的。目前国内外普遍采用的测试 方法有实验室测试和现场测试两种。 实验室测试包括对不定向岩心的波速的各向 异性、差应变、凯塞效应、古地磁等测试，最后综合分析各测试结果，确定岩心 主应力大小和方向。在进行岩心分析之前需进行古地磁测量， 测取以现在磁北为 零的偏角，进行岩心定向工作。该方法的测试过程相当复杂而且任务艰巨，其测 试结果受各种人为的和测试手段的影响， 不够准确。 根据确定的储层主应力方向， 可以判断水力压裂产生的人工裂缝方位。 实际应用中还可以通过对测井资料处理 得出地应力的分布和天然裂缝发育情况，如井孔崩落、主应力剖面分析等方法。 现场测试有直接测试和间接测试两种方法。间接法包括裂缝模拟（净压力拟 合） 、试井分析、生产数据分析等方法。直接法又包括近井地带和远场的两种直 接法， 近井地带直接法有井温测试、 放射性示踪剂法、 生产测井、 井眼成像测井、 井下电视、井径测井。远场直接法有地层微变形法（倾斜仪监测） 、井下三分量
微地震裂缝监测技术研究.PPT幻灯片课件
引言
微地震采集－裂缝监测的结果
Plan View 平面图 Well
Well 压裂井
Passive Monitor Well
观测井
原来的,绝对确定的 在采用了主波组,相对成
震源位置
像技术后得到的震源位置
由美国Los Alamos国家实验 室和联合太平洋资源公司在 美国COTTON 山谷所作的压裂 裂缝检测试验
引言
微震观测设备的关键部分是井下观测仪器。由于 诱生微震能量非常弱，频率很高（约为 100∽1500Hz），传播方向复杂，以及井下高温、高 压、高腐蚀性的恶劣环境，要求微震监测用井中检波 器是高灵敏度、高频、体积小的三分量检波器，其本 身及有关连接件、信号传输线等应具有耐高温、高压 和耐腐蚀的性能。
引言
C – SeisPTTM微地震监测解释软件 声发事件的探测 声发事件的分析 微地震的定位 压裂裂缝绘制
左图:模拟无裂缝的均匀介质中P波和S波的传播.(图中小圆圈为接收点,星号为震 源-小裂缝) 右图:模拟有裂缝时的波传播情况( a. 40毫秒时 b. 75毫秒时. P波和S波的速度从 外部岩石向裂缝内部明显下降)
引言
高压泵
压裂作业井
监测井 十二级接收器
岩石破裂
微地震事件
微地震监测主要包括数据采集、数据处理、精细反演等 几个关键技术。
引言
C8b C11 C16
压裂事件空间计算图
引言
1965年：美国滨州岩石力学实验室开始声发射和微震研 究，称为AE/MS技术。
1973年：首次开始现场试验工作，这次现场试验研究是 AMOCO公司等在美国科罗拉多州的Wattenberg油田进行的。 目的层为含气致密砂岩，深约2440m。当时人们沿袭传统的 地震勘探数据采集方法，采用布置在地面的检波器排列来监 测水力压裂裂缝的发展。由于地面噪音太高而诱发微震的水 平很低，加之那时的记录仪器及数据处理方法水平都不高， 无法从这种低信噪比的记录中识别出微震信号来。试验没有 成功。
煤层气水平井微地震成像裂缝监测应用研究
煤层气水平井微地震成像裂缝监测应用研究张永成;郝海金;李兵;刘亮亮;徐云【摘要】为有效地指导煤层气水平井压裂工程,评价压裂施工效果,提出将微地震成像裂缝监测技术应用于煤层气水平井压裂施工中.利用微地震成像监测煤层气水平井裂缝延伸的方位、缝长及缝高,分析裂缝双翼不对称发育原因.以沁水盆地寺河区块为例,将水平井和同规模、同层位垂直井的裂缝监测结果进行对比分析,结果显示,因布井方位及施工工艺影响,水平井压裂液滤失量大、易产生多裂缝,且裂缝延伸距离相对较短.指出后续水平井布井应考虑水平段轴线与最小主应力方向平行,增大压裂设计规模和压裂级数,以保证煤层气水平井高效开发.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】5页(P67-71)【关键词】煤层气;水平井;微地震;成像;裂缝监测【作者】张永成;郝海金;李兵;刘亮亮;徐云【作者单位】煤与煤层共采国家重点实验室,山西晋城 048000;易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司,山西晋城 048000;煤与煤层共采国家重点实验室,山西晋城 048000;易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司,山西晋城 048000;煤与煤层共采国家重点实验室,山西晋城 048000;易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司,山西晋城 048000;煤与煤层共采国家重点实验室,山西晋城 048000;易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司,山西晋城 048000;煤与煤层共采国家重点实验室,山西晋城 048000;易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司,山西晋城048000【正文语种】中文【中图分类】TD712+.624;TE357.1+3微地震监测是目前水力压裂中最精确、最及时、信息最丰富的监测手段，可以及时指导压裂工程，客观评价压裂工程的效果，对下一步的生产开发提供有效的指导，降低开发成本[1]。
随着油气勘探难度的增加，微地震成像技术得到了迅速的发展，并且成为高精度地震勘探数据处理的关键技术。
水力压裂微地震监测技术国内外现状_赵争光
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
脆性岩石里微震发射是小裂缝生成触?1973年amoco公司首次地面微震监测试验试验失败?1976年美国桑地亚国家实验室试验用地面观测方法失败1976年3月美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开始井下微震观测研究的现场工作成80年代初摆脱地面监测失败影响确立了水力井下观测方法20世纪80年代中期水力压裂裂缝的井中微震成像方法已得到石油工程专家的充分肯定20世纪80年代微震监测研究集中在建立水力压裂裂缝空间图像的方法上包括微震观测方法的完善数据处理方法的发展及专门仪器的改进20世纪90年代初已发展到高性能多级检波器串如50级检波20世纪90年代后期微震绝对定位误差仅为1240m裂缝走向方位角精度为26度?kiselevitch1991研究出地面微地震监测方法称其为发射层析成1991利用发射层析成像技术成功勘探到冰岛地热田21世纪初井中微震监测绝对定位误差已降到10m以下rutledge等2003?2004年首次用地表检波器排列发射层析成像技术监测barnett页岩气水平井水力压裂基础研究地面监测井中监测地面监测历程20161028里程碑事件会议中hess公司的高级顾问craiglcipolla和壳牌公司的高级顾问soates都肯定了微地震监测技术在油气开发尤其在非常规油气开发中所起的作用并且提出了长期动态监测将是未来的工作重点及发展趋势得到与会代表的广泛认可
汇报提纲
基于大井距油气田的微地震压裂监测技术研究
积 动力学分析 ［ 沉积学报 ，２ ０ ，１ （ ） ６ ５ ． Ｊ． Ｊ ０ ０ ８ ３ ：５ — ６
（ 编辑 ：卢栎羽 ）
天然气技术与经济 ／ １ ９
第５ 卷
胡 庆 春 ，等 ：基 于 大 井 距 油 气 田的 微 地 震 压 裂 监 测 技 术 研 究
第４ 期
合 适位 置 ，由大 口径工程 钻机 钻取 ４ ５口深 度在 ～
研究现状［］天然气地球科学，２０ ，１（） ５— ５． Ｊ． ０ ５ ６３ ：３２３８ ［］雷卞军，张吉，王彩丽 ，等． ７ 高分辨率层序地层对微相
和 储 层 的 控 制 作 用 ： 以靖 边 气 田统 ５ 区 马 五 段 上 部 为 井 例 ［］岩 性 油 气 藏 ，２ ０ ，２ （ ） 一 ． Ｊ． ０ ８ ０ １ ：ｌ ７ ［ ］魏 国 齐 ，陈 更 生 ，杨 威 ，等 ．覆 盖 区 碳 酸 盐 岩 层 序 界 面 ８
基于大井距油气 田的微 地震压裂 监测技术研 究
胡 庆春 孟
２ 中 国 石 油 川 庆 钻 探 公 司 ， 四川 ．
米
成都 ６０ １； １２ ３
成都 ６０５ ） １ ０ １
（． １ 中国石油 』 庆物探 公司装备事业部 ，四川 Ｉ Ｉ
摘
要 微 地震 压裂监测技 术是低 效油 气藏压裂 改造领域 中的一项 重要 技 术。针对部 分油 气田井距 大的特
覆 盖 次 数 ，满 足 实 时接 收 和 分 析 井 中 高质 量 地 震 数
［］王爱国． １ 基于微地震技术的油田裂缝监测及模拟［］中国 Ｊ．
海洋大学学报 ，２ ０ ，３ （ ） １— ２ ． ０ ８ ８ １ ：１６ １ ０
［ ］梁兵 ，朱广 生． ２ 油气 田勘探 开发 中的微震 监测方 法 ［ ． Ｍ］
水平井压裂裂缝监测的井下微地震技术
水平井压裂裂缝监测的井下微地震技术引言自从1947 年在美国首次实施第一口井压裂以来，水力压裂作为油气增产的一项主要措施已被广泛应用于现代石油工业。
随着勘探开发的重心向“三低”油气藏转移，该项技术仍是不可缺少的增产手段，而经济有效的水力压裂应尽可能地让裂缝在储层中延伸，防止裂缝穿透水层和低压渗透层。
水力压裂过程中，压裂裂缝的实际空间展布是油藏工程师们急切关注的问题，同时也是压后效果评估重要的参考因素之一，因而准确的裂缝监测技术显得至关重要。
现场作业表明，水力压裂的效果往往不十分明显，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。
因此，研究裂缝扩展规律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。
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，被应用于油田现场服务，其结果的准确性被国内外广大油田工作者所认同。
1 井下微地震裂缝监测技术1.1 基本原理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”，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施工井和邻井探测，并通过数据处理分析出有关震源的信息。
目前在施工井中接收信息的技术尚在进一步发展之中，而邻井监测技术已经发展成熟。
在压裂过程中，随着微地震在时间和空间上的产生，裂缝测试结果连续不断地更新，形成了一个裂缝延伸的“动态演示图”，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和底部深度、裂缝两翼的长度以及裂缝的扩展方位。
施工井和观测井位于同一井区（图1），距离在有效监测距离之内。
压裂井压裂施工过程中，微地震信号通过地层传播，接收器接收微地震信号并传到地面监控处理设备。
在使用微地震裂缝监测技术过程中，施工井与观察井的距离在不同岩层各不相同（表1）。
水力压裂技术与微地震监测技术研究进展
工 程 技 术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.28.068水力压裂技术与微地震监测技术研究进展陈春燕 陈芷若 刘恩豪 胡力文 刘亚昊 陈鹏(长江大学地球科学学院 湖北武汉 430000)摘 要：常规油气藏开发已进入中后期，增产稳产难度日益增大，非常规油气藏逐渐投入开发。
为提高非常规油气藏单井产量，使其达到经济开发水平，水力压裂技术已成为非常规油气藏增产的主要措施之一，为评价压裂效果，微地震监测技术已广泛使用于水力压裂过程中的裂缝监测。
本文通过对水力压裂技术与微地震裂缝监测技术进行调研，总结了水力压裂技术与微地震监测技术的发展现状，指出了不同微地震监测技术的优缺点，评价了微地震监测技术的发展方向。
研究结果对于水力压裂过程中微地震监测技术的发展有一定的指导作用。
关键词：水力压裂技术 微地震监测技术 非常规油气藏中图分类号：P631.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)10(a)-0068-03近年来，非常规油气成为国内外的一个研究热点。
非常规油气指成藏机理、赋存状态、分布规律以及勘探开发方式等不同于现今常规油气藏的烃类资源[1]。
现今，世界上的非常规油气种类多并且储量十分丰富，其中最具有经济效益和开发价值的为页岩气与致密油气[1]。
资料显示，中国非常规气资源量约为190×1012 m3，明显多于美国已探明天然气储量。
因此，在非常规油气的勘探开发方面，水力压裂技术和微地震监测技术的发展显得尤为重要。
国内外非常规油气勘探开发实践证明，大规模、大容量的水力压裂是实现非常规储层有效开采的核心技术手段。
而其中最具有开采价值的页岩气藏常被称为“人造气藏”，其开发通常需要水平井钻井和水力压裂等技术手段改造储层、形成人造网络才能使其具有生产能力[1-4]。
目前国内外监测裂缝的方式多样，通过多年来不断研究探索，发现微地震裂缝监测技术是优点最为显著的一种方式，它能有效地监测和评估非常规储层压裂改造效果。
油气田水力压裂地面微地震监测技术研究
要 ］ 水力压裂地面微地震监测技术 ，是低孔低渗油气藏及非常规天然气开发过程 中描 述水力压裂诱发裂缝几何形态及评价压裂效果的主要技术 ，在我 国尚处在工业试 验 阶段 ， 在技 术应 用层 面上 存在 认识 不足 。在介 绍 了地 面微地 震监 测发展 历 史可行 性证 明 、 地 面检 波 器排 列 类型 的基 础 上 ， 探 讨 了微 地震 数据 处 理反 演 定位 方 法 以及 地 面监 测定 位精度 。结果 认 为 ， 采 用稀 疏 台站检 波 器排 列布设 的地 面微 地震监 测技 术 成本 较 低 、 施 工 方便 且反 演定 位精 度 在 横 向 和 纵 向上 （ 一定 监 测距 离 以外 ） 优 于 井 中监 测 ， 对 此观 测 系统 采 集的微 地震 数 据进 行 走 时反 演和 能量反 演 ， 都 能获 得 准 确 可 靠的 结果 ， 因此， 是 未 来微地 震监 测 的发展 方 向。 ［ 关 键词 ］ 水 力压 裂 ； 微 地震 ； 检 波器排 列 ； 走 时反 演 ； 能 量反 演 ； 定位精 度 ［ 中图分 类 号 ］Ｔ Ｅ ｌ ３［ 文献标 识码 ］Ａ ［ 文章编 号 ］１ ６ ７ ２ － ９ ９ ４ ３ （ ２ Ｏ １ ４ ） Ｏ １ － ０ ０ ０ １ － ０ ３ 层析成像技术监测水平井水力压裂并获得巨大成 功。至此 ， 微地震地面监测技术走向实用阶段 ， 并
于水力压裂诱发裂缝成像 ，这项技术 目前也广泛 应用于地热资源勘探 、 高温注汽热力开采 、 Ｃ Ｏ 地 质封存监测 ， 其技术和经济潜力是巨大的。
法 的研究和技术发展提供无可替代的资料 Ⅲ 。 根据检波器排列布置 ，可将微地震监测分为 ２ 大类 ： 地面监测和井 中监测。自 从人们认识到声 发射现象可以被用来服务于油气生产 以来 ，可靠 的微地 震监 测方 法 就成 为各 国研 究人 员 的研 究 目 标。 人们最早进行的微震监测 ， 是采用地面监测方 式， 但由于较早时候检波器制造水平 、 排列方式以 及处理软件算法 的落后 ，无法在地表监测到地下 传来 的微地震信号或者无法从噪音中将有效信号 成 功剥 离 ， 地面 监测 实验 失 败 。 这 同时导 致后 来 井 中监 测 方 式 的 巨 大 成 功 。２ ０世 纪 ９ ０年 代 ， Ｋ ｉ ｓ ｅ ｌ ｅ ｖ ｉ ｔ ｃ ｈ 等研究出地面微地震监测方法 ，称其
压裂裂缝监测技术
500
1000
1500
2000
2500
累积时间（h）
间接方法
系统试井
产能试井
等时试井 修正等时试井 一点法试井
试井
压力降落试井
不稳定试井
单井不稳定试井 多井不稳定试井
压力恢复试井 中途测试
干扰试井 脉冲试井
间接方法
不稳定试井分析
试井操作按照“中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T 5440-2009”----《天然气井试井技术规范》执行。
远场地带监测技术
地面倾斜监测技术
地面倾斜监测系统一般由12～18个倾斜仪组成，围绕压裂 井井筒按圆形排列，放置在浅孔眼里并埋在干层中，布置的半 径大约是压裂井深度的40%，这是目前国际上较公认的裂缝监 测技术。
远场地带监测技术
周围井井下微地震监测技术
通过加固地面倾斜仪并把
其放在压裂井邻近井中就可以
远场地带监测技术
微地震监测技术
远场地带监测技术
微地震监测技术
➢ 无源微地震 ➢ 摩尔-库伦理论 ➢ 断裂力学准则 ➢ 微震波识别技术 ➢ 微地震震源定位
远场地带监测技术
微地震监测技术
由于水力压裂诱生微震能量比较微弱，因此在现场监测应该 要注意以下几点：①地面观测站点越多越好，为了准确确定震源 位置以准确确定裂缝空间形态，微震观测点要足够多；②降低和 识别消除地面噪音，现场观测尽可能的远离或停止一切地面活动， 把检波器安装在相对安静的地区，以免产生干扰，也可以在引起 噪音的地区安置一个检波器，以帮助识别并进而消除地表噪音； ③地面布设站点的位置要合理选取，尽可能在监测井的各个方向 上都有检波器监测。
√
远场地带监测技术
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。
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剪切滑动
P
S(t1) P(t1)
S X 检波器 S(t2) P(t2)
Y
取得的成果及创新点
• • • • 压裂监测方法研究
• 压裂监测数据采集
压裂监测数据处理方法
• 压裂效果地震监测正演技术研究
压裂效果地震监测反演定位方法研究 压裂效果地震监测处理解释一体化软件
• 论文发表情况
取得的成果及创新点
合同任务及完成情况——
6、现场试验及应用效果评价
合同任务
(1) 完成模型正演、反演与解释处理的软件编制 (2) 现场试验1－2口井 (3) 提供试验区区域的裂缝分布规律，提高压裂有 效率
合同任务及完成情况——完成情况
微震机理与波型理论研究
1、完成国内外水力压裂微地震监测现状调研分析
2、完成水力压裂微地震产生的机制研究
汇报提纲
项目概况 合同任务及完成情况 取得的成果及创新点 存在的问题及建议
取得的成果及创新点
• • • • • 压裂监测方法研究
• 压裂监测数据采集
压裂监测数据处理方法
• 压裂效果地震监测正演技术研究
压裂效果地震监测反演定位方法研究 压裂效果地震监测处理解释一体化软件 论文发表情况
3、完成微地震产生地震波的类型研究 4、完成水力压裂诱生微地震的频谱分析 5、完成水力压裂诱生微地震的强度研究
合同任务及完成情况——完成情况
压裂监测处理方法研究
1、完成频谱分析与去噪研究 2、完成微震极化分析与波场分离研究 3、完成微震P波、S波初至精确拾取方法研究 4、完成用于微震资料处理的速度模型的建立 5、完成波形分析、导波的识别
老22斜-5观测井参数
取得的成果及创新点
1、压裂监测方法研究
微震的产生机理 水力压裂时，大量高粘度高压流体被注入储层,使孔 隙流体压力迅速提高,高孔隙压力以剪切破裂和张性破裂
两种方式引起岩石破坏。岩石破裂时发出地震波，储存
在岩石中的能量以波的形式释放出来。诱发微震以剪切 破裂为动产生P和S波 • 速度不同：P 波 > S 波 • 可用三分量检波器接收
电测解释
下33
2592.8-2596.0
3.2
褐灰色油迹 粉砂岩
230.0
57
13.7
油层
预计砂面：2600m
下34
2612.8-2614.4
1.6
褐灰色油迹 粉砂岩
油层
设计的泵注程序
序号 泵注工序 液体名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 顶替液 合计 携砂液 前置液 冻胶 冻胶 冻胶 冻胶 冻胶 冻胶 冻胶 冻胶 活性水 液量 累计液量 m 45.0 10.0 6.6 22.5 32.0 10.0 4.2
地理位置 构造位置 完钻井深,m 井斜数据 试泵情况 油层套管规范及深度
深度：2650.0m 斜度：23.35° 方位：80.68° 15Mpa×30min×0Mpa 139.7mm×2670.77
压裂井主要措施油层数据参数
层位
射孔井段 m
厚度 m
岩性
声波时 差 ms/m
饱和度 ％
孔隙度 ％
渗透率 ×10－3μ m2
合同任务及完成情况——
4、微震反演与解释方法研究
(1)微震定位方法研究
合同任务
1） Geiger方法在微地震定位中的适应性及改进研究 2）多种定位方法应用与优选研究 3）空间域内的定位方法研究
(2)测试层位区域岩石力学参数研究
(3)压裂裂缝形态监测技术研究 1）区域速度模型研究
2）压裂裂缝形态监测模型研究
项目概况 合同任务及完成情况 取得的成果及创新点 存在的问题及建议
合同任务及完成情况——
合同任务
1、微震监测技术基本原理分析，微震产生的机理与波型理
论分析。
2、地层模型的建立与微震波场正演模拟 （１）通过常规地震构造解释、测井解释与井间地层对比技
术建立地层模型，由ＶＳＰ或声波与密度测井确定地层参数．
压裂效果地震监测技术研究
汇报提纲
项目概况 合同任务及完成情况 取得的成果及创新点 存在的问题及建议
项目概况
任务来源：中国石化股份公司油田事业部 负责单位：江汉油田分公司勘探处
完成单位：物探公司 长江大学 井下作业处
项目负责人：张三元
计划期限：2008年6月—2009年12月
汇报提纲
2、压裂监测数据采集 2008年12月6-7日，在勘探处大力协调下，通过物探 公司、长江大学、井下作业处、采油厂等多家单位的共同 努力，圆满完成了江汉探区首次压裂监测施工工作。
压裂井参数
井 号 老22斜-5 油补距,m 湖北省潜江老新 老新构造 2678.0 水泥返高,m 人工井底,m 4.43 套补距,m 联入,m 1619.0 2640.95 4.75 5.20
6、完成反演定位方法研究
合同任务及完成情况——完成情况
正演、处理与解释软件
1、搭建程序总体框架
2、地层模型的建立与微震波场正演模拟
3、微地震资料处理 4、微震波形频谱分析与去噪研究 5、微震P波、S波初至时间精确拾取方法研究 6、微地震反演定位
合同任务及完成情况——完成情况
现场试验及应用效果评价 1、完成压裂监测配套技术研究 2、完成老22斜-5井射孔与连续压裂监测
（２）在波型理论分析与建模的基础上进行波场数值模拟， 分析微地震记录特征和各类波的传播规律。
合同任务及完成情况——
3、微震数据处理方法研究
合同任务
（1）微震波形频谱分析与去噪研究
（2）微震极化分析与波场分离研究 （3）微震P波、S波初至时间精确拾取方法研究 （4）速度模型的建立 （5）波形分析、导波的识别
3）震源反演技术研究
合同任务及完成情况——
(1)裂缝定位功能模块 1）裂缝定位功能模块的开发
合同任务
5、在正演、处理与解释方法研究的基础上，形成一套软件
2）软件系统的集成
(2)微震监测在开发应用研究 1）水力压裂裂缝扩张过程与裂缝几何形态的监测 2）微地震信号突变与压裂的关系规律研究 3）压裂优化设计研究
3
砂比 % 10 15 20 25 30 35 40 #### kg/m
3
砂量 m
3
m
3
10.0 16.6 39.1 71.1 81.1 85.3
179.0 268.5 358.0 447.5 537.0 626.5 716.0
1.0 1.0 4.5 8.0 3.0 1.5 1.0 20.0
2.5 87.8 8.2 #####