微地震人工裂缝监测技术0651

调、堵、压
• 该井监测深度2285.9米,于2005年5月17 日监测,监测了调、堵、压全过程,包括 调剖前、调剖过程、调剖后压裂。调剖 后压裂、监测二次。四次监测采用同一 监测台站坐标(表2)
表2. CHAO61-Y127井监测台站坐标
图4. CHAO61-Y127井调、堵、压监测结果
调、堵、压
表3.朝61-杨127井四次监测的成果表
2.4变压注水监测
• • 我们在江苏油田陈3-45井进行了变压注 水监测，该次监测持续2小时44分，划分 为三个不同的压力时段。不同压力时段 的微地震分布及反映的裂缝走向也明显 不同。
图5.陈3-45井不同压力时段注水前缘监测结果
图6. 低压(9.3Mpa)时段监测出的微地震分布及 裂缝走向(重启动)
变压注水
• 从图5、图6可以看出，压力变化幅度较大的情 况下,随着压力降低，裂缝变得简单,低压力下， 仅有北东东向一条裂缝出现；高压力下，有二 条裂缝，不同于低压下的裂缝走向的另一条裂 缝对应着较高的注水压力。图5中，从左至右 分别是高压（13.2 Mpa）、中压(10.8Mpa)、低 压(9.3Mpa)时段监测出的微地震分布及裂缝走 向。图6中是再启动重新在低压(9.3Mpa)下的测 试结果。我们把测试结果汇总在表4中:
2.典型应用及实例
• 我们在油田多个生产领域中，应用该技 术，取得令人满意的结果。
• 2.1地震监测技术在井网布置与调整中的应用 2.2微地震监测技术在油田压裂转向中的应用 • 2.3微地震监测技术在油田调、堵、压中的应用 • 2.4变压注水监测
2.1地震监测技术在井网布置与调整中的应用
• 2003年3月9日,在吐哈油田,监测了S3-231 井的人工压裂过程,监测给出人工裂缝方向(图 1)。图1中，红色井位为油井，蓝色井位为水井。 该井 压 裂层 位 ：Q1 （3+4 ） ， 深度 2911.002935.20m，压裂前日产液5m3 ，含水80％。根 据原始地应力资料，该区域最大主应力方向为 北西38-50度，因此压裂该井，希望裂缝延伸到 理想的方向来改善井网注采。压裂以后，S3231井水淹，含水高达99%。根据人工裂缝监测 成果，判断水来自S4-24井。在对S4-24井进行 水控以后，S3-231井日产液28m3 ，含水降为 75%，日增油6 m3。
朝46-126井
• 从图3可以看出,二次压裂,人工裂缝方位 有近20度的变化，为北东49.0度和北东 71.3度;仔细观测图3,可以看出,第二次 压裂,东翼近井人工裂缝近东西向,东西 向裂缝长度近50米，然后左旋转向第一 次压裂裂缝的方向,出现明显的典型裂缝 转向过程。
朝46-126井
• 从图3还可以看出,把二次观测的微地震点迭合 在一起, 第二次检测结果相对第一次观测结果， 不仅东翼初裂缝不重合,转向后的裂缝也不重 合，后者有明显的裂缝转向过程，转向后的裂 缝与第一次压裂形成的裂缝走向大体一致。二 者的裂缝高度差近2米。该机制表明,压裂形成 同一因素控制下的新裂缝,如果与原来的裂缝 夹角较大,裂缝在延伸过程中将转回原来的延 伸方向,但并不一定和原来的裂缝重合，这可 能是转向压裂可以增产的原因。
朝46-126井
• 图3是朝46-126井的压裂转向观测结果。 图3中,左侧的图是第一次压裂的微地震 监测结果;中间的图是第二次压裂的微地 震监测结果; 右侧的图是两次压裂的迭 加图,第一次压裂获得的微地震点用红色 表示,第二次压裂获得的微地震点用兰色 表示。
图3.朝46-126井第一层两次压裂裂缝走向迭加图
新裂缝延伸机制分析
• 延伸必然受到原地应力场的影响与控制，其控 制强度可以写为[4]: • sin(ψ )≤(σ 1-σ 2)sin(2φ )/PU (4) • 式（4）中，PU、σ 1、σ 2分别是裂缝中的有效 压裂压力、裂缝面上的最大、最小有效水平主 应力；ψ 是开裂角，是开裂方向与裂缝面的夹 角， φ 是裂缝面与最大水平主应力方向的夹角。 可以看出，差异应力越大，应力对裂缝延伸过 程的控制力越强。 φ 角小，则开裂角也小。
摘
要
• 在吐哈油田，S3-231井压裂后出现暴性水淹， 含水由压前的80%升至99%，依据监测结果，判 断该井人工裂缝方位与以往应力场研究预计的 裂缝方位不同，指向邻近水井S4-24。对S4-24 井采取控水措施后，含水降至75%，日增油6m3 。 • 在大庆油田采油十厂监测了3口井、5层的压裂 转向，依据监测结果，判断有2口井、4层转向 明显，1口井、1层转向不明显。判断转向不明 显的井恰好是油田加堵剂偏少，效益偏差的井。 监测结果是可信的。
• 图4中,朝61-杨127-1是调、堵措施前监测结果, 朝61-杨127-2是调、堵过程中的监测结果，朝 61-杨127-3是调、堵后压裂的结果，朝61-杨 127-4是调、堵后再压裂的结果。可以看出， 朝61-杨127井措施前,监测得到的优势液流方 向为北东、北西向, 北东向显著程度稍强。调、 堵时，调、堵液的的流动方向与措施前监测得 到的一个液流方向大体相同，优势方向沿北西 向。调、堵后压裂，人工裂缝方向不沿调、堵 液的优势流动方向，而是沿北东向，调、堵措 施见到成效。
调、堵、压
• 由图4可以清楚的看到四次监测结果的差 别及调、堵效果。调、堵后二次压裂的 人工裂缝方向均为北东东向,彼此之间相 差仅1度。表3列出了四次监测的成果表。 • 监测表明：本次调、堵是成功的,人工裂 缝方向与调、堵液的流向不沿一个方向, 调、堵是起作用的。
调、堵、压
• 从监测中，我们发现：如果调、堵成功, 人工 裂缝方向与调、堵液的流向应该不沿一个方向； 调、堵液的流向不一定沿最大水平主应力方向； 调、堵后再压裂,人工裂缝方向也不一定沿最 大水平主应力方向； 人工裂缝方向与调、堵 液的流向间差别越显著, 调、堵、压效果越好； 用微地震方法监测调、堵、压过程是可行的， 可以提供一个更科学的检查调、堵、压效果的 手段。
理论依据
• （1）式左侧不小于右侧时发生微地震。式 中，τ是作用在裂缝面上的剪切应力；τ0 是岩 石的固有无法向应力抗剪断强度，数值由几兆 帕到几十兆帕，沿已有裂缝面错断，数值为零； S1，S2 分别是最大，最小主应力；P0是地层压 力；φ是最大主应力与裂缝面法向的夹角。由 式（1）可以看出，微震易于沿已有裂缝面发 生。 这时τ0为零，左侧易于不小于右侧。P0增 大，右侧减小，也会使右侧小于左侧。这为我 们观测注水，压裂裂缝提供了依据。
1.2监测技术
• 监测使用自行研制的微地震实时监 测系统,该系统地面6分站,无线传输,主站 记录,实时分析、显示。监测依据微地震 震源特征,地震波传播理论和微地震信号 识别理论，用监测得到的微地震点的空 间分布及其三视图描述人工裂缝轮廓， 实时给出人工裂缝监测结果。
1.3信号识别
• 信号识别是本项技术可行的关键，我们采 用了13个判别标准：幅度谱，频率谱，信号段 的频谱分布，包络前递增及后递减特征，包络 的拐点特征, 导波的上述特征及各路信号的互 相关特征等13个特征，编制了计算机自学习软 件，根据上述13个标准，依据以往近千口井的 监测数据,训练得出信号识别判据。近5年的野 外监测经验表明，这些判据是可信的，监测有 很好的重复性，且在很多可验证的监测中，监 测结果得到验证。
图2. 朝75-105井第二层两次压裂裂缝走向迭加图
朝75-105井
•
从图2可以看出,把二次观测的微地震点迭 合在一起,第二次检测结果相对第一次观测结 果有可以看出的左旋趋势。仔细观测图2,二者 在细节上有很多相似之处,是同一控制条件下 的裂缝转向;这表明,该层的二次压裂出现了可 以观测得到的人工裂缝转向,由于转向角度很 小,约束转回原来的方向的力也很小,新裂缝保 持直线延伸。该层第一次压裂的的井口峰值压 力是26兆帕,排量2方/分;第二次压裂的的井口 峰值压力是39兆帕,排量2.5方/分。
微地震监测技术 在低渗透油田生产开发中的最新应用
石油勘探开发科学研究院 中原油田采油工程技术研究院
目录
• • • • 摘 要 1.理论与技术 2.典型应用及实例 3.技术可靠性检验 参考文献
• 4.微地震监测技术在人工裂缝监测中的应用前 景及展望
摘
要
• 微地震监测技术是计算机及信号识别技术高度 发展的产物。国内外很多科研机构、生产服务 单位应用这一技术服务于油田生产，并取得重 要成就。我们发展、并应用该技术于国内油田 的生产、开发，仅在近3年，就监测了近500口 井。在油田井网调整，压裂裂缝转向，油田调、 堵、压施工中发挥了不可替代的作用，提高了 施工的科学性，为油田增产、增效作出贡献。
图1.S3-231井人工裂缝方向及邻井
2.2微地震监测技术在油田压裂转向中的应用
2.2.1压裂转向监测实例 2.2.2 新裂缝延伸机制分析
朝75-105井
• 图2是大庆油田朝75-105井的压裂转向观测结 果。 • 二次压裂,人工裂缝方位发生了近2度的变化， 为北西87.8度和北西89.7度；裂缝的高度差别 也很大，近6米。图2中,左侧的图是第一次压 裂的微地震监测结果;中间的图是第二次压裂 的微地震监测结果; 右侧的图是两次压裂的迭 加图,第一次压裂获得的微地震点用红色表示, 第二次压裂获得的微地震点用兰色表示。
新裂缝延伸机制分析
• 这里: T是井壁形成新裂缝处的岩石抗张强 度;T ， 是最大水平主应力方向处的岩石抗张强 度。由（3）式可以看出，新裂缝偏离最大水 平主应力方向的最大角度Δ φ 与测点的差异应 力负相关，差异应力越大，(3)式右侧第二式 的值越小,(3)式右侧的值越接近1,偏差角度也 小。如果差异应力很小，新老裂缝的夹角就可 能很大。大庆油田油层相对较浅,水平差异应 力较小,有利于压裂转向技术的应用。
朝46-126井
• 该层第一次压裂的的井口峰值压力是22 兆帕,排量2.0方/分;第二次压裂的的井 口峰值压力是32兆帕,排量2.8方/分,压 力升高10兆帕。
2.2.2 新裂缝延伸机制分析
• 形成新缝的常见机制是形成同一控制因 素下的新缝，这一控制因素多为原地应 力场。由于与老缝相连的射孔被堵住， 压裂液必然通过其它射孔作用在井壁上， 在比形成老缝更高的破裂压力下形成新 的初裂缝。其力学机制可以写为： • COS2（Δ φ ）》1-（T，-T）/（S1-S2） (3)
摘
要
• 在大庆油田采油十厂，对朝61-杨127井的调、 堵、压过程进行了监测，发现，调、堵剂的流 向与调、堵后压裂裂缝方向沿着不同方向，判 断此次调、堵、压施工是成功的。事实上，此 井该次施工，日增产原油3吨，二个月累积增 产原油200吨。。 • 监测实践表明，该项监测技术，使用方便，实 时性强，结果可信，可以为油田布井，压裂转 向，调、堵、压施工提供科学依据，指导施工 作业，检验施工效果。
表1.2003年第十采油厂转向压裂效果统计表
2.3微地震监测技术在油田调、堵、压中的应用பைடு நூலகம்• 调、堵、压是油田老井改造的重要措施,通过 调、堵，堵住部分孔道，再压开、扩大另一部 分液流通道，以改善油、水井生产动态。由监 测我们可以判断措施是否成功，提高调、堵、 压施工的科学性。大庆油田采油十厂，在朝 61-杨127井实施了调、堵、压技术，受油田委 托，我们对全过程进行了监测(图4)。 •
新裂缝延伸机制分析
• 由（4）式可以判断出,若形成与老缝相同 控制因素下的新缝，有二种延伸机制： • 1.新缝与老缝的夹角很小,如朝75-105井的 第二层,新、老裂缝的差别仅2度。由于差别较 小，约束裂缝转回原来方向的力也小，开裂角 也小, 新缝始终保持直线延伸(图2)。 • 2.新缝与老缝夹角较大,如朝46-126井,差 别近20度, 约束裂缝转回原来方向的力也大， 出现了典型的裂缝转折, 裂缝转回最大水平主 应力方向（图3）。由于新、老裂缝不是一条 缝，其高度也会有明显的差别（表1）。
1.理论与技术
• 1.1理论依据 • 1.2监测技术 • 1.3信号识别
1.1理论依据
• 地下经常有微地震发生，压裂或注水时，地层压 力升高，根据摩尔-库伦准则，压力变化区会有 诱发微地震发生，记录、定位这些微地震源，其 分布可以反映裂缝轮廓。摩尔-库伦准则可以写 为： • τ》=τ0 +（S1+S2-2 P0）/2+（S1–S2）cos（2φ）/2 (1) • τ=（S1 –S2）sin（2φ）/2 （2）