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
国内外微地震检测技术现状与应用 一、国内技术应用现状 基于微震监测的裂缝评价技术正发展成为油层压裂生产过程中直观而又可靠的技术。近几年来，国内众多油气田纷纷投入人力、物力和资金，积极开展该技术的应用与研究工作，广泛用于油气勘探开发工作。 1、2011年，东方物探公司投入专项资金，积极开展压裂微地震监测技术研究，压裂微地震监测技术水平得到快速提升。截止2011年11月，东方物探公司已成功对11口钻井实施了压裂微地震监测。 2、同年，华北油田物探公司针对鄂尔多斯工区大力推广水平井分段压裂技术、不断提高储量动用率及单井产量的要求，2011年年初就对微地震检测技发展状况进行调研，并对检波器、记录仪器、处理软件进行实际考察。 他们与科研院校合作，在鄂南工区富县牛东4井与洛河4井开展微地震监测裂缝评价技术攻关，采用微地震技术对储层压裂进行监测，结果与人工电位梯度方法(ERT)监测结果一致。该公司还通过组建微地震监测项目组，加强相关专业知识的培训和学习，并与科研院校“高位嫁接”，开发微地震检测特色技术，打造差异化竞争优势。 3、近年来，胜利油田积极开展微地震压裂检测技术应用研究，并把它作为油气勘探开发的重要技术手段和技术储备。 据了解，“十二五”期间，非常规油气藏将成为胜利油田的一个重要接替阵地，而微地震压裂检测技术是非常规油气藏勘探领域中的一项重要新技术。 通过开展对国内外微地震压裂检测技术现状、微地震压裂检测采集方法、数据处理及裂缝预测方法、目前成熟的处理反演软件、微地震压裂检测技术应用实例分析等方面调查研究，全面了解和掌握微地震压裂检测技术的技术特点、技术关键、技术实用性及其发展方向，为胜利油田下一步开展非常规油气资源的勘探开发工作提供先进的技术支持，更好地为油气藏勘探开发工作服务。 二、国外技术研究与应用 在20世纪40年代，美国矿业局就开始提出应用微地震法来探测给地下矿井造成严重危害的冲击地压，但由于所需仪器价格昂贵且精度不高、监测结果不明显而未能引起人们的足够重视和推广。 近10年来，地球物理学的进展，特别是数字化地震监测技术的应用，为小范围内的、信号较微弱的微地震研究提供了必要的技术基础。为了验证和开发微地震监测技术在地下岩石工程(如地热水压致裂、水库大坝、石油、核废料处理等)中所具有的巨大潜力，国外一些公司的研究机构和大学联合，进行了一些重大工程应用实验。如1997年，在美国德州东部的棉花谷进行了一次全面而深入的水压致裂微地震成像现场实验，以验证微地震成像技术的实用价值。该实验取得了巨大成功，证明微地震成像技术相对于其它技术来讲，分辨率高、覆盖范围广、经济实用及可操作性强，很有发展潜力。 美国之所以成为目前世界上页岩油气开发的领跑者，就是因为它已经熟练掌握了利用地面、井下测斜仪与微地震检测技术相结合先进的裂缝综合诊断技术，可直接地测量因裂缝间距超过裂缝长度而造成的变形来表征所产生裂缝网络，评价压裂作业效果，实现页岩气藏管理的最佳化。该技术有以下优点： 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、确定裂缝的高度、长度、倾角及方位；
微地震监测技术及应用 随着非常规致密砂岩气、页岩气藏的开采开发，压裂技术在储层改造中起着举足轻重的作用，而微地震监测技术是评价压裂施工效果的关键且即时的技术之一。根据微地震监测处理高精度地反演微震位置，从而预测压裂裂缝的发展趋势及区域，对压裂施工效果进行跟踪及评判，同时也为后期油气藏的开采和开发提供技术指导。 第一节微地震监测技术原理与发展 微地震监测技术是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动的影响、效果及地下状态的地球物理技术,其基础是声发射学和地震学。与地震勘探相反,微地震监测中震源的位置、发震时刻、震源强度都是未知的,确定这些因素恰恰是微地震监测的首要任务。微地震是一种小型的地震（mine tremor or microseismic）。在地下矿井深部开采过程中发生岩石破裂和地震活动，常常是不可避免的现象。由开采诱发的地震活动，通常定义为，在开采坑道附近的岩体内因应力场变化导致岩石破坏而引起的那些地震事件。开采坑道周围的总的应力状态。是开采引起的附加应力和岩体内的环境应力的总和。 一、技术背景 岩爆是岩石猛烈的破裂，造成开采坑道的破坏，只有那些能够引起矿区附近的地区都受到破坏的地震事件才叫做冲击地压或煤爆、“岩爆”。对地下开采诱发的地震活动性的研究表明，矿震不一定全都发生在开采的地点，且不同地区的最大震级也不相同，但矿震深度一般对应于开采挖掘的深度。每年在一些矿区的地震台网能记录到几千个地震事件，只有几个是岩爆。在由开采引起的地震事件的大的系列里，岩爆只是其中很小的一个分支。对矿山地震、微地震及冲击地压的观测具有一致性，但应用到实际生产中必须区别对待。 二、微地震技术的发展 基于微震监测的裂缝评价技术正发展成为油层压裂生产过程中直观而又可靠的技术。近几年来，国内众多油气田纷纷投入人力、物力和资金，积极开展该技术的应用与研究工作，广泛用于油气勘探开发工作。2011年，东方物探公司投入专项资金，积极开展压裂微地震监测技术研究，压裂微地震监测技术水平得
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。区内断裂发育,大小断裂20余条,
水平井压裂裂缝起裂与扩展 引言： 通过国内外研究人员实践表明：由于水平井具有单井产量高、穿透度大、泄油面积大、油气储量利用率高及能避开障碍与环境复杂的区域等特点。对于低渗透油藏、薄差储层油藏、储量较小的边际油藏以及稠油油气藏等，水平井压裂是这类油藏最佳的开采方式。最近一段时期，随着学者们的不断研究以及钻井完井等工艺技术水平的提高，水平井开发技术成为人们开发低渗透油田的研究重点并被广泛应用。 水平井与垂直井、普通定向井的裂缝起裂机理都有明显区别。水平井自身存在复杂性与特殊性，钻遇地层环境比较复杂，水力裂缝在发生破裂时所需的起裂压力比垂直井的破裂压力高得多，通常会发生裂缝不张开，导致压裂失败。深入研究水平井裂缝起裂机理，找出合理的起裂规律是水平井压裂施工成功前提保障。 第1章水平井井壁上的应力状态 水力压裂时裂缝的形成主要是决定于井壁的应力状态。一般认为：当井壁上出现有一个超过岩石抗拉强度的拉伸应力时，井壁便开始破裂。 1.1 由于地应力所产生的井壁应力 地应力是由地壳岩层的重力场或即上覆地层压力及地质构造应力场所组成的。一般可认为, 地应力中的一个主应力是垂直于地壳表面的,其余两个主应力则是水平的。如果只考虑上覆地层载荷引起的重力作用(即不存在地质构造运动力)，且认为地下岩石处于纯弹性状态,可将初始的地应力分解为垂道方向的正主应力σz和两个相等的水平方向的正主应力σx入和σy。 式中 h-底层的埋藏深度； ρ-上覆岩层的平均容重，其理论值可取。00231kg/cm3; μ-岩石的泊松比。
在有些构造运动活跃的地区会出现异常大的侧应力(水平应力) , 井且在通常的情况下三个原地主应力是不相等的。设取压应力的符号为正, 拉应力为负, 三个主应力分别表示为σ1,σ2和σ3 (σ1>σ2>σ3>0) , 根据地质构造形成时的受力特点, 正断层、逆断层和平推断层发育的区域里, 三个主应力的方向是不相同的(图1)。 图1 不同断层发育地区的顶应力分布情况 休伯特考虑到多数岩石的内摩擦角都接近于30°这个事实, 认为在正断层发育地区, 最大主应力σ1等于有效的上覆压力，最小水平主应力σ3最大的可能是等于1/3上覆压力;在逆断层发育的地区,最小主应力σ3等于有效的上覆压力, 而最大水平主应力σ1顶多会等于3倍的上覆压力; 而在平推断层活跃的区域里, 有效的上覆压力则为中一间主应力。 由于地壳中的岩层可视为弹性半无限体, 井壁上的应力状态可简化为平面向题来分析。如果两个水平方向的压缩地应力不相等(设为σ1>σ2> o )，可把井眼看成是在互相垂道的方向上分别作用有σ1和σ2两个压缩外应力的弹性平板中的一个小圆孔(图2 )，孔壁上的应力就相当于井壁上的水平应力。而井壁上的垂直应力分量仍可视为σz=ρh，为上覆岩层的压力。
微地震监测技术
北京阳光杰科科技有限公司 2012年6月
GNT International Inc.
内容提要
? 微地震技术三种数据采集方法 ? 微地震数据处理 ? 微地震解释与应用 ? 微地震应用实例
GNT International Inc.
https://www.doczj.com/doc/2017591261.html,
微地震监测技术
微地震监测技术是采集地下岩石破裂所产生的地震波，通过处理、解释以 了解地下岩石破裂的位置、破裂程度、破裂的几何形态等的技术；可用于 石油工业的压裂监测，以及矿山、大坝、地下结构等的长期监测
GNT International Inc.
https://www.doczj.com/doc/2017591261.html,
微地震监测的三种探测方法 微地震技术三种数据拾取方法
井下 地表 埋置
井下探测区域 地表系统探测区域
井下系统探测装置 系统设计 (平坦地形 ) 系统设计 (多山地形 )
预警系统监测区域
? 地震检波器串 ?径向排列系统, 8-16 臂, 1000 道 ?井筒中储层段放置10-50 个3-C 地震检波器 ?采取初至处理 ?监测井距压裂井距小于200米 ?可用于观测多井压裂 ?用于标定地表系统 ?灵活和快速的探测
大面积油藏监测系统
?埋于100-300英尺（约30-90米） 的3-C 检波器 ?每个排列配备80 – 100个检波器
?由客户数据建立速度模型 ?标定速度模型 ?事件可能发生区域的数据叠加 ?在叠加数据中搜寻裂缝事件 ?按时间和空间输出事件位置
?大面积覆盖 ?长期监测的最佳商业和技术选择
预备埋入的3C地震检波器
3C 井下地震检波器
准备井下系统
用于调配的四轮摩托 为直升机调 配准备的地 震检波器和 电缆
录音舱
直升机调配
用于系统 部署的直 升机
进行中的浅孔钻探
埋入式3C地震检波器站
埋入式 3C 地震检波器站
在靠近作业井较近距离内，井下监测具有较高的精度
用于短期微地震震监测的灵活技术
用于长期和大范围监测的最具经济有效的方法
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石油地质与工程2011年3月PETROLEUM GEOLOGY AND ENGINEERING 第25卷第2期文章编号:1673-8217(2011)02-0126-03 电位法井间监测技术在压裂裂缝监测中的应用 吴柏志1,李军2 (1.中国石油大学(北京)博士后流动站,北京昌平102249;2.中石化胜利油田分公司桩西采油厂) 摘要:考虑五号桩油田特低渗油藏的整体开发井网部署,有必要对压裂过程中裂缝大小和方位进行实时检测,为此,结合油藏及现场地面概况,引入并实施了电位法井间检测技术。详细阐述了该技术的测试原理、测试仪器系统、测试工艺及后期数据处理方法;电位法井间检测技术共在五号桩油田应用5井次,其中,桩74-14-12井的裂缝检测认为该井主要存在两条大裂缝,裂缝长度为97m 和83m,方位为75和240,其中,一条裂缝伸向水井是导致该井压裂后高含水的原因,通过对应水井的停注控水,该井获得日增油3t 的效果。电位法井间检测技术的应用为后期压裂效果分析和井网部署提供了重要依据,同时也进一步说明该技术的实用性及今后的推广前景。 关键词:电位法;井间监测;压裂裂缝方位;五号桩油田 中图分类号:TE357.14文献标识码:A 随着油田开发的不断深入,特低渗油藏已成为 油田产能接替和建设的重点。压裂作为特低渗油藏 改造的主要手段,其压裂施工的成功率取决于是否 按设计要求完成施工,即压裂施工的符合率是否达 到要求。为优化压裂设计提供切实可信的基础参 数,提高油水井压裂施工成功率和有效率,2010年 在五号桩油田开展压裂裂缝监测试验,截至目前在 桩74、桩59等块共应用5井次,对区块开发具有重 要的指导意义。 1测试原理 压裂施工中,如果所用的压裂液相对于地层为 一个良导体,即液体电阻率与地层介质的电阻率相 比差异较大时,利用被测井套管向地层供以高稳定 度的电流,这部分压裂液在地层中即可看作为一个 场源(图1),由于它的存在,原电场(未进行施工前 的地面电场)的分布形态发生变化,即大部分电流集 中到低阻体带,这样势必造成地面的电流密度减小, 地面电流密度减小,相应的地面电位也会发生较大 变化[1]。鉴于此,若在被测压裂井周围环形布置多 组测点,采用高精度的电位观测系统,实时监测压裂 施工过程中的地面电位变化,经数据处理,就可达到 实时解释推断裂缝延伸方位的目的[2-3]。 测试工艺图1电位法测试原理2.1测点的布置以测试井A 为圆心环形布置呈放射状对应的M 、N 、P 三环测点(每环均布),测点间夹角15,共布24组72个测点,3圈测点距井口的距离分别为70m 、90m 、120m [4-5]。测试仪器装置布置图见图2。 收稿日期;改回日期6 作者简介吴柏志,教授级高级工程师,年生,6年获得 中国石油大学(华东)油气田开发专业博士学位,现为中国石油 大学(北京)在站博士后,主要从事采油工程研究工作。2:2010-08-01:2010-11-2:1970200
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。 使用弹性波和岩体破裂的相关观念和技术，探究地下采空区不明水体的蓄积与成灾过程，研究显示，在突水问题前存在明确的弹性波波束比低值异常、振幅比高值异常、振动主频低值异常、波形变异和隔水岩墙破裂出现前的微震频度异常。