国外页岩气井水力压裂裂缝监测技术进展_贾利春
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第3章 水力压裂裂缝扩展模型及几何参数计算页数:34
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用分形方法研究水力压裂裂缝扩展机理页数:2
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参考文献： ［1］ Scott kell. Modern Shale Gas -Development in the United
States：A Primer ［M］. U. S. Department of Energy Office of Fossil Energy，National Energy Technology Laboratory，2009. ［2］ 江怀友，宋新民，安晓璇，等. 世界页岩气资源与勘探开发技 术综述［J］. 天然气技术，2008，2（6）：26-30. ［3］ 白 兆 华 ，时 保 宏 ，左 学 敏. 页 岩 气 及 其 聚 集 机 理 研 究 ［J］. 天 然 气 与 石 油 ，2011，29（1）：54-57. ［4］ 黄玉珍，黄金亮，葛春梅，等. 技术进步是推动美国页岩气快 速发展的关键［J］. 天然气工业，2009，29（5）：1-5. ［5］ 李 武 广 ，杨 胜 来 ，殷 丹 丹 ，等. 页 岩 气 开 发 技 术 与 策 略 综 述 ［J］. 天然气与石油，2011，29（1）：34-37. ［6］ Shawn Maxwell. Microseismic Hydraulic Fracture Imaging： The Path Toward Optimizing Shale Gas Production［J］. Shales，
测斜仪在两个正交的轴方向上测量倾斜，当仪器 倾斜时，包含在充满可导电液体的玻璃腔内的气泡产 生移动，以便与重力矢量保持一致。 精确的仪器探测 到安装在探测器上的两个电极之间的电阻发生变化， 这种变化是由气泡的位置变化所引起的。
图 2 是测斜仪监测垂直裂缝的示意原理图，显示 了从地面测斜仪和邻井井下测斜仪观察到的水力裂 缝造成的地面变形 。 ［12~14］ 由地面测斜仪监测的垂直裂 缝引起的地面变形是沿着裂缝方向的凹槽，而且凹槽 两侧地面发生突起，通过凹槽两侧的突起可以推算出 裂缝的倾角。 井下测斜仪布置在与压裂层相同深度的 邻井中，垂直裂缝会在邻井处产生突起变形，从而可 以推算出裂缝的几何形态。
44 天然气与石油 2012 年 2 月 NATURAL GAS AND OIL
国外页岩气井水力压裂裂缝监测技术进展
贾利春 陈 勉 金 衍
中国石油大学石油工程学院，北京 １０２２４９
摘要： 由于页岩气储层呈低渗物性特征，需要进行储层改造才能获得工业价值的天然气流。 页岩气储
层经过水力压裂产生的人工裂缝是页岩气产出的主要通道， 通过裂缝监测手段可以确定裂缝的延 伸特征，利用这些信息优化压裂设计，实现页岩气藏管理的优化。 通过调研分析国外文献，可知目前 国外常用的页岩气井水力压裂裂缝监测主要有直接近井筒裂缝监测、井下微地震监测方法、测斜仪 监测和分布式声传感裂缝监测，对比分析了这几种裂缝监测方法的监测能力和适应性。 在这些压裂 监测技术中直接近井筒裂缝监测技术只作为补充技术，井下微地震裂缝监测是目前应用最广泛、最 精确的方法，测斜仪裂缝监测的应用也比较广泛但无法用于深井 ，分布式声传 感裂缝监测在 2009 年首次用于现场压裂监测还处于起步阶段。 先进页岩气井水力压裂裂缝监测技术的应用大大增加 了水力压裂增产措施的有效性和经济性。 关键词：
图 1 井下微地震监测示意图
图 2 地面测斜仪监测示意原理图
1.3 直接近井筒裂缝监测 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 。 ［15］ 这 类裂缝监测技术通常作为选择应用技术的补充，主要 包括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。
OIL AND GAS FIELD DEVELOPMENT 油气田开发
和邻井井下布置两组测斜仪来监测压裂施工过程中 引起的地层倾斜，经过地球物理反演计算确定压裂参 数的一种裂缝监测方法 。 ［11］ 测斜仪在地表测量裂缝方 向、倾角和裂缝中心的大致位置，在邻井井下可以测 量裂缝高度、长度和宽度参数 。 ［11~12］
图 1 是井下微地震裂缝监测工作原理图，压裂井 和监测井位于同一井区，压裂井压裂施工过程中产生 的微地震信号通过地层向周围传播，位于邻井中的接 收器接收这些信号并传至地面数据采集器，处理后可 得到微地震监测图。 1.2 测斜仪裂缝监测
测斜仪裂缝监测技术是通过在地面压裂井周围
45 第 30 卷 第 1 期
页岩气储层进行水力压裂过程中， 裂缝起裂和延 伸造成压裂层的应力和孔隙压力发生很大变化， 从而 引起裂缝附近弱应力平面的剪切滑动， 这类似于地震 沿着断层滑动，但是由于其规模很小，通常称作“微地 震”［7~8］。 水力压裂产生微地震释放的弹性波，其频率相 当高，大概在 200～2 000 Hz 声波频率范围内变化。 这些 弹性波信号可以采用合适的接收仪在邻井检测到，通 过分析处理就能够判断微地震的具体位置。 页岩气井 进行水力压裂施工时， 在压裂井的邻井下入一组检波 器，对压裂过程中形成的微地震事件进行接收，通过地 面的数据采集系统接收这些微地震数据， 然后对其进 行处理来确定微地震的震源在空间和时间上的分布， 最终得到水力压裂裂缝的缝高、缝长和方位参数［9~10］。
2 几种裂缝监测技术的对比
上述几种裂缝监测技术是目前页岩气井水力压 裂过程中常用的裂缝监测技术，还有一些其他监测裂 缝参数的方法，如采用电位法观测压裂施工前后地面 电位变化推算裂缝延伸方位和缝长。 在实际应用中， 通过这些方法的综合利用和相互比较，得出水力压裂 裂缝的参数，如成像测井和微地震监测相结合的监测 技术 ， ［10］ 测斜仪监测和微地震监测相结合的综合裂缝 监测技术 。 ［12］ 表 1 给出了上述裂缝监测技术各自的监 测能力和局限性。
由于页岩气储层显示低孔、 低渗透率的物性特 征，因此只有极少数天然裂缝特别发育的页岩气井可 以直接投入生产，但是大部分的页岩气井需要经过水 力压裂改造后才能获得理想的产量 。 ［1~5］ 页岩气井经过
水力压裂改造后，利用裂缝监测技术可以有效地评价 压裂效果。 通过裂缝监测：a）更好地了解压裂施工，获 得裂缝大致尺寸， 判断压裂是否产生了多裂缝；b）更 好地了解压后产量情况， 判断裂缝是否覆盖了目的 层，分析 裂缝和天然 裂缝 是 否 交 叉 ；c）进 行 压 裂 优 化 和产量经济评价，随施工规模的增加可以获得多少的 裂缝长度和高度增长，获得最优的压裂设计。 因此，采 取准确的裂缝监测方法是认识页岩气井压裂裂缝扩 展的有效手段。
1 页岩气井水力压裂监测技术
目前，在美国页岩气开发地区，主要运用井下微 地震监测、测斜仪裂缝监测、直接近井筒裂缝监测和
收稿日期： 2011-10-08 基金项目： 国 家 科 技 重 大 专 项 课 题 资 助 （2011ZX05009-005） 作者简介： 贾 利 春 （1985-）， 男 ，河 北 邯 郸 人 ，博 士 研 究 生 ，主 要 从 事 油 气 井 岩 石 力 学 与 工 程 研 究 。
页岩气；水力压裂；裂缝监测 文献标识码：A 文章编号：1006-5539（2012）01-0044-04
0 前言
页岩气是指赋存于富含有机质的暗色泥页岩或 高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的 天然气聚集 。 ［1~3］ 页岩气的资源前景巨大，且在全球范 围内广泛分布，据估计全球页岩气的资源量约为 456× 1012 m3，约占全球非常规天然气资源量的 50 % 。 ［2~4］ 目 前，美国是世界上页岩气工业起步最早、发展最快、年 产量最大的国家，其根本原因是页岩气开发技术的进 步 。 ［4~5］
分布式声传感（DAS）裂缝监测等裂缝监测技术来了解 和评价页岩气井水力压裂裂缝的特征。 1.1 井下微地震裂缝监测
井下微地震裂缝监测通过采集微震信号并对其 进行处理和解释，获得裂缝的参数信息从而实现压裂 过程实时监测， 可用来管理压裂过程和压裂后分析， 是目前判断压裂裂缝最准确的方法之一 。 ［6~7］
46 天然气与石油 2012 年 2 月 NATURAL GAS AND OIL
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；井筒 成像测井可以获得天然和诱导裂缝的定向图，这些可 以提供有关最小主应力方向的信息；井下录像可以直 接观察不同射孔方向的压裂液流情况，从而确定井筒 附近裂缝的扩展情况；多井径测井（又称为椭圆度测 井）可以提供井筒崩落的方向和椭圆率，这可以解释 最大主应力方向，由于裂缝的延伸方位与最大主应力 方向一致，可获得裂缝的延伸方位。
每个声信号相应于光纤上 1～10 m 长的信道，比如 5 000 m 长的井下光纤按 5 m 长信道可以产生 1 000个 信道 。 ［16］ 将所收集的原始声音信号数据传送到处理系 统，对这些信号进行解释处理和可视化输出。
通过实时分析 DAS 地面系统所采集的数据，可以 获得压裂液和支撑剂的作用位置，实现优化压裂液和 支撑剂作用位置，通过诊断压裂设计的效果，在施工 过程中和后续施工中实现成本优化。
缝监测
分布式
无法确定复杂裂缝的
能 能 可能 不能 不能
声传感
尺寸
图 3 分布式声传感系统示意图
3 结论
a）水力压裂是页岩气藏储层改造的重要手段，也 是目前页岩气开发的核心技术之一，认识压裂过程产 生的裂缝产状参数，对于提高压裂效果和优化压裂设
计是非常重要的，而裂缝监测技术为评价页岩气藏储 层压裂效果提供了可能性。
b）井下微地震裂缝监测是判断压裂裂缝最精确的 方法之一，也是最常用的裂缝监测方法，通过实时确 定微地震的位置， 能够显示详细的裂缝扩展信息，但 是该技术要求地层必须可以产生和传输可分析的微 地震事件。
c）测斜仪裂缝监测可以确定裂缝方位、倾角和裂 缝中心的大致位置，充分利用地面测斜仪和井下测斜 仪的优势，可以快速方便地应用于现场。
直接近井筒裂缝监测技术需要在压裂后马上测 量，不具备实时监测的功能。 而且很多方法仅能获得 近井筒范围内的裂缝参数，如放射性同位素示踪剂测 井，另外如果沿井筒方向的裂缝高度很高或者不完全 沿井筒方向扩展则会造成仪器测不到，无法获得裂缝 扩展更细节的信息。 1.4 分布式声传感裂缝监测（DAS）
分 布 式 声 传 感 裂 缝 监 测 （DAS）方 法 是 利 用 标 准 电 信单模传感光纤作为声音信息的传感和传输介质，可 以实时测量、识别和定位光纤沿线的声音分布情况 。 ［16］ 壳牌加拿大分公司于 2009 年 2 月首次将该技术应用 于裂缝监测和诊断的现场试验，结果表明该技术可以 有效地优化水力压裂的设计和施工，从而降低完井成 本及提高井筒导流能力和最终采收率 。 ［16］
分 布 式 声 传 感 裂 缝 监 测 （DAS）系 统 将 传 感 光 纤 沿 井 筒 布 置 ，采 用 相 干 光 时 域 反 射 测 定 法 （C-OTDR）， 对 沿光纤传输路径的空间分布和随时间变化的信息进 行监测。 该技术的主要原理是，在传感光纤附近由于 压裂液流的变化会引起声音的扰动，这些声音扰动信 号会使光纤内瑞利背向散射光信号产生独特、可判断 的变化 。 ［16］ 地面的数据处理系统通过分析这些光信号 的变化，产生一系列沿着光纤单独、同步的声信号。 图 3 是分布式声传感系统裂缝监测示意图。
d）分布式声传感监测在 2009 年 2 月首次应用于 水力压裂裂缝监测的现场试验， 目前还处于起步阶 段，还需要进行大量的现场试验，验证其监测效果。
e）通过压裂监测技术可以更好地了解裂缝的扩展 情况，掌握裂缝的特征，先进压裂裂缝监测技术的应 用大大增加了水力压裂增产措施的有效性和经济性， 最终反馈到压裂的优化设计上，实现页岩气藏管理的 最优化。
页岩气井水力压裂过程在裂缝附近和地层表面 会产生一个变位区域，这种变位典型的量级为十万分 之一米，几乎是不可测量的 。 ［12］ 但是测量变形场的变 形梯度即倾斜场是相对容易的，裂缝引起的地层变形 场在地面是裂缝方位、裂缝中心深度和裂缝体积的函 数 。 ［13］ 变形场几乎不受储层岩石力学特性和就地应力 场的影响。
表1 几种裂缝监测技术的对比
监测
监测裂缝的能力
技术 方位 倾角 缝长 缝高 缝宽
局限性
井下微
对 监 测 井 要 源自文库 高 ，条
能 可能 能 能 能
地震
件苛刻
无法确定单个和复杂裂 测斜仪 能 能 能 能 能
缝的尺寸，深井不适用
直接近 需 要 压 裂 后 进 行 ，且
井筒裂 能 可能 可能 可能 可能 只能应用于井眼周边
States：A Primer ［M］. U. S. Department of Energy Office of Fossil Energy，National Energy Technology Laboratory，2009. ［2］ 江怀友，宋新民，安晓璇，等. 世界页岩气资源与勘探开发技 术综述［J］. 天然气技术，2008，2（6）：26-30. ［3］ 白 兆 华 ，时 保 宏 ，左 学 敏. 页 岩 气 及 其 聚 集 机 理 研 究 ［J］. 天 然 气 与 石 油 ，2011，29（1）：54-57. ［4］ 黄玉珍，黄金亮，葛春梅，等. 技术进步是推动美国页岩气快 速发展的关键［J］. 天然气工业，2009，29（5）：1-5. ［5］ 李 武 广 ，杨 胜 来 ，殷 丹 丹 ，等. 页 岩 气 开 发 技 术 与 策 略 综 述 ［J］. 天然气与石油，2011，29（1）：34-37. ［6］ Shawn Maxwell. Microseismic Hydraulic Fracture Imaging： The Path Toward Optimizing Shale Gas Production［J］. Shales，
测斜仪在两个正交的轴方向上测量倾斜，当仪器 倾斜时，包含在充满可导电液体的玻璃腔内的气泡产 生移动，以便与重力矢量保持一致。 精确的仪器探测 到安装在探测器上的两个电极之间的电阻发生变化， 这种变化是由气泡的位置变化所引起的。
图 2 是测斜仪监测垂直裂缝的示意原理图，显示 了从地面测斜仪和邻井井下测斜仪观察到的水力裂 缝造成的地面变形 。 ［12~14］ 由地面测斜仪监测的垂直裂 缝引起的地面变形是沿着裂缝方向的凹槽，而且凹槽 两侧地面发生突起，通过凹槽两侧的突起可以推算出 裂缝的倾角。 井下测斜仪布置在与压裂层相同深度的 邻井中，垂直裂缝会在邻井处产生突起变形，从而可 以推算出裂缝的几何形态。
44 天然气与石油 2012 年 2 月 NATURAL GAS AND OIL
国外页岩气井水力压裂裂缝监测技术进展
贾利春 陈 勉 金 衍
中国石油大学石油工程学院，北京 １０２２４９
摘要： 由于页岩气储层呈低渗物性特征，需要进行储层改造才能获得工业价值的天然气流。 页岩气储
层经过水力压裂产生的人工裂缝是页岩气产出的主要通道， 通过裂缝监测手段可以确定裂缝的延 伸特征，利用这些信息优化压裂设计，实现页岩气藏管理的优化。 通过调研分析国外文献，可知目前 国外常用的页岩气井水力压裂裂缝监测主要有直接近井筒裂缝监测、井下微地震监测方法、测斜仪 监测和分布式声传感裂缝监测，对比分析了这几种裂缝监测方法的监测能力和适应性。 在这些压裂 监测技术中直接近井筒裂缝监测技术只作为补充技术，井下微地震裂缝监测是目前应用最广泛、最 精确的方法，测斜仪裂缝监测的应用也比较广泛但无法用于深井 ，分布式声传 感裂缝监测在 2009 年首次用于现场压裂监测还处于起步阶段。 先进页岩气井水力压裂裂缝监测技术的应用大大增加 了水力压裂增产措施的有效性和经济性。 关键词：
图 1 井下微地震监测示意图
图 2 地面测斜仪监测示意原理图
1.3 直接近井筒裂缝监测 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 。 ［15］ 这 类裂缝监测技术通常作为选择应用技术的补充，主要 包括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。
OIL AND GAS FIELD DEVELOPMENT 油气田开发
和邻井井下布置两组测斜仪来监测压裂施工过程中 引起的地层倾斜，经过地球物理反演计算确定压裂参 数的一种裂缝监测方法 。 ［11］ 测斜仪在地表测量裂缝方 向、倾角和裂缝中心的大致位置，在邻井井下可以测 量裂缝高度、长度和宽度参数 。 ［11~12］
图 1 是井下微地震裂缝监测工作原理图，压裂井 和监测井位于同一井区，压裂井压裂施工过程中产生 的微地震信号通过地层向周围传播，位于邻井中的接 收器接收这些信号并传至地面数据采集器，处理后可 得到微地震监测图。 1.2 测斜仪裂缝监测
测斜仪裂缝监测技术是通过在地面压裂井周围
45 第 30 卷 第 1 期
页岩气储层进行水力压裂过程中， 裂缝起裂和延 伸造成压裂层的应力和孔隙压力发生很大变化， 从而 引起裂缝附近弱应力平面的剪切滑动， 这类似于地震 沿着断层滑动，但是由于其规模很小，通常称作“微地 震”［7~8］。 水力压裂产生微地震释放的弹性波，其频率相 当高，大概在 200～2 000 Hz 声波频率范围内变化。 这些 弹性波信号可以采用合适的接收仪在邻井检测到，通 过分析处理就能够判断微地震的具体位置。 页岩气井 进行水力压裂施工时， 在压裂井的邻井下入一组检波 器，对压裂过程中形成的微地震事件进行接收，通过地 面的数据采集系统接收这些微地震数据， 然后对其进 行处理来确定微地震的震源在空间和时间上的分布， 最终得到水力压裂裂缝的缝高、缝长和方位参数［9~10］。
2 几种裂缝监测技术的对比
上述几种裂缝监测技术是目前页岩气井水力压 裂过程中常用的裂缝监测技术，还有一些其他监测裂 缝参数的方法，如采用电位法观测压裂施工前后地面 电位变化推算裂缝延伸方位和缝长。 在实际应用中， 通过这些方法的综合利用和相互比较，得出水力压裂 裂缝的参数，如成像测井和微地震监测相结合的监测 技术 ， ［10］ 测斜仪监测和微地震监测相结合的综合裂缝 监测技术 。 ［12］ 表 1 给出了上述裂缝监测技术各自的监 测能力和局限性。
由于页岩气储层显示低孔、 低渗透率的物性特 征，因此只有极少数天然裂缝特别发育的页岩气井可 以直接投入生产，但是大部分的页岩气井需要经过水 力压裂改造后才能获得理想的产量 。 ［1~5］ 页岩气井经过
水力压裂改造后，利用裂缝监测技术可以有效地评价 压裂效果。 通过裂缝监测：a）更好地了解压裂施工，获 得裂缝大致尺寸， 判断压裂是否产生了多裂缝；b）更 好地了解压后产量情况， 判断裂缝是否覆盖了目的 层，分析 裂缝和天然 裂缝 是 否 交 叉 ；c）进 行 压 裂 优 化 和产量经济评价，随施工规模的增加可以获得多少的 裂缝长度和高度增长，获得最优的压裂设计。 因此，采 取准确的裂缝监测方法是认识页岩气井压裂裂缝扩 展的有效手段。
1 页岩气井水力压裂监测技术
目前，在美国页岩气开发地区，主要运用井下微 地震监测、测斜仪裂缝监测、直接近井筒裂缝监测和
收稿日期： 2011-10-08 基金项目： 国 家 科 技 重 大 专 项 课 题 资 助 （2011ZX05009-005） 作者简介： 贾 利 春 （1985-）， 男 ，河 北 邯 郸 人 ，博 士 研 究 生 ，主 要 从 事 油 气 井 岩 石 力 学 与 工 程 研 究 。
页岩气；水力压裂；裂缝监测 文献标识码：A 文章编号：1006-5539（2012）01-0044-04
0 前言
页岩气是指赋存于富含有机质的暗色泥页岩或 高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的 天然气聚集 。 ［1~3］ 页岩气的资源前景巨大，且在全球范 围内广泛分布，据估计全球页岩气的资源量约为 456× 1012 m3，约占全球非常规天然气资源量的 50 % 。 ［2~4］ 目 前，美国是世界上页岩气工业起步最早、发展最快、年 产量最大的国家，其根本原因是页岩气开发技术的进 步 。 ［4~5］
分布式声传感（DAS）裂缝监测等裂缝监测技术来了解 和评价页岩气井水力压裂裂缝的特征。 1.1 井下微地震裂缝监测
井下微地震裂缝监测通过采集微震信号并对其 进行处理和解释，获得裂缝的参数信息从而实现压裂 过程实时监测， 可用来管理压裂过程和压裂后分析， 是目前判断压裂裂缝最准确的方法之一 。 ［6~7］
46 天然气与石油 2012 年 2 月 NATURAL GAS AND OIL
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；井筒 成像测井可以获得天然和诱导裂缝的定向图，这些可 以提供有关最小主应力方向的信息；井下录像可以直 接观察不同射孔方向的压裂液流情况，从而确定井筒 附近裂缝的扩展情况；多井径测井（又称为椭圆度测 井）可以提供井筒崩落的方向和椭圆率，这可以解释 最大主应力方向，由于裂缝的延伸方位与最大主应力 方向一致，可获得裂缝的延伸方位。
每个声信号相应于光纤上 1～10 m 长的信道，比如 5 000 m 长的井下光纤按 5 m 长信道可以产生 1 000个 信道 。 ［16］ 将所收集的原始声音信号数据传送到处理系 统，对这些信号进行解释处理和可视化输出。
通过实时分析 DAS 地面系统所采集的数据，可以 获得压裂液和支撑剂的作用位置，实现优化压裂液和 支撑剂作用位置，通过诊断压裂设计的效果，在施工 过程中和后续施工中实现成本优化。
缝监测
分布式
无法确定复杂裂缝的
能 能 可能 不能 不能
声传感
尺寸
图 3 分布式声传感系统示意图
3 结论
a）水力压裂是页岩气藏储层改造的重要手段，也 是目前页岩气开发的核心技术之一，认识压裂过程产 生的裂缝产状参数，对于提高压裂效果和优化压裂设
计是非常重要的，而裂缝监测技术为评价页岩气藏储 层压裂效果提供了可能性。
b）井下微地震裂缝监测是判断压裂裂缝最精确的 方法之一，也是最常用的裂缝监测方法，通过实时确 定微地震的位置， 能够显示详细的裂缝扩展信息，但 是该技术要求地层必须可以产生和传输可分析的微 地震事件。
c）测斜仪裂缝监测可以确定裂缝方位、倾角和裂 缝中心的大致位置，充分利用地面测斜仪和井下测斜 仪的优势，可以快速方便地应用于现场。
直接近井筒裂缝监测技术需要在压裂后马上测 量，不具备实时监测的功能。 而且很多方法仅能获得 近井筒范围内的裂缝参数，如放射性同位素示踪剂测 井，另外如果沿井筒方向的裂缝高度很高或者不完全 沿井筒方向扩展则会造成仪器测不到，无法获得裂缝 扩展更细节的信息。 1.4 分布式声传感裂缝监测（DAS）
分 布 式 声 传 感 裂 缝 监 测 （DAS）方 法 是 利 用 标 准 电 信单模传感光纤作为声音信息的传感和传输介质，可 以实时测量、识别和定位光纤沿线的声音分布情况 。 ［16］ 壳牌加拿大分公司于 2009 年 2 月首次将该技术应用 于裂缝监测和诊断的现场试验，结果表明该技术可以 有效地优化水力压裂的设计和施工，从而降低完井成 本及提高井筒导流能力和最终采收率 。 ［16］
分 布 式 声 传 感 裂 缝 监 测 （DAS）系 统 将 传 感 光 纤 沿 井 筒 布 置 ，采 用 相 干 光 时 域 反 射 测 定 法 （C-OTDR）， 对 沿光纤传输路径的空间分布和随时间变化的信息进 行监测。 该技术的主要原理是，在传感光纤附近由于 压裂液流的变化会引起声音的扰动，这些声音扰动信 号会使光纤内瑞利背向散射光信号产生独特、可判断 的变化 。 ［16］ 地面的数据处理系统通过分析这些光信号 的变化，产生一系列沿着光纤单独、同步的声信号。 图 3 是分布式声传感系统裂缝监测示意图。
d）分布式声传感监测在 2009 年 2 月首次应用于 水力压裂裂缝监测的现场试验， 目前还处于起步阶 段，还需要进行大量的现场试验，验证其监测效果。
e）通过压裂监测技术可以更好地了解裂缝的扩展 情况，掌握裂缝的特征，先进压裂裂缝监测技术的应 用大大增加了水力压裂增产措施的有效性和经济性， 最终反馈到压裂的优化设计上，实现页岩气藏管理的 最优化。
页岩气井水力压裂过程在裂缝附近和地层表面 会产生一个变位区域，这种变位典型的量级为十万分 之一米，几乎是不可测量的 。 ［12］ 但是测量变形场的变 形梯度即倾斜场是相对容易的，裂缝引起的地层变形 场在地面是裂缝方位、裂缝中心深度和裂缝体积的函 数 。 ［13］ 变形场几乎不受储层岩石力学特性和就地应力 场的影响。
表1 几种裂缝监测技术的对比
监测
监测裂缝的能力
技术 方位 倾角 缝长 缝高 缝宽
局限性
井下微
对 监 测 井 要 源自文库 高 ，条
能 可能 能 能 能
地震
件苛刻
无法确定单个和复杂裂 测斜仪 能 能 能 能 能
缝的尺寸，深井不适用
直接近 需 要 压 裂 后 进 行 ，且
井筒裂 能 可能 可能 可能 可能 只能应用于井眼周边