压裂施工井下监测技术简介

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。

井下压裂作业过程监测技术探析摘要近年来，井下压裂技术已经成为了油气增产的主要手段。

深入了解压裂产生的裂缝几何形状、产状、密度以及相关的其它参数对于了解地层地质情况、渗滤参数和改善低渗透油气藏具有极其重要的意义。

传统的监测技术有远源裂缝监测技术和直接的压裂井裂缝监测技术，其都存在很大的局限性。

本文中，笔者在理论研究和大量实地考查的基础上提出了一种井下压裂实时监测技术，并提出相应的数据解释处理软件。

该方法在辽河油田新老区近50口井的压裂监测中都显示出了良好的效果，准确性高，误差小，参数稳定，能够精确反映出压裂作业的效果，并为同一地层同一压力系统此后的压裂方案设计提供参数和技术依据。

关键词井下；压裂作业；监测技术0引言井下压裂技术是目前油气井增产、注水井增注的一项非常重要的举措，尤其对于我国一些超低渗透油气层来说，井下压裂技术的高低已经成为了油气产量突破的掣肘点。

而在压裂作业的过程中，对于压裂层段温度、压力、压裂液的密度以及被压裂的裂缝的产状、密度及分布等参数的检测也非常关键。

比较传统的压裂检测主要是采用井口的温度和压力等数据进行测定，而后通过经验或估算摩阻来得到井下温压等数据，实施监测。

然而，由于摩阻是一个受压裂液、排量、砂比等影响的不断变化的动态值，且实际经验又存在很大的不准确性，因而，井口所测得的各项参数就很难真实地反映井下压裂作业的实际效果。

本文中，笔者在进行大量的理论研究的基础上，同时结合自己多年的工作经验，提出了一种可以更准确地对井下压裂情况进行实时监测的技术，并为该技术编制了相关的程序。

利用该技术不仅能够利用所设计的软件对已经录入的数据进行评价，还可以对井下的压裂过程进行监测与控制，因此能够对实际的压裂效果更加真实客观的表达。

1 系统的硬件部分设计1.1监测管柱本方法中的监测管柱在跟随着压裂管被下入以后，可以利用软件对其进行监测，在预先设定的时间和采集频率之下，对井底各项数据进行采集并实施传输到井口控制系统中，从而，可获得整个压裂作业过程效果的数据。

浅谈低渗油田水力压裂裂缝方位监测技术引言随着油田开发的不断推进，我国低渗透油藏开发技术已处于世界领先地位，水力压裂技术在低渗透油田开发中得到了广泛的应用，而裂缝监测技术制约着水力压裂技术的突破。

水力压裂技术是目前低渗透油田改造增产最主要的措施之一。

水力压裂产生的裂缝延伸方位，不仅是储层压裂改造效果的衡量标准之一，而且能为其他井水力压裂提供参考与借鉴，并能够为后期调整生产措施提供依据。

本文针对低渗油田水力压裂裂缝方位监测技术进行了较深入的调研，并设计一套低成本、高性能、低功耗的压裂裂缝方位监测系统。

1.几种常见的水力压裂裂缝方位监测技术（1）微地震监测技术天然地震监测技术是微地震压裂的监测技术的起源。

水力压裂施工过程中，压裂能量将沿主裂缝方向不断向四周地层中进行辐射传递，造成主裂缝周围地层内部产生裂张和错动。

这些裂张和错动会引起不同类型和强度的地下弹性波，即横波和纵波。

在压裂时产生的这些不同強度不同类型的横波和纵波将以主裂缝为中心，从各个方位来辐射波及周围地层，通过这类辐射的弹性波地震能量能够向周围相邻的地层源源不断地传波。

通过接收、过滤和分析接收到的地下弹性波信号的强弱、方向及波及面积等参数，便可获得实际压裂施工过程裂缝方位、面积及对地层的影响强度的信息。

再借助三维成像技术，采用相应配套的软件对微地震事件分析对比，便可获得压裂裂缝的各种几何参数，从而达到对压裂裂缝的延伸方位的监测目的。

（2）井温测井监测技术水力压裂施工所注入的液体或压后人为注入的液体进入地层往往会带来低温异常，通过监测井温变化情况便可确定压裂裂缝的缝高，这就是井温测井监测技术的理论基础。

水力压裂所注入地层的液体温度通常会低于地层原温度，因此体现在吸液层段井温曲线的是低温异常段，监测这一低温异常段便可获知压裂裂缝的存在以及分布高度等情况。

在压裂前先进一次行井温测井，得到一条井温变化的基准线，对比压裂后井温变化线，可将井温突变段确定为压裂裂缝的高度。

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。

页岩气井水力压裂微地震监测技术岩石破裂会伴随产生强度较弱的地震波,称为“微地震”。

微地震事件发生在裂隙之类的断面上，裂隙范围通常只有1~10m。

地层内地应力呈各向异性分布，剪切应力自然聚集在断面上。

通常情况下这些断裂面是稳定的。

然而，当原来的应力受到生产活动干扰时,岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围地区就会出现应力集中、应变能增高；当外力增加到一定程度时，原有裂缝的缺陷地区就会发生微观屈服或变形、裂缝扩展，从而使应力松弛，储藏能量的一部分以弹性波（声波）的形式释放出来产生小的地震，即所谓微地震。

注入作业期间引发的微地震事件在空间和时间上的分布是复杂的，但不是随机的，可以在1Km范围内用适当的灵敏仪器检测到。

大多数微地震事件频率范围介于50~1500Hz之间，持续时间小于1s，通常能量介于里氏-3到+1级。

在地震记录上微地震事件一般表现为清晰的脉冲；越弱的微地震事件，其频率越高，持续时间越短；能量越小，破裂的长度就越短。

因此微地震信号很容易受其周围噪声的影响或遮蔽。

另一方面在传播当中由于岩石介质吸收以及不同的地质环境，也会使能量受到影响。

微地震监测技术就是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动之影响、效果及地下状态的地球物理技术。

其基本做法是：通过在井中或地面布置检波器排列接收生产活动所产生或诱导的微小地震事件；并通过对这些事件的反演求取微地震震源位置等参数；最后，通过这些参数对生产活动进行监控或指导。

目前该方法主要用于油田低渗透储层压裂的裂缝动态成像和油田开发过程的动态监测，主要是流体驱动监测。

微地震监测分为地面监测和井中监测两种方式。

地面监测就是在监测目标区域（比如压裂井）周围的地面上，布置若干接收点进行微地震监测。

井中监测就是在监测目标区域周围临近的一口或几口井中布置接收排列，进行微地震监测。

由于地层吸收、传播路径复杂化等原因；与井中监测相比，地面监测所得到的资料存在微震事件少、信噪比低、反演可靠性差等缺点。

壹伍叁零柒叁壹贰肆贰伍广域电磁法压裂监测技术简介技术背景：该技术由何继善院士团队研发，背靠中南大学，通过自主研发的软硬件监测压裂液的到达位置，来表征裂缝几何参数，实时展示监测成果并指导压裂施工。

在全国多区域内得到成功应用，目前完成合同额近6000万元。

技术原理：通过井筒供入特定频率的交流电，井筒和压裂液形成一体化的地下导体，在地表部署测点，通过监测压裂液入地后产生的电性变化引起的电磁响应，获取电磁时间域差分异常，反映压裂液波及范围，进而评价改造效果。

压裂前背景场：时间域差分：直井电磁监测示意图压裂过程中电场：水平井电磁监测示意图广域电磁法压裂监测技术特点与应用价值2、压裂监测结果评价3、影响压裂地质因素评估4、压裂工艺合理性评估5、开发方案合理性评估6、压后产量跟踪井网——井距——水平段方位——水平段长度压后实际产量与预测产量进行对比分析，验证压裂改造效果，指导开发技术政策的制定与调整。

应用价值：1、成果实时展示裂缝参数实时显示，为现场工艺调整提供数据支持技术特点：施工电压不超过36V。

可同时监测数百个测点。

2n序列伪随机信号，有效规避现场电磁干扰。

接收机采集分辨率1uV。

原始数据无线传输至服务器，返回成果至现场。

广域电磁法压裂监测对比微地震类别监测技术原理监测的是岩石破裂产生的能量震动信号，又叫无源地震监测的是压裂液入地产生的电性差异，通过连接井筒，人工源主动激发，近场接收监测目标岩石破裂事件，主要监测破裂范围，与压裂液没有直接关系压裂液波及到的位置，因此更接近有效改造范围，即保持连通的有效裂缝。

适用范围在井埋深较大时或者疏松黄土层，地震波衰减厉害，信号较弱，效果大打折扣。

电磁波的传播取决于介质的电性性质，也就是介质电阻率的高低，而且疏松的地层电阻率一般中等，电磁波在黄土层传播衰减甚小。

抗干扰能力岩石破裂诱生的地震波是很微弱，因此微地震监测的信号较弱，容易受压裂现场噪声影响可以多频或单频发射，信号强，数据达到毫伏级，有效的规避干扰野外施工地表微地震：监测区域2-3Km 范围，地表监测需大量布设检波器；井中微地震：需要借助2口以上的邻井，在一定程度上影响邻井的生产。