微地震裂缝监测技术讲解

微地震裂缝监测技术与煤层气井应用实例作者：陈恩尧来源：《世界家苑·学术》2017年第05期摘要：压裂是低渗透煤层气井储层改造的重要手段和必要手段。

压裂后形成的裂缝长度、高度、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，通过对煤层气井压裂进行微地震裂缝监测，可以认识裂缝方位及扩展规律，对评价压裂效果，压裂工艺的改进，井间距的调整及井网布置提供合理依据。

关键词：煤层气井；压裂；微地震；裂缝监测一、微地震裂缝监测技术原理及简介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。

其基础是声发射学和地震学。

声发射是指材料内部应变能量快速释放而产生的瞬态弹性波现象。

1956年，德国学者J.Kaiser发现，声发射活动对材料载荷历史的最大载荷值具有记忆能力，这一现象被称为Kaiser效应。

1963年，Goodman发现岩石材料也具有一定的Kaiser效应。

地下岩石因破裂而产生的声发射现象又称为微地震事件。

Kaiser效应是微地震监测技术的理论基础。

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。

压裂井微地震实时监测评价技术是建立在微地震监测技术基础上的一项油田生产动态监测技术。

微地震监测技术自上世纪七十年代来，已在国内外进行了广泛的研究和实践，应用该项技术，已在油田生产工作中取得了很多实际效果，诸如可利用该项技术监测压裂井的裂缝空间形态、有效缝长、缝高及地应力分布情况，为完善压裂工艺、评价压裂效果、对压裂井进行压后产能分析和井网布置提供有力的依据。

压裂井微地震实时监测也是在这一已有的技术基础上，利用压裂时产生的微地震，使用现场监测系统及计算机和其相应的解释系统，解释、分析现场监测实时数据。

对压裂的范围、裂缝发育的方向、大小进行追踪、定位，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。

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。

裂缝监测方案裂缝是建筑结构中常见的问题，特别是在地震频发地区。

及早发现和监测裂缝的变化对于预防建筑安全事故具有重要意义。

本文将介绍一种裂缝监测方案，以帮助工程师和建筑师在日常监测中提供有效的解决方案。

1. 概述裂缝监测的重要性建筑结构中的裂缝是结构可能存在问题的早期信号。

通过及时发现和监测裂缝的变化，可以避免潜在的安全隐患，并采取相应的措施来修复和加固建筑结构。

2. 使用传感器技术进行裂缝监测传感器技术是一种广泛应用于裂缝监测的方法。

传感器可以安装在建筑结构的关键部位，通过感知和记录裂缝的形成和变化来提供实时数据。

例如，应力传感器可以测量裂缝周围的应变，而倾斜传感器可以检测结构的倾斜程度。

3. 无线传输数据为了方便地获取裂缝监测数据，将传感器与无线通信技术相结合是一个可行的选择。

通过使用无线传感器网络，监测数据可以实时传输到数据采集系统，工程师和建筑师可以远程获取重要的监测数据并作出相应的决策。

4. 数据分析和预警系统对裂缝监测数据进行有效的分析和处理是一个关键问题。

借助数据分析算法和人工智能技术，可以实现对裂缝监测数据的实时分析，以便快速识别潜在的安全风险并及时采取措施。

5. 采取措施修复和加固裂缝监测不仅仅是为了获取数据，更重要的是采取相应的措施来修复和加固结构。

通过对监测数据的分析，可以确定裂缝的产生原因，并设计出相应的修复和加固方案，并监测这些措施的效果。

6. 结论裂缝监测方案是建筑安全管理的重要组成部分。

通过利用传感器技术和无线传输数据，可以实现对裂缝的实时监测和数据分析。

这种方案可以帮助工程师和建筑师及早发现和解决潜在的安全问题，确保建筑结构的稳定和安全。

通过以上的裂缝监测方案，工程师和建筑师可以更有效地进行日常监测和管理工作。

对于地震频发地区，裂缝监测更是不可或缺的一项工作。

只有通过及早发现和监测裂缝的变化，才能尽早采取措施，避免潜在的安全隐患。

裂缝监测方案应该得到广泛的推广和应用，以保障建筑结构的稳定和安全。

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。

裂缝监测实施细则引言概述：裂缝监测是一项重要的工程实践，旨在及时发现和评估结构中的裂缝，以确保建筑物和基础设施的安全性。

本文将介绍裂缝监测的实施细则，包括监测方法、监测设备的选择、数据分析和解读等方面。

一、监测方法1.1 视觉监测：通过裸眼观察或使用显微镜等工具，对建筑物或结构中的裂缝进行直接观察和记录。

这种方法适用于裂缝较为明显的情况，但对于细微的裂缝可能不够敏感。

1.2 激光扫描：利用激光扫描仪对建筑物或结构进行全面扫描，获取裂缝的三维坐标和形态信息。

这种方法具有高精度和高效率的特点，适用于大范围的裂缝监测。

1.3 高频振动监测：通过在建筑物或结构上安装振动传感器，监测振动信号的变化，从而间接推断裂缝的存在和扩展情况。

这种方法对于裂缝的监测比较灵敏，但需要专业的数据处理和分析。

二、监测设备的选择2.1 摄像设备：选择高清晰度的摄像设备，以确保能够清晰记录裂缝的形态和变化情况。

同时，考虑到监测环境的特殊性，可以选择具有防水、防尘等特殊功能的摄像设备。

2.2 激光扫描仪：选择具有高精度、高测量速度和大测量范围的激光扫描仪，以满足裂缝监测的需求。

同时，考虑到监测的实际情况，可以选择便携式的激光扫描仪，方便在不同位置进行监测。

2.3 振动传感器：选择灵敏度高、频率范围广的振动传感器，以确保能够准确监测裂缝区域的振动信号。

同时，考虑到监测的实时性，可以选择具有高采样率和快速响应的振动传感器。

三、数据分析和解读3.1 数据处理：对监测得到的数据进行预处理，包括去噪、滤波和校正等步骤，以提高数据的质量和准确性。

3.2 数据分析：利用统计学和数学模型等方法，对监测数据进行分析，提取裂缝的特征参数和趋势变化，判断裂缝的发展情况和危险程度。

3.3 结果解读：根据数据分析的结果，对裂缝的发展趋势和危险程度进行解读，并提出相应的建议和措施，以保障建筑物和基础设施的安全性。

四、监测报告编制4.1 报告内容：监测报告应包括裂缝的位置、形态和变化情况的描述，监测方法和设备的介绍，数据分析和解读的结果，以及相应的建议和措施等内容。

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）。

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到快速提升。

地裂缝监测技术规程一、总则本技术规程旨在规范地裂缝监测活动，确保监测结果的准确性和可靠性，为地质灾害防治提供科学依据。

本规程适用于地裂缝监测的各个环节，包括监测内容、方法、数据处理和资料整理等。

二、监测内容地裂缝监测的主要内容包括裂缝位置、走向、长度、宽度、深度以及裂缝变化情况等。

具体监测内容应根据地裂缝的类型、规模和地质环境条件确定。

三、监测方法1.简易测量法：适用于小规模裂缝的监测，通过直尺、线坠等简易工具测量裂缝尺寸。

2.常规测量法：采用全站仪、测距仪等测量仪器，对裂缝进行全面测量，获取更精确的数据。

3.全球定位系统（GPS）监测法：适用于大规模、长距离的裂缝监测，通过GPS技术获取裂缝的三维坐标数据。

4.数字摄影测量法：通过拍摄裂缝照片，利用数字摄影测量技术获取裂缝数据。

四、数据处理与资料整理1.数据处理：对监测获取的数据进行整理、计算和分析，提取有用的信息，编制各种图表和报告。

2.资料整理：将监测过程中获取的文字、图表、照片等资料进行分类整理，建立地裂缝监测档案。

五、监测周期与频次1.监测周期：地裂缝监测应根据实际情况确定，一般以月为单位，特殊情况下可适当调整。

2.监测频次：根据裂缝变化情况和地质环境条件等因素，确定适当的监测频次，确保监测数据的准确性和可靠性。

六、监测人员与设备要求1.监测人员：从事地裂缝监测的人员应具备相关专业知识和技能，熟悉本技术规程及有关规范。

2.设备要求：使用的监测设备应符合国家有关技术标准，并经计量检定合格。

设备的选择应考虑精度、稳定性、可靠性和便携性等因素。

2017年06月微地震监测技术及应用张方（中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000）摘要：近年来水力压裂微地震监测技术发展迅速，并在钻井现场拥有很好的应用前景，笔者从微地震监测技术的原理出发，并指出目前现场施工作业时难点并提出相应的技术对策。

为了较好地评估区块内水力压裂过程中的破裂发生和发展状况，更好的评估压裂效果，进一步优化工艺参数和缝网系统，为井距论证和整体开发井网部署提供依据，建议在井区内优选几口井进行水平井压裂微地震监测。

关键词：微地震监测；水力压裂；裂缝系统1微地震监测水力压裂技术原理近年来水力压裂微地震监测技术发展迅速，并在钻井现场拥有很好的应用前景。

微地震监测技术是建立在地震学和声发射原理的基础上，以在压裂过程中形成的小地震事件为目标，通过展示裂缝空间立体形态达到裂缝监测的目的。

在水力压裂过程中，地层原有应力受到压裂作业干扰，使得射孔位置处出现应力集中现象，导致应变能量升高，井筒压力迅速升高，当压力大于岩石的抗压强度时会导致岩石破裂变形，进而形成裂缝扩展，在应力释放过程中一部分能量会以地震波的形式向四周传播，进而形成微地震。

微地震一般发生在裂缝之类的断面上，通常裂缝范围在1-10m 之间，频率范围一般在200-1500Hz ，持续时间较短通常小于15s 。

微地震在地震记录上具有以下特点地震能量越弱其地震频率越高，持续时间越短破裂长度也越短。

微地震监测水力压裂通过监测站收集被检测井在水力压裂过程中产生的微地震波，并对收集到的微波信号进行处理解释，根据直达波的时间确定震源具体位置。

目前微地震解释主要用于以下几个方面：（1）分析微震事件出现的空间展布，计算裂缝网络方位、长度、宽度、高度；（2）随着压裂施工的进行，破裂事件不断发生，破裂事件出现的速率与压裂施工曲线的对应关系；（3）根据微震事件出现的空间位置，结合地震剖、测井资料，解释裂缝扩展与地层岩性、构造相互关系；（4）评估压裂产生的SRV ；2微地震监测水力压裂技术难点与技术对策2.1难点分析（1）在实时监测，一般需要检验速度模型的合理性，但是，现场实时监测中调整速度模型的难度较大；（2）在监测过程中，对于信噪比低的事件，自动识别程序难以自动识别；（3）在监测过程中，可能有个别事件明显偏离它的真实位置，以及个别事件P 波和S 波初至时间的自动拾取结果不合理，对现场实时处理带来一定的影响。