水平井压裂裂缝监测的井下微地震技术

1、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

2、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，

3、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）。1.2 技术优势与地面倾斜仪裂缝测量等其他裂缝监测技术相比，井下微地震技术的优点包括：测量速度快；微地震事件位置能够实时确定；能同时

4、确定裂缝的长度、高度和方位；具有噪音过滤能力；现场应用方便。2 软件模拟与压裂测试2.1 压裂井和观察井基础数据压裂施工井为水平井，测深2089m,垂深1285.6m,水平段520m,井口坐标N9016.837/E52841.107m,距海平面高程142m,射孔层段为19351940m,TVD为1248.2m;观察井为直井，井深1428m，射孔段顶部深度1212m，井口坐标为N9016.632/E52840.654m,距海平面高程148m；两井之间地面距离678m,压裂施工井射孔层段与观察井地下距离为299m。2.2 FracproPT压裂软件模拟运用FracproPT压裂软件进行模拟，模拟结

5、果为：裂缝长度157.2m，支撑缝长150.8m，裂缝总高度48.0m，支撑裂缝总高度46.2m，很好地覆盖整个产层。2.3 观察井中仪器串的设计合适的仪器串设计，包括选定仪器串下入的深度、检波器的个数及柔性连接的长度等，是成功监测的前提。综合考虑经济和现场观测井的条件，参考本次压裂井深的范围，选定设计7级检波器的接收仪，柔性连接长度为10m,由于观察井在1211m处采取可动式桥塞封堵射孔孔眼的影响，设计接收仪的最下部CCL底部位于1208.8m处，能够很好地满足监测的要求（图2）。2.4 压裂施工与裂缝监测压裂井于2006年8月16日施工，先进行测试压裂，停泵测井温100min后，进行主压裂

6、，测试压裂排量2.5m3/min，共注入净液体积10m?主压裂排量3.5m3/min,共注入净液体积188m3。压裂施工数据见图3。在测试压裂和主压裂过程中，为保证测试的质量，要求该井区以监测井为圆心，1.5km半径范围内保持足够的“安静”。测试压裂过程中接收到5个微地震事件，主压裂过程中接收到77个微地震事件，各微地震事件都具有很好的分辨性，表明裂缝扩展良好(图4)。根据三维成像技术原理，运用配套软件对微地震事件进行分析，得出该井裂缝的几何参数为裂缝半缝长79m，裂缝高度46m，裂缝方位为N37。E,为对称裂缝。(3) 结论及建议(1)FracproPT软件模拟的结果与井下微地震监测的结果基本一致，表明在准确合理参数输入的情况下，该软件模拟的结果具有很好的可靠性，为该区块今后的决策提供了一种可行的方法。(4) 裂缝高度有限扩展，表明该区块产隔层应力差比较大，闭合应力比较高，在压裂支撑剂的使用上，一般石英砂无法满足要求，建议选择高强度的陶粒，才能保证较高的压后产量和较持久的压后效果。(5) 井下微地震裂缝监测技术是一种行之有效的方法，其结果的准确性被国内外广大油田工作者所认同，并且具有测量快速、现场应用方便等多项优点。