页岩气压裂-微地震一体化实时评价技术_袁凯.pdf

页岩气压裂微地震一体化实时评价技术袁凯（中石化江汉石油工程有限公司页岩气开采技术服务公司，湖北 武汉 ）摘要微地震处理解释资料通常用于估计水力裂缝的长度、高度、波及宽度及复杂度，但微地震事件响应与地质构造、压裂工艺参数间的关联性研究较少，压裂工程师在获得到微地震定位结果时，仍然不知道该如何调整和优化压裂施工。基于微地震事件定位结与地质资料的对比分析，形成天然裂缝及断层的微地震压裂实时识别方法。建立压裂施工参数与微地震响应之间的定量关系，为现场压裂施工的调整提供有效指导。关键词页岩气；微地震；压裂；一体化 中图分类号 ；文献标识码 文章编号 （）：随着非常规资源的开发，微地震监测技术已成为实时监测压裂作业的一种常用的技术，物探工程师经过微地震原始资料的处理解释后，通常提供微地震云图、各段微地震事件数、微地震波及高度、波及高度长度、波及宽度。对于压裂工程师而言，由于缺乏微地震事件响应与压裂工艺参数间的关联性研究，微地震定位结果，提供的资料看似很定量但用起来很定性，通常只能提供一种视觉辅助性显示和趋势。目前国内外页岩气井开展了大量的微地震监测，但关于压裂施工参数、地质构造对微地震事件响应的影响方面的研究极少。刘伟等人运用三维地震与微地震事件特征相结合，综合分析微地震事件分布特征。储仿东等人研究天然裂缝触发微地震事件的震级、能量、时空分布特征，识别水力压裂过程中天然裂缝的走向和位置。李德伟等人研究煤层压裂施工压力对微地震事件震级的影响。但对于微地震响应与施工参数之间关联性问题未进行更为全面和深入的研究，无法定量表征压裂施工参数与微地震响应之间的关系。因此有必要开展微地震事件响应与压裂规模、施工压力、施工曲线类型定量关性研究，建立压裂微地震一体化实时定量评价方法。地质构造对微地震响应的影响 天然裂缝对微地震响应的影响基于微地震监测结果及平面曲率属性预测裂缝情况对比分析表明天然裂缝发育区（高曲率区域）微地震响应具有如下特征：）微地震响应明显且响应出现的方位和区域与曲率条带有明显的对应关系；）响应微地震事件横波能量较大，震源偏剪切性质；）微地震事件方向总是趋于最大主应力方向，受天然裂缝发育带诱导作用，微地震事件会产生次生方向；）井筒两侧微地震事件出现明显不对称性。在古登堡里克特幂率关系理论基础之上，对该规律进行适应性研究，回归分析微地震事件数（）与微地震事件振幅（）之间的关系，符合新的定量关系（图）：（）（）式中：为微地震事件振幅，为振幅大于或等于的微地震事件数，是曲线的斜率。通过宜昌地区值计算，压裂改造过程中受天然裂缝影响时值接近 ，水力裂缝值大于 ，通过值可辅助判断天然裂缝对水力压裂缝的影响程度。江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报 年 月 第 卷第期 收稿日期 作者简介袁凯（），男，硕士，助理研究员，现主要从事非常规油气储层改造及压裂一体化评估工作。图 微地震频数振幅关系拟合 断层对微地震响应的影响对于断层的识别主要有两种情况：第一种是与已知断层（通过地震、测井识别）的相互作用，一旦识别了断层，压裂设计和井位部署时就可以使潜在的断层相互作用最小化；第二种情况是与未知断层相互作用，有些断层位移很小，通过地震反射断距难以分辨，可以使用微地震来监测潜在断层活动。因此在水力压裂过程中利用微地震响应特征追踪已知断层的影响和验证解释断层活动显得十分重要。基于微地震定位结果、地震资料对比分析表明：相比于正常水力压裂裂缝产生微地震事件，断层产生微地震事件具有如下特征。）微地震事件活动率增加、震级增加；）如果断层与水力裂缝呈某一角度时，也会发生方位角变化；）沿断层面生长可能导致异常长裂缝沿某个特定方向生长（明显的线性特征），并导致震源机制变化；）水力压裂缝激发微地震事件值接近，而断层激发微地震事件值接近；）沟通断层时，施工压力明显降低。压裂工艺参数对微地震响应的影响 微地震响应与压裂规模之间的关系通过涪陵页岩气井大量压裂段不同液量的微地震事件分布对比分析表明：随着注入压裂液量的增加，微地震事件分布范围随之增大，当入井液量到达到一定规模时，微地震事件分布范围基本保持不变，继续注入液量，裂缝扩展不明显，微地震事件密度增加。通过累积微地震事件数与累积注入液量之间的关系拟合，符合如下关系（图）：（）（）式中：为累积微地震事件数，为累积注入压裂液量，为微地震事件数增长率。目前页岩气压裂通常采用裂缝复杂程度提升工艺措施（中途切换液体、缝内暂堵等）。通过措施前后微地震事件响应区域、微地震事件增长率及施工压力响应分析，表明中途工艺措施有效时，微地震事件密度增加、微地震事件增长率增大且施工压力产生一定幅度增长。基于关系，可根据斜率判断中途工艺措施有效性及实施工艺措施时机，当明显增大时，反应裂缝复杂化过程。图 某井累积微地震事件数累积注入液量关系拟合 微地震响应与施工压力之间的关系通过页岩气井不同压力阶段微地震事件数统计分析，表明微地震事件数与施工压力之间具有正相关性，高施工压力阶段更容易产生微地震事件（图）。图 某井第段微地震、压裂施工曲线联合显示结果从裂缝延伸的全过程看，压裂初期，近井裂缝剪切滑移，开始产生微地震事件，因裂缝范围小，产生的微地震事件相对偏少，随着人工裂缝的稳定延伸，裂缝的范围逐渐增大，剪切滑移事件逐步增加，检测到的微地震事件逐步增多。后期裂缝容易在平面及纵向上的薄弱地方选择突破，出现裂缝转向或是在原裂缝范围内复杂程度大幅度提高，需要更高的净压力才能维持裂缝的延伸，表现为地面施工压力大幅度提高随着减阻水的不断注入，剪切滑移持续进行，产生大量的微地震事件。袁凯页岩气压裂微地震一体化实时评价技术 裂缝延伸模式评价通过压裂各阶段微地震事件分布特征分析，压裂过程中微地震事件前缘位置逐步推进，主要反应主裂缝延伸和裂缝复杂化过程（图）。停泵阶段，微地震事件一般会迅速衰减，但根据现场微地震监测，部分井压裂停泵之后仍能监测到微地震事件，通过对比停泵前后微地震事件分布特征对比，停泵阶段微地震事件前缘位置基本不再发生变化，微地震事件主要集中在以已形成裂缝系统为中心的附近区域，主要反应了滤失过程。图 微地震事件前缘位置拟合结合压裂曲线形态，通过涪陵页岩气井微地震监测所提供的微地震事件分布特征及其产生过程的分析，建立三种裂缝延伸模式（表）。并且通过微地震事件前缘位置 与压裂注入时间的回归分析，存在如下定量关系：（）式中：为时刻微地震事件前缘位置，反应微地震事件前缘扩展速度的系数，与注入排量及地层滤失有关，为注入时间，为扩展指数（）。表 裂缝延伸模式类型施工曲线特征微地震响应特征裂缝延伸模式持续下降型前 期 施 工压力较 高，后 期 压 力持续下降前期破裂伴随微地震事件，裂缝快速延伸，中后期微地震事件较少，最终裂缝复杂程度较低。缝 长 延 伸为主平稳型加砂阶段整体压力平稳微地震事件整体偏少、分布比较均匀。缝长延伸裂缝复杂化中后期上升型前 期 缓 慢下降、后期施 工 压 力逐步抬升整体微地震事件数量较多，前期地层破裂明显，伴随微地震响应，中后期微地震事件明显，裂缝延伸的同时不断复杂化。前 期 缝 长延伸，后 期裂 缝 复 杂化 现场应用目前，湖北省宜昌附近的黄陵背斜构造完成了四口勘探水平井评价的压裂试气，主要层位包括寒武系水井沱组（牛蹄塘组）、陡山沱组及志留系龙马溪组。其中三口水平井开展了微地震监测，压裂过程中结合地震资料、测井资料、压裂施工曲线，对压裂效果进行现场综合评价。井微地震定位结果匹配压裂施工曲线分析表明：在剔除远端应力激发机制微地震事件后，压裂施工过程中微地震事件产生与施工压力具有较好的匹配性。对于持续上升型压裂施工曲线类型，微地震事件数相对较多；对于持续下降型压裂施工曲线，微地震事件数较少；采取中途停泵、连续加砂、整体阶梯升提排量等措施时，压力持续上升或中后期压力抬升，有利于微地震事件产生（图）。图 井第段压裂施工曲线及微地震距离时间交汇图 结论）微地震事件分布是储层对水力压裂的响应，主要受地质构造和压裂施工等因素的影响，通过微地震定位结果、地质资料（地震资料、测井资料）、压裂施工曲线等多资料的分析有助于验证工程地质认识（断层、天然裂缝发育带）。）微地震定位结果与压裂施工曲线类型具有一定的正相关性。）微地震压裂工程一体化实时评价技术解决了现场微地震定位数据与压裂施工相脱节，微地震定位结果对于压裂指导性不强的问题。参考文献 刘伟，徐刚，万小平，等 利用地震信息综合分析水力压裂微地震事件特征 中国石油学会 年物探技术研讨会论文集涿州：石油地球物理勘探编辑部，：储仿东，焦亚军，杨立峰，等利用微地震识别水力压裂井旁天然裂缝 石油地球物理勘探，江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报（）：李德伟，杨瑞召，孟令斌，等煤储层中微地震事件震级影响因素分析 煤炭学报，（）：，（，）：，：；编辑熊敏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏（上接第 页）参考文献 马建平，尚建华，孙嘉曈，贺岩，罗远基于高速脉冲调制和回波采样的激光测距系统中国激光，（）：胡开君，巴金红 盐 穴 储 气 库 造 腔 井 油 水 界面 位 置 控 制 方 法 石油化工应用，（）：（，）：，：；编辑熊敏袁凯页岩气压裂微地震一体化实时评价技术