壓裂縫縫高監(jiān)測(cè)技術(shù)在安塞油田的對(duì)比應(yīng)用

梁冬，張歡，溫柔，孟越

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠，陜西西安710201）

壓裂縫縫高監(jiān)測(cè)技術(shù)在安塞油田的對(duì)比應(yīng)用

梁冬，張歡，溫柔，孟越

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠，陜西西安710201）

安塞油田屬于特低滲透油藏，油層經(jīng)壓裂方可出油。研究壓裂縫形態(tài)，對(duì)于最大限度地挖潛油層潛力以及提高油井單井產(chǎn)能，具有重要的意義。本文通過(guò)井下微地震、地面微地震、正交偶極聲波測(cè)井及數(shù)值模擬等四種監(jiān)測(cè)方式對(duì)比，重點(diǎn)剖析了壓裂縫縫高的特點(diǎn)。認(rèn)為壓裂縫縫高隨著縫長(zhǎng)的延伸呈衰減規(guī)律，近井地帶縫高為15 m～20 m，油層內(nèi)部縫高為5 m～10 m，至縫長(zhǎng)的末端，縫高值較小，直至衰減為0 m。針對(duì)這一現(xiàn)象，可以采取混合水體積壓裂和單砂體補(bǔ)孔壓裂措施，改善油藏開(kāi)發(fā)效果。

安塞油田；長(zhǎng)6；壓裂縫；縫高；縫長(zhǎng)；射孔段

安塞油田位于鄂爾多斯盆地中部，以內(nèi)陸淡水湖泊三角洲沉積為主，主力油層長(zhǎng)6為三角洲前緣相沉積，砂體連片性好，含油范圍與砂體展布主要受巖性和物性控制，是較典型的巖性油藏。儲(chǔ)層巖性為細(xì)粒硬砂質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，顆粒分選較好，結(jié)構(gòu)成熟度高；受強(qiáng)烈成巖作用，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔隙類型為粒間孔－溶孔－微孔混合型［1-2］。

長(zhǎng)6油藏為典型的特低滲、低壓、低產(chǎn)油藏，空氣滲透率1.29 mD，壓力系數(shù)0.7～0.8。儲(chǔ)層致密，孔喉半徑小，似磨刀石。油井常規(guī)無(wú)初產(chǎn)、經(jīng)壓裂改造后才有工業(yè)油流，壓裂后，單井日產(chǎn)油能力2 t～3 t。

油層在水力壓裂過(guò)程中產(chǎn)生壓裂縫。壓裂縫與儲(chǔ)層微裂縫、孔隙搭配，形成較好的滲流條件，油層造縫對(duì)于改善油井開(kāi)發(fā)效果至關(guān)重要。安塞油田實(shí)施整體壓裂開(kāi)發(fā)，受地應(yīng)力影響，壓裂縫方位較為單一恒定，以北東-南西向?yàn)橹鳎骄鶠楸睎|68.9°，全縫長(zhǎng)250 m左右。壓裂縫方位和縫長(zhǎng)資料數(shù)據(jù)較為詳實(shí)，而縫高資料數(shù)據(jù)較少、爭(zhēng)議較大。目前關(guān)于縫高的監(jiān)測(cè)方式主要有四種，每種方式特點(diǎn)不同，測(cè)試數(shù)據(jù)差異較大。

1　四種方式監(jiān)測(cè)壓裂縫縫高

1.1井下微地震監(jiān)測(cè)壓裂縫縫高

油層在水力壓裂過(guò)程中，壓裂縫周圍的薄弱層面（如天然裂縫、層理面）的穩(wěn)定性受到影響，發(fā)生剪切滑動(dòng)，產(chǎn)生微地震或微天然地震。微地震輻射出彈性波的頻率相當(dāng)高，一般處在聲波的頻率范圍內(nèi)。水力壓裂縫微地震監(jiān)測(cè)主要有井下監(jiān)測(cè)和地面監(jiān)測(cè)兩種方式。

井下微地震技術(shù)可以用精密的傳感器在鄰井探測(cè)彈性波信號(hào)，在壓裂過(guò)程中，隨著微地震在時(shí)間和空間上的產(chǎn)生，裂縫測(cè)試結(jié)果便連續(xù)不斷地更新，形成了一個(gè)個(gè)裂縫延伸的“動(dòng)態(tài)圖”，得到壓裂縫方位和縫長(zhǎng)的平面視圖，最終得到裂縫的高度和裂縫兩翼的長(zhǎng)度［3-5］。該技術(shù)測(cè)量快速，可實(shí)時(shí)確定微地震事件的位置。

2011年對(duì)王窯區(qū)王加25-054井開(kāi)展井下微地震裂縫監(jiān)測(cè)，在王加25-054井壓裂的同時(shí)，在其鄰井王25-04下入監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)壓裂縫形態(tài)。結(jié)果顯示，王加25-054壓裂縫方位為北東65°，高度55 m，北東翼半縫長(zhǎng)145 m（見(jiàn)圖1）。該井射孔段厚度4 m，壓裂縫高度比射孔段厚度大51 m。2013年對(duì)黃陵區(qū)正平15開(kāi)展井下微地震裂縫監(jiān)測(cè)，在其鄰井正203下入監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)壓裂縫形態(tài)。結(jié)果顯示，正平15壓裂縫方位為北東61°，高度81 m，北東翼半縫長(zhǎng)135 m，裂縫向長(zhǎng)6砂體上部擴(kuò)展（見(jiàn)圖2）。

圖1　王加25-054井下微地震監(jiān)測(cè)壓裂縫縫高圖

圖2　正平15井下微地震監(jiān)測(cè)壓裂縫縫高圖

1.2地面微地震監(jiān)測(cè)壓裂縫縫高

壓裂縫地面微地震監(jiān)測(cè)是在壓裂井地面安裝一系列監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，施工條件要求低，定位精度達(dá)到10 m以內(nèi)，但易受地面各種干擾的影響［6-7］。

2010-2011年在王窯區(qū)開(kāi)展了6口采油井地面微地震監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示，壓裂縫方位為北東60°左右，平均高度16.3 m，北東翼平均半縫長(zhǎng)129.6 m（見(jiàn)表1）。6口井平均射孔段厚度5.1 m，壓裂縫高度比射孔段厚度大11.2 m。

1.3正交偶極聲波測(cè)井監(jiān)測(cè)壓裂縫縫高

正交偶極聲波測(cè)井資料主要包括地層縱波、橫波和斯通利波的提取及其時(shí)差計(jì)算、巖石物理參數(shù)計(jì)算、巖石機(jī)械特性分析等。主要應(yīng)用于巖石特征分析、地層各向異性分析、機(jī)械特性分析以及壓裂縫高度預(yù)測(cè)。

安塞油田長(zhǎng)6油層破裂壓力梯度小于上覆巖石壓力梯度，油層壓裂后形成垂直裂縫。裂縫的長(zhǎng)度和高度是楊氏模量、切變模量、泊松比、壓裂液排量等的函數(shù)。根據(jù)正交偶極聲波測(cè)井所得的巖石力學(xué)參數(shù)，結(jié)合縱波、橫波、斯通利波的幅度衰減規(guī)律，就可準(zhǔn)確地判斷出壓裂縫的形態(tài)。

安塞油田對(duì)4口井開(kāi)展了正交偶極聲波測(cè)井壓裂縫高度檢測(cè)，4口井平均射孔段厚度7.55 m，平均縫高17.75 m，縫高比射孔段厚度大10.2 m。以采油井山052-59為例，該井射孔段為1 675.0 m～1 680.1 m、1 680.4 m～1 682.0 m，射孔段厚度6.7 m。監(jiān)測(cè)成果顯示，油層改造引起射孔段及上下地層1 669.5 m～1 689.0 m各向異性及能量差較壓前明顯加強(qiáng)。裂縫向上延伸至1 669.5 m，向下延伸到1 689.0 m，裂縫延伸高度19.5 m，該井縫高比射孔段厚度大12.8 m，近井地帶裂縫改造程度高。

表1　安塞油田地面微地震監(jiān)測(cè)壓裂縫成果表

1.4數(shù)值模擬計(jì)算壓裂縫縫高

數(shù)值模擬是計(jì)算壓裂縫高度的有效手段之一。可以先利用Petrol軟件建立一個(gè)區(qū)塊的基礎(chǔ)地質(zhì)模型及巖石力學(xué)模型，綜合考慮滲流機(jī)理和地質(zhì)特征等因素，在此基礎(chǔ)上，利用美國(guó)STIM-LAB公司開(kāi)發(fā)的Gohfer壓裂軟件，利用壓裂液及支撐劑綜合數(shù)據(jù)，采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)計(jì)算法建立全三維裂縫擴(kuò)展模型，可預(yù)測(cè)地層的水力壓裂縫剖面，計(jì)算單井壓裂縫幾何形態(tài)［8-11］。

對(duì)安塞油田王窯西南區(qū)油水井進(jìn)行壓裂縫數(shù)值模擬，可以看出油水井的壓裂縫的長(zhǎng)、寬、高立體特征，裂縫展布方向較為單一，主要為北東-南西向。該區(qū)共模擬油水井壓裂縫圖141口，壓裂縫平均高度8.0 m，北東向半縫長(zhǎng)118.3 m，西南向半縫長(zhǎng)117.4 m（見(jiàn)表2）。其中加密井平均射孔厚度4.5 m，平均壓裂縫高度6.9 m，說(shuō)明壓裂縫高度只比射孔段大2.4 m，從數(shù)字模擬角度說(shuō)明壓裂縫高度非常有限。以單井王加25-071為例，該井射孔段1 354 m～1 358 m，射孔段厚度4 m。模擬裂縫高度7 m，只比射孔段大3 m。

表2　安塞油田王窯區(qū)油水井壓裂縫模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2　綜合分析壓裂縫縫高形態(tài)

通過(guò)對(duì)壓裂縫四種監(jiān)測(cè)方式的對(duì)比與分析，發(fā)現(xiàn)四種方式計(jì)算的壓裂縫縫長(zhǎng)數(shù)據(jù)比較一致，半縫長(zhǎng)125 m左右，但是壓裂縫縫高數(shù)據(jù)差別較大。井下微地震監(jiān)測(cè)壓裂縫縫高55 m，比射孔段厚度大51 m；地面微地震監(jiān)測(cè)壓裂縫平均縫高16.3 m，比射孔段厚度大11.2 m；正交偶極聲波測(cè)井監(jiān)測(cè)壓裂縫平均縫高17.75 m，比射孔段厚度大10.2 m；數(shù)值模擬計(jì)算壓裂縫平均縫高6.9 m，比射孔段厚度大2.4 m。壓裂縫高度數(shù)據(jù)差別較大主要有兩個(gè)原因：（1）井下微地震技術(shù)對(duì)地震波反應(yīng)靈敏，監(jiān)測(cè)到產(chǎn)生地震的部位只能說(shuō)明在受力條件下產(chǎn)生了“地震事件”，并不一定代表被壓開(kāi)裂縫，所以井下微地震監(jiān)測(cè)的縫高比實(shí)際的偏大；（2）地面微地震和正交偶極聲波測(cè)井監(jiān)測(cè)的是近井地帶的縫高，數(shù)值模擬計(jì)算的是油層內(nèi)部的縫高。

綜合以上分析，認(rèn)為在壓裂過(guò)程中，隨著水力壓裂對(duì)巖石作用力的衰減，壓裂縫縫高隨著縫長(zhǎng)的增長(zhǎng)呈“正態(tài)分布式”衰減規(guī)律性：近井地帶縫高為15 m～20 m，比射孔段厚度大10 m左右；油層內(nèi)部縫高為5 m～10 m，比射孔段厚度大3 m左右；至縫長(zhǎng)的末端，縫高值較小，直至衰減為0 m（見(jiàn)圖3）。

圖3　安塞油田壓裂縫縫高示意圖

這一現(xiàn)象說(shuō)明水力壓裂過(guò)程中，油層近井地帶壓開(kāi)程度較高，油層內(nèi)部壓開(kāi)程度較低。分析認(rèn)為壓裂縫縫高衰減有兩個(gè)方面原因。

2.1巖石垂直方向的抗拉強(qiáng)度較大

通過(guò)巖石破裂實(shí)驗(yàn)可以測(cè)試巖石不同方向的抗拉強(qiáng)度。王窯區(qū)王檢29-061、王檢16-154、王檢16-159等三口檢查井的11個(gè)巖心柱分別開(kāi)展了巖石破裂實(shí)驗(yàn)。王檢16-154垂直方向抗拉強(qiáng)度為3.94 MPa，水平方向抗拉強(qiáng)度為3.41 MPa；王檢16-159垂直方向抗拉強(qiáng)度為5.91 MPa，水平方向抗拉強(qiáng)度為5.39 MPa；王檢29-061垂直方向抗拉強(qiáng)度為4.98 MPa，水平方向抗拉強(qiáng)度為4.08 MPa（見(jiàn)圖4）。垂直方向的抗拉強(qiáng)度比水平方向的平均大15.2%。破裂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明垂直方向的巖石抗拉強(qiáng)度大于水平方向，巖石沿水平方向比沿垂直方向更容易破裂。壓裂時(shí)，近井地帶受水力作用的沖擊，裂縫高度值較大，隨著縫長(zhǎng)的延伸，受巖石垂直方向較大的抗拉強(qiáng)度影響，裂縫高度值逐步衰減。

圖4　安塞油田破裂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖

2.2泥質(zhì)夾層對(duì)壓裂縫縱向延伸有較強(qiáng)遮擋作用

安塞油田長(zhǎng)611-2主力小層砂巖厚度一般為15 m～20 m，砂巖上下均為泥質(zhì)夾層，對(duì)比砂巖、泥巖的巖石力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)泥巖對(duì)壓裂縫縱向延伸有較強(qiáng)遮擋作用。

對(duì)長(zhǎng)6油層聲波時(shí)差與楊氏模量歸一值進(jìn)行散點(diǎn)統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)圖5），發(fā)現(xiàn)聲波時(shí)差與楊氏模量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)-0.82。楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量，應(yīng)力與應(yīng)變的比叫楊氏模量。楊氏模量越大，說(shuō)明在壓縮或拉伸材料時(shí)，材料的形變?cè)叫　６皫r密度小、聲波時(shí)差大，楊氏模量小；泥質(zhì)夾層密度大、聲波時(shí)差小，楊氏模量大，抗張性、抗剪切能力強(qiáng)。說(shuō)明在水力壓裂作用下，砂巖的形變大，泥質(zhì)夾層的形變小，壓裂縫主要沿著橫向延伸。這一特征在油層內(nèi)部隨著壓裂縫的延伸會(huì)更加明顯，隨著水力壓裂作用力的衰減，泥質(zhì)夾層的遮擋作用會(huì)更加凸顯。

圖5　王窯區(qū)楊氏模量與聲波時(shí)差的散點(diǎn)關(guān)系圖

油層壓裂改造的目的不僅僅是增加采油井近井地帶的滲流能力，而是要打通油層內(nèi)部滲流通道，從而提高油井單井產(chǎn)能。安塞油田的基礎(chǔ)井網(wǎng)井距為300 m，壓裂縫半縫長(zhǎng)為125 m左右，全縫長(zhǎng)為250 m左右，縫長(zhǎng)改造水平已經(jīng)能夠滿足油田開(kāi)發(fā)需要。但是壓裂縫縫高值不大，隨著縫長(zhǎng)的延伸呈衰減規(guī)律性。這一點(diǎn)正是以后安塞油田開(kāi)發(fā)的挖潛方向之一，可以通過(guò)增加縫高來(lái)提高油層內(nèi)部的滲流能力，使原來(lái)油層中不參與流動(dòng)的油重新流動(dòng)，從而提高單井產(chǎn)能，最終提高油田采收率。

針對(duì)縫高衰減這一現(xiàn)象，安塞油田一方面采取混合水體積壓裂措施，由原來(lái)的“線”壓裂轉(zhuǎn)變?yōu)椤绑w”壓裂，深部壓開(kāi)油層，形成網(wǎng)狀裂縫，建立油層內(nèi)部良好的剩余油滲流通道。近年來(lái)共實(shí)施體積壓裂202口，平均單井日增油2.16 t，是常規(guī)壓裂增油量的1.9倍，累計(jì)增油5.25萬(wàn)t。另一方面采取單砂體補(bǔ)孔壓裂措施，通過(guò)提高油層的射孔程度，增加壓裂縫縫高。近年來(lái)共實(shí)施單砂體補(bǔ)孔壓裂措施41口，平均單井日增油1.45 t，取得了較好的效果。

3　結(jié)論

（1）安塞油田通過(guò)井下微地震、地面微地震、正交偶極聲波測(cè)井及數(shù)值模擬等四種方式監(jiān)測(cè)壓裂縫縫高，四種方式監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)差別較大。井下微地震監(jiān)測(cè)的縫高比實(shí)際的偏大，地面微地震和正交偶極聲波測(cè)井監(jiān)測(cè)的是近井地帶的縫高，數(shù)值模擬計(jì)算的是油層內(nèi)部的縫高。

（2）安塞油田壓裂縫縫高隨著縫長(zhǎng)的增長(zhǎng)呈“正態(tài)分布式”衰減規(guī)律性：近井地帶縫高為15 m～20 m，比射孔段厚度大10 m左右；油層內(nèi)部縫高為5 m～10 m，比射孔段厚度大3 m左右；至縫長(zhǎng)的末端，縫高值較小，直至衰減為0 m。

（3）針對(duì)縫高衰減現(xiàn)象，可以通過(guò)混合水體積壓裂和單砂體補(bǔ)孔壓裂措施，增加縫高，改善油層內(nèi)部滲流能力，從而提高單井產(chǎn)能。

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The comparison and application of fracturing height monitoring technology used in Ansai oilfield

LIANG Dong，ZHANG Huan，WEN Rou，MENG Yue
（Oil Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710201，China）

Ansai oilfield is an extra low permeability reservoir，the reservoir by fracturing can be out of oil.Study on the fracture morphology has important significance to maximum excavate reservoir potential and improve the oil production of single well.By comparing the underground microseismic，ground microseismic，cross dipole acoustic logging and numerical simulation，this article analyzes the characteristics of fracturing height.Think of fracturing height is attenuation with the extend of crack length.The fracturing height near wellbore is 15 m～20 m，the reservoir internal is 5 m～10 m，the end of fracturing length is smaller，until the attenuation of 0 m.In view of this phenomenon，we can adopt the mixed water volume fracture and single sandbody reperforating fracture to improve the effect of reservoir development.

Ansai oilfield；Chang 6；fracturing；fracturing height；fracturing length；perforation interval

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.03.006

TE348

A

1673-5285（2015）03-0023-05

2015－01-21

國(guó)家重大專項(xiàng)：低滲透油藏中高含水期穩(wěn)產(chǎn)配套技術(shù)，項(xiàng)目編號(hào)：2011ZX05013-005。

梁冬，男（1970-），陜西綏德人，中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田第一采油廠副廠長(zhǎng)，采油工程師，2010年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)工程專業(yè)，碩士研究生學(xué)歷，主要從事特低滲透油藏開(kāi)發(fā)與管理工作，郵箱：ld_cq@petrochina.com.cn。