水力壓裂常用裂縫監測技術評價

趙玉婷　夏富國　董傳瑞　郭顯賦　張穎超　宋憲實

摘 要 壓裂監測的主要目的是通過采集壓裂施工過程中的一些參數資料來分析地下壓裂的施工進展情況和所壓開裂縫的幾何參數。本文重點闡述了常用裂縫監測技術評價和測井解釋結果，取得了良好的應用效果。

關鍵詞 水力壓裂 常用 裂縫監測技術 評價

中圖分類號：TE357.1 文獻標識碼：A

0前言

水力壓裂裂縫的產狀直接影響著壓裂改造效果。目前，壓裂改造成為低滲透儲層開發的重要手段，人工裂縫對油田開發過程中井網的布置、開發中后期含水的控制等非常重要。因此，采取準確的裂縫監測手段認識裂縫擴展規律，是非常必要的。

1常用裂縫監測技術評價

1.1地面微地震監測

地面微地震采用震源定位方法，通過多個觀察點接收的信號來定位微地震事件，具有原理簡單，費用低的特點，該技術可獲取水力壓裂裂縫的走向和長度，具有實施簡單、處理速度快、費用低等優勢；同時受地面監測條件、井底條件及周圍環境影響較多，特別是對于埋藏大于3000m井深的低滲透儲層，監測的有效信號就愈少。地面微地震監測可以滿足一般直斜井裂縫監測的需要，但對微地震壓裂井的監測要注意選井選臺，盡量減小地面噪聲對其影響；在水平井多級分段壓裂中應用較少。

1.2井下微地震監測

井下微地震裂縫監測通過采集微震信號并對其進行處理和解釋，獲得裂縫的參數信息從而實現壓裂過程實時監測，可用來管理壓裂過程和壓裂后分析。井下微地震監測技術是通過放置在壓裂井鄰井井下的一系列檢波器串接收壓裂微地震震源信號，然后將接收到的信號進行資料處理，反推出震源的空間位置，這個震源位置就代表了裂縫的位置。同時也可以獲得裂縫方位、裂縫深度、裂縫的延伸范圍、裂縫的高度、裂縫發生時序等。該技術在東北油氣分公司應用3井次，分別是SW33-6HF、ZW2-10-1和YQ25-2HF井。

1.3微破裂影像監測

微破裂四維向量掃描影像裂縫監測技術是通過在近地表遠離井場噪音源布置12套數據采集站系統形成采集儀器陣列，共同接收地下油儲層液體流動壓力引起的巖石微破裂所產生全體體波——縱波 （P波） 和橫波（S波）；利用多波三分量數據進行矢量疊加、振幅反演計算、四維相關可視化裂縫形態解釋技術，在時間域上分析裂縫的演變過程。其解釋步驟為：速度模型校正—數據處理—向量疊加—獲得目標區破裂能量—解釋成果。

1.4測斜儀裂縫監測

地面測斜儀測試法是依靠布置在壓裂井周圍的數個傳感器，測量由于壓裂而在地面引起的形變，經過地球物理反演來確定造成該變形場的壓裂參數的一種裂縫測試方法。 井下測斜儀布置在與壓裂層相同深度的鄰井中，垂直裂縫會在鄰井處產生突起變形，從而可以推算出裂縫的幾何形態。長慶油田現場開展了2 口井的監測，均獲得了成功。

1.5井溫測井

井溫測井用于測量由于壓裂液注入導致地層溫度的下降，將壓裂后測井和基線測量進行比較，可以分析得到吸收壓裂液最多的層段。依據壓裂作業后地層產生的壓裂縫內會充入低溫流體，在該井段會出現溫度的“負異常”。井溫測井得到的井溫曲線在壓裂縫的上下邊界都存在“負異常”拐點，即視為裂縫高度的邊界位置，兩點之間的長度就是壓裂縫高度。隨著時間的推移，井筒中的溫度場異常會逐漸恢復，井溫測試應在壓裂施工結束后盡快完成，否則會影響解釋縫高的精度。

1.6放射性同位素示蹤劑

是在對儲層進行壓裂作業時，放入一定劑量的同位素物質，作業后，產生的壓裂縫段自然伽馬值增高，而無壓裂縫的井段則不會吸附同位素物質，其自然伽馬值基本不變。 將注入同位素后所測的自然伽馬曲線與注入前所測的自然伽馬曲線相對比，在有差異的部分，即為地層被壓開部分，該部分的高度也即為壓裂裂縫高度。該技術判斷壓裂縫高度簡捷、作業時間短。

1.7偶極子聲波測井

采用了2個正交發射偶極聲源，沿2個相互垂直的方向向地層發射壓力脈沖，形成具有頻散特征的剪切波。當已作業地層不存在裂縫時，快、慢橫波時差基本相同，各向異性不明顯；而當作業地層被壓裂形成垂直裂縫時，測井資料反映的各向異性值明顯增大。

1.8大地電位法測井

根據電位法理論，改變壓裂層段電阻率值后，裂縫方向的測點“電位視純異常值”產生明顯變化，即當高礦化度液體進入壓裂層段后，沿高礦化度液體的擴散方向，電流分配系數明顯增加，造成地面電流密度減小，使地面電位視純異常曲線出現負異常變化，進而確定裂縫延伸方向（圖1-圖2）。

2結束語

結合以上幾種裂縫監測方法的可行性、易用性、解釋精度等方面對比，我們認為：地面微地震適應于淺層直斜井儲層的裂縫監測，但解釋精度有限；井下微地震監測精度高，但實施復雜、費用高；微破裂影像適應于直井與水平井的監測，實施簡單、監測處理高效，但精度略低于井下微地震；示蹤劑技術實施復雜、費用高，且僅能監測裂縫高度。

參考文獻

[1] 李亭，楊琦，劉保磊.頁巖氣藏縫網壓裂力學分析[J].中國科技論文，2015，10（21）：2509-2512.