基于井中微地震監(jiān)測(cè)方法的壓裂效果評(píng)價(jià)
——以吉林探區(qū)Y22 井為例

趙超峰，賈振甲，田建濤，高榮錦，張 偉，趙建宇

（1.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探分公司，遼寧盤錦 124010；2.中國石油吉林油田公司非常規(guī)資源開發(fā)公司，吉林松原 138000；3.中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010）

0 引言

微地震監(jiān)測(cè)主要分為地面監(jiān)測(cè)和井中監(jiān)測(cè)2 種方式［1-3］，井中微地震監(jiān)測(cè)是在壓裂井周邊選取監(jiān)測(cè)井放置三分量檢波器，接收壓裂破裂信號(hào)，通過反演定位確定破裂發(fā)生的空間位置和時(shí)間等信息，實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工和壓后效果評(píng)價(jià)［4-5］。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是評(píng)價(jià)壓裂效果的有效手段，在非常規(guī)油氣壓裂改造中應(yīng)用越來越廣［6-9］，巫芙蓉等［10］利用微地震監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)評(píng)估壓裂效果和實(shí)時(shí)優(yōu)化壓裂參數(shù)，有效提升了儲(chǔ)層改造效果；陳新安［11］利用微地震監(jiān)測(cè)分析了條帶曲率裂縫發(fā)育區(qū)頁巖氣井裂縫擴(kuò)展規(guī)律，為條帶曲率裂縫發(fā)育區(qū)頁巖氣井壓裂提供了指導(dǎo)；畢曼等［12］利用井下微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比研究了混合壓裂和常規(guī)壓裂的壓裂裂縫展布特征，評(píng)價(jià)了2 種壓裂方式的效果；趙超峰等［13］與趙爭光等［14-15］將微地震事件和三維地震數(shù)據(jù)結(jié)合，解釋了微地震事件分布特征和壓裂裂縫形態(tài)。

水力壓裂效果評(píng)價(jià)對(duì)油氣田精細(xì)開發(fā)具有重要意義，為提高壓裂效果評(píng)價(jià)的可靠性和準(zhǔn)確性，結(jié)合前人的研究成果，提出綜合地震、地質(zhì)、測(cè)井、壓裂以及周邊井生產(chǎn)數(shù)據(jù)的井中微地震監(jiān)測(cè)壓裂效果評(píng)價(jià)方法，并形成技術(shù)流程，以期解釋微地震事件分布的原因，準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)壓裂效果。

1 技術(shù)方法

利用微地震監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)壓裂效果，主要是根據(jù)監(jiān)測(cè)到的破裂事件定量地描述壓裂縫網(wǎng)的長、寬、高以及儲(chǔ)層改造體積，判斷壓裂是否達(dá)到預(yù)期效果。因此，基于微地震監(jiān)測(cè)的壓裂效果評(píng)價(jià)，須在準(zhǔn)確確定微地震事件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步解釋微地震事件的產(chǎn)生原因，判斷確定的微地震事件是否與壓裂增產(chǎn)有關(guān)，剔除無效事件，防止過高的評(píng)價(jià)縫網(wǎng)規(guī)模，以提高壓裂效果評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。微地震事件是儲(chǔ)層對(duì)壓裂施工的響應(yīng)，其時(shí)空分布會(huì)因儲(chǔ)層性質(zhì)、壓裂工藝的差異而形成特有的微地震事件分布特征［16-18］。因此，解釋微地震事件需要結(jié)合儲(chǔ)層特征和壓裂施工。三維地震數(shù)據(jù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)以及儲(chǔ)層的沉積、構(gòu)造、厚度等可表征儲(chǔ)層特征，也可用來幫助解釋微地震事件，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)壓裂效果。

基于上述理論基礎(chǔ)，建立以下壓裂效果評(píng)價(jià)技術(shù)流程：①準(zhǔn)確定位微地震事件；②分析微地震事件的時(shí)空分布特征，研究微地震事件與壓裂增產(chǎn)是否有關(guān)，剔除無效事件；③利用有效事件定量地描述縫網(wǎng)長、寬、高、走向、改造體積等參數(shù)，并提取微地震事件震級(jí)等屬性；④總結(jié)微地震事件分布規(guī)律及壓裂裂縫特征；⑤結(jié)合儲(chǔ)層性質(zhì)、壓裂施工參數(shù)等來解釋壓裂裂縫平面分布和縱向高度的產(chǎn)生原因，總結(jié)儲(chǔ)層、壓裂與微地震事件的相關(guān)性，客觀評(píng)價(jià)壓裂效果，提高對(duì)儲(chǔ)層和壓裂的認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)油田精細(xì)開發(fā)。

2 研究區(qū)地質(zhì)背景及微地震監(jiān)測(cè)概況

Y22 水平井位于吉林探區(qū)伊通地區(qū)莫里青油田Y 區(qū)塊，目的層為雙陽組二段四砂組，儲(chǔ)層有效厚度為27～33 m，以砂礫巖為主。油藏主要受儲(chǔ)層巖性、物性因素的影響，屬于典型的巖性油藏，油藏埋深為3 100 m。根據(jù)取心井的資料統(tǒng)計(jì)，該區(qū)儲(chǔ)層孔隙度一般為10%～15%，平均值為13.6%，滲透率一般為1.4～3.4 mD，平均值為2 mD，儲(chǔ)層致密，物性差，屬于中孔隙度、低滲透率儲(chǔ)層。脆性指數(shù)為49.3%～54.5%，平均值為51.4%，脆性較強(qiáng)，利于形成復(fù)雜裂縫。

Y22 水平井是Y 區(qū)塊真正意義上的體積壓裂先導(dǎo)性試驗(yàn)井，目的是進(jìn)一步增大儲(chǔ)層改造體積，實(shí)現(xiàn)縫控儲(chǔ)量。該井完鉆井深為4 222 m，水平段長為942 m，儲(chǔ)層鉆遇率為82.5%，共分17 段壓裂，實(shí)際壓裂排量為6～10 m3/min，總液量為37 880 m3，總砂量為1 679 m3。為了評(píng)價(jià)Y22 井的壓裂改造效果，對(duì)其進(jìn)行了井中微地震監(jiān)測(cè)，選取Y22 井附近的Y 井作為監(jiān)測(cè)井。圖1 為Y22 井和Y 井的相對(duì)位置圖，在Y 井處放置11 級(jí)、級(jí)間距為10 m 的三分量檢波器，檢波器串中心距離第1 段射孔位置476 m，距第4 段射孔位置最近，為435 m，距第9 段射孔位置479 m。

圖1 壓裂井和監(jiān)測(cè)井相對(duì)位置Fig.1 Relative position of fractured well and monitoring well

3 微地震解釋與壓裂效果評(píng)價(jià)

3.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖2 Y22 井監(jiān)測(cè)結(jié)果俯視圖（c）中圓圈顏色表示事件產(chǎn)生的時(shí)間，大小表示事件震級(jí)的大小Fig.2 Top view of monitoring results of well Y22

吉林探區(qū)伊通地區(qū)莫里青油田Y 區(qū)塊Y22 水平井只監(jiān)測(cè)了前9 段，共定位193 個(gè)微地震事件。第1～4 段微地震事件沿射孔簇向井軌跡兩側(cè)延伸，形成了一條壓裂主縫［圖2（a）黑色橢圓所示］；第4 段微地震事件在井軌跡的西側(cè)發(fā)生轉(zhuǎn)向，向22-19-19 井延伸［圖2（a）紅色箭頭所示］；第5～9段沿射孔簇向井軌跡的兩側(cè)形成一條壓裂主縫［圖2（b）黑色橢圓所示］，同時(shí)在壓裂過及未壓裂的位置均出現(xiàn)離散微地震事件響應(yīng)，45-3 和22-19-19 井底附近表現(xiàn)明顯［圖2（b）紅色圓圈所示］。以第6段監(jiān)測(cè)結(jié)果為例解釋離散事件，如圖2（c）所示，45-3 井底產(chǎn)生的微地震事件（紅色圓圈所示）與壓裂主縫同時(shí)產(chǎn)生，且與主縫不溝通，22-19-19 井底及壓裂過的位置產(chǎn)生的事件無延伸延展的動(dòng)態(tài)過程，由此可知，離散事件不是由壓裂竄層造成的。分析其產(chǎn)生的原因認(rèn)為，壓裂井周邊生產(chǎn)井及壓裂過的壓裂段屬于低應(yīng)力區(qū)，壓裂時(shí)高壓液體被注入地層，因壓力傳導(dǎo)造成低應(yīng)力區(qū)應(yīng)力狀態(tài)失衡、釋放應(yīng)力，從而產(chǎn)生微地震事件。因此，微地震事件位置僅代表地下破裂發(fā)生的位置，不代表壓裂液到達(dá)的位置。利用微地震監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)壓裂效果，必須解釋微地震事件的時(shí)空分布特征，剔除對(duì)壓裂增產(chǎn)無效的離散事件。

如圖3 所示，為優(yōu)化微地震事件后的監(jiān)測(cè)結(jié)果，優(yōu)化后的各段壓裂裂縫參數(shù)如表1 所列，壓裂井西側(cè)半縫大于東側(cè)半縫，呈不對(duì)稱分布，且從第5段開始東側(cè)半縫有明顯增大的趨勢(shì)；壓裂縫高50～57 m，大于有效儲(chǔ)層厚度；壓裂主縫優(yōu)勢(shì)走向?yàn)楸逼珫|72°～84°。

圖3 優(yōu)化后的Y22 井監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.3 Optimized monitoring results of well Y22

表1 優(yōu)化后各段壓裂裂縫參數(shù)Table 1 Optimized fracturing parameters

3.2 壓裂評(píng)價(jià)

3.2.1 壓裂縫長不對(duì)稱性分析

將Y22 井監(jiān)測(cè)結(jié)果與研究區(qū)相干體切片、砂體厚度圖、沉積相圖疊合顯示，從儲(chǔ)層角度分析壓裂裂縫的不對(duì)稱性，利用微地震震級(jí)屬性，分析監(jiān)測(cè)條件，排除監(jiān)測(cè)偏差，最后綜合周邊井分布情況解釋壓裂裂縫不對(duì)稱性的產(chǎn)生原因。

從伊通盆地莫里青油田Y 區(qū)塊的相干體切片與Y22 井微地震事件疊合顯示圖（圖4），可發(fā)現(xiàn)，壓裂裂縫走向與Y22 井周邊小斷層或天然裂隙（Y22井周邊灰黑色條帶狀展布位置）走向一致，圖4 局部放大子圖顯示壓裂井兩側(cè)相干體切片相干性強(qiáng)，說明儲(chǔ)層比較均勻。圖5 為伊通盆地莫里青斷陷雙陽組二段四砂組頂面構(gòu)造、3+4 號(hào)小層有效厚度與Y22 井微地震事件疊合顯示圖，壓裂井東、西兩側(cè)砂體厚度相當(dāng)，反映Y22 井兩側(cè)儲(chǔ)層性質(zhì)相似。

圖4 伊通盆地莫里青油田Y 區(qū)塊相干體切片與Y22 井微地震事件疊合顯示圖Fig.4 Superposition graph of coherence slices in block Y of Moliqing oilfield，Yitong Basin and microseismic events of well Y22

圖5 伊通盆地莫里青斷陷雙陽組二段四砂組頂面構(gòu)造、3+4 號(hào)小層有效厚度與Y22 井微地震事件疊合顯示圖Fig.5 Superposition graph of top structure and effective thickness of 3+4 sublayer of the second member of Shuangyang Formation in Moliqing fault depression，Yitong Basin and microseismic events of well Y22

圖6 為伊通盆地莫里青斷陷雙陽組二段四砂組4 號(hào)小層沉積相圖與Y22 井微地震事件疊合顯示圖，Y22 井1～9 段壓裂裂縫主要集中在下中扇沉積區(qū)域，下中扇比上中扇沉積區(qū)域儲(chǔ)層分選性好，粒度均勻，利于造縫，可壓性好，可解釋井西側(cè)裂縫邊緣事件分布，不能解釋裂縫的不對(duì)稱性。對(duì)均勻儲(chǔ)層壓裂裂縫沿主應(yīng)力方向?qū)ΨQ延伸擴(kuò)展，上述研究表明壓裂井兩側(cè)儲(chǔ)層特征一致，因此，可排除儲(chǔ)層性質(zhì)差異造成裂縫的不對(duì)稱性。

圖6 伊通盆地莫里青斷陷雙陽組二段四砂組4 號(hào)小層沉積相圖與Y22 井微地震事件疊合顯示圖Fig.6 Superposition graph of sedimentary facies map of No.4 sublayer of the second member of Shuangyang Formation in Moliqing fault depression，Yitong Basin and microseismic events of well Y22

圖7 伊通盆地莫里青油田Y 區(qū)塊Y22 井附近井位圖與Y22 井微地震事件疊合顯示圖（圓圈由大到小表示事件震級(jí)由大到小）Fig.7 Superposition graph of well location near well Y22 in block Y of Moliqing oilfield，Yitong Basin and microseismic events of well Y22

井中微地震監(jiān)測(cè)方法易受監(jiān)測(cè)條件限制，造成靠近監(jiān)測(cè)井側(cè)比遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)井側(cè)微地震事件數(shù)量多，監(jiān)測(cè)縫長大，形成裂縫的不對(duì)稱性。可利用震級(jí)屬性識(shí)別監(jiān)測(cè)距離造成的監(jiān)測(cè)偏差［19］，微地震的震級(jí)越大，破裂能量越強(qiáng)［20］。圖7 為伊通盆地莫里青油田Y 區(qū)塊Y22 井附近井位圖與Y22 井微地震事件疊合顯示圖，可以看出，壓裂井北側(cè)裂縫邊緣大、小震級(jí)事件均有分布，說明能量弱的小震級(jí)事件經(jīng)長距離傳播、衰減還能被監(jiān)測(cè)到，因此，監(jiān)測(cè)距離在有效范圍內(nèi)，可排除監(jiān)測(cè)原因造成的裂縫不對(duì)稱。1～4 段裂縫主要向Y，22-21-19，22-19-19 井方向生長，5～9 段裂縫有向東側(cè)45 H1-1 水平井方向生長的趨勢(shì)。分析認(rèn)為，Y22 壓裂井周邊的井前期進(jìn)行過壓裂改造以及后期油氣排采造成地層能量消耗，形成低應(yīng)力區(qū)，而壓裂裂縫易于向低應(yīng)力區(qū)方向生長，Y22 井壓裂時(shí)，高壓液體注入儲(chǔ)層形成高壓力區(qū)，造成壓裂裂縫向低應(yīng)力區(qū)的生產(chǎn)井方向生長或在其周邊產(chǎn)生微地震響應(yīng)，最終形成了不對(duì)稱性壓裂裂縫。22-19-19 井第4 段壓裂結(jié)束后、45 H1-1 井第6段壓裂結(jié)束后以及45-3 井第5 段壓裂結(jié)束后均出現(xiàn)井口壓力上升，驗(yàn)證了監(jiān)測(cè)結(jié)果及解釋的可靠性。

綜上所述，Y22井壓裂受周邊生產(chǎn)井影響，造成了壓裂改造不均，因此，應(yīng)根據(jù)微地震監(jiān)測(cè)的縫網(wǎng)規(guī)模優(yōu)化井網(wǎng)井距，結(jié)合周邊井生產(chǎn)狀況，通過優(yōu)化壓裂施工參數(shù)以及補(bǔ)充地層能量減小地層壓力差等措施，使儲(chǔ)層壓裂改造均勻，提高改造效果。

3.2.2 縫高評(píng)價(jià)

Y22 井油藏埋深為3 100 m，微地震監(jiān)測(cè)縫高為50～57 m，大于有效儲(chǔ)層厚度，根據(jù)伊通盆地莫里青油田Y 區(qū)塊雙二段地應(yīng)力剖面（圖8），壓裂層上下均沒有有效的阻擋層，因此，造成壓裂縫高偏大。監(jiān)測(cè)縫高與壓裂模擬縫高基本一致，說明壓裂施工排量設(shè)計(jì)合理，達(dá)到了預(yù)期的壓裂目的。

圖8 伊通盆地莫里青油田Y 區(qū)塊雙陽組二段地應(yīng)力剖面Fig.8 In-situ stress profile of the second member of Shuangyang Formation in Moliqing fault depression，Yitong Basin

3.2.3 測(cè)井解釋成果與微地震監(jiān)測(cè)成果聯(lián)合解釋

根據(jù)優(yōu)化后的Y22 井監(jiān)測(cè)結(jié)果俯視圖定性分析裂縫復(fù)雜度，可以發(fā)現(xiàn)，1，4，6，7 段裂縫復(fù)雜度更高。將微地震監(jiān)測(cè)的裂縫定量參數(shù)與測(cè)井解釋圖件、壓裂施工參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，研究微地震、儲(chǔ)層性質(zhì)、壓裂效果的關(guān)系（圖9），可以看出，1，4，7 壓裂段甲烷、全烴含量均相對(duì)較高，GR值相對(duì)較低、脆性指數(shù)相對(duì)較大［圖9（a）］，反映出儲(chǔ)層泥質(zhì)含量相對(duì)較低，脆性相對(duì)較強(qiáng)，油氣含量相對(duì)較大，儲(chǔ)層性質(zhì)較好，這3 段壓裂施工液量、砂量基本一致［圖9（b）］，儲(chǔ)層改造體積相對(duì)較大、微地震事件數(shù)量相對(duì)較多［圖9（c）］，這說明微地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)井解釋成果具有相關(guān)性，測(cè)井解釋好的壓裂段微地震事件數(shù)量多，儲(chǔ)層改造體積大，可壓性強(qiáng)，裂縫復(fù)雜度更高。2，3，6，8，9 壓裂段儲(chǔ)層性質(zhì)相當(dāng)［圖9（a）］，第6 段比第2，3，8，9 壓裂段施工液量大［圖9（b）］，表現(xiàn)為儲(chǔ)層改造體積也相對(duì)較大、微地震事件數(shù)量也相對(duì)較多，儲(chǔ)層改造規(guī)模和微地震數(shù)量僅差于儲(chǔ)層性質(zhì)更好的1，4，7 壓裂段［圖9（c）］，說明針對(duì)Y22 井區(qū)，對(duì)測(cè)井資料解釋相對(duì)差的儲(chǔ)層可通過增加施工液量增加裂縫復(fù)雜程度，顯著提高壓裂效果，提高壓裂工藝的適應(yīng)性。

圖9 Y22 井微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果與測(cè)井解釋成果對(duì)比Fig.9 Comparison of microseismic monitoring results with logging interpretation results

4 結(jié)論

（1）綜合伊通地區(qū)莫里青油田Y 區(qū)塊地震、測(cè)井、沉積、構(gòu)造、壓裂以及生產(chǎn)井分布的井中微地震壓裂效果評(píng)價(jià)方法及技術(shù)流程，可準(zhǔn)確解釋微地震事件的時(shí)空分布，查明壓裂裂縫的形成原因，真實(shí)、有效地評(píng)價(jià)壓裂改造效果，為微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)深入應(yīng)用提供指導(dǎo)與借鑒。

（2）微地震事件的空間位置代表地下破裂的發(fā)生位置，即應(yīng)力釋放的位置，不代表壓裂液到達(dá)的位置，利用微地震監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)壓裂效果應(yīng)結(jié)合微地震事件的時(shí)空分布特征、儲(chǔ)層特征、壓裂施工數(shù)據(jù)等，解釋微地震事件異常分布的原因，剔除無效事件，客觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)壓裂改造效果，以更好地指導(dǎo)壓裂方案優(yōu)化。

（3）壓裂井周邊的生產(chǎn)井應(yīng)引起足夠重視，其前期壓裂改造及后期油氣排采形成的低應(yīng)力區(qū)可造成壓裂裂縫的不對(duì)稱，為使儲(chǔ)層改造均勻，應(yīng)根據(jù)微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果優(yōu)化井網(wǎng)間距，以及通過優(yōu)化壓裂施工參數(shù)、補(bǔ)充地層能量等措施，提高壓裂改造效果。