微地震監測技術在吐哈油田西山窯油藏 蓄能壓裂中的應用

馮 超，隋 陽，衡 峰，魏國棟，姜清巖，孟 杰

（1.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司，河北涿州 072750；2.中國石油集團吐哈油田公司，新疆鄯善 838200）

儲層改造技術已經成為致密油藏重要的增產措施，前期取得了較好地開發效果；但由于衰竭開發會導致地層能量下降，單井產量逐漸遞減，采出程度下降明顯，需要新的重復改造思路。吳忠寶等提出針對致密油藏體積改造注水吞吐開發是有效補充地層能量的新方式[1]；隋陽等提出的壓裂前預先注水補充能量，結合大排量壓裂提高波及系數，達到重復壓裂井增產的目的[2]；向洪通過重復壓裂現場應用情況以及壓裂后產量分析顯示，補充地層能量與暫堵轉向壓裂工藝結合，可以有效補充地層能量，提高單井產量，從而提高致密油藏最終采收率[3]。蓄能壓裂工藝方式采用壓前注水補充地層能量，壓裂時采用大排量、大液量對油藏進行初次縫網體積壓裂改造；加入暫堵劑對天然裂縫及人工裂縫進行暫堵，迫使裂縫轉向，對裂縫進行二次縫網改造。研究表明，蓄能壓裂工藝可以增加縫網的復雜程度，增大儲層改造體積，改變近井局部應力場，實現造新縫、多造縫，能有效提高單井產量，實現動用基質儲量的目的[4-5]。蓄能壓裂過程中，大量高壓流體注入地層，使地層空隙壓力上升導致巖石破裂，破裂信號被鄰井檢波器接收定位，從而實現監測人工裂縫展布、評估暫堵效果、評估注水蓄能及壓裂儲層改造效果。

1 研究區概況

微地震監測采用一口監測井監測三口井壓裂施工的方式，監測井與三口壓裂井均為直井。壓裂井目的層為西山窯組，是一套由含礫砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖及泥巖組成的扇三角洲沉積體系。油藏巖性為細粒巖屑砂巖，儲集空間為砂巖孔隙型，微裂縫較為發育[6]。儲層物性以低孔特低滲為主，儲層非均質性較強。研究區天然裂縫較發育，以中高角度裂縫為主[7]，儲層脆性指數為0.55，楊氏模量為31 000 MPa，泊松比為0.25。

2 微地震監測采集處理解釋

微地震監測處理解釋過程主要包括：原始數據篩選、噪聲壓制、檢波器定向、速度模型建立和優化，最終反演定位確定微地震事件空間位置[8-9]。微地震數據處理解釋流程如圖1 所示。

2.1 微地震觀測系統優化

圖1 微地震資料處理流程

研究區西山窯組儲層物性以低孔特低滲為主， 儲層非均質性較強，壓裂改造過程中產生的微地震事件具有體波為主、信號能量弱、主頻高的特點。針對致密油儲層微地震信號特點，結合三口壓裂井位置分布，優選距三口監測井位置較近的D 井作為監測井。

D 井采用射孔完井方式，在射孔上方進行了橋塞封堵，以降低監測井內的噪聲干擾，監測井中檢波器放置應盡量靠近施工目的層段，以便更好地接收微地震信號。12 級三分量檢波器實際下放測深位置為1 490～1 710 m，檢波器級間距為20 m，監測井檢波器距離壓裂井A 井、B 井與C 井施工目的層段距離分別為320，306，332 m。合理優化微地震觀測系統，建立壓裂井與監測井相對位置的觀測系統，如圖2 所示。

2.2 射孔校正檢波器方向

微地震井監測過程中，12 級三分量檢波器之間采用電纜軟連接；Z 分量沿著井軌跡垂直向下，X、Y 分量在水平方向上是隨機的，處理過程中需利用已知位置的校驗炮信號來進行三分量檢波器定向，以還原各分量的真實方位。以聲波測井數據為基礎，根據射孔信號校正速度模型，本次壓裂校驗炮信號采用C 井射孔信號，如圖3 所示。C 井射孔信號P波初至起跳干脆，信噪比較高，對射孔信號P 波進行偏振分析，校正檢波器方向，再利用射孔信號進行速度模型校正。經過檢波器方向校正和速度模型校正后，應用縱波橫波時差方法確定微地震事件到檢波器的距離，再利用P 波偏振方向確定微地震事件的發生方位、距離和方位共同確定微地震事件準確的空間位置。

3 應用效果分析

3.1 改造效果

圖2 井中微地震監測觀測系統

圖3 壓裂井C 井射孔信號

采用縱橫波時差法對三口井壓裂過程中采集到的微地震事件進行定位，A 井共定位微地震事件83個，震級分布為-2.78～-1.78；B 井共定位微地震事件2 838 個，震級分布范圍為-3.09～-0.0885；C 井共定位微地震事件154 個，震級分布為-3.45～-0.972。三口井監測定位結果俯視圖及側視圖如圖4、圖5 所示，圖中球形大小代表微地震事件震級大小，顏色的漸變代表微地震事件發生的時間順序，綠色為早期產生的事件點，紅色為時間較晚產生的事件點。

圖4 A 井、B 井與C 井井中微地震監測成果俯視圖

圖5 A 井、B 井與C 井井中注水蓄能階段與壓裂階段微地震監測成果俯視圖

計算A 井、B 井、C 井的微地震事件b 值，分別為2.3，1.2，0.7。b 值越接近1，表示該區域內事件點受斷層或天然裂縫影響較大，b 值接近于2，表示該區域事件點受斷層或天然裂縫影響較小，b 值可以描述微地震事件活動與天然裂縫的相關性[10-11]。B 井、C 井注水蓄能及壓裂階段，兩井均出現大震級微地震事件，大震級事件點一般由壓裂液溝通天然裂縫產生，當液體加壓注入地下介質時，天然裂縫被水力壓裂激活，觸發引起一部分震級相對較大的微地震事件[12]。結合b 值分析，可以判斷B 井、C 井壓裂裂縫主要受天然裂縫影響觸發產生，A 井事件點主要為高壓注水導致巖石破裂誘發產生，受天然裂縫影響較小。

3.2 注水蓄能壓裂效果

A 井、B 井、C 井注水蓄能階段與壓裂階段的微地震監測結果如圖6 所示，不同顏色代表不同的施工階段，綠色代表注水蓄能階段微地震監測結果，紅色代表壓裂階段微地震監測結果。監測結果表明，大規模注水蓄能階段在補充地層能量的同時已初步形成了人工裂縫形態，擴大了儲層改造體積。

圖6 A 井、B 井與C 井井中壓裂階段加入暫堵劑前、后微地震監測成果俯視圖

主壓裂階段前期微地震事件點主要集中于射孔段附近并逐漸向兩翼延伸，大部分微地震信號出現在注水蓄能階段已形成的人工裂縫網內部，初期縫網未出現大規模擴展。繼續注液，壓裂階段后期微地震事件點出現在原注水蓄能人工縫網外，人工裂縫在原有基礎上有一定延伸，縫網出現擴展，儲層改造體積隨之增大。表1 為A 井、B 井、C 井注水蓄能階段與壓裂階段人工縫網參數，壓裂階段在注水蓄能改造基礎上，裂縫網絡長、寬、高及儲層改造體積均有一定程度地增長。

表1 A 井、B 井與C 井井中注水蓄能階段與壓裂階段人工縫網參數

3.3 暫堵壓裂效果

為進一步擴大裂縫改造體積，避免單一主裂縫沿高滲通道延伸，導致低滲區域得不到有效改造，壓裂施工中加入φ1～5 mm 和φ5～10 mm 復合暫堵可降解纖維顆粒，對天然裂縫及人工裂縫實施封堵。其中，A 井與C 井壓裂過程中兩次加入暫堵劑，B 井壓裂過程中一次加入暫堵劑。暫堵前、后微地震監測結果，不同顏色代表不同階段，綠色代表加入暫堵劑前的微地震事件分布，紅色代表第一次加入暫堵劑后的微地震事件分布，黃色代表第二次加入暫堵劑后的微地震事件點分布。

監測結果顯示，A 井兩次加入暫堵劑后產生的微地震事件點均較少，壓裂裂縫走向沒有明顯變化，縫網范圍基本保持不變，說明裂縫復雜程度沒有明顯變化，裂縫走向也未出現轉向，儲層改造體積沒有明顯增加。A 井兩次加入暫堵劑沒有實現擴大裂縫改造體積以及對天然裂縫、人工裂縫實施有效封堵，暫堵效果不明顯。

B 井加入暫堵劑后，人工裂縫南翼未再出現大震級事件點，實現對天然裂縫的有效封堵。暫堵后，原人工裂縫內部微地震事件點較少，主要集中于裂縫兩翼，實現對人工裂縫的封堵，儲層改造體積進一步增大，暫堵效果較為明顯。

C 井兩次加入暫堵劑后，裂縫北翼未再出現大震級事件點，同樣實現了對天然裂縫的有效封堵。人工裂縫南翼出現了微地震事件點，人工縫網范圍出現明顯擴展，暫堵效果明顯。微地震監測技術在暫堵效果評價方面具有明顯優勢，可以實現在壓裂過程中實時、準確地評價暫堵效果。壓裂過程中可依據微地震監測結果，合理優化暫堵劑注入時機和注入規模，以實現最優暫堵效果。

4 結論與建議

（1）針對西山窯組致密油儲層改造微地震信號特點，優化觀測系統。A 井、B 井、C 井壓裂過程的微地震監測效果較好，證明該區塊天然裂縫較為發育，壓裂過程中易溝通天然裂縫。

（2）微地震監測結果表明，蓄能壓裂方式不僅可以提高井區地層能量，還可以增大裂縫發育復雜程度、擴大縫網改造范圍、提高儲層改造體積，是區塊重復壓裂增產的有效改造手段。

（3）微地震監測可以有效評價暫堵效果。壓裂中加入暫堵劑封堵裂縫，對提高裂縫復雜程度和擴大儲層改造體積具有積極作用。