井下微地震裂縫監(jiān)測技術(shù)在水平井分段壓裂中的應(yīng)用
——以WQ油田為例

李婷婷，尚秉華，羅 鵬

（延長油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安， 717600）

最近幾年來，WQ油田致密油藏借鑒國外頁巖氣開發(fā)的成功經(jīng)驗，采用水平井結(jié)合水力噴砂+環(huán)空加砂分段多簇壓裂進行開發(fā)，這種大規(guī)模壓裂，能夠溝通天然裂縫，形成復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫形態(tài)，增大與儲層的接觸面積，從而提高單井產(chǎn)量。為提高水平井整體開發(fā)效果，進一步認識水平井人工裂縫方向，需要對水平井分段壓裂裂縫展布進行監(jiān)測。通過地層裂縫測試判別人工裂縫的走向，為水平井注采井網(wǎng)、注水強度提供重要依據(jù)。

預(yù)測裂縫的傳統(tǒng)方法包括計算機建模、壓裂壓力分析、同位素追蹤、試井、傾斜測量、井基測量等壓裂監(jiān)測技術(shù)，都具有其自身的局限性，不能完全監(jiān)測裂縫的長度、高度、寬度、方位角，而微地震監(jiān)測技術(shù)就可以做到這一點。

通過進行井下微地震監(jiān)測技術(shù)為認識壓裂裂縫的方位、傾角、大小（長度，寬度，高度）、間距和破裂程度信息，為儲層壓裂歷史和儲層中流體的運移路徑和動態(tài)演化方面提供更深層次的理解。

1 井下微地震裂縫監(jiān)測原理

微地震監(jiān)測主要包括數(shù)據(jù)采集、震源成像和精細反演等三個關(guān)鍵步驟。

目前數(shù)據(jù)采集是利用高靈敏度高頻率檢波器，為法國Sercel公司的SlimWave系統(tǒng)。SlimWave系統(tǒng)采用多級檢波器，等距排列，每級檢波器內(nèi)列放著三個不同軸向的磁動線圈，以保證全方位接收震源發(fā)出的P波和S波。井下儀器與地面通訊采用高速總線傳輸，帶寬達到4Mb/s，以保證瞬間大量信號的傳輸，同時利用特殊工藝以屏蔽傳輸中產(chǎn)生的干擾信號。

處理解釋軟件是英國ASC公司的Insite可視化處理系統(tǒng)。軟件主要實時監(jiān)測功能，復(fù)雜的tian射線追蹤定位算法與檢波器方位校準與速度校準。

井下微地震裂縫監(jiān)測技術(shù)通過在壓裂井周圍 200～1200m選擇一口鄰井，把多級檢波器下入目的井段固定好等待監(jiān)測。在周圍2000m范圍內(nèi)需找一口定位井，在該井井下進行定位震源作業(yè)以確定該地層速度與檢波器的方位。開始壓裂施工作業(yè)同時進行壓裂監(jiān)測，通過不間斷的數(shù)據(jù)采集和處理來完成對壓裂過程監(jiān)測。

2 井下微地震裂縫監(jiān)測方案設(shè)計

本次選擇對WQ油田元托子區(qū)塊長8油層水平井TP24井的分段壓裂過程進行監(jiān)測，鄰井WC26-5-2井作為監(jiān)測井。采用的12級檢波器，采樣間隔0.5ms，連續(xù)地不間斷記錄，每10s記錄一個SGY文件。

在WC26-5-2井井中下入共13級儀器串：其中有12級檢波器，檢波器與電纜相連，等間距10m排列，最下端為垂重，總長度130m。根據(jù)井況以及檢波器盡可能靠近壓裂目的層，檢波器下放深度在1880～1890m。檢波器方位校正井為壓裂井TP24井，首段射孔采用射孔彈，利用射孔彈信號來對檢波器方位校準。初步設(shè)計利用TP24井射孔信號定位。

圖1、圖2為TP24井井下微地震裂縫監(jiān)測示意圖。其中，第1級檢波器（最下面檢波器）離第1個射孔空間距離約為487m，距離第7級射孔空間距離約為442m，距離最近檢波器為360m。根據(jù)以往本區(qū)監(jiān)測經(jīng)驗，監(jiān)測距離超過500m微震信號能量小，監(jiān)測不到，因此本次監(jiān)測6段，壓裂第一段部分距離超過500m，不監(jiān)測。實際上也進行了監(jiān)測，收到部分的信號。

圖1 TP24井微地震裂縫監(jiān)測示意圖（水平投影圖）

圖2 TP24井微地震裂縫監(jiān)測立體圖

3 檢波器方位校正與模型建立

本次檢波器方位校正在TP24井中進行。利用在TP24井內(nèi)射孔信號進行定位，在WC26-5-2檢波器接收到信號。利用已知震源位置對井下檢波器方位進行校準，并進一步建立速度模型。在TP24射孔深度在2834.5.5～2835.5m，2814.5～2815.5m。如圖3所示。

圖3 TP24井的射孔信號

基本原理：①通過空間一個已知點產(chǎn)生一個震源事件；②檢波器接收到事件信號，通過對事件P波到時與S波到時拾取，進行速度校準與檢波器三分量方位校準，反演出事件發(fā)生的震源向量；③如果反演定位的震源向量與實際的事件發(fā)生點吻合，表明模型建立準確。

圖3為在TP24井在2814.5～2815.5m處的射孔信號。圖中I=1、2…….12為從第1個檢波器到第12個檢波器接收到的信號，圖中每道為X、Y、Z三分量疊加信號，12個檢波器共有36個信號。從圖中明顯可以看到P波先到，S波后到。由于P波速度大，先到達到檢波器，S波速度小，稍慢于P波到達檢波器。

圖4為檢波器方位校準與速度模型建立經(jīng)過反演定位的示意圖。首先利用在2814.5～2815.5m處的射孔信號對檢波器方位與速度校準，建立初始模型，再利用后面的射孔信號不斷優(yōu)化模型，確定最終模型。圖中圓點為反演定位的射孔點位置，可以看到所有反演定位點基本上都在一條直線，都分布在井軌跡上，定位準確，能夠滿足微震定位的需要。

圖4 檢波器方位校準

4 背景噪音分析

微地震監(jiān)測檢波器在地下所受干擾因素較多，微地震資料信噪比也比較低，所以為了更好地對微地震有效事件進行自動識別，背景噪音分析十分必要。

通過分析，背景噪聲主要集中在低頻段，主要為頻率小于100Hz的噪聲，這樣通過帶通濾波對其進行消除，過濾到100Hz以下的低頻干擾，微地震信號的主頻一般集中在200～1000Hz，因此通過帶能濾波完全可以消除低頻噪聲的影響。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

本次利用微地震監(jiān)測了TP24井的壓裂施工，監(jiān)測得到了裂縫網(wǎng)格的形態(tài)與走向。監(jiān)測結(jié)果顯示，在本次壓裂過程中，裂縫走向在91°～95°。如表1所示，為統(tǒng)計各段裂縫網(wǎng)格的長、寬、高與走向。監(jiān)測的裂縫網(wǎng)格長度在298～384m，裂縫網(wǎng)格寬度在76～97m，裂縫網(wǎng)格高度57～86m。在壓裂第5段時，油管壓力一直起不來，后現(xiàn)場綜合判定，可能是第5段位置固井質(zhì)量不好，導(dǎo)致壓裂液從套管外壁竄到第4段，與第4段的裂縫溝通了，導(dǎo)致油壓一直上升不起來，因此放棄第5段壓裂，直接壓裂第6段。

表1 統(tǒng)計裂縫網(wǎng)格參數(shù)

5.1 裂縫方向

監(jiān)測結(jié)果表明：裂縫走向為平均為北偏東93°，與本區(qū)的最大主應(yīng)力基本一致。裂縫走向與井筒近似垂直，產(chǎn)生的垂直縫，有利于擴大壓裂體積。

5.2 裂縫形態(tài)

監(jiān)測結(jié)果表明：①第2-7段壓裂裂縫長度在298～384m。第1～3段裂縫主裂縫明顯；第6～7段網(wǎng)狀縫特征清楚（圖5）。②在第1段井東側(cè)有出現(xiàn)能量較小的幾個微地震事件，推測可能此處存在天然裂縫。壓裂后期排量穩(wěn)定，但是油壓一直在下降，也可以推測人工裂縫與天然裂縫溝通后，導(dǎo)致壓力 降低。

圖5 TP24井裂縫三維顯示圖

6 結(jié)論

1）通過微地震方法對壓裂裂縫的監(jiān)測，獲得了裂縫在三維空間的展布形態(tài)，并利用橢球體對裂縫網(wǎng)格做出定量解釋；壓裂產(chǎn)生的人工裂縫改造最大的壓裂體積，達到設(shè)計要求。

2）裂縫監(jiān)測結(jié)果表明：該地區(qū)裂縫走向平均為北偏東93°，與本區(qū)的最大主應(yīng)力基本一致。裂縫走向與井筒近似垂直，產(chǎn)生的垂直縫，有利于擴大壓裂體積。在第1段井東側(cè)有出現(xiàn)能量較小的幾個微地震事件，推測可能此處存在天然裂縫。

3）井軌跡設(shè)計與壓裂設(shè)計要考慮到天然裂縫的發(fā)育狀況。

4）砂射孔+環(huán)空加砂分段壓裂技術(shù)中每段需要排液，因此射孔段位置、封隔器位置，分段長度需要優(yōu)化設(shè)計。段間距過小，易造成竄層，導(dǎo)致本段不能壓裂。