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1、井中微地震技术与应用陈泽东 物探公司三大队摘要 低渗透油田的水力裂缝特征决定了井网的部署、射孔的方位、压裂设计的优化等， 对于储层改造起着指导性作用，直接影响着油田开发的好坏。我们通过掌握这项技术开拓了 勘探面向开发的新领域，进一步认识到水力压裂的裂缝延伸的复杂性，明确了压裂裂缝的延 伸情况，在指导油田开发中的井网部署、压裂优化设计、压裂后效果评估方面发挥关键作用。 关键词 低渗透油气藏 水力压裂 井中微地震技术 应用效果、灯、一、前 言中国低渗透油气资源十分丰富，目前国内已探明低渗透油田（油藏）共有 300 个左右，地质储量40X 1081,占全部探明储量的24.5%,广泛分布于全国勘探开
2、发的20多个油区，其中储量在1X1081以上的就有11个油区。因此，对已开发 的低渗透油气田如何进一步提高开发效益，对于石油工业的发展有着十分重要的 意义。区块整体压裂改造技术作为低渗透油田高效开采的有效方法，在各个低渗透 油田被广泛采用。因此必须对区块整体压裂改造技术进行系统研究，以期对不同 类型的低渗透油藏提出相应的开发模式，以提高开采效益与开发水平。低渗透油 田的水力裂缝特征决定了井网的部署、射孔的方位、压裂设计的优化等，对于储 层改造起着指导性作用，直接影响着油田开发的好坏。但是目前常用的各种测试 方法由于受地貌条件、井斜及仪器位置的限制，使得测试结果可信度低。因此采 用目前国际上最先
3、进的井下微地震裂缝测试技术对压裂过程中水力裂缝的特征 进行监测与描述，对于提高裂缝测试水平、促进压裂工艺及开发技术进步意义重 大。二、井中微地震技术原理及特点井中微地震技术原理起源于天然地震的监测。水力压裂井中，由于压力的变 化，地层被强制压开一条大的裂缝，沿着这条主裂缝，能量不断的向地层中辐射， 形成主裂缝周围地层的张裂或错动，这些张裂和错动可以向外辐射弹性波地震能 量，包括压缩波和剪切波，类似于地震勘探中的震源，但其频率相当高，其频率 通常从200Hz到2000Hz左右的范围内变化。震源信号被位于压裂井旁的井中检 波器所接收，将接收到的信号进行资料处理，反推出震源的空间位置，这个震源位置就
4、代表了裂缝的位置。1. 微地震波的运动学2、资料处理微地震事件的处理与自然地震的处理不同，主要分三个部分，首先，所有的 数据都需要搜索出微地震事件来；必须对所搜索到的事件进行振幅恢复；用这个 事件的属性计算微振动的位置。其中的难点是识别微地震事件，弄清那些是微地 震事件那些是噪音，然后找到这个微地震事件的P波到达时及其质点振动方向， 多级接收系统可以帮助我们有效的完成这一作业，因为微地震事件在多级系统上 都有反映且具有一定的规律性，P波在多级排列上是成像的。而S波的识别就比 较困难，一般被掩盖在了反射或者其他的续至波当中，但是我们可以依据S波与 P 波的三个差异来诊断它：低频、振幅漂移、直角质
5、点振动漂移，同时多级接收 是追踪 S 波的必须条件。现在我们来讨论微地震事件位置的确定，如上所述，微地震事件位置的处理 需要一个新的方法，第一，接收处于一条线上，不能全部处于一个圆周上，第二， 压裂产生的微地震事件虽然是一个近场问题（接收距震源只有几百米），考虑到 微地震事件的能量很弱，当其到达接收时我们可以将它近似为平面波。a）. 微地震事件的距离和高度：首先根据P波和S波随着传输距离的衰减公式来计算微地震事件的高度和距离。 设：Vp是纵波速度，Vs是横波速度，r0为初始水平距离（震源位置），Z0 为初始高程距离（震源位置）， t0 为初始时间（震源位置）。设震源处的纵波信号为：f(t)二
6、jG(w)eiwt dw , 此信号改写为：f(t)二 WpE V2p t20- r20 - z202 震源处的横波信号为：f(t)二 jG(w)eiwt dw,此信号改写为：f(t)二 WsE Vs t?。-严0 - z2 02其中： Vsi 是横波的速度， r0 为初始水平距离， z0 为初始高程距离， t0 为 初始时间。即震源处的信号是：F0=WpE V2p t20- r2 0 - z2 02 + WsE V? s t?0-严0 - z2 02当震源信号即微地震信号传播到时刻i时，波的描述可以用以下的方程来表示：Fi=WpE V2p t2i- r2i - z2i2 + WsE V? s
7、 t? i-严 i - z2i2那么在 i 时波的衰减公式就可以用以下的公式表示，F=Wp工V2p (tpi-10)2 (rir0)2 - (zi-z0)?+ WsE V? s (tsi-10)2 (ri-r0)2- (zi-z0)22式中 ri 是 i 时刻的水平距离， Zi 是 i 时刻的高度， ti 是 i 时刻的时间。F 没有特殊的物理含义，当 F 最小时，微地震事件的距离和高度最逼近，可以确 定微地震事件的距离和高度。这个理论是基于最小二乘法修正震中的原理， P 波 和 S 波在接收点的“能量”与震源点的能量的残差的平方和为最小时，则这些参 数就是最佳值，多级接收可以保证反复几次的最
8、佳逼近，准确求出微地震事件的 距离和高度。在这个式子当中，如果我们有 12级接收系统接收，针对每个接收级，我们都可 以得到一个这样的等式，求解这些等式，就可以得到 r0, z0, t0。b). 方位角的确定：为了完全定位微地震事件的位置，确切的方位角是至关重要的。对于每一个 接收级(三分量检波器)，两个水平分量的数据就可以用来计算入射到这个点的 波的方位，设一个水平分量指向东，振幅和速度分别为 AE 和 VE， 另一个水平分量指向北，振幅和速度分别为AN和VN,那么这个点的震源方位角a为：tana = (AE/ VE ) / (AN/ VN )为了准确的求出方位角，我们采用正交直方图方法，取每
9、个接收级的水平分量的前一个相位（P波）的质点振动，两个水平分量（相互垂直）的质点振动图 可以放置在一个直角坐标系中，根据多个级所得到的方位角的综合，就可以准确的得到这个微地震事件的方位来。求出了 r0, zO, a,这个微地震事件的空间 位置就决对可以确定了。Amplitude11111d11Waveform1r7、丿 r t-T?TJ壬T*十-； I!亠T-Jry ,1 -mF :tl lb- i-F F1 -1 fTriFrx_I?卜 y 4 -r L; L 1 r-Jr;N -2F-c-r: .IiAAFgALJJKX. | S5fSeveM/lWg四呦“ 23:！十亠7 b压裂井压裂过
10、程中典型的微地震事件记录过程中密切监视仪器状态，通常压裂过程持续几个小时，在压裂结束后继续 记录20分钟左右以保证不漏掉微地震事件。所得到的数据量一般在4-5GB，数 据大小视压裂规模大小与压裂持续时间长短而不同。由图可见微地震事件形态比较明显，能量较强。左图是在压裂初期得到的一 个很好的微地震信号，信号来自于检波器的下部储层。右图是压裂后期得到的微 地震信号，信号的斜率刚好相反，来自于检波器的上部储层。四、应用效果A井压裂裂缝方位图Top ViewSide View175 2150 2125 2100 2075 2050 2025 2000 1975 1950- .Regress Azimu
11、th : 69.6iiiiiii1 111 1-400-300-200-1000100-400-300-200-1000100B井压裂裂缝方位图上图是两口井压裂井在压裂过程中所产生的所有微地震事件解释结果。压裂井A裂缝方位为NE75。，西南向压裂产生的微地震事件的长度为420m。由于受选井条件的限制，监测井的相对位置正好处于压裂井的西南方向，监测井 距压裂井的北东方向较远而为监测到微地震信号；B井裂缝方位为NE80，西南 向压裂产生的微地震事件的长度为215m，北东方向压裂产生的微地震事件的长 度为 150m。压裂井A井显示裂缝高度为260m,裂缝高度向上严重失控，在垂直深度1960m 处有相当多的微地震事件，说明在垂直深度1960m处存在大的漏失层；压裂井B 井显示裂缝高度为135m,目的层与上部储层长8i之间的小的泥质遮
