三维地震属性及微地震数据在致密砂岩气藏开发中的综合应用(英文)

非常规资源如页岩气和致密砂岩气的开发,要求综合利用多学科的知识,以解决诸多工程问题来获得经济产能。不同类型数据如三维地震和微地震数据所揭示出的储层非均质性能,更深入全面地揭示储层特性并优化钻井和完井程序。本文研究中,首先利用三维地震曲率属性预测了储层局部应力方向及天然裂缝闭合状态,获得了储层非均质性信息及地质力学性质;利用蚂蚁体预测了储层裂缝网络以及利用曲率和蚂蚁体结合预测了潜在的影响水力裂缝延伸的压裂屏障。其次利用三维地震获得的上述信息指导压裂方案设计及施工参数调整。最后,综合三维地震解释结果和微地震成像结果解释了压裂施工过程中出现砂堵的原因,明确了致密砂岩储层水力裂缝延伸及天然裂缝开启闭合控制因素。     

流体-地质力学耦合建模表征水力压裂诱发地震:以加拿大Fox Creek地区为例

随着水力压裂技术在页岩气开发中的广泛应用,加拿大西部盆地的诱发地震活动显著增加.目前对于诱发地震的综合表征方法还不成熟.本文采用一种综合地质、岩石力学及流体力学的研究方法,对Fox Creek地区2015年2月8日发生的M 3.0诱发地震事件进行了综合表征.首先,利用高分辨率三维反射地震资料,采用蚂蚁体追踪技术识别潜在断层.其次,利用测井曲线和压裂施工数据等资料定量求取岩石力学及地应力参数,建立三维地质力学模型,明确水力压裂缝的空间扩展规律.最后,建立流体-地质力学耦合模型,计算水力压裂过程中断层附近的孔隙压力及局部应力变化,利用摩尔-库仑破裂准则判定断层激活的时间与空间位置,揭示本次诱发地震事件的触发机制并提出风险控制对策.结果表明,三条由Precambrian基底向上延伸至Duvernay地层的近垂直断层在水平井压裂过程中被激活.由于水平井的部分压裂缝与断层沟通,注入流体沿断层的高渗透破裂带向下迅速扩散,在基底位置激活断层并诱发M 3.0地震事件.其中孔隙压力增加是本例中断层活化的主要因素.现场措施表明,增大压裂水平井与已知断层之间的距离被可以有效地降低地震风险.因此在进行水平井钻井及压裂作业之前,明确地下断层的分布位置至关重要.     

水力压裂对速度场及微地震定位的影响

水力压裂是页岩气开发过程中的核心增产技术,微地震则广泛用于压裂分析、水驱前缘监测和储层描述.微地震反演过程中,用于反演的速度模型往往基于测井、地震或标定炮资料构建,忽略了压裂过程中裂缝及孔隙流体压力变化对地层速度的影响.本文首先基于物质守恒、渗流理论和断裂力学模拟三维水力压裂过程,得到地下裂缝发育特征和孔隙压力分布.继而根据Coates-Schoenberg方法和裂缝柔量参数计算裂缝和孔隙压力对速度场的影响,得到压裂过程中的实时速度模型.最后利用三维射线追踪方法正演微地震走时和方位信息,并采用常规微地震定位方法反演震源位置及进行误差分析.数值模拟结果表明,检波器空间分布影响定位精度,常规方法的定位误差随射线路径在压裂带中传播距离增加而变大,且不同压裂阶段的多点反演法与单点极化法精度相当.     

基于改进Delaunay三角剖分算法的微地震数据SRV估算与应用

影响页岩气藏改造效果的核心参数是储层的压裂改造体积(Stimulated Reservoir Volume,SRV),有效准确估算压裂改造体积有助于评估压裂效果.水力压裂过程中微地震事件点分布状态不规则,传统的SRV计算方法通过外接规则几何体进行计算,相应结果误差明显,进而采用Delaunay三角剖分算法来降低结果误差,但Delaunay三角剖分方法更适合处理凸数据集.若压裂裂缝网络比较分散,即存在一些非产能区域,该算法不能剔除该区域的影响,造成压裂改造体积估值偏大.针对该问题,本文提出了 一种基于三维不规则包络体的SRV计算方法,首先使用DBSCAN算法对微震事件点进行聚类处理,排除微震事件的异常定位点的干扰,然后使用本文提出的边界凹陷算法,对裂缝网络内部非产能区域进行剔除,得出一个由多个四面体组成的封闭的三维包络体,通过计算其内部所有四面体的体积之和可估算出整体压裂改造体积.通过实测数据对本文方法进行检验,相应结果表明:计算获得的不规则包络体和微震事件空间展布特征具有较好的一致性,可明显消除非产能区域的影响,本文方法具有很好的可行性与准确性.     

基于微震特性的断层检测技术（英文）

对非常规油气藏,断层既可以成为油气的流通通道,也可能成为油气藏开采开发的阻碍,体现在(1)导致压裂液的滤失;(2)导致储层水淹;(3)诱发小型地震。因地震勘探分辨率的影响使得部分小型断层无法被有效检测,该类断层在压裂施工过程中变得异常活跃并释放出大量的微震。为此,本文总结出一种融合微震时空特征、相对震级、震源机制、振幅、频率的天然断层识别方法。该方法基于储层力学机理分析天然断层和压裂裂缝激发的力学环境,并得出其时空分布规律;通过引入微地震相对震级的算法对天然断层和压裂裂缝活动所致的微地震事件进行标定,并基于地震位移理论分析天然断层和压裂裂缝所致微震的动力学特征,得出其在频率和振幅存在的差异。通过微地震地面和井中监测实例的应用和验证,该方法能有效地达到对天然断层和压裂裂缝识别的目的。     

水力压裂微地震实验研究

微地震震源机制解包含储层及裂缝特征信息,对于地质力学建模和水力压裂储层评价都有十分重要意义.然而,目前微地震震源机制类型仍存在争议,该方面的基础实验仍需要进一步的研究.本文针对花岗岩和页岩两类岩石,开展了水力压裂微地震实验研究.在实验进行前,分析了实验条件和数据采集方式.根据实验室测定的岩石物性参数和各级检波器微震事件的P波初动信息等,利用射线追踪进行微震事件的反演定位.定位的结果同岩石CT扫描观测到的裂缝有较高吻合度.利用微震事件在各级检波器处的P波初动极性及检波器在岩石表面的位置信息,进行微地震事件的震源机制反演,得出了水力压裂实验下微地震震源机制以剪切型占优的结论.结合微地震事件定位结果,震源机制反演结果和岩石CT扫描裂缝结果等,进行对比和分析,得出了一些新的结论和认识,为今后的实际微地震监测裂缝解释提供指导意见.     

不同倾角煤层气井的水力压裂微震监测

在2017和2018两年中,我们对新疆18口煤层气井的水力压裂,应用微地震向量扫描技术,实施了微震监测.这批井的特点是,除3口井煤层的倾角小于30°外,余均为高倾角,其中6口井的倾角大于70°,近乎直立.由于煤层在强度上较常规油气储层显著得低,因而压裂设计预期裂缝沿煤层延展.然而,经反复校核,尽管多数井的裂缝带满足预期(占总井数的72％),还是确认了3口井(17％)的裂缝延展面同已知煤层在倾向上有一个40°～60°的夹角;另一类特例是2口井(11％)的类似X型的破裂,即一个裂缝面满足了预期的倾向和倾角,同时也有一个倾向相反、倾角相似的破裂面.因而在机理上,若视煤层为已有断层,在构造应力场作用下,煤层的压裂破裂面有三种可能性:(1)仅沿煤层延展;(2)仅沿已有断层裂隙面延展;(3)同时沿这两个层面破裂.此外,破裂面展布以相对压裂点向上为主.研究这些压裂裂缝面的产状、发育机理、与对其微震监测的解释方法特性,对具有不同倾角的煤层的压裂设计与压裂监测,有重要意义.     

页岩气开采水力压裂诱发四川盆地南部2018年12月M L 5.7地震和2019年1月M L 5.3地震

2018年12月16日,四川省兴文县发生了M L5.7地震(北纬28.239°,东经104.922°)。两个多星期以后的2019年1月3日,在其西边8km处发生了M L5.3地震。这两次地震事件是目前为止在长宁页岩气区块发生的最大的、最具破坏性的地震事件,对附近的农舍和建筑物造成了严重的破坏。虽然中国地震局发布这两个地震事件的常规处理得到震源深度都大于5km,但基于广义剪切粘贴法(gCAP)方法的矩心矩张量解,发现震源深度非常浅(M L5.7和M L5.3地震的震源深度分别为3km和1.8km)。此外,这两个地震事件都非常接近水力压裂(HF)井场,周围有很多水力压裂井在地震时正在进行压裂作业。一系列的证据链条表明这些地震是由2.5~3km深度处的水力压裂所诱发。证据包括地震和水力压裂井段之间的时空相关性、地震活动统计特性,以及触发那些现今应力场下产状不利于发生摩擦滑动的断层所需的流体超压力。自2014年开始规模化水力压裂以来,长宁区块至今共观察到11次M L≥4.0地震事件(其中包括3次M L≥5.0地震)。与常规构造地震活动相比,这些地震活动的大森型余震活动非常低。此外,对于触发M W≥3.5地震事件,所需流体超压力为0.3~5.8MPa。水力压裂在致裂区间以外由孔弹性效应产生的应力变化一般远小于1MPa。这些断层大多是未知的,而且在目前的构造应力场作用下,其产状不利于发生滑动破裂,所以流体超压力驱动已存在断层的再活化被认为是诱发这些异常的中强地震的原因。     

微地震方法的裂缝监测与储层评价

在油田水力压裂微地震事件定位结果的基础上,结合有效微地震事件的时空分布、震级大小、地震矩、震源半径、应力降和b值等地震学参数进行综合研究,并结合研究区域的地质背景和测井资料对水力压裂诱发的裂缝网络进行几何形态分析和应力解释.本文提出的微地震综合分析解释方法可对压裂后储层物性进行综合评价,有利于对储层改造效果进行预测,对油田的水力压裂施工具有指导意义.     

基于非监督学习的水力压裂裂缝平面识别

在水力压裂施工中,如何有效获取压裂过程中产生的裂缝形态以及裂缝的动态扩展过程一直是困扰学术界和工业界的问题。目前,常规利用微地震事件定位结果进行分析的方法存在需要人工干预、散点信息表示能力不足等问题;采用数值模拟分析的方法往往因复杂的地下介质情况而引入计算偏差。本文基于非监督学习算法,通过提取微地震事件的空间和时间信息,实现对裂缝平面的识别以及裂缝网络拓展路径的分析;并通过引入水力压裂岩石物理实验,利用实际监测获得的声发射数据以及对应的真实破裂情况的CT扫描数据,检验方法的可行性。最终结果表明,本文所提方法对主断裂有较好的识别效果,识别结果与CT扫描的真实结果吻合性较好。     

基于微地震监测技术的油田开发方案调整及效果——以辽河探区J2块为例

微地震监测技术是联系储层和压裂的桥梁和纽带.针对老油田精细开发的需求,开展基于微地震监测技术的油井压裂效果评价和开发方案调整应用研究,并形成技术流程.准确定位微地震事件基础上,定量描述压裂裂缝参数;综合研究区地质资料、井资料、压裂施工数据等解释压裂裂缝形成,并用生产数据验证,准确评价压裂改造效果;利用压裂裂缝纵向特征认...     

水力压裂微地震井地联合监测系统及仪器

水力压裂技术是油气田增产和低渗透油田开发的有效技术手段,通过监测油层裂缝延展过程中产生的微地震事件,能够有效地判断裂缝走向.现有的井中监测方法存在成本较高、施工难度大的问题;地面监测存在信号信噪比低、垂向分辨能力差等问题.本文采用井地联合微地震监测的方法,在地面布置采集仪器的同时,选择邻近的单口监测井放置井中仪器,对微地震事件进行联合监测定位.采用联合监测的方法,在水平方向和垂直方向上都能够获得较好的监测视角,对比单一监测方法提高了微地震事件的定位精度.在此方法的基础上研制的井地联合微地震监测仪器系统,解决了现有仪器系统在进行联合监测时通讯链路不通的问题,实现了在压裂施工现场对微地震联合监测数据的实时回收、处理及结果呈现.应用本系统在大庆油田进行现场监测,获取的微地震事件对压裂裂缝进行了有效评价;通过对已知射孔点进行反演定位,采用井地联合监测将定位误差由地面监测的32 m降低至14 m,验证了本文技术的有效性.     

基于方位地震数据的地应力反演方法

在页岩油气藏的开发和勘探阶段,需要对储层进行水力压裂改造,形成有利于油气聚集和运移的裂缝.地应力是进行水力压裂改造的重要参数,能够决定裂缝的大小、方向以及分布形态,影响着压裂的增产效果,且最大和最小水平应力差异比（ODHSR,Orthorhombic Differential Horizontal Stress Ratio）是评价储层是否可压裂成网的重要因子.本文探讨了基于地震数据估算地应力的方法,以指导页岩气的水力压裂开发.首先,利用叠前方位地震数据反演得到地层的弹性参数和各向异性参数;其次,基于正交各向异性水平应力差异比近似公式,利用反演得到的弹性参数和各向异性参数估算地层的ODHSR;最后,选取某工区的裂缝型页岩储层的叠前方位地震数据对该方法进行实际应用.实际工区地震数据应用表明,基于叠前方位地震数据反演得到的ODHSR能够有效的识别储层中易于压裂成网的区域.     

油田压裂井地电法双参数联合监测技术与仪器研究

目前世界上水力压裂技术是老油田增产和低渗透油气田开发所应用最为广泛、最为有效的技术措施,油气储层裂缝分布规律监测对于油田勘探开发具有重要意义.本文利用压裂液在地层中的低阻特性与极化特性,基于井地电阻率法与激发极化法联合,根据位场理论镜像原理,采用三维有限差分,计算了多种压裂模型的地表传导电位与极化电位;通过非等权值的数据融合算法,计算了地表双参数异常,仿真数据的研究结果表明,双参数融合技术在异常提取方面具有明显优势.在此基础上,基于双波大功率联合发射技术、时分复用低噪声接收技术,研制了井地电法双参数联合监测仪器系统,共模抑制比达110 dB,有效地提取了微弱异常信号.通过陕西省富县华北局油田的压裂野外联合监测试验,表明了井地电法双参数联合监测仪器系统在水力压裂裂缝监测中具有较好的监测效果和较高的分辨率,解决了在低电阻率储层压裂或深井压裂情况下监测困难以及单一方法的监测结果多解性等问题,实现对油田水力压裂裂缝的实时监测.     

水力压裂物理实验模拟初探

为了研究水力压裂中岩石的破裂及裂缝延展规律,开展水力压裂实验模拟.采用大型真三轴压裂设备对花岗岩岩样(300 mm×300 mm×300 mm)进行水力压裂,16道检波器接收,在识别的声发射信号上拾取初至走时,Geiger定位结果表明,压裂中声发射事件位置与压裂示踪剂显示相一致,CT扫描制作的数字岩心准确反映实际的破裂面.从压裂曲线上提取的破裂压力,结合围压分析表明,整个破裂面与初始破裂相一致,岩石破裂后沿该破裂面延展,直至结束.实验分析表明,裂缝发育由裂缝方向和裂缝类型共同决定,遵循裂缝发育能量消耗最小原则,合理解释了本次实验压裂现象;针对实验中单一破裂现象,提出了改进水力压裂设计的建议.     

基于微地震定位与震源机制联合反演算法(JSSA)分析页岩气水力压裂效果及应力状态

采用微地震定位与震源机制联合反演算法(JSSA算法)对威H3-1井的实际压裂数据进行处理,得到1507个事件的空间位置和震源机制信息。根据联合反演的震源机制信息,计算事件的P轴分布,从而解释压裂施工区域的应力分布状态。通过对压裂施工区域的综合解释分析,表明工区西侧存在较大的SN向天然裂缝,以及在水平井附近存在较小的压裂裂缝,从而达到了评价压裂效果、指导压裂施工的目的。     

基于BEM的水力裂缝起裂与扩展数值模拟

水力压裂是对低渗透油气田进行储层改造的重要技术,现已在国内外得到广泛应用.但井壁上原有的裂缝会造成水力裂缝在近井筒区域发生转向,诱发提前脱砂、砂堵等现象,甚至导致压裂作业失败.本文以边界元方法、流体力学为理论依据,考虑了近井筒处裂缝的转向行为,建立了含裂缝的井壁起裂及水力裂缝扩展的流固耦合模型.研究发现:当压裂液黏度较小时,裂缝迅速转向至垂直于最小水平主应力的方向;随着黏度的逐渐增大,井底注入压力不断升高,裂缝转向半径亦逐渐增大;压裂液排量对井壁裂缝延伸的影响和黏度对其的影响相似;井壁上原有裂缝的长度对井壁破裂压力有着显著的影响,其长度越长,井壁破裂压力越小;随着水平主应力差值的增大,裂缝的延伸路径会发生明显的转变,所需的延伸压力不断增大;井壁原有裂缝与最大水平主应力方向间的夹角越小,所需的破裂压力及延伸压力也越小.     

天然地震层析成像技术在油气勘探中的应用

天然地震层析成像技术,主要是利用布设地震台阵记录天然地震事件体波到时信息,通过反演得到研究区域的三维速度结构分布.全国油气资源战略选区调查与评价项目在柴达木盆地西部复杂地区进行的天然地震层析成像试验结果表明,根据层析成像结果所推断的构造分布与其它方法的勘探结果相比具有一定的相似性,波速异常与测井得到的岩性特征有较好的对...     

断层活动方式与地震地表变形分布特征研究

基于断层弹性位错理论及断层滑动非均匀模型,用三维有限元方法计算了发震断层逆断、正断和水平走滑三种不同活动方式下的地表变形,探讨了断层不同活动方式下的地震应变与位移的分布规律及震级、断层倾角对地震地表变形分布的影响。研究结果表明,地震地表变形影响因素很多,如地质构造条件、岩性介质特征、断层活动强度、断层产状和区域构造应力场等,但分布形态最终决定于断层活动方式,变形大小则决定于断层活动强度,其它均为局地因素,只影响分布形态的局部扭曲。断层不同活动方式下的地震地表变形分布各有其自身的规律和特点,这些分布特征可作为地震研究及近活动断层建筑工程抗震设计或加固防护参考。     

页岩中水力压裂扩展的微震机理研究

微震监测技术被广泛应用于衡量水力压裂作用。由于微震释放机制的复杂性,很难获得对其统一的理论认识。基于地震学原理,本文采用物理模拟实验和数值分析方法对页岩水力压裂扩展造成微震的机制进行研究。理论上,岩石破裂过程取决于水力裂纹尖端的应力分布。通过反演得到矩张量的特征方程及其特征值,从而确定震源点的破裂机制。通过真三轴水力压裂物理试验和声发射实验获得岩石破裂过程的基本规律。利用声发射信号的主频特性和初始运动来确定震源处的拉剪损伤比。震源点微震地震波采用水平井压裂数值模拟方法进行研究,得到不同位置、不同平面、不同方向上的微震波的频率和能量特性。通过数值分析验证了微地震波的分布,并揭示了在水力压裂作用下释放的震源机制。研究成果对页岩特性、页岩气储层评价和重构、优化压裂参数、提高采收率等方面具有重要的现实意义。