基于井中微地震快速定位监测技术的煤系页岩气水平井压裂效果评价——以南华北地区J1HF井为例

井中微地震快速定位监测是评价非常规油气藏压裂效果的有效手段之一,鉴于研究区内压裂井和监测井距离较远,采集到的微地震数据信噪比低,纵横波初至拾取困难,直接影响微地震定位以及储层压后效果评价的准确性.针对该问题,本文对区内J1HF井的井中微地震事件的识别和初至拾取,采用了更具灵活布设、成本低廉的井中微地震快速定位技术,利用邻井埋设的三分量检波器组成的观测系统,采集了压裂井微地震信号,并对微地震信号进行数据精细处理,利用微地震快速定位算法,实现岩石破裂事件的有效监测.通过对压裂过程岩石破裂能量的时空特征分析,获得了压裂裂缝几何形态及扩展模式,认为本井采用的“暂堵球+纤维暂堵剂”双暂堵工艺较为合理,可有效提高压裂裂缝复杂程度,获得较理想的储层改造体积,研究成果对南华北地区煤系页岩气压裂改造具有一定的指导和借鉴作用.     

地面与井中观测条件下的微地震干涉逆时定位算法

勘探和开发非常规油气藏已经成为国际油气工业界的新热点.由于这类油藏具有低渗透率的特点,开采过程中往往需要多级压裂形成能够使烃类自由流动的裂隙.通过定位分析压裂过程中诱导的微地震震源能够帮助人们刻画裂缝属性(走向、密度等),评价压裂效果,分析断裂模式,推定震源机制等.微地震定位可以采用波动方程逆时聚焦方法实现.由于微地震数据信噪比低,加之速度模型不准确、稀疏观测等诸多因素使得定位的精度大打折扣.本文将波动方程逆时聚焦定位原理与干涉"成像"原理相结合,探讨多源微地震信号的干涉逆时定位算法,尤其扩展该算法到三维多分量地面、井中以及井地联合观测条件下.通过理论合成数据与实际射孔资料的数值试验,展示了该微地震定位算法的精度优势与抗噪特点,并指出波场聚焦微地震定位方法在实际应用中的制约因素与应对策略.     

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.     

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...     

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。     

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.     

大斜度井和水平井井地三维电阻率数值模拟和联合反演

井地电阻率成像法利用井套管作电流源向井下供入大功率直流电流,在地表测量由地下介质的电性变化形成的电位分布,通过反演可得到地下介质的电阻率分布.针对大斜度井和水平井开展井地三维电阻率数值模拟和反演研究,对油田注水及压裂效果监测具有重要意义.基于井地电阻率成像法原理,采用有限差分法和不完全切勒斯基共轭梯度法进行了三维正演模拟,研究了大斜度井和水平井的井地电位响应特征.提出了采用层状约束阻尼最小二乘法由浅到深地进行大斜度井和水平井的多层联合反演,并对实际水平井井地电位各个层段数据进行了三维反演.模拟结果表明,倾斜线源和水平线源会对地面电位响应产生明显影响,在反演中需要考虑线源形态.实际水平井井地电位反演成像表明,考虑倾斜线源或者水平线源的联合反演得到了准确的水平井三维注水层成像图,得出注水层的真电阻率分布,能够判断注水运移方向.     

基于微震特性的相对震级技术研究及应用

随着非常规气藏的开采开发,微地震监测成为压裂效果评估的关键技术.四川盆地非常规油气藏开采开发处于早期,井网密度极低导致在压裂井附近难以找到匹配深井作为观测井,而地面、浅井等替代观测方式面临无法有效探测微地震信号的风险.微地震事件能量弱和辐射的方向性使得观测方位预判及有效监测距离的评估成为微地震监测成败的关键因素.本文提出一种基于压裂微地震能量辐射模式和地层传播特征的相对震级计算技术,模拟微地震事件能量辐射模式及在地层传播过程中的动力学特征,达到评估微地震相对震级与检波器方位、地层传播距离的非线性关系的目的.通过理论分析和实际微地震监测资料验证,该方法能有效地解决微地震监测最佳观测方位的优选和有效传播距离的评估问题.     

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.     

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.     

微地震监测技术及应用

微地震监测技术涉及近震分析的定位和地壳结构成像, 微地震监测各种定位方法要构造不同目标函数, 地震定位问题的实质是求目标函数的极小值。 全局定位邻近算法(NA)具有不依赖于模型初始值选择, 不会收敛于局部极小值, 比传统线性近似方法有更高的精度和可靠性。 通过地震数据的震相分析, 走时拾取反演可以获得地震影响区的地震波速度结构, 目前已广泛应用于油、 气田勘探开发, 以及页岩气开发中; 矿山开采中矿震、 岩爆, 煤与瓦斯突出, 承压水突水预测; 水利工程建设坝址、 边坡稳定性和天然滑坡监测等多个领域。     

Location of microearthquakes sources at passive seismic monitoring of hydraulic fracturing

The paper discusses microseismic monitoring during oil well stimulation by hydraulic fracturing, an emergent technology used for hydraulic fracturing layer control. The passive monitoring is a new widely developing technology of HFL control. The main factor affecting the results of passive seismic monitoring is the event location accuracy. The passive monitoring acquisition system utilizes one three components seismic probe deployed into the observation well. To evaluate the location accuracy of induced events for one observation well we applied traditional kinematic approach based on picking of earthquake P- and S-waves arrivals. The influence of geometric parameters of geophones location in a borehole, their quantity, picking errors of waves arrivals on the accuracy of microearthquakes location is studied.     

基于频率衰减补偿的微地震定位方法

本文分析了不同频率的震源子波在传播过程中频率衰减与传播距离的关系,提出了地震波频率衰减补偿的微地震定位方法.该方法通过对地震波频率衰减的补偿,间接获取微地震事件的道间时差,避免了微地震事件的信号识别与走时拾取,实现了对微地震事件的定位.本文提出了方法的基本原理和计算方法,并通过理论计算和误差分析表明该方法是合理的和有效的.     

基于各向异性分析的微地震震源矢量场重建和裂缝解释

针对微地震裂缝解释的复杂性,从震源矢量场的重建开始研究,在研究VTI介质速度模型各向异性条件下的走时和透射系数的变化特征基础上,形成了各向异性条件下的群、相速度及透射系数的计算方法.针对多级检波器水平分量朝向的多向性特点,提出了多级检波器水平分量的偏振分析方法,得到了完整的水平特征矢量,克服了单级检波器水平分量偏振分析构建特征矢量信息不全的问题,形成了高精度微地震事件定位方法,实现各向异性VTI介质速度模型的高斯束微地震格林函数正演模拟.利用格林函数模拟场、观测记录场,从构建完整场研究入手,重建震源矢量场.根据重建的震源矢量场,提出了裂缝解释的全新的系列方法,包括单条裂缝、裂缝网络的解释方法.通过实际资料的测试分析,验证了研究技术的实用性.     

密集台网微震定位技术在矿山开采动态监测中的应用研究

利用河南新密超化镇某矿区布设的密集临时地震台网观测资料,通过微震震源精确定位手段,实现强干扰背景下该地区某煤矿地下开采面的定位追踪试验研究。微震定位后,爆破点位置的水平精度为±70m,垂直精度为±500m。试验研究结果表明,利用高密度数字地震台网资料,可较为准确地监测矿山地下开采面的动态变化,从而实现对矿产资源越界开采和小矿非法开采的有效制约和监督。同时,本次试验结果显示地震台网的监测控制范围受爆炸源能量、地下开采面的深度、监测区背景噪声、监测仪器的灵敏度和抗干扰能力等因素影响,试验结果可对今后矿区地震监测台网的合理布设提供有效指导。     

Imaging pre‐existing natural fractures using microseismic data

In hydraulic fracturing treatments, locating not only hydraulic fractures but also any pre‐existing natural fractures and faults in a subsurface reservoir is very important. Hydraulic fractures can be tracked by locating microseismic events, but to identify the locations of natural fractures, an additional technique is required. In this paper, we present a method to image pre‐existing fractures and faults near a borehole with virtual reverse vertical seismic profiling data or virtual single‐well profiling data (limited to seismic reflection data) created from microseismic monitoring using seismic interferometry. The virtual source data contain reflections from natural fractures and faults, and these features can be imaged by applying migration to the virtual source data. However, the imaging zone of fractures in the proposed method is strongly dependent on the geographic extent of the microseismic events and the location and direction of the fracture. To verify our method, we produced virtual reverse vertical seismic profiling and single‐well profiling data from synthetic microseismic data and compared them with data from real sources in the same relative position as the virtual sources. The results show that the reflection travel times from the fractures in the virtual source data agree well with travel times in the real‐source data. By applying pre‐stack depth migration to the virtual source data, images of the natural fractures were obtained with accurate locations. However, the migrated section of the single‐well profiling data with both real and virtual sources contained spurious fracture images on the opposite side of the borehole. In the case of virtual single‐well profiling data, we could produce correct migration images of fractures by adopting directional redatuming for which the occurrence region of microseismic events is divided into several subdivisions, and fractures located only on the opposite side of the borehole are imaged for each subdivision.     

基于微震监测技术的田野文物防盗方法研究

国内外对于微地震监测技术的研究虽然并不成熟,但其在油气田、煤田、地热等领域的应用得到了快速的发展.本文在分析研究古墓等田野文物被盗时人为活动特点基础上,提出了采用微地震监测技术,通过建立微震动监测网,实现对田野文物防盗掘保护的实时监控的技术方法.该方法通过对地下半空间介质内地震信号的采集、传输、处理和识别,实现对目标区域内地下挖掘、爆破盗掘等犯罪活动的实时监控和报警.结合河南某古墓防盗掘监控系统的试验研究,详细讨论了系统构成,以及最大限度防止漏报,减少误报的技术措施.近两年时间监测结果表明,利用对盗墓时产生的微震动信号的监测,是古墓等田野文物防盗保护的较为有效的技术途径,弥补了现今安防技术对于地下活动监控的不足.