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.     

微破裂向量扫描在丰探15井压裂微震实时监测中的应用

浙江油田苏北采油厂于2017-07-28～29对丰探15井近4 km深的泰二段第三段进行了水力压裂,分成试压和主压.我们同时应用微破裂向量扫描(Vector Scanning,VS)实施了地面微震实时监测,目的是评估监测质量、实时监测的可行性、与压裂效果.我们严格执行了安静处布台和有效去噪等应用VS的必要条件,最大限度地提高了信噪比,平均的最小信噪比为2.35%;输出结果可靠.为今后更有效地设计和控制压裂,通过电信网和互联网,我们实施了野外采集数据的实时传输和遥控数据处理解释,观察了每分钟裂缝带的发展;实时监测系统可行.主压的最终X型破裂明显是在试压裂缝的基础上,由试压的300 m长,扩展到400～500 m,并加密了缝网;井域最大主压应力方位被限制在NE(50～80)±5°.本次压裂微震活动有明显的间歇性,较大微震群发生前积累能量所需时间,由初期的10 min内,逐渐延长到最后的百分钟.微震活动由压裂点扩展到远处的顺序清晰,这可能同此井附近的介质较为完整有关.每分钟的压裂微震活动状态一般在5～15 min内可报告给压裂施工团队.通过这次典型的水力压裂微震实时监测,我们验证了:VS的原...     

NC区块页岩气水平井压裂微震实时监测

页岩气储层压裂时微震微小、对其地面监测的记录数据信噪比(S/N)很低,常常<10%.且这些微震多为剪破裂,在不同地点的记录波动具有很强的正负极性.因此,在数据采集过程中需要躲避噪声源、进而有效去噪,以提高剪切破裂的S/N.为了提高微震监测成果在压裂过程中的实用性,需要对整个压裂过程采用实时监测的裂缝描述,为压裂泵注程序优化及时提供参考数据和指导.中国石化重庆页岩气有限公司在2020年5月应用微破裂向量扫描技术对NC区块的三口水平井的压裂进行了地面微震实时监测.三口井埋深3452～3667 m,共压裂和监测了56段.因满足了安静点观测及去噪的应用微破裂向量扫描的必要条件,输出结果可靠.实时观察了每段缝网的发展,有显著的间歇性和跳跃性.每段缝网均由多条交叉子破裂带组成,平均的主走向NE110°、全长470 m、宽度为长度的一半弱,井组地域平均最大主压应力方向应在NE110°～140°之间.由于实时监测,根据缝网当前形态,及时采取了变换排量和砂比等参数,辅以暂堵、改变液性、和停泵转向等手段,实现了更大的改造体积.     

基于深度学习和无线传输的非常规页岩气压裂微地震实时自动监测

水力压裂能有效沟通天然裂缝形成复杂缝网系统,极大地提高低渗透油气藏的产能．为有效评估储层水力压裂改造效果及规避潜在的地质安全隐患,需要建立完善的压裂改造监测技术,而微地震监测是目前最为有效的监测手段之一．近年来,国内外微地震监测技术取得了较快的发展,但数据处理仍基本依赖于人工,成本昂贵,且较难提供连续的监测信息以完整反映压裂全过程．为进一步推动非常规压裂生产过程中的实时微地震监测及现场反馈,减轻人员负担、降低成本,我们发展了基于无线4G实时传输节点地震仪和深度学习的软硬件一体化微地震实时监测技术．在川南某页岩气开发平台的微地震监测试验中,该一体化实时监测技术通过4G无线网络实时回传采集的地震波形,并利用最新的深度学习技术对实时数据流进行处理,实现了从地震数据采集、数据实时传输、微地震检测、震相拾取、地震定位、震级分析等一系列功能,并通过云端将微地震分析结果实时反馈至压裂现场,实现了对压裂施工过程不间断地实时自动监测．同时,通过对比地面两套不同密度观测系统人工处理与自动处理的结果,对实时监测技术的准确性和可靠性进行了定量分析和验证．该软硬件一体化微地震实时自动监测技术的研发为我国今后非常...     

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...     

水力压裂微地震事件定位方法综述

随着国内外页岩气勘探开发的不断深入,水力压裂微地震监测技术重要性越来越大,而该技术的核心是微地震事件定位.近些年前人对微地震事件的定位方法做了比较深入的研究,形成了众多定位方法.为此,依据目标函数构造及其求解方式对微地震事件定位方法进行了分类,主要介绍了两大类具有代表性的微地震事件定位方法:(1)基于走时的射线追踪定位方法;(2)基于波形的偏移定位方法.然后对其算法思路流程、优缺点等方面进行了归纳总结,分析了各类算法的研究现状及两种典型算法的应用实例,最后对微地震事件定位方法的发展趋势进行了展望.     

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。     

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。     

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.     

页岩气储层水平井压裂分布式光纤邻井微振动监测及震源位置成像

水力压裂是进行非常规油气储层改造,提高单井产量的必备技术.为了实现安全、高效压裂,通常使用地震检波器进行微地震监测和压裂效果评估.一般情况下,井中检波器数量较少且采集方位角较窄,难以获得准确的微地震震源位置,导致无法准确评估储层改造情况.通过将光纤永置式布设于页岩气储层水平井的套管外,我们实现了基于水平井光纤分布式声波传感（Distributed Acoustic Sensing,DAS）的全井段、宽方位、高密度水力压裂过程微振动实时监测,并进一步使用震源扫描算法对监测到的微地震有效事件进行震源位置成像.合成数据算例表明,与常规检波器技术相比,DAS技术具有以下两点优势：（1）DAS技术实现了水平井全井段监测,显著增加了监测数据的采集方位角,可以有效提升震源位置成像的空间分辨率;（2）DAS技术显著增加了监测数据的空间采样密度,可以有效提高低信噪比监测数据的震源位置成像精度.昭通页岩气储层水力压裂监测数据算例进一步验证了DAS技术的有效性,表明了宽方位、高密度的DAS数据可以获得高分辨率的震源位置成像结果,有助于提高储层改造效果评估的准确性.

     

一种改进的声发射模板识别流程及其在大尺度页岩水力压裂主被动观测实验中的应用研究

提出一种改进的实验室声发射模板识别流程.该流程联合RMS-AIC算法优化了模板事件的检测效果,将一种改进的绝对离差中位数（观测数据的二分位数与MAD的和）应用于不同时段RMS与互相关序列的动态阈值的设置中,并对声发射模板事件与多通道连续波形数据的互相关叠加方式进行了改进,以避免弱初至延迟量不准确对叠加异常点的影响.我们开展了大尺度龙马溪组页岩水力压裂过程的主动源超声检测与声发射事件联合观测实验,并将该流程应用于主、被动连续观测数据中声发射信号的识别.研究结果表明：利用本文提出的流程检测出1720个声发射信号,数量比声发射模板信号大约多5.54倍.利用更为完备的声发射目录,我们观测到页岩水力压裂过程中的主压裂点大约发生在152 s,且压裂后早期3 s内声发射率呈现出较慢的幂率衰减（p=0.130）,而后以较快速率（p=1.403）衰减至稳定值.此外,我们对多种震相拾取算法的比较、声发射的频-幅分布特征等方面开展了讨论.这一新的声发射识别流程可以有效提高在主、被动联合观测下的声发射识别效果,完备水力压裂过程中声发射的时序分布特征,为页岩气开采及风险评估的实验室研究提供有效支撑.

     

单震相微地震事件识别与反演

为了对单震相微地震事件进行识别,同时将识别出来的微地震事件进行定位.根据单一震相任意两道到时差与微地震事件、检波器空间位置及震相速度关系的特征规律,研究了单震相微地震事件识别方法.首先分析到时差与以上各变量的内在变化规律,建立起到时差与各变量之间的定量计算关系,然后就相邻道到时差和检波器排列的首尾两道到时差,研究了具体的定量计算关系表达式.利用以上关系式能够计算出上述两种到时差的分布区间.把计算的实际微地震事件的两种到时差与设定的事件的到时差的分布区间对比,以落入区间判断识别单一震相.综合搜索法和遗传算法的特点,提出基于正演模型迭代的解域约束下微地震事件联合反演方法.从迭代误差解的期望概率密度分布、不同解方向的变化特征分析,研究了解域约束的界定条件.在确定的解域范围内,利用遗传算法进行微地震事件的反演.将研究的单震相识别方法,通过对实际资料的应用验证分析,极大地减小了震相的误识率.根据识别资料,利用研究的反演方法对实际资料进行反演.经实际情况对比分析,反演结果和实际的裂缝分布带是一致的,并且反演结果聚敛性效果较好.     

Scenario analysis for assessing the impact of hydraulic fracturing on stream low flows using the SWAT model

Scientists and water users are concerned about the potential impact on water resources, particularly during low-flow periods, of freshwater withdrawals for hydraulic fracturing (fracking). Therefore, the objective of this paper is to assess the potential impact of hydraulic fracturing on water resources in the Muskingum watershed of Eastern Ohio, USA, especially due to the trend of increased withdrawals for hydraulic fracking during drought years. The Statistical Downscaling Model (SDSM) was used to generate 30 years of plausible future daily weather series in order to capture the possible dry periods. The data generated were incorporated in the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to examine the level of impact due to fracking at various scales. Analyses showed that water withdrawal due to hydraulic fracking had a noticeable impact, especially during low-flow periods. Clear changes in the 7-day minimum flows were detected among baseline, current and future scenarios when the worst-case scenario was implemented. The headwater streams in the sub-watersheds were highly affected, with significant decrease in 7-day low flows. The flow alteration in hydrologically-based (7Q10, i.e. 7-day 10-year low flow) or biologically-based (4B3 and 1B3) design flows due to hydraulic fracking increased with decrease in the drainage area, indicating that the relative impact may not be as great for higher order streams. Nevertheless, change in the annual mean flow was limited to 10%.     

地球物理台网仪器监控可视化系统设计与实现

根据地球物理观测台网日常监测工作需求,基于地震观测仪器自动监控软件数据源开发一款可视化软件,用于地球物理台网仪器状态监控。该软件可对仪器设备状态、网络状态、运行状态等进行实时监控,对采集数据中的无效数据、异常变幅、干扰、地震和限幅等监控结果进行报警提示,通过可视化窗口,将及时呈现全球及全国地震信息,并利用智能语音合成技术,实现仪器告警、地震速报信息的语音播报。     

长白山天池火山西南麓水压致裂法地应力测量及其实测数据在断裂稳定性分析中的应用

长白山天池火山是一座新生代多成因复合火山, 其活动性一直受到地学界的高度重视.而地应力测量数据对于了解火山的活动情况等具有重要意义, 但目前长白山天池火山地区实测地应力资料较少.为了更准确地了解长白山天池火山地区现今地应力状态及断裂稳定性, 在长白山天池火山西南麓MJZ测点0~300 m孔深开展了水压致裂法地应力测量.利用此次实测地应力数据, 本文首先分析了该地区地壳浅表层应力状态, 结果表明: ①测区以水平构造应力为主导, 应力值与其他地区相比, 相对较低; ②S_H(最大水平主应力)、S_h(最小水平主应力)和S_v(垂向主应力)均随深度增加而基本呈线性增大趋势; 在60~180 m深度, 三者展现为逆断层应力状态, 即S_H＞S_h＞S_v; 在180~300 m, 则表现为S_H＞S_v＞S_h, 该应力关系有利于走滑断层活动; ③钻孔上部S_H方向为N38°E, 与东北地区构造应力场方向基本一致.钻孔下部由于受区内NW向断裂和其他因素影响, 存在与区域主应力方向有偏差的局部应力场.其次, 基于实测应力数据, 应用库仑摩擦滑动准则, 并取摩擦系数为0.6和1.0, 初步评价了区域断裂的稳定性.结果显示, 研究区现今应力状态尚未达到断裂失稳滑动水平, 推测测区断裂目前相对稳定.结合其较低的应力积累水平, 一定程度上反映出长白山天池火山区目前没有明显活动, 地壳总体是稳定的.本文的研究结果可为长白山天池火山的活动性、地震地质等研究提供地应力方面的基础数据, 同时也为测区地质环境安全评价提供参考依据.

     

地震观测仪器自动监控软件设计与实现

结合地震地球物理观测台网台站监测工作实际,研制一款地震观测仪器自动监控软件。该软件适用于不同网络环境下IP类仪器设备的网络实时或定时自动监控,地球物理观测类仪器时钟、状态和观测数据的定时自动监控,能自动识别当日观测数据中的无效数据、变幅异常、干扰、地震和限幅等信息,无需借助其他硬件和软件即可将告警信息以短信方式发送给值班人员和管理人员,可实现对仪器原始观测数据的自动备份和手动恢复,及对仪器的一键重启和校正时钟等控制类操作,无需跨平台操作即可查看当日观测数据曲线及分析数据的完整性和有效性,从而实现对仪器的统一高效管理。     

储油区泄漏电学实时监测系统设计与应用效果分析

储油区泄漏会导致油进入土壤,改变土壤结构,影响植物和微生物生存,甚至通过食物链富集,危害人体健康,因此必须采取有效方法对储油区进行实时监测.本文基于电学方法设计了一种储油区泄漏实时监测系统,该系统通过监测储油区周围介质的电阻率变化,进而反演得到储油区的泄漏情况.通过物理模拟试验分别探讨了当储油区下方以及侧壁存在泄漏点时所设计监测系统的应用效果.试验结果表明,当储油区底部初次泄漏时,泄漏区在监测结果中表现为高电阻率比(即采集时刻电阻率与背景电阻率之比)区域,泄漏区下部形成低电阻率比的汇水区;而二次泄漏时,二次泄漏区在背景泄漏区中首先表现为低电阻率比区域,随泄漏量的增加,二次泄漏区范围不断扩大且电阻率比逐渐升高,其电阻率值高于背景泄漏区电阻率值;当储油区侧壁泄漏时,较小的泄漏量会使泄漏区表现为低电阻率比区域.研究证明本文所设计的监测系统对于储油区泄漏具有较好的识别能力,能够实时监测泄漏区范围并且定性评价泄漏区内含油量变化,在储油区发生泄漏时及时预警,使运营方能够及时采取补救措施,降低修复治理成本.