微地震方法檢測鎮涇油田長8油藏壓裂、注水效果分析

王國順，劉建中，柳林旺

(1.中國石油化工股份有限公司華北分公司研究院，鄭州 450006;2.北京科若思技術開發股份有限公司，北京 100087)

1 前言

微地震監測技術是直接記錄地下微地震，以對地下裂縫、應力狀態、壓力分布進行判斷的技術[1]。地下廣泛分布著地震，震級越小，頻度越大;微地震是指－2級以下震級的地震。由于微地震是自然發生或人類施工誘發的應力場調整，是地下裂縫相對活動的產物，無需人類激發，因此，微地震監測技術又被稱為無源微地震監測技術。國內廣泛使用微地震監測技術監測油田壓裂、注水過程，以判斷壓裂、注水效果，壓裂裂縫方向，注水前緣優勢方向。在油田開發、可溶性礦開采、核廢料處理、礦山安全監測等領域均有重要應用。困擾在人們面前的一個重要問題是監測結果來自地下幾百至幾千米，正確性沒有旁證。

依據記錄到的微地震波初至符號，可以做出震源機制解，為油田壓裂裂縫、注水前緣監測結果提供了一個由監測資料本身給出的旁證，既可以用來判斷壓裂、注水效果，又可以判斷壓裂、注水前緣方向的正確性，解決了微地震監測領域的一個重要難題[2]。

由于震源機制結果不依賴于地下的速度模型，僅與監測臺站位置有關，如果一個震源節面方向沿著監測到的人工裂縫方向或注水前緣方向，就可以證明監測給出的方向是正確的。

壓裂希望出現新縫，監測到張性震源機制，表示壓裂效果好;注水希望沿著老縫，監測到剪切性震源機制，表示注水效果好。

2 現場監測

由監測結果獲得可以分辨出初至符號的地震波形是做出震源機制結果的前提，如何從地面監測中獲得可以分辨出初至符號的微地震波形是實施此項技術的關鍵。提高監測水平、合理的儀器設計是必由之路。北京科若思技術開發股份有限公司在野外監測中記錄到了質量良好的微地震波形，從而為做出震源機制解提供了可能。

由微地震記錄做出的震源機制性質可以分為兩類:張性震源機制，剪切性震源機制。張性震源機制表示壓裂、注水過程中出現新縫;兩條震源節面包圍區內的初至符號是負號，兩條震源節面包圍區外的初至符號是正號，兩條震源節面的平均方向是張開裂縫方向。剪切性震源機制表示壓裂、注水過程中，裂縫擴展沿著老縫;兩條震源節面把初至符號切成彼此相對的4個區，兩條震源節面的一條是裂縫方向，另一條是輔助節面。記錄到的初至符號越多，對節面走向的約束就越強，震源機制結果也越可靠。

鎮涇油田深度2 000 m，用微地震監測技術及研發的儀器在鎮涇油田監測了油田壓裂、注水施工過程，多次記錄到清晰的微地震波形，做出震源機制。

3 紅河26－7井壓裂的記錄波形與震源機制

紅河26－7井是壓裂井，圖1是紅河26－7井壓裂時記錄到的微地震波形。12道記錄信號，有9道可以看清初動，從而做出震源機制結果(見圖2)。圖2表明的震源機制結果是剪切性質，有兩條節面，把初至為正、為負的監測點切分到4個象限，初至為正、為負的監測點呈對角分布。這表明壓裂裂縫沿著老裂縫擴展，壓裂效果不好。圖3是監測給出的人工裂縫方向，為北西向。比較圖2、圖3，圖2中兩條節面中的一條(灰色)沿著人工裂縫方向，證明由微地震監測結果獲得的人工裂縫方向是可靠的。

圖1 紅河26－7井壓裂時記錄到的微地震波形Fig.1 Waveform of microseismic of Honghe 26 －7 hydraulic fracturing

圖2 紅河26－7井壓裂時記錄到的微地震波形的震源機制結果Fig.2 Mechanism of microseismic of Honghe 26－7 hydraulic fracturing

圖3 紅河26－7井壓裂裂縫方向Fig.3 Direction of hydraulic fracturingof Honghe 26－7

4 紅河371井壓裂記錄到的波形及震源機制

紅河371井是壓裂井，圖4是紅河371井壓裂記錄到的波形，由此作出紅河371井壓裂的震源機制(見圖5)。紅河371井的震源機制是張性震源，人工裂縫沿著新縫張開，壓裂效果較好。初動為正、為負的記錄點分別沿一條線分布，分布著負號監測點的一條線是膨脹節面，應該是張開裂縫的走向方向。圖6是微地震監測給出的紅河371井的人工裂縫方向，比較圖5、圖6，震源節面中的膨脹節面大體沿著人工裂縫方向，證明監測到的人工裂縫方向是正確的。圖6中畫圈的點是做出震源機制節面的點。

圖4 紅河371井壓裂時記錄到的微地震波形Fig.4 Waveform of microseismic of Honghe 371 hydraulic fracturing

圖5 紅河371井壓裂記錄波形的震源機制圖Fig.5 Mechanism of microseismic ofHonghe 371 hydraulic fracturing

圖6 紅河371井壓裂裂縫方向Fig.6 Direction of hydraulicfracturing of Honghe 371

5 鎮涇21井注水記錄到的波形及震源機制

鎮涇21井是注水井，圖7是監測鎮涇21井注水記錄到的微地震波形。12道信號中有9道可以分辨出初動符號，做出震源機制(見圖8)。圖8表明的震源機制是剪切性質，有兩條節面，把初動為正、為負的監測點切分到4個象限，初動為正、為負的監測點呈對角分布。這表明壓裂裂縫沿著老裂縫擴展，注水效果較好。圖9是監測給出的注水前緣方向，為北西西向。比較圖8、圖9，圖8中兩條節面中的一條(灰色)沿著注水前緣方向，證明由微地震監測結果獲得的注水前緣方向是可靠的。

圖7 鎮涇21井注水記錄到的微地震波形Fig.7 Waveform of microseismic of Zhengjing 21 water-flooding

圖8 鎮涇21井注水的震源機制結果Fig.8 Mechanism of microseismicof Zhengjing 21 water-flooding

圖9 鎮涇21井注水前緣方向Fig.9 Direction of Zhengjing 21 water-flooding

6 結語

該研究解決了微地震監測領域的一個重要難題，由微地震監測資料本身為微地震監測結果的可靠性提供了旁證，促進了微地震監測技術的發展。

用地面微地震監測記錄結合震源機制結果可以判斷壓裂、注水效果，可以提高油田開發效益。

用地面微地震監測記錄給出的震源機制結果可以判斷壓裂、注水方向的可靠性，提高了微地震監測技術的適用領域。

[1]劉建中，孫慶友，許國明.油氣田儲層裂縫研究[M].北京:石油工業出版社，2008.

[2]許忠淮，劉玉芬，張郢珍.京、津、唐、張地區地震應力場的方向特征[J].地震學報，1979，1(2):121 －132.