井下微地震裂縫監測技術在水平井分段壓裂中的應用
——以WQ油田為例

李婷婷，尚秉華，羅 鵬

（延長油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安， 717600）

最近幾年來，WQ油田致密油藏借鑒國外頁巖氣開發的成功經驗，采用水平井結合水力噴砂+環空加砂分段多簇壓裂進行開發，這種大規模壓裂，能夠溝通天然裂縫，形成復雜的網狀裂縫形態，增大與儲層的接觸面積，從而提高單井產量。為提高水平井整體開發效果，進一步認識水平井人工裂縫方向，需要對水平井分段壓裂裂縫展布進行監測。通過地層裂縫測試判別人工裂縫的走向，為水平井注采井網、注水強度提供重要依據。

預測裂縫的傳統方法包括計算機建模、壓裂壓力分析、同位素追蹤、試井、傾斜測量、井基測量等壓裂監測技術，都具有其自身的局限性，不能完全監測裂縫的長度、高度、寬度、方位角，而微地震監測技術就可以做到這一點。

通過進行井下微地震監測技術為認識壓裂裂縫的方位、傾角、大小（長度，寬度，高度）、間距和破裂程度信息，為儲層壓裂歷史和儲層中流體的運移路徑和動態演化方面提供更深層次的理解。

1 井下微地震裂縫監測原理

微地震監測主要包括數據采集、震源成像和精細反演等三個關鍵步驟。

目前數據采集是利用高靈敏度高頻率檢波器，為法國Sercel公司的SlimWave系統。SlimWave系統采用多級檢波器，等距排列，每級檢波器內列放著三個不同軸向的磁動線圈，以保證全方位接收震源發出的P波和S波。井下儀器與地面通訊采用高速總線傳輸，帶寬達到4Mb/s，以保證瞬間大量信號的傳輸，同時利用特殊工藝以屏蔽傳輸中產生的干擾信號。

處理解釋軟件是英國ASC公司的Insite可視化處理系統。軟件主要實時監測功能，復雜的tian射線追蹤定位算法與檢波器方位校準與速度校準。

井下微地震裂縫監測技術通過在壓裂井周圍 200～1200m選擇一口鄰井，把多級檢波器下入目的井段固定好等待監測。在周圍2000m范圍內需找一口定位井，在該井井下進行定位震源作業以確定該地層速度與檢波器的方位。開始壓裂施工作業同時進行壓裂監測，通過不間斷的數據采集和處理來完成對壓裂過程監測。

2 井下微地震裂縫監測方案設計

本次選擇對WQ油田元托子區塊長8油層水平井TP24井的分段壓裂過程進行監測，鄰井WC26-5-2井作為監測井。采用的12級檢波器，采樣間隔0.5ms，連續地不間斷記錄，每10s記錄一個SGY文件。

在WC26-5-2井井中下入共13級儀器串：其中有12級檢波器，檢波器與電纜相連，等間距10m排列，最下端為垂重，總長度130m。根據井況以及檢波器盡可能靠近壓裂目的層，檢波器下放深度在1880～1890m。檢波器方位校正井為壓裂井TP24井，首段射孔采用射孔彈，利用射孔彈信號來對檢波器方位校準。初步設計利用TP24井射孔信號定位。

圖1、圖2為TP24井井下微地震裂縫監測示意圖。其中，第1級檢波器（最下面檢波器）離第1個射孔空間距離約為487m，距離第7級射孔空間距離約為442m，距離最近檢波器為360m。根據以往本區監測經驗，監測距離超過500m微震信號能量小，監測不到，因此本次監測6段，壓裂第一段部分距離超過500m，不監測。實際上也進行了監測，收到部分的信號。

圖1 TP24井微地震裂縫監測示意圖（水平投影圖）

圖2 TP24井微地震裂縫監測立體圖

3 檢波器方位校正與模型建立

本次檢波器方位校正在TP24井中進行。利用在TP24井內射孔信號進行定位，在WC26-5-2檢波器接收到信號。利用已知震源位置對井下檢波器方位進行校準，并進一步建立速度模型。在TP24射孔深度在2834.5.5～2835.5m，2814.5～2815.5m。如圖3所示。

圖3 TP24井的射孔信號

基本原理：①通過空間一個已知點產生一個震源事件；②檢波器接收到事件信號，通過對事件P波到時與S波到時拾取，進行速度校準與檢波器三分量方位校準，反演出事件發生的震源向量；③如果反演定位的震源向量與實際的事件發生點吻合，表明模型建立準確。

圖3為在TP24井在2814.5～2815.5m處的射孔信號。圖中I=1、2…….12為從第1個檢波器到第12個檢波器接收到的信號，圖中每道為X、Y、Z三分量疊加信號，12個檢波器共有36個信號。從圖中明顯可以看到P波先到，S波后到。由于P波速度大，先到達到檢波器，S波速度小，稍慢于P波到達檢波器。

圖4為檢波器方位校準與速度模型建立經過反演定位的示意圖。首先利用在2814.5～2815.5m處的射孔信號對檢波器方位與速度校準，建立初始模型，再利用后面的射孔信號不斷優化模型，確定最終模型。圖中圓點為反演定位的射孔點位置，可以看到所有反演定位點基本上都在一條直線，都分布在井軌跡上，定位準確，能夠滿足微震定位的需要。

圖4 檢波器方位校準

4 背景噪音分析

微地震監測檢波器在地下所受干擾因素較多，微地震資料信噪比也比較低，所以為了更好地對微地震有效事件進行自動識別，背景噪音分析十分必要。

通過分析，背景噪聲主要集中在低頻段，主要為頻率小于100Hz的噪聲，這樣通過帶通濾波對其進行消除，過濾到100Hz以下的低頻干擾，微地震信號的主頻一般集中在200～1000Hz，因此通過帶能濾波完全可以消除低頻噪聲的影響。

5 監測結果分析

本次利用微地震監測了TP24井的壓裂施工，監測得到了裂縫網格的形態與走向。監測結果顯示，在本次壓裂過程中，裂縫走向在91°～95°。如表1所示，為統計各段裂縫網格的長、寬、高與走向。監測的裂縫網格長度在298～384m，裂縫網格寬度在76～97m，裂縫網格高度57～86m。在壓裂第5段時，油管壓力一直起不來，后現場綜合判定，可能是第5段位置固井質量不好，導致壓裂液從套管外壁竄到第4段，與第4段的裂縫溝通了，導致油壓一直上升不起來，因此放棄第5段壓裂，直接壓裂第6段。

表1 統計裂縫網格參數

5.1 裂縫方向

監測結果表明：裂縫走向為平均為北偏東93°，與本區的最大主應力基本一致。裂縫走向與井筒近似垂直，產生的垂直縫，有利于擴大壓裂體積。

5.2 裂縫形態

監測結果表明：①第2-7段壓裂裂縫長度在298～384m。第1～3段裂縫主裂縫明顯；第6～7段網狀縫特征清楚（圖5）。②在第1段井東側有出現能量較小的幾個微地震事件，推測可能此處存在天然裂縫。壓裂后期排量穩定，但是油壓一直在下降，也可以推測人工裂縫與天然裂縫溝通后，導致壓力 降低。

圖5 TP24井裂縫三維顯示圖

6 結論

1）通過微地震方法對壓裂裂縫的監測，獲得了裂縫在三維空間的展布形態，并利用橢球體對裂縫網格做出定量解釋；壓裂產生的人工裂縫改造最大的壓裂體積，達到設計要求。

2）裂縫監測結果表明：該地區裂縫走向平均為北偏東93°，與本區的最大主應力基本一致。裂縫走向與井筒近似垂直，產生的垂直縫，有利于擴大壓裂體積。在第1段井東側有出現能量較小的幾個微地震事件，推測可能此處存在天然裂縫。

3）井軌跡設計與壓裂設計要考慮到天然裂縫的發育狀況。

4）砂射孔+環空加砂分段壓裂技術中每段需要排液，因此射孔段位置、封隔器位置，分段長度需要優化設計。段間距過小，易造成竄層，導致本段不能壓裂。