CN107479098B - 一种水力压裂过程中同井微地震监测工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水力压裂过程中同井微地震监测工艺，包括步骤1、根据测井数据建立初始速度模型；2、按照压裂工艺确定压裂管柱，并将三分量检波器通过铠装电缆与地面仪器相连；3、确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型；4、三分量检波器定位及速度模型优化完成后，开始压裂，并在压裂过程中拾取水力压裂产生的微地震信号；5、对所拾取的微地震信号进行分析处理，根据微地震事件点的分布，结合压裂曲线，即可确定裂缝空间展布和分布规律。通过以上五种技术手段的有机配合，弥补了地面阵列式、近地表和邻井井下微地震监测技术不足，简化工艺流程，提高监测效果。
Description
技术领域
本发明属于石油压裂技术领域，具体涉及一种水力压裂过程中同井微地震监测工艺。
背景技术
微地震方法实时监测油田生产动态是国内外广泛关注的前沿课题，己取得了令人瞩目的进展，微地震监测技术己广泛应用于水裂压裂裂缝监测、油藏动态监测、注水监测等业务领域，获得了石油工业界的高度认可，目前，微地震己经成为地球物理技术发展的新方向。
微地震监测原理是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动的影响、效果及地下状态的地球物理技术，其基础是声发射学和地震学。它用的不是专门人工震源产生的地震波，而是通过观测和分析微小的天然地震事件，如水力压裂、油气开采、产生的微地震活动产生的地震波，对观测到的微地震数据进行处理和解释，生成图像，更好地认识裂缝的几何形状、方位角、连通性、密度和长度，以及裂缝发育过程中的详细信息。
其中，储层水力压裂微地震监测，可以在压裂过程中实时监测井下裂缝的方位、高度、长度、体积和复杂度等信息，及时指导压裂工程，适时调整压裂参数，修正压裂程序，优化增产措施。其数据采集通常有三种方式：邻井井下微地震监测、地表监测和近地表监测。这方面，国外的多家技术公司都开展了压裂微地震监测服务，并已经实现了商业化应用。这些公司包括斯伦贝谢、哈里伯顿等综合技术服务公司，也涉及了CGGV、ION等物探技术公司，还有一些专做微地震技术监测的公司，如ESG、MSI等。其中斯伦贝谢、威德福、哈里伯顿、贝克休斯主要是进行邻井井下微地震监测，CGGV、MSI公司可提供井下、地表、近地表多种方式的微地震监测服务。
大量研究和应用表明，地面阵列式和近地表微地震监测存在诸多问题，如，地面微地震资料信噪比低、各种干扰发育特别是地表和浅地表干扰复杂；另外，水力压裂过程中的微地震事件本身能量较弱，地表和近地表信号拾取难度大，尤其是在深井、黄土高原区微地震信号衰减尤为严重，这在一定程度上限制了地面阵列式和近地表微地震监测技术的推广应用。邻井井下微地震监测效果相对较好，是目前油田广泛认可的微地震监测技术，但该技术需要邻井作为专门的监测井，监测井需要关停，并进行井筒处理、检波器监测等过程，一定程度上影响了区块正常生产，同时也存在无监测井可选、或监测井距离压裂层段较远，影响监测效果等问题。
针对以上问题，国内外正在开展攻关研究，以求突破。随着光纤传感、连续油管多段压裂等技术的迅速发展，对水力压裂、微地震监测有了新的认识，考虑能否在水力压裂过程中同时进行同井的微地震监测，这可以降低监测距离受限、监测井选取难度大等的影响，从而地面阵列式、近地表和邻井井下微地震监测面临的问题可迎刃而解。
发明内容
本发明的主要目的是针对地面阵列式和近地表微地震监测资料信噪比低、干扰复杂、信号拾取难度大和邻井井下微地震监测工艺复杂，影响监测井生产或无监测井可选等问题，通过井下光纤传感微地震监测和连续油管压裂技术联作，形成水力压裂过程中同井微地震监测工艺，弥补地面阵列式、近地表和邻井井下微地震监测技术不足，简化微地震监测工艺，提高微地震监测效果。
针对以上目的，本发明由以下技术措施实现：一种水力压裂过程中同井微地震监测工艺，包括以下步骤：
1)根据声波测井或全波列测井得到声波资料，结合伽马、密度、电位、电阻率等其它测井资料和地层资料在层状介质假设下，利用地震处理解释、干涉成像等方法构建初始速度模型；
2)按照压裂工艺确定压裂管柱，并将三分量检波器通过铠装电缆与地面仪器相连；
3)确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型；
4)三分量检波器定位及速度模型优化完成后，按照压裂设计开始压裂，压裂过程中通过三分量检波器拾取水力压裂产生的微地震信号；
5)对步骤4)三分量检波器所拾取的水力压裂产生的微地震信号进行分析处理，根据微地震事件点的空间分布，再结合压裂工艺所得压裂曲线，确定裂缝空间展布和分布规律。
所述的铠装电缆是多芯铠装光电复合缆。
所述的三分量检波器是光纤三分量检波器。
所述的压裂管柱为工具油管压裂管柱或连续油管带底封拖动压裂管柱；工具油管压裂管柱压裂时将特制铠装电缆固定在油管外壁卡槽内，并穿过压裂工具串和底封隔器，与三分量检波器相连；
连续油管带底封拖动压裂管柱压裂时将特制铠装电缆穿过连续油管和底封隔器，与三分量检波器相连。
所述的确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型是通过导爆索或火力射孔实现的。
所述的通过导爆索确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型具体指沿井筒方向，在三分量检波器上方50-500m位置设置导爆索，导爆后三分量检波器拾取导爆信号，利用导爆信号记录，通过极化分析确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型。
所述的通过火力射孔确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型具体指通过火力射孔与压裂联作，通过射孔信号确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型。所述的地面仪器包括微地震记录仪、数据反演处理器和显示屏，所述的微地震记录仪一端与三分量检波器相连，微地震记录仪另一端与数据反演处理器输入端相连，数据反演处理器输出端与显示屏相连。
本发明的技术效果为：
1、光纤传感、连续油管压裂等多项技术的集成创新，弥补地面、近地表及邻近井下微地震监测单相技术不足，简化微地震监测工艺，提高微地震监测效果；
2、在水力压裂过程中同时进行同井的微地震监测，同井井下微地震监测***不影响正常的压裂施工，工具油管压裂时油管和环空均可依照压裂工艺作为工作液流通道，连续油管带底封拖动压裂时连续油管可用于喷砂射孔，环形空间用于压裂工作液的主通道，压裂过程中通过三分量检波器拾取水力压裂产生的微地震信号，这可以降低监测距离受限、监测井选取难度大等的影响，从而地面阵列式、近地表和邻井井下微地震监测面临的问题可迎刃而解。
具体实施方式
下面是通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
实施例1
本发明公开了一种水力压裂过程中同井微地震监测工艺，包括以下步骤：
1)根据测井数据建立初始速度模型；
2)按照压裂工艺确定压裂管柱，并将三分量检波器通过铠装电缆与地面仪器相连；
3)确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型；
4)三分量检波器定位及速度模型优化完成后，按照压裂设计开始压裂，压裂过程中通过三分量检波器拾取水力压裂产生的微地震信号；
5)对步骤4)三分量检波器所拾取的水力压裂产生的微地震信号进行分析处理，主要过程包括初始速度模型建立、检波器定向、速度模型优化、事件分选、纵横波初至拾取、极化旋转、实时定位显示、高精度重定位和定位结果分析等；根据微地震事件点的空间分布，再结合压裂曲线，确定裂缝空间展布和分布规律。
本发明采用光纤传感、连续油管压裂等多项技术的集成创新，弥补地面、近地表及邻近井下微地震监测单相技术不足；在水力压裂过程中同时进行同井的微地震监测，同井井下微地震监测***不影响正常的压裂施工，工具油管压裂时油管和环空均可依照压裂工艺作为工作液流通道，连续油管带底封拖动压裂时连续油管可用于喷砂射孔，环形空间用于压裂工作液的主通道，压裂过程中通过检波器拾取水力压裂产生的微地震信号，这可以降低监测距离受限、监测井选取难度大等的影响，从而地面阵列式、近地表和邻井井下微地震监测面临的问题可迎刃而解。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明所述的一种水力压裂过程中同井微地震监测工艺，具体按照如下步骤实施：
1)根据声波测井或全波列测井得到纵波、横波波速数据、纵横波声波时差等声波资料，结合伽马、密度、电位、电阻率等其它测井资料和地层资料在层状介质假设下，利用地震处理解释、干涉成像等方法构建初始速度模型；
2)按照压裂工艺确定压裂管柱，并将三分量检波器通过铠装电缆与地面仪器相连，其中压裂管柱，可以是工具油管压裂或连续油管带底封拖动压裂，工具油管压裂时将光纤复合缆或电缆固定在油管外壁卡槽内，通过特殊结构设计穿过压裂工具串和底封隔器，与光纤三分量检波器相连；连续油管带底封拖动压裂时将光纤复合缆或电缆穿过连续油管和底封隔器，与光纤三分量检波器相连；
所述的铠装电缆是多芯铠装光电复合缆，是现有的一种新型的光电复合缆，具有较好的耐温、耐压、阻水、阻燃性能，抗拉强度高；三分量检波器是光纤三分量检波器；所述的地面仪器包括微地震记录仪、数据反演处理器和显示屏，所述的微地震记录仪一端与三分量检波器相连，微地震记录仪另一端与数据反演处理器输入端相连，数据反演处理器输出端与显示屏相连，微地震记录仪，用于接收三分量检波器传送的微地震活动信号，并将微地震活动信号转换为数字信号后传到数据反演处理器；数据反演处理器，根据微地震活动数字信号进行反演，以对微地震事件自动扫描及定位，从而实时描述压裂微地震活动规模及压裂裂缝的高度、长度和方位角；显示屏用于显示出裂缝的模拟图像；
3)沿井筒方向，在三分量检波器上方50-500m位置设置导爆索，导爆后检波器拾取信号，利用导爆信号记录，通过极化分析确定三分量检波器在井中的空间方位，根据导爆信号调整优化速度模型；同时，也可以考虑火力射孔与压裂联作，通过射孔信号确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型；所述的调整优化速度模型采用迭代优化的方法，应用声波测井结果建立初始速度模型，根据射线追踪理论等，采集到的射孔信号或导爆索信号纵横波到达时，对速度模型进行验证优化调整，使得导爆索或射孔信号纵横波初至时间与理论到达时间匹配最佳，为常规技术手段，在此不再详述；
4)三分量检波器定位及速度模型优化完成后，按照压裂设计开始压裂，工具油管压裂时油管和环空均可依照压裂工艺作为工作液流通道，连续油管带底封拖动压裂时连续油管可用于喷砂射孔，环形空间用于压裂工作液的主通道，压裂过程中通过检波器拾取水力压裂产生的微地震信号；
5)对步骤4)三分量检波器所拾取的水力压裂产生的微地震信号进行分析处理包括如下过程：a)确定初始速度模型和三分量检波器的位置，确定微地震事件信号；b)利用三分量检波器对间的拾取初至差与计算初至差间的差的加权叠加作为目标函数，对微地震事件进行优化迭代定位；c)确定每一道微地震记录的有效分析范围,即确定每一道微地震记录的起跳点，并根据微地震事件的特点从起跳点开始选择一定范围的时窗作为有效分析范围；d)对微地震事件的有效范围进行主分量分解，分解后的微地震主分量进一步通过对比分析进行极性旋转，使得所有记录极性相同，从而保证了微震记录同向轴的连续性；e)三分量检波器将所探测到的微地震活动信号，传送至微地震记录仪，微地震记录仪接收三分量检波器传送的微地震活动信号，并将微地震活动信号转换为数字信号后传到数据反演处理器，数据反演处理器，根据微地震活动数字信号进行反演，以对微地震事件自动扫描及定位，从而实时描述压裂微地震活动规模及压裂裂缝的高度、长度和方位角，结合压裂曲线，便可以确定裂缝空间展布和分布规律。
通过以上五种技术手段的有机配合，形成水力压裂过程中同井微地震监测工艺，弥补地面阵列式、近地表和邻井井下微地震监测技术不足，简化微地震监测工艺，提高微地震监测效果。
Claims (2)
1.一种水力压裂过程中同井微地震监测工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）根据测井数据建立初始速度模型；具体是：根据声波测井或全波列测井得到纵波、横波波速数据、纵横波声波时差这些声波资料，结合伽马、密度、电位、电阻率及测井资料和地层资料在层状介质假设下，利用地震处理解释、干涉成像的方法构建初始速度模型；
2）按照压裂工艺确定压裂管柱，并将三分量检波器通过铠装电缆与地面仪器相连；所述的压裂管柱为工具油管压裂管柱或连续油管带底封拖动压裂管柱；工具油管压裂管柱压裂时将铠装电缆固定在油管外壁卡槽内，并穿过压裂工具串和底封隔器，与三分量检波器相连；连续油管带底封拖动压裂管柱压裂时将铠装电缆穿过连续油管和底封隔器，与三分量检波器相连；
3）确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型；
4）三分量检波器定位及速度模型优化完成后，按照压裂设计开始压裂，压裂过程中通过三分量检波器拾取水力压裂产生的微地震信号；
5）对步骤4）三分量检波器所拾取的水力压裂产生的微地震信号进行分析处理，根据微地震事件点的空间分布，再结合压裂工艺所得压裂曲线，确定裂缝空间展布和分布规律；分析处理包括如下过程：a）确定初始速度模型和三分量检波器的位置，确定微地震事件信号；b）利用三分量检波器对间的拾取初至差与计算初至差间的差的加权叠加作为目标函数，对微地震事件进行优化迭代定位；c）确定每一道微地震记录的有效分析范围, 即确定每一道微地震记录的起跳点，并根据微地震事件的特点从起跳点开始选择一定范围的时窗作为有效分析范围；d）对微地震事件的有效范围进行主分量分解，分解后的微地震主分量进一步通过对比分析进行极性旋转，使得所有记录极性相同，从而保证了微震记录同向轴的连续性；e）三分量检波器将所探测到的微地震活动信号，传送至微地震记录仪，微地震记录仪接收三分量检波器传送的微地震活动信号，并将微地震活动信号转换为数字信号后传到数据反演处理器，数据反演处理器，根据微地震活动数字信号进行反演，以对微地震事件自动扫描及定位，从而实时描述压裂微地震活动规模及压裂裂缝的高度、长度和方位角，结合压裂曲线，便可以确定裂缝空间展布和分布规律；
步骤2）所述的铠装电缆是多芯铠装光电复合缆；所述的三分量检波器是光纤三分量检波器；步骤3）所述的确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型是通过导爆索或火力射孔实现的；所述的通过导爆索确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型具体指沿井筒方向，在三分量检波器上方50-500m位置设置导爆索，导爆后三分量检波器拾取导爆信号，利用导爆信号记录，通过极化分析确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型；所述的通过火力射孔确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型具体指通过火力射孔与压裂联作，通过射孔信号确定三分量检波器在井中的空间方位和调整优化速度模型。
2.根据权利要求1所述的一种水力压裂过程中同井微地震监测工艺，其特征在于：步骤2）所述的地面仪器包括微地震记录仪、数据反演处理器和显示屏，所述的微地震记录仪一端与三分量检波器相连，微地震记录仪另一端与数据反演处理器输入端相连，数据反演处理器输出端与显示屏相连。
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