井下微地震监测技术应用研究

井下微地震监测技术应用研究

作者：李澈

来源：《科技资讯》2013年第14期

摘 要：随着页岩气开发的兴起，微地震监测技术作为与之紧密相关的一项地球物理技术受到了日益密切的关注。本文首先介绍了微地震监测技术的原理，随后列举了三项国外成功应用微地震监测技术的实例。最后对其未来发展方向进行了展望。 关键词：微地震监测 原理 应用

中图分类号：P618 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0089-01 微地震监测技术近年来已经发展为石油天然气开发中的一项常用技术。目前该技术的广泛应用主要集中于对水力压裂作业伴生的裂隙网络变形进行成像，此外也用于监测进行二次提采和生产时因注入液体产生的非弹性形变所诱发的微震。近年来页岩气开发在全世界范围内的兴起为微地震监测技术的发展注入了新的动力。因为页岩气开发中所使用的一项关键技术——水力压裂技术，在压裂完成后要对其压裂效果和裂缝的空间展布情况进行分析评价，而微地震监测技术是进行此项工作最有效的技术手段之一。 1 微地震监测技术的原理

目前学术界对于微地震并没有明确的定义，一般认为所谓微地震是指地震矩数值小于0的地震，其成因包括天然和人工诱发两种[1]。微地震监测技术按检波器布置位置进行划分可分为地表监测技术和井下监测技术，本文主要对其中的井下监测技术进行介绍。在井下监测作业中，高度灵敏的传感器被布置在靠近震源的井眼中以使信号衰减和背景噪音降至最小。这种方法以排列稀疏的检波器阵列检测幅值很低的微震事件，检波器的最大检测范围限定在监测位置周围的一定区域内。

利用井下数据，研究者大体上可以通过三类方法来确定微震震源的位置。第一类方法可以利用单个三分量检波器的数据来实现，这种方法通常称为矢端图技术。在这种方法中，进行记录的传感器和微震震源间的位置关系可以通过直达P波/S波初至的微小运动来确定。传感器到震源的距离可以通过直达P波和S波的初至时间差和这两种波的速度信息来确定。矢端图法所最简单情况下只需要一个测点和该区域介质的平均速度信息。通过利用多个位置的传感器记录和有关勘查区域速度结构的所有可用信息，研究者可以用矢端图法得到更可信的震源定位。 第二类定位方法利用三角测量方案中多工位的P波和S波混合初至时间的组合来进行工作。此方法和之前的矢端图法可以利用被调查区域中随空间变化的速度信息。

第三种定位方法涉及到在空间中寻找与特定相位的初至具有最大相似性量度值的点，而无需测量不连续的波至时间。该技术可以利用一个单独的相，但前提条件是有一个大的孔径阵

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列，对于小一些的井下孔径阵列则使用多重相位法。该成像方法在概念上与克希霍夫偏移算法较为相似。通常，定位方法可以结合矢端图法和初至时间信息。对给定的微地震进行研究所使用的方法要视传感器配置和所得数据的质量而定[2]。 2 微地震监测技术的应用实例 2.1 巴涅特页岩气水力压裂成像

2000年，研究者在美国德克萨斯州的沃斯堡盆地用钢缆布置的检波器阵列完成了第一例成功的水力压裂成像作业。当时，巴涅特气田处于开发的早期。此后这块气田成为了美国最大的天然气田之一，并且对页岩气工业的发展起到了促进作用。巴涅特气田属于天然裂隙性油藏，常规的水力压裂模型假定压裂过程中只会产生一条裂缝，但是对巴涅特气田地层中发现的复杂裂隙网络该理论已不再适用。

研究表明巴涅特气田的气井产量和发生微地震的岩石容积以及微震事件的地震矩密度之间存在着关系。从微地震成像技术衍生出来的断裂网络模型较好的揭示了气井产量同被激发岩石的体积及裂缝密度的关系。由于用近千次水力压裂作业监测描述了大约一半水力压裂施工项目，巴涅特油田也是迄今微地震研究应用最多的地方。目前，微地震实时成像技术在巴涅特气田除了应用提高气井产能还用于对潜在地质灾害的评估[3]。 2.2 北海油藏监测

1997年4月，研究者在北海的Ekofisk油田进行了微地震监测。Ekofisk 以其与储集层压实相关联的海底下沉而闻名，研究者对其微震事件进行研究以对其构造中背斜脊的上覆断层结构进行成像。这次监测作业通过使用一个安放在油田正中观测井中，用钢缆布置的六级三分量检波器阵列来实施。研究者们观测到了与此前在此处获得的观测结果相连贯的显著活动速率。微震活动集中于储集层中的一些特定地层。尽管假设存在注水的因素，观测到的变形仍被归因于压实造成的断层活动。 2.3 CLINTON镇油藏监测

美国肯塔基州Clinton镇的70-6区块曾进行过旨在验证井下传感器描述开采层特征能力的早期研究。在该区块，石油产自地下300～700 m深的低孔隙度碳酸盐岩层中，同时其储层具有高渗透率低储集能力的特点。裂缝方向通常是未知的并被假定为垂直的。监测试验涉及到早在Clinton镇附近的几个井场布置高容积的生产井以描绘储层裂缝系统。微地震定位了曾经含油但后来经过卤水侵入逐渐枯竭并随后恢复到静液压的裂缝，为区域勘探和剩余油分布的研究指出了新的方向。 3 结论

本文首先解释了微地震监测的原理，并对几个微地震监测技术的应用案例进行了介绍。

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随着检波器精度的提高，对微地震震源机制认识的加深以及智能井等技术的发展，微地震监测技术将在裂缝预测、油藏监测等工作中发挥更加重要的作用。将微震信息与其他的地球物理、地质学、岩石物理以及地质力学信息相结合将是微震信号解释工作的主要发展方向。 参考文献

[1] 梁兵，朱广生.油气田勘探开发中的微地震监测方法[M].石油工业出版社，2004. [2] S.C.Maxwell，J.Rutledge，R.Jones，M.Fehler.Petroleum Reservoir Characterization Using Downhole Microseismic Monitoring[J].Geophysics，2010，75：129-137.

[3] 徐晓会，杨树敏，张淑珍.微地震监测技术在油藏实时特征描述中的应用[J].国外测井技术.2006，21（6）：64-68.

[4] 刘百红，秦绪英，郑四连，等.微地震检测技术及其在油田中的应用现状[J].勘探地球物理进展，2005，28（5）：325-332.