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微地震压裂监测技术系统的研究

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地震 监测 技术 系统 研究
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18石油物探一、前言对于低渗油气田,压裂是实施开采的重要措施,水力压裂在油气田的勘探开发中具有举足轻重的作用,是改造低渗透油气藏的重要手段。为了搞清压裂裂缝的发育,广泛使用了地面电极法、生产测井法、测温度法、放射性追踪法等来监测压裂裂缝的发育。但是这些方法都具有其自身的局限性,不能完全监测裂缝的长度、高度、宽度和方位角。而微地震监测方法除能指明裂隙的方向和展布外,还可以提供裂隙的方位角、高度、长度、不对称性和延伸范围等。对油层实施水力压裂时,当迅速升高的井筒压力超过岩石抗压强度,岩石遭到破坏形成裂缝,裂缝产生和扩展时,必将产生一系列向四周传播的微震波,通过对接收到的微震波信号进行处理,就可确定微震震源位置,进而计算出裂缝分布的方位、长度、高度、缝型及地应力方向等地层参数;同时,结合井口压降监测还可获得闭合压力、液体滤失系数、液体效率、主裂缝宽度等参数。这不但可以给出压裂后裂缝的空间几何形态,评价压裂液性能和压裂工艺效果,而且可给出避免油、水井连通,发生水淹、水窜的排列方向以及为下一步制定地质方案提供科学依据。因此利用微地震监测技术对水力压裂裂缝直接监测,并通过观测、分析压裂施工中所产生的微小地震事件来监测压裂裂缝的尺寸、方位成为研究方向之一,具有重要的意义。二、微地震压裂监测技术概述微地震压裂检测技术就是采用合适的方法和设备,监测压裂过程中地下岩石破裂所产生的微地震,通过数据处理和解释,描述压裂过程中裂缝产生的几何形状和空间展布,绘制裂缝发育的方向、变化和发育程度。利用得到的裂缝信息,可以对气藏进行优化压裂设计、优化井位布局,提高天然气的采收率。针对部分油气田井距大的特点,优选微地震监测技术并分析其应用要求,对提高微地震监测效果是非常有必要的。其原理如下:水力压裂时,大量流体被注入储层,这样使孔隙流体压力迅速提高,由于大量的超过地层吸收能力的高压流体泵入井中,在井底附近逐渐形成很高压力,其值超过岩石围应力与抗张强度之和,便在地层中形成张性裂缝。随后,高压流体挤入裂缝,使裂缝向地层深处延伸,这种加压的张开的裂缝,在它周围的高孔隙压力区引起剪切破裂。岩石破裂时发出的地震波,是储存在岩石中的能量以波的形式释放出来。由于岩石这种破裂规模有限,释放出的能量很小。根据最小周向应力理论、摩尔 - 库仑理论、断裂力学准则等,分析岩层破裂形成理论,无论压裂还是注水都会诱发微地震。水力压裂时,在射孔位置,当迅速升高的井筒压力超过岩石抗压强度,岩石遭到破坏,形成裂缝,裂缝扩展时,必将产生一系列向四周传播的微震波,通过布置在被监测井周围监测分站接收到微震波的到时差,会形成一系列的方程组,反解这一系列方程组,就可确定微震震源位置,进而给出裂缝的方位、长度、高度、产状及地应力方向等地层参数。三、微地震压裂监测技术系统的研究1、微地震压裂监测系统设计系统基于 技术开发,是用微机械加工技术制作的微型器件或微型系统,它集微型传感器、微型机构、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通讯等于一体。传感器把能量从一种形式转化为另一种形式,从而将震动信号转化为系统可以处理的电信号。微震观测与数据处理系统由三部分组成:①高性能微震仪,自主设计高性能的微震仪,微震仪应该适合于野外长时间使用,自主独立设计的微震仪采用高性能的 机电系统)加速度传感器;②基于嵌入式系统的数据采集与存储系统或基于 的数据采集器系统,为适用于野外无人职守的微震数据实时采集与存储,设计基于 片和嵌入式数据采集与存储系统,同时也设计由 和数据采集器组成的采集站;③ 时器。2、数据采集软件由于配合所设计的 震仪的使用,编制相应的数据采集处理软件。根据要求,用户通过菜单选择启动和停止采集,系统动态的显示采集的数据,并按照规定的数据格式自动记录并存储所采集的数据。系统进行简单的数据分析与处理(谱分析),为地震专家提供参考。软件主要有数据采集、曲线显示、数据存储、数据分析、参数设置、数据回放等功能。3、时软件由于整个微震监测系统一般由多个采集点组成,为了捕获同一微震事件,各监测点的时间必须精确一致。为此,我们采用 块 行精确的时间校准,时间精度达到 1 微秒,利用 块同时还可以测出测定点的经度和纬度信息。利用 块修整系统时间的基本原理是:编写一个单独的程序,每隔 1 秒(或数秒)读取 用读到的时间修正计算机系统的时间。这样,数据采集程序读取到的系统时间就总是精确的,从而保证数据时间标签的准确性。4、震源计算及数据处理方法研究在水力压裂井中,由于压力的变化,地层被强制压开一条大的裂缝,沿着这条主裂缝能量不断地向地层中辐射,形成主裂缝周围地层的涨裂或错动。这些涨裂和错动向外辐射弹性波地震能量,包括压缩波和剪切波,类似于天然地震的震源,微地震波在地层中以球面波的形式向四周传播,检波器接收到信号后通过能量转换器将机械波转换成电磁波,经前置放大器放大后发射送入岩石声发射(微地震波)监测系统,进行时差生成处理,计算震源的位置,再利用震源描述裂缝的方位。在具体实现过程中,处理波形,包括滤波,特征波形拾取等,进行时差求取,定位算法。四、结论利用微地震不仅能够测定人工裂缝的方位、几何形态,同时还能测定天然裂缝方位、几何形态及人工裂缝与天然裂缝的相互关系,从而确定油田地应力特征,为油田确定合理井网布局、注水压力、注水方式、油层套管设计、水平井最佳方向及井位提供可靠的依据。参考文献[1] 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]刘继民,刘建中,]005,32(2):75~国石油吉林油田分公司松原采气厂)摘  要: 压裂监测是认识和了解裂缝和地层情况、分析和评估压裂液性能和现场施工质量、减小施工风险、确保压裂施工取得理想效果的关键性手段,微地震监测技术就是利用岩石声信号研究岩石开裂情况现象的一种技术方法,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效果及地下状态,代表了未来油田开发管理技术的发展方向,本文通过对微地震监测技术各方面做了大量的调研,对该技术的研究、应用以及今后的发展都有一定得指导意义。关键词:微地震  监测技术  水力压裂微地震压裂监测技术系统的研究作者: 谢芳亭作者单位: 中国石油吉林油田分公司松原采气厂刊名: 中国化工贸易英文刊名: (期): 2014(13)本文链接:
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