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微地震监测技术介绍

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地震 监测 技术 介绍
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1 2017年 4月 24日 8时 48分微地震监测技术2 2017年 4月 24日 8时 48分一.概 述二.微地震监测的应用三.微地震监测主要方法四.结束语目录3 2017年 4月 24日 8时 48分一.概 述二.微地震监测的应用三.微地震监测主要方法四.结束语目录1,微地震监测的发展历程2,微地震监测的定义3,微地震监测的特性4 2017年 4月 24日 8时 48分随着油气田大量开发,低渗致密油气藏已经变得越来越重要。但是,低渗透油气藏储层物性差,储量丰度低,开发效益相对较差。因此,提高低渗透油气藏储量的动用程度,是低渗透油气藏高效开发的关键。油田开发后期,油气井的采收率较低,通常采用水驱或热驱提高采收率,如何准确了解和掌握剩余油气去向是提高产能的重要问题。一.概述引言5 2017年 4月 24日 8时 48分一.概述 1973年,压裂 /微地震监测技术始于地热开发行业 80年代初,采集水力压裂地面监测微震信号试验失败(信噪比太低);随后,水力压裂井下监测微震信号获得成功,并确定水力压裂裂缝监测方式为井下监测; 下观测方式得以快速商业化发展; 2003年,压裂 /微震地面监测开始走向商业化。微地震压裂监测的发展历程6 2017年 4月 24日 8时 48分一.概述微地震监测:利用水力压裂、油气采出,或常规注水、注气以及热驱等石油工程作业时引起地下应力场变化,导致岩层裂缝或错断所产生地震波,进行水力压裂裂缝成像,或对储层流体运动进行监测的方法 通过监测微震事件产生的地震波,确定微震坐标、发震时刻及烈度的技术。与地震勘探相反,微地震监测中震源的位置、发震时刻、震源强度都是未知的,确定这些因素是微地震监测的首要任务。微地震监测的 定义7 2017年 4月 24日 8时 48分一.概述微地震事件发生在裂隙之类的断面上,地层内地应力呈各向异性分布,剪切应力自然聚集在断面上。通常情况下这些断裂面是稳定的,然而,当原来的应力受到生产活动干扰时,岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围地区就会出现应力集中,应变能增高;当外力增加到一定程度时,原有裂缝的缺陷地区就会发生微观屈服或变形裂缝扩展,从而使应力松弛,储藏能量的一部分以弹性波 (声波 )的形式释放出来产生小的地震,即所谓微地震。微地震的 形成机制8 2017年 4月 24日 8时 48分一.概述一般来说,采用三分量检波器对微地震信号进行记录,在三分量检波器记录上,每个分量上 波成对出现并且三个分量上的 波波至时间分别相同。(((波器017年 4月 24日 8时 48分一.概述大多数微地震事件频率范围介于 200~ 1500s,通常能量介于里氏 1级。在地震记录上微地震事件一般表现为清晰的脉冲,越弱的微地震事件,其频率越高,持续时间越短,能量越小,破裂的长度也就越短。微地震信号很容易受其周围噪声的影响或遮蔽;另一方面在传播当中由于岩石介质吸收以及不同的地质环境,也会使能量受到影响。微地震的特性10 2017年 4月 24日 8时 48分一.概 述二.微地震监测的应用三.微地震监测主要方法四.结束语目录微地震事件发生的 1,位置、2,数量、3,时间和4,强度11 2017年 4月 24日 8时 48分二.微地震监测的应用2013年 1月和 3月 , 会议均高度肯定了微地震监测技术在在非常规油气开发中的重要地位 , 提出了目前进入 微地震时代 ( 的口号 。结合页岩 、 致密砂岩 、 碳酸盐岩 、 煤岩以及直井 、 斜井 、 丛式井 、 水平井的监测经验 , 总结微地震监测作用如下:前言12 2017年 4月 24日 8时 48分1、 裂缝尺度描述裂缝网络长 裂缝网络宽裂缝网络高 裂缝网络走向微地震事件数目西翼 东翼 井轨迹上 井轨迹下监测结果 231 142 66 5 42 北偏东 71° 2725地震监测的应用位置某压裂微地震事件俯视图和东西向剖面图13 2017年 4月 24日 8时 48分 9 2 02 00 00080 井 油 井 注 水 井控制井 设计油井 设计注水井完钻未投井 报 废 井 未下套管井构造等值线 断 层 合作区范围图 例裂缝位置离已知断层380 合地质剖面图,在裂缝即将进入已知断层前,提醒压裂工程师优化调整压裂设计,降低成本。二.微地震监测的应用观测井位置和相对时间2、 验证和优化压裂设计 ( 实时监控压裂裂缝走向 )14 2017年 4月 24日 8时 48分通过对监测的数据现场处理,获得微地震事件发生位置及其变化趋势,实时监控人工裂缝空间位置和走向,防止人工裂缝延伸至断层,为压裂工程师对压裂工程做出现场调整提供数据参考。液量 体积( m³)m³/际 计划型液) 1000 1000型液) 460 1800型液) 260 2600前置液(基液) 60 60携砂液 184 165顶替液 12 12二.微地震监测的应用位置和时间2、 验证和优化压裂设计 ( 指导压裂工程师调整压裂液 )15 2017年 4月 24日 8时 48分a. 3口井按照 b. 对压裂 c. 根据 和 d. 针对 井,调整段间隔后,在获得压裂效果比预期要好的前提下,减少了成本投入。二.微地震监测的应用2、 验证和优化压裂设计 ( 段间隔 )位置和相对时间16 2017年 4月 24日 8时 48分通过微地震监测标定的裂缝模型可以用于估计支撑层位的具体位置,然后根据油气藏模型选择排采模式。井距太远可能会导致资源被绕过。另一方面,井距太近会增大井的密度,因而导致成本增大,而由于邻井排采重迭区间之间井的干扰,可能进一步导致减产。二.微地震监测的应用3、 验证和优化井间隔的设计位置、数量17 2017年 4月 24日 8时 48分4、 应力场分析二.微地震监测的应用井 A 井 m³m³平行最小主应力方向 . 垂直最大主应力方向位置、数量和相对时间18 2017年 4月 24日 8时 48分4、 应力场分析二.微地震监测的应用通过分析裂缝走向,判别储层的最大最小主应力场的方向,为储层附近的后续水平井的造斜点、射孔位置、以及下一步压裂设计作出指导性的建议。位置、数量和相对时间19 2017年 4月 24日 8时 48分震级 级 0级以上为主倾角 8°断层的派图F—主断层; 节理; T—张节理; D—小褶皱5、 识别断层和天然裂缝二.微地震监测的应用位置、数量和强度20 2017年 4月 24日 8时 48分3个射孔点位置发生时间先 后大小代表能量的差异。第七段油压02总液量m³ 2065总砂量m³ 地震监测的应用5、 识别断层和天然裂缝位置、数量和强度21 2017年 4月 24日 8时 48分裂缝网络顶垂深: 1500156015201585地震监测的应用5、 识别断层和天然裂缝位置、数量和强度22 2017年 4月 24日 8时 48分泥岩的高 性,导致微地震事件稀少二.微地震监测的应用6、 压裂时储层的响应位置、数量和相对时间23 2017年 4月 24日 8时 48分泥岩的高 性,导致微地震事件稀少二.微地震监测的应用6、 压裂时储层的响应位置、数量和相对时间24 2017年 4月 24日 8时 48分6、 压裂时储层的响应二.微地震监测的应用第六段油压5排量m³/2总液量m³ 2251总砂量m³ 大小代表能量的差异。位置、数量和相对时间页岩25 2017年 4月 24日 8时 48分7、 压裂时储层的响应二.微地震监测的应用位置、数量和相对时间致密砂岩26 2017年 4月 24日 8时 48分二.微地震监测的应用7、 压裂时储层的响应位置、数量和相对时间火山碎屑岩27 2017年 4月 24日 8时 48分二.微地震监测的应用微震展布 最小曲率区域地质特征8、 综合分析位置、数量、相对时间和强度28 2017年 4月 24日 8时 48分8、 综合分析二.微地震监测的应用地震属性、储层弹性参数(脆性、泊松比)和压裂时破裂产生的微地震事件分布特征有着内在联系。地震数据和微地震数据可以相互印证!位置、数量、相对时间和强度29 2017年 4月 24日 8时 48分二.微地震监测的应用数量较多、震级相对较大的微地震事件位于 脆性 梯度大、泊松比梯度大 的地方微地震事件与反映储层特性的脆性、泊松比相结合,能够更好的解释微地震分布特征。脆性 泊松比8、 综合分析位置、数量、相对时间和强度30 2017年 4月 24日 8时 48分一.概 述二.微地震监测的应用三.微地震监测主要方法四.结束语目录1,井中监测2,地面监测3,浅井监测4,方法对比5,微地震监测的工作经验31 2017年 4月 24日 8时 48分地面监测 浅井长期埋置井中监测1-C 波器8~16 线 , 800~1000道准备时间 : 5~10 天12~30 级 3波器监测距离 : 100~800m准备时间 : 2100~600 3波器适合于多井多段准备时间 : 2~4 周三.微地震监测主要方法微地震的监测方式32 2017年 4月 24日 8时 48分地震监测主要方法 配套软件配套软件33 2017年 4月 24日 8时 48分1. 观测系统设计2. 观测方法的可行性分析3. 现场实时处理4. 室内精细化处理5. 数据分析和解释6. 延时压裂监测7. 现场数据的质量控制三.微地震监测主要方法配套软件软件擅长于: 017年 4月 24日 8时 48分观测井水力压裂监测压裂井35 2017年 4月 24日 8时 48分三.微地震监测主要方法 监测设备监控仪三分量检波器电缆车井中监测36 2017年 4月 24日 8时 48分吐哈盆地8 口井四川盆地21口井(重庆 )33 口井松辽盆地32口井渤海湾盆地6口井昭通页岩气7口煤层气 6口(银川 )5 口井松辽盆地40口井柴达木盆地6口井准葛尔盆地10 口井塔里木盆地1口井 口储层类型 : 页岩、致密砂岩、煤矿、火山岩、碳酸盐岩井类别 : 垂直井、斜井、水平井、丛式井总计:大约 200口井, 1000段工作经验三.微地震监测主要方法37 2017年 4月 24日 8时 48分原始信号微震事件筛选噪声压制初至拾取偏振分析测井地质资料模型建立空间定位射孔信号偏振分析检波器定向监测范围分析观测井段优化储层物性分析裂缝几何参数破裂性质分析地应力分析破裂能量分析采集设计 数据处理 成果解释地震监测主要方法 项目运作流程资料搜集井中监测38 2017年 4月 24日 8时 48分井场布置图目标层和相关岩石属性(如:孔隙度、渗透率和模量 ) 地质顶面(如果有可能,提供层位曲面)地质构造,包括已知断层水力压裂日程表(日期、压裂公司、压裂段数、持续时间、 24小时作业许可)具有准确时标的压裂施工计划表(流体、液量、流量、施工压力、支撑剂时间 )(双井)在坐标参考系和参考基准面下的井坐标(包括地面高程和补心高程)(双井)井斜测量结果(双井)伽玛射线和偶极声波测井资料(压裂井)完井设计(桥塞射孔连作完井施工或滑套),包括设计的射孔位置。(观测井)井身结构示意图(包括井口、套管尺寸和深度、打开的射孔点)以及存在哪些压力阻隔层(观测井)井准备工作注意事项(提生产油管和下封隔器)(观测井)水泥胶结顶面(如果有可能,提供水泥胶结测井)(观测井)井底温度及压力和井口压力三.微地震监测主要方法 资料搜集井中监测39 2017年 4月 24日 8时 48分500 0 500 1000量衰减和微地震震级的关系,结合检波器监测误差等确定井中监测的有效范围,根据生产位置和检测的有效范围优化选择观测井。三.微地震监测主要方法 监测距离计算井中监测40 2017年 4月 24日 8时 48分要求在监测工具入井之前用刮削器和通井规进行处理,即使是一口新井也不例外。处理完观测井井筒,还需要用清洁液体进行清洗和循环。在观测井周围3000小时 关停,而在观测井周围 600小时关停。微地震监测工具需要下入到监测井中,并至少在压裂井压裂之前一天进行补充射孔来对微地震监测工具 业顺利进行,需要工程委托方提供相应作业条件:1. 安装的接收系统必须和套管接触在一起,而不能下到油管中或自由悬挂在空中 ,如果观测井中有油管,必须提前起出。2. 井筒应该灌以清洁的液体,降至 300米 以下。3. 观测井需要有井架或修井机,或者现场需要一个 最小 20吨以上 的吊车在井内起下仪器,并在压裂监测过程中吊车被用来悬挂监测设备。4. 接收系统不能在有防喷盒中安装,所以在安装和动迁时观测井必须关井。井口必须安装封井器以防止压裂监测过程中井喷。5. 如果观测井已经射了孔,必须要在射孔段上方打桥塞隔断射孔处产出的气泡,这种气泡产生的噪音干扰了对微地震事件的监测。三.微地震监测主要方法 监测环境要求井中监测41 2017年 4月 24日 8时 48分射孔信号 确定检波器的方位极化分析射孔信号一般来说具有一定的信噪比,初至都比较清晰。 通过极化分析和检波器的定位,确定检 波器三分量方向和射孔位置的方位。三.微地震监测主要方法 3017年 4月 24日 8时 48分初始的速度模型(偶极声波测井结果)射线追踪 调整速度模型,使得纵横波剩余时差最小应用声波测井结果建立初始速度模型,根据射线追踪理论,采集到的射孔信号纵横波到达时对速度模型进行验证调整优化,使得射孔信号的纵横波初时间与理论到达时间匹配最佳。三.微地震监测主要方法 速度模型建立及优化井中监测43 2017年 4月 24日 8时 48分三.微地震监测主要方法 微地震事件识别井中监测44 2017年 4月 24日 8时 48分根据 P、 于波形的频谱信息,利用谱自动识别算法实现相位到时的识别。工拾取 基于走时差的 相位拾取三.微地震监测主要方法 初至拾取井中监测45 2017年 4月 24日 8时 48分纵横波时差定位法:三分量定位反演激发源的射线路径 前提条件:微地震事件的具有一定的信噪比(拾取纵横波的初至值) & 已知纵横波的传播速度。 计算方法:假设 为 第 知), 为第 知) . 根据下面的方程求解:)(])()()[( 21222三.微地震监测主要方法 微地震事件定位原理井中监测46 2017年 4月 24日 8时 48分利用纵横波时差方法定位微地震事件三.微地震监测主要方法 微地震事件实时定位井中监测47 2017年 4月 24日 8时 48分监测距离的影响因素监测井监测井四川长宁地区页岩气,平均每段排量 6量 1700方。新疆昌吉致密油,平均每段排量 10m³/量 1000方。最远监测距离 1700m。最远监测距离 1400m。影响微地震监测距离的主要因素:一是储层的物性,如岩石的速度、杨氏模量、泊松比等;二是压裂的排量影响。杨氏模量越大,排量越大,则破裂信号越强,监测距离越远。三.微地震监测主要方法井中监测48 2017年 4月 24日 8时 48分裂缝不对称发育的影响因素监测井人工裂缝主要向南翼扩展,距离监测井更远。结合成像测井资料分析,该部位天然裂缝发育,因此形成向南侧扩展的不对称现象。三.微地震监测主要方法井中监测49 2017年 4月 24日 8时 48分观测系统设计 正演论证拾取微地震事件事件定位震源机制分析排列布设卫片辅助设计三.微地震监测主要方法 项目运作地面监测 个地面监测项目50 2017年 4月 24日 8时 48分地面仪器型号 量控制软件 28源站 428428波器 20地震监测主要方法 采集设备地面监测51 2017年 4月 24日 8时 48分排列布设方式及参数设计主要考虑压裂井类型、地下地层情况、地表干扰情况、处理需要等因素。三.微地震监测主要方法 观测系统设计地面监测52 2017年 4月 24日 8时 48分定位结果解释 震源机制分析事件定位精细去噪静校正预处理射孔资料采集 压裂资料采集速度模型建立射孔初至拾取预处理三.微地震监测主要方法 数据处理地面监测数据处理流程图53 2017年 4月 24日 8时 48分较强的噪音干扰对信号造成了干扰,噪声压制后突出了信号能量提高事件定位精度。0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10000 . 511 . 522 . 533 . 54 x 1 050 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10000 . 511 . 522 . 533 . 54 x 1 05单频噪声压制相干噪声压制处理前 处理后处理前 处理后视速度差异频谱特征差异噪音压制三.微地震监测主要方法 数据处理地面监测54 2017年 4月 24日 8时 48分利用测井数据和地层资料建立初始 结合拾取的初至信息进行震源位置、速度模型联合反演得到最终的速度模型。初始纵波速度初始横波速度校正后纵波速度校正后横波速度初始各向异性参数校正后各向异性参数三.微地震监测主要方法 速度模型建立地面监测速度模型的建立55 2017年 4月 24日 8时 48分精确定位微震事件需要合适的速度模型,初始速度模型通常要通过 声波测井、 立 。速度模型建立理论初至实际初至速度模型校准在已知射孔位置和初始速度模型的情况下,结合已划分的地质层位调整各个层位的速度值,直到理论初至与实际初至吻合程度满足精度要求。三.微地震监测主要方法 速度模型优化地面监测56 2017年 4月 24日 8时 48分消除因接收条件变化(主要是由于地形起伏和近地表速度结构的变化造成的)对 直达引起的时差 。静校正消除复杂表层结构的影响是微地震事件精确定位的关键技术之一。静校正是利用信号连续性精细去噪的前提。三.微地震监测主要方法 数据处理 017年 4月 24日 8时 48分对于每一个可能震源位置使用速度模型计算时距曲线将时距曲线相应位置数据进行叠加作为某时刻的能量值扫描记录时间,如果叠加结果某时刻出现强能量则判断有微震事件发生实际震源速度模型绕射叠加定位确定事件空间位置搜索范围,并网格化将发震附近时刻能量最大值放置在对应三维空间坐标上,按照此流程循环整个搜索空间。能量值最大值对应震源位置。三.微地震监测主要方法 微地震事件定位原理地面监测58 2017年 4月 24日 8时 48分地面监测水平定位精度稳定,深度精度低于井中监测地面监测井中监测三.微地震监测主要方法 与井中监测对比地面监测俯视图 侧视图59 2017年 4月 24日 8时 48分整体事件侧视图(垂直井轨迹方向)地面监测井中监测地面监测结果高度与井中监测基本一致,由于信号较弱,定位误差比井中监测稍大三.微地震监测主要方法 与井中监测对比地面监测60 2017年 4月 24日 8时 48分井中监测 地面监测地面监测结果显示:在井筒右侧的近似平行井筒方向的裂缝三.微地震监测主要方法 与井中监测对比地面监测61 2017年 4月 24日 8时 48分 为适应股份公司大力发展页岩气工厂化作业的技术需求,针对大量的平台丛式井难以寻找有利的监测井进行微地震监测的现状,在丛式井上方布设浅井监测检波器; 通过微地震浅井监测,获取更多有效微弱信号,充分发挥该技术可灵活布设、能够更全面进行压裂效果评估的优势; 进行长期监控,除进行压裂效果评估外外,还可以监测重复压裂以及排采、气体运移产生的微地震,动态描绘已动用油气位置,估算剩余油气分布,合理、经济、有效地开发油气。三.微地震监测主要方法浅井监测62 2017年 4月 24日 8时 48分 根据水平井深度和井轨迹长度设计浅井监测布设方式,在地表根据低降速层的厚度钻 10三分量检波器埋置于浅井中监测。三.微地震监测主要方法浅井监测63 2017年 4月 24日 8时 48分浅井频谱地面频谱井中频谱井中排列( 12级)、 地面排列( 243个)和 浅井排列( 250个)三 种观测方式进行同时监测生产试验,深井频谱可达 200面 80井 100.微地震监测主要方法方法对比信号对比分析64 2017年 4月 24日 8时 48分地面 浅井 井中地面排列信号微地震信号连续性追踪直观可靠;浅井能可靠地记录到微地震信号,不同排列对应的微地震信号规律性强;井中微地震信号频率高,信噪比高可靠性更高。三.微地震监测主要方法方法对比信号对比分析65 2017年 4月 24日 8时 48分采集方式 优点 缺点 适用范围井中监测高信噪比;微地震事件多 ; 高度控制较好。观测点仅限井中,水平定位精度受限;较远事件无法监测到。适合于压裂井附近邻井作监测井 (100~800m);破裂相对集中的较小区域。地面监测接收排列布设快;水平方向定位精度高;震源机制分析相对准确。高度控制差;事件点少,不利于精细分析。多段水平井组大范围规模储层改造。浅井监测 丛式井成本较低;较高的分辨率。单井成本高;高度控制差。多井储层改造;长期微地震监测。三.微地震监测主要方法方法对比优劣对比分析66 2017年 4月 24日 8时 48分结束语微地震监测技术引入油气工业虽然时间短 ,但发展却非常快。该方法在油气田(尤其是非常规油藏区)的开发、规划过程中,具有很大的潜力,是目前最精确、最及时、信息最为丰富的一种监测手段。随着油田开采技术的发展,大部分油田都在用压裂和流体驱动的方法来实现稳产高产,因此,对压裂的具有实时指导作用的微地震监测具有非常可观的市场需求。随着技术的发展,根据探测到的微地震事件的相关属性,对微地震事件所处的岩层进行地球物理属性的分析,然后结合地面地震数据进行联合解释,将大大提高地震数据的解释精度。67 2017年 4月 24日 8时 48分
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