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1、微地震监测技术,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,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,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,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
2、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；H.R.Hardy成功地运用声发射技术进行了地下水压裂缝的定位研究，井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,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.微地震监测技术是一门新的地球物理技术，它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
3、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,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,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
4、波器记录上，每个分量上P波和S波成对出现并且三个分量上的P波波至时间和S波波至时间分别相同。,微地震的特性,一概述,大多数微地震事件频率范围介于 2001500Hz之间持续时间小于1s，通常能量介于里氏-3到+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,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,二微地震监
5、测的应用,2013年1月和3月，SEG和EAGE分别召开了微地震监测Workshop，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（Microseismic Comes of Age）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,1、裂缝尺度描述,二微地震监测的应用,位置,某压裂微地震事件俯视图和东西向剖面图,通过现场处理微地震监测的数据可以实时获得裂缝位置，结合地质剖面图，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。,压裂井,二微地震监测的应用,观测井,位置
6、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）,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。,oilpressure,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）,3口井按照ABC的顺序依次进行压裂；对压裂A井的监测成果进行分析；根据A井的压裂监测结果及其分析指导B和C井的压裂段间隔设计；针对B井和C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
7、置和相对时间,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,4、应力场分析,二微地震监测的应用,位置、数量和相对时间,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,震级-1,震级0级以上为主,倾角8,断层的派图
8、F主断层；S1,S2剪节理；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,二微地震监测的应用,5、识别断层和天然裂缝,位置、数量和强度,裂缝网络顶垂深：1500m,裂缝网络底垂深：1560m,地质体顶垂深：1520m,地质体底垂深：1585m,二微地震监测的应用,5、识别断层和天然裂缝,位置、数量和强度,泥岩的高 GR 属性，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,泥岩的高 GR 属性，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,6、压裂时储层的响应,二微地震监测的应用,发生
9、时间,先,后,大小代表能量的差异。,位置、数量和相对时间,页岩,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,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,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,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,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
10、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,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,地面监测,浅井长期埋置,井中监测,1-C or 3-C 检波器816 线,8001000道准备时间:510 天,1230 级 3-C 检波器监测距离:100800m准备时间:2-3 天,100600 3-C 检波器适合于多井多段准备时间:24 周,三微地震监测主要方法,微地震的监测方式,GeoEast-VSP,三微地震监测主要方法,配套软
11、件,配套软件,观测系统设计观测方法的可行性分析现场实时处理室内精细化处理数据分析和解释延时压裂监测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：,GEO East-VSP,观测井,水力压裂监测,压裂井,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,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,MI 1 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
12、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,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,SRV计算,综合研究,三微地震监测主要方法,项目运作流程,资料搜集,井中监测,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
13、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,震级和监测距离分析方法,根据以往同一区域的微地震监测项目绘制微地震事件震级和
14、监测距离的关系、能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,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300m之内的所有注水井需要在裂缝监测前10小时关停，而在观测井周围600m之内的所有生产井需要在裂缝监测前2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：安装的接收系统必须和套管接触在
15、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。井筒应该灌以清洁的液体，降至300米以下。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。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。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,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
16、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,3C检波器定位,井中监测,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,三微地震监测主要方法,微地震事件识别,井中监测,根据P、S波的初至和峰值提供精确的相位到时识别；基于波形的频谱信息，利用谱自动识别算法实现相位到时的识别。,三微地震监测主要方法,初至拾取,井中监
17、测,纵横波时差定位法：,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 Qk(xqk,yqk,zqk)为 第k个裂缝位置（未知），Pi(xpi,ypi,zpi)为第i个观测点空间坐标（已知）.根据下面的方程求解：,三微地震监测主要方法,微地震事件定位原理,井中监测,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,三微地震监测主要方法,微地震事件实时定位,井中监测,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6-8m/min，液量1700方。,新疆昌吉致密油，平均每段排量10m/min，液量1000方。,最远监测
18、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,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,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,BGP已经完成了有8 个地面监测项目,三微地震监测主要方
19、法,采集设备,地面监测,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,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,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。,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,利用测井数据和地层资料建立初始VTI速度模型，并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
20、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,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、VSP资料建立。,速度模型建立,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,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P波走时所引起的时差。,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
21、地震监测主要方法,数据处理-静校正,地面监测,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,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,整体事件侧视图（垂直井轨迹方向）
22、,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,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,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，
23、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,Geophone space 400m,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10-20m的浅井，将三分量检波器埋置于浅井中监测。,水平井井轨迹,三微地震监测主要方法,浅井监测,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200Hz，地面80Hz，浅井100Hz。,三微地震监测主要方法,方法对比,信号对比分析,地面,浅井,井中,地面排列信号微地震信号连续性追踪直观
24、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,三微地震监测主要方法,方法对比,优劣对比分析,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。,Thanks！,
