CN104459775A - 基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法。所述方法包括：以微地震监测数据中微地震事件点的时间属性为主，结合页岩气藏原生天然裂缝信息，采用确定性建模方法对水力压裂后页岩气藏的主裂缝进行建模得主裂缝模型；在主裂缝模型的基础上并在水力压裂有效改造的体积范围内，以微地震监测数据中微地震事件点分布的密度属性为主，结合微地震事件点的方位属性、能量大小和开度中的至少一个，确定水力压裂过程中伴生裂缝模拟的空间及几何参数的约束条件，采用随机建模方法对水力压裂后页岩气藏的伴生裂缝进行建模，得到页岩气藏裂缝基础模型。本发明能够细致而有效地刻画页岩气藏复杂裂缝系统，反映实际页岩气藏压后的裂缝特征。

Description

基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法

技术领域

本发明涉及石油天然气地震勘探技术领域，更具体地讲，涉及一种用于评估页岩气藏产能的页岩气藏地质模型的裂缝建模方法。

背景技术

页岩气是从页岩层中开采出的天然气，是一种重要的非常规天然气资源，页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。

随着页岩气地质与开发理论的创新和勘探开发关键技术的进步，页岩气迈进了大发展阶段。中国页岩气资源丰富，发展前景良好，但勘探开发程度很低，而如何建立准确的页岩气藏地质模型是评估页岩气产能的关键。

裂缝是页岩气的主要渗流通道，储层的基质孔隙度和渗透率总体上非常低，孔隙度最高仅为4％～5％，渗透率小于1mD，比致密砂岩储层的渗透率低2～3个数量级。由于页岩气储层呈低渗物性特征，完井后一般无天然产能，需要进行储层改造才能获得工业价值的天然气流。页岩气储层经过水力压裂产生的人工裂缝是页岩气产出的主要通道。水力压裂所产生的裂缝和页岩气藏原生天然裂缝一起，组成了复杂的裂缝网络系统，该裂缝系统直接关系到气井产能及最终采收率。如何实现页岩气藏裂缝系统准确模拟是提高页岩气藏描述精度的关键。然而，在现有技术中，页岩气藏裂缝网络系统的建模过程中通常只考虑了天然裂缝，不能有效描述页岩气藏裂缝系统垂向发育非均质性及渗流特征，使得最终模拟结果的可信度不高，失去了对实际生产的指导意义。故需开发一种能够反映压后页岩气藏裂缝特征的建模方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够反映水力压裂后页岩气藏复杂裂缝系统的建模方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法。所述方法包括依次进行的以下步骤：采集页岩气藏所在区域的水力压裂微地震监测数据；以微地震监测数据中微地震事件点的时间属性为主，结合页岩气藏的原生天然裂缝信息，分析水力压裂过程中主裂缝发生的位置、发展的方向和形态特征以及主裂缝与天然裂缝之间的关系，确定主裂缝模拟的几何参数约束条件，并采用确定性建模方法对水力压裂后页岩气藏的主裂缝进行建模，得到水力压裂后页岩气藏的主裂缝模型；在所述水力压裂后页岩气藏的主裂缝模型的基础上并在水力压裂有效改造的体积范围内，以微地震监测数据中微地震事件点分布的密度属性为主，结合微地震事件点的方位属性、能量大小和开度中的至少一个，确定水力压裂过程中伴生裂缝模拟的空间及几何参数的约束条件，并采用随机建模方法对水力压裂后页岩气藏的伴生裂缝进行建模，得到页岩气藏裂缝基础模型。

根据本发明基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法的一个实施例，所述方法采用离散裂缝网络模型进行建模。

根据本发明基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法的一个实施例，通过分析区域地应力、岩心资料、压裂目的层岩石力学性质、成像测井资料和地面地震属性中的至少一个获得所述页岩气藏的原生天然裂缝信息。

根据本发明基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法的一个实施例，通过分析水力压裂过程中的排量、液量和砂浓度与微地震事件发生和发展的关系，确定所述水力压裂有效改造的体积范围。

根据本发明基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法的一个实施例，所述方法还可以包括利用页岩气井生产动态资料对所述页岩气藏裂缝基础模型进行动态等效校准得到页岩气藏等效裂缝模型的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明利用微地震监测数据，并综合考虑天然裂缝、地质力学属性和水力压裂施工数据等资料进行页岩气藏裂缝建模，能更细致而有效地刻画页岩气藏压后复杂裂缝系统。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是X平台微地震监测成果俯视图。

图2是利用地面地震属性分析得到的天然裂缝预测平面图。

图3示出了根据本发明示例性实施例的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法建立的水力压裂后X平台的主缝模型。

图4示出了根据本发明示例性实施例的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法建立的水力压裂后X平台裂缝基础模型。

图5示出了水力压裂后X平台的渗流特征预测图。

附图标记说明：

X-1、第1水平井，X-2、第2水平井以及X-3、第3支水平井。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法。

由于页岩气藏的特殊性，页岩压裂不是形成单一对称裂缝，而裂缝在平面和纵向上呈复杂网状扩展，因此页岩气藏裂缝建模思路和技术与常规油气藏有很大的不同。

页岩气藏裂缝系统由天然裂缝和水力压裂裂缝组成，裂缝网络存在着很强的非均质性和不连续性，常用的连续介质模型不能有效地描述其复杂性。本发明提供一种基于微地震监测数据，综合考虑天然裂缝、地质力学属性和水力压裂施工数据等资料的页岩气藏裂缝建模方法，以更好地反映实际页岩气藏裂缝特征。

微地震监测数据(或称为微地震数据、微地震压裂监测数据)是水力压裂过程中微地震监测技术得到的数据，微地震监测技术是通过在邻井中(或地面、浅井)布设检波器来监测压裂井在水力压裂过程中诱发的微地震波来描述压裂过程裂缝生长的几何形状和空间展布，它能实时提供压裂施工过程中产生裂隙的延伸方向、裂缝长度、裂缝宽度和裂缝高度等信息，也就是说，微地震监测数据直接反映水力压裂时地下裂缝的发生和发展特征。相对于常规地震勘探而言，微地震激发震源不是人工激发，而是水力压裂过程中诱生的地震波，并且这种地震是很微弱的，故多称为“微震”。微地震裂缝监测通过采集微震信号并对其进行处理和解释，获得裂缝的参数信息从而实现压裂过程实时监测，可用来指导压裂过程和压裂后分析，以准确地判断压裂裂缝。

本发明的主要技术构思是采用分步建模方法，逐步逼近地下页岩气藏裂缝系统，具体地，首先将微地震压裂监测数据随时间分布特征与区域应力、地质力学属性、测井裂缝解释数据、地面地震属性相结合建立主裂缝模型；然后根据微地震密度属性、压裂施工记录数据进行综合模拟得到水力压裂伴生裂缝模型；其次，利用生产动态资料对裂缝模型进行拟合和校正；最后，输出裂缝模型。

离散裂缝网络模型(DFN)建模技术是一种以离散化模型为核心，面向对象的地质统计建模方法。该技术以裂缝密度建模为基础，用地质统计的方法随机生成一系列反映裂缝特征的裂缝片，每个裂缝片被赋予位置、方向、形态、厚度、曲率及依附于它的基质块等一系列属性，在裂缝片的空间分布方式上以随机分布定位，同时也满足特定的地质统计特征。由成千上万个这样的裂缝片组成的裂缝系统对裂缝的方位、几何形态、分布进行三维定量化描述，基于微地震监测数据运用离散裂缝网络模型建模技术建立的裂缝网络模型能较好地反映了裂缝垂向发育非均质性及渗流特征。

采用本发明示例性实施例的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法采用离散裂缝网络模型对水力压裂后的页岩气藏进行建模，包括以下步骤：

步骤一：建立水力压裂后页岩气藏的主裂缝模型。

主裂缝(又称主缝)主要是指压裂缝主要延伸方向的缝。它们的位置和形态基本上都是确定的，不需要随机生成。因而，本步骤包括：以微地震压裂监测数据中微地震事件点(水力压裂时，岩层可能的破裂点)的时间属性为主，结合区域地应力、岩心资料、压裂目的层岩石力学性质、成像测井资料、地面地震属性等方面数据揭示的页岩气藏的天然裂缝信息，分析水力压裂过程主裂缝发生的位置和发展的方向和形态特征(例如主裂缝的长、宽和高信息)以及主裂缝与天然裂缝之间的关系，确定主裂缝模拟的几何参数约束条件(例如，主裂缝的长、宽和高参数的约束条件)，并采用确定性建模方法对水力压裂后页岩气藏的主裂缝进行建模，得到水力压裂后页岩气藏的主裂缝模型。

随着水力压裂的进行，压裂主缝沿着垂直最小主应力方向，开启和扩展天然裂缝，因此，微地震事件的位置、方向、形态特征、主裂缝与天然裂缝密切相关。

微地震事件的时间属性，即微地震事件发生的先后顺序，一个微地震事件可能指示一岩层破裂，因此，分析微地震事件发生的时间属性，能判断得到压裂主缝的起裂与延伸方向。

步骤二：在页岩气藏的主裂缝模型基础上，对水力压裂后页岩气藏的伴生裂缝进行建模，得到页岩气藏裂缝基础模型。

伴生裂缝主要是指中等裂缝和小裂缝，这些裂缝形成了页岩气藏裂缝网络的主体部分，通常不可能具有每个裂缝片的详细信息，但可以获得关于它们的分布密度、方位密度、大小和开度等许多方面的统计信息和先验认识，利用这些信息，通过随机建模方法随机生成由成千上万个这样的裂缝片主成的裂缝系统，使之满足先验信息，刻画水力压裂裂缝网络。

根据本发明，分析水力压裂过程中的排量、液量和砂浓度信息与微地震事件发生和发展的关系，确定水力压裂有效改造的改造体积(或者说改造范围)，并在水力压裂有效改造的体积范围内，以微地震监测数据中微地震事件点分布的密度属性为主，结合微地震事件点的方位属性、能量大小和开度中的至少一个，确定水力压裂过程中伴生裂缝模拟的空间及几何参数的约束条件，采用随机建模方法对水力压裂后页岩气藏的伴生裂缝进行建模，得到页岩气藏裂缝基础模型。

其中，排量的一般定义就是每分钟从压裂泵中排出并注入井筒中的液体体积。液量：油层水力压裂的过程是在地面采用高压大排量的泵，利用液体传压的原理，将具有一定粘度的液体以大于油层的吸收能力的压力向油层注入，并使井筒内压力逐渐升高，从而在井底形成高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石的抗张强度时，便在井底附近地层产生裂缝，液量指泵入的液体总量。砂浓度：是指砂子总量与携砂液的比值。

微地震事件能量大小反映岩层破裂时震源强度，微地震事件开度反映岩层破裂时裂缝开启程度，方位属性包括伴生裂缝的倾角和方位角。微地震事件密度指单位体积内微地震事件的数量，反映目标区伴生缝的发生和发育多少，在伴生裂缝模型建立中用来构建每个裂缝单元的密度曲线。密度曲线作为伴生裂缝模拟时单位体积内裂缝条数的模拟条件。

步骤三：对步骤二得到的页岩气藏裂缝基础模型进行动态等效校准，得到页岩气藏等效裂缝模型。

利用页岩气井生产动态资料对页岩气藏裂缝基础模型进行拟合和校正，使得建立的裂缝模型模拟数据与生产动态资料更加吻合，以获得更加接近于实际页岩气藏的等效裂缝网络模型，更好地描述了裂缝几何形态和空间渗流特征，可用于后期页岩气藏产能预测。

根据本发明的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法：首先，利用微地震事件发生、发展特征结合原生天然裂缝信息，采用利用离散裂缝网络确定性建模方法模拟水力压裂主缝。然后，根据微地震监测数据揭示的页岩储层压裂裂缝缝网特征，采用离散裂缝网络随机建模方法模拟水力压裂伴生缝，得到页岩气藏裂缝基础模型。最后，利用用页岩气井生产动态资料，对页岩气藏裂缝基础模型进行校正，获得页岩气藏等效裂缝模型，为后期油气藏描述奠定基础。

为进一步验证本申请的实际应用效果，申请人在位于四川盆地页岩气区块的X平台上运用本发明示例性实施例的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法对页岩气藏复杂裂缝网络系统模拟，分析裂缝几何展布和渗流特征，建立较符合地下真实情况的地质模型，预测页岩气井产能情况。其中，X平台共三支水平井。

图1是X平台微地震监测成果附视图，图中“点”代表微地震事件，点的颜色的深浅代表事件发生的先后顺序，颜色深表示微地震事件后发生。从图1可见压裂时微地震事件主要沿北偏西近45度发生和发展。

主要工作步骤如下：

(1)利用地面地震属性等方面数据分析天然裂缝分布特征，图2是利用地面地震属性分析得到的天然裂缝预测平面图，从图2可以看出，目的层天然裂缝较发育，在X平台第1水平井(X-1)、第2水平井(X-2)及第3支水平井(X-3)段可见一明显裂缝响应异常条带，参见图2上部的椭圆框所圈出的部分，裂缝方位北偏西约60度。

(2)利用微地震事时间属性特征，分析水力压裂主裂缝起裂和延伸，以及主裂缝与天然裂缝之间的关系，确定主裂缝模拟的长、宽和高参数约束条件，采用确定性建模方法对水力压裂后页岩气藏的主裂缝进行建模，图3是根据本发明示例性实施例的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法建立的水力压裂后X平台的主缝模型，从图3可见，X平台压裂主缝主要近东西向，与微地震事件发展和天然裂缝方位较一致。

(3)分析水力压裂过程中的排量、液量和砂浓度信息与微地震事件发生和发展的关系，保留有效微地震事件，确定水力压裂有效改造体积(或者说范围)；在水力压裂有效改造的体积范围内，以微地震事件点分布的密度属性构建每个裂缝单元的密度曲线，作为伴生裂缝模拟时单位体积内裂缝条数的模拟条件；以微地震事件反映的伴生裂缝开度、倾角和方位角属性等信息，确定伴生裂缝模拟的空间及几何参数的约束条件，采用随机建模方法对水力压裂后页岩气藏的伴生裂缝进行建模，得到页岩气藏裂缝基础模型，图4示出了根据本发明示例性实施例的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法建立的水力压裂后X平台裂缝基础模型，如图4所示，图中黑色为微地震事件点，深灰色立面代表主缝网、浅灰色立面代表伴生裂缝，从图4可以看出，页岩气藏裂缝网络复杂，建模结果较准确地描述压裂井区裂缝在地下的发育规模及连通情况。

(4)利用生产数据对页岩气藏裂缝基础模型进行动态等效校准，得到页岩气藏等效裂缝模型，描述裂缝空间渗流特征，进行页岩气藏产能评估。图5示出了水力压裂后X平台的渗流特征预测图。通过基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝模型分析压裂井区的渗流特征，发现第2支水平井渗透性明显高于第1支水平井和第3支水平井(参见图5，图5中颜色越深代表渗透性越好)，与生产动态测试资料相符。

综上所述，根据本发明的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法，创新性在建模过程中加入了微地震监测数据，并综合测井解释资料、压裂施工记录数据等实现了对页岩气藏天然裂缝和压裂裂缝组成的复杂网络系统的细致建模。根据本发明的建模方法，获得的页岩气藏裂缝模型能更好地描述裂缝几何形态和空间渗流特征，提高了建模精度。并且，本发明的方法适用于低渗透性油气藏压裂后裂缝建模和产能预测，应用前景广阔。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (5)

1.一种基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法，其特征在于，所述方法包括依次进行的以下步骤：

采集页岩气藏所在区域的水力压裂微地震监测数据；

以微地震监测数据中微地震事件点的时间属性为主，结合页岩气藏的原生天然裂缝信息，分析水力压裂过程中主裂缝发生的位置、发展的方向和形态特征以及主裂缝与天然裂缝之间的关系，确定主裂缝模拟的几何参数约束条件，并采用确定性建模方法对水力压裂后页岩气藏的主裂缝进行建模，得到水力压裂后页岩气藏的主裂缝模型；

在所述水力压裂后页岩气藏的主裂缝模型的基础上并在水力压裂有效改造的体积范围内，以微地震监测数据中微地震事件点分布的密度属性为主，结合微地震事件点的方位属性、能量大小和开度中的至少一个，确定水力压裂过程中伴生裂缝模拟的空间及几何参数的约束条件，并采用随机建模方法对水力压裂后页岩气藏的伴生裂缝进行建模，得到页岩气藏裂缝基础模型。

2.根据权利要求1所述的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法，其特征在于，所述方法采用离散裂缝网络模型进行建模。

3.根据权利要求1所述的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法，其特征在于，通过分析区域地应力、岩心资料、压裂目的层岩石力学性质、成像测井资料和地面地震属性中的至少一个获得所述页岩气藏的原生天然裂缝信息。

4.根据权利要求1所述的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法，其特征在于，通过分析水力压裂过程中的排量、液量和砂浓度与微地震事件发生和发展的关系，确定所述水力压裂有效改造的体积范围。

5.根据权利要求1所述的基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法，其特征在于，所述方法还包括利用页岩气井生产动态资料对所述页岩气藏裂缝基础模型进行动态等效校准得到页岩气藏等效裂缝模型的步骤。