CN106054239A - 一种微地震压裂监测观测方法 - Google Patents

Abstract

提供一种微地震压裂监测观测方法，包括：(A)获取工区现有的地震资料，建立地质模型；(B)基于所述工区现有的地震资料和所述地质模型，确定深井微地震观测系统的检波器沉放于监测井中的位置和级数；(C)根据深井微地震观测系统的检波器的沉放位置确定利用地面微地震观测系统进行观测的目的层所涉及的目的井段；(D)针对所述目的井段，确定地面微地震观测系统的检波器的位置。根据所述方法，能够提高监测成果的精度，为确定实时刻画压裂人工裂缝形态和评价储层体积改造效果奠定了基础。

Description

一种微地震压裂监测观测方法

技术领域

本发明总体来说涉及地球物理信号采集领域。更具体地讲，涉及一种微地震压裂监测观测方法。

背景技术

我国致密砂岩油气藏和页岩气藏资源丰富，常规的对致密砂岩油气藏和页岩气藏的开采主要采用水平井分段水力压裂技术，其中，微地震监测技术是目前储层水力压裂过程中最准确、最及时、信息最丰富的监测手段。其中，根据检波器的布设位置微地震监测技术分为深井微地震监测、浅井微地震监测和地面微地震监测。

具体说来，深井微地震监测需要将检波器串安装在压裂井附近的一口监测井中，监测井距离对检测效果影响较大，由于勘探开发初期监测井较少，所以应用受限。浅井微地震监测需要在压裂井周钻3-5口浅井，施工成本较高且前期准备时间长。地面微地震监测是通过在地面布设检波器接收压裂过程中岩石破裂释放的微地震信号，确定油气井水力压裂裂缝形态的一种方法，在国内外油气田的生产实践中得到越来越多的应用。微地震检测结果可以确定裂缝分布几何形态和空间特征，用于评价储层压裂改造结果。

通常，水力压裂微地震与天然地震的记录相比，震级小，通常在一级以下，并且信噪比较低，如果使用深井微地震监测，由于勘探开发初期监测井少且监测井距压裂位置距离较远，因此，较难获得比较好的微地震信号，特别是在水平井段距离深井监测的距离大于1500米时，更难以采集到有效微地震信号。

发明内容

本发明示例性实施例的目的在于提供一种微地震压裂监测观测方法，以克服现有技术中地震资料中的监测成果精度低的问题。

根据本发明示例性实施例的一方面，提供一种微地震压裂监测观测方法，包括：(A)获取工区现有的地震资料，建立地质模型；(B)基于所述工区现有的地震资料和所述地质模型，确定深井微地震观测系统的检波器沉放于监测井中的位置和级数；(C)根据深井微地震观测系统的检波器的沉放位置确定利用地面微地震观测系统进行观测的目的层所涉及的目的井段；(D)针对所述目的井段，确定地面微地震观测系统的检波器的位置。

可选地，步骤(B)可包括：(B1)基于所述工区现有的地震资料，获取满足监测井中固井质量满足第一阈值且井斜小于30度条件的井段；(B2)针对满足条件的各个井段，确定所述各个井段中与目的层距离最小的井段，并将所述各个井段中与目的层距离最小的井段作为深井微地震观测系统的检波器的沉放位置；(B3)利用所述地质模型采用射线追踪法进行纵波、横波初至波场正演，基于不同检波器级数的定位误差，确定深井微地震观测系统的检波器的沉放级数。

可选地，步骤(C)可包括：确定目的层所涉及的井段中与深井微地震观测系统的检波器的沉放位置之间的距离大于第二阈值的井段，并将所述距离大于第二阈值的井段作为目的井段。

可选地，步骤(D)可包括：(D1)针对所述目的井段、根据所述地质模型，目的层深度和压裂施工规模，进行压裂模拟，获得储层压裂裂缝波及的横向范围；(D2)根据储层压裂裂缝波及的横向范围、目的层深度和微地震信号波长确定地面微地震观测系统的检波器的布设范围；(D3)根据微地震信号波长确定地面微地震观测系统的道间距；(D4)根据井口坐标、检波器的布设范围和道间距确定地面微地震观测系统的各检波器的布设坐标。

可选地，步骤(D1)可包括：针对所述目的井段，根据所述地质模型、目的层深度和压裂施工规模，进行压裂模拟以获得液体裂缝的长度，将以井口为圆心、液体裂缝的长度的一半为半径的圆包括的区域确定为储层压裂裂缝波及的横向范围。

可选地，步骤(D2)可包括，根据目的层深度和微地震信号波长确定成像孔径，在所述储层压裂裂缝波及的横向范围的边界上均匀地取多个点，以所述多个点中的每个点为圆心，以成像孔径为半径画圆，将所有画的圆的并集所在的区域确定为地面微地震观测系统的检波器的布设范围。

可选地，成像孔径的大小满足使微地震的最低频信号从目的层上的震源到离所述震源最近的检波器和离所述震源最远的检波器的行程的差至少达到半个微地震信号波长。

可选地，在步骤(D2)中，可根据以下公式来确定成像孔径：

其中，p表示成像孔径，d表示目的层深度，λ_max表示微地震信号最长波长。

可选地，所述道间距的大小满足使微地震的最高频信号从目的层上的震源到任意两个相邻检波器行程的差都不大于半个微地震信号波长。

可选地，所述道间距的大小为微地震信号最短波长的一半。

可选地，在步骤(D4)中，可根据以下公式确定任意一个检波器的布设坐标：

$x_{ij}=g\×j\×cos\left(\right(90-\frac{360\×i}{m})\×\frac{\mathrm{\π}}{180})+x,$

$y_{ij}=g\×j\×\sin \left(\right(90-\frac{360\×i}{m})\×\frac{\mathrm{\π}}{180})+y,$

其中，x_ij表示第i线上第j个检波器的x轴坐标，y_ij表示第i线上第j个检波器的y轴坐标，i∈[1,m]，j∈[1,n_i]，m表示检波器的总线数，n_i表示第i条线上的检波器的数量，g表示道间距，x表示井口的x轴坐标，y表示井口的y轴坐标。

在根据本发明示例性实施例的微地震压裂监测观测方法中，能够提高监测成果的精度，为确定实时刻画压裂人工裂缝形态和评价储层体积改造效果奠定了基础。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本发明示例性实施例的微地震压裂监测观测方法的流程图；

图2示出根据本发明示例性实施例的确定深井微地震观测系统的检波器的沉放位置和级数的步骤的流程图；

图3示出根据本发明示例性实施例的确定目标井段的示例；

图4示出根据本发明示例性实施例的确定地面微地震观测系统的检波器的位置的步骤的流程图；

图5示出根据本发明示例性实施例的压裂模拟产生的储层压裂裂缝波及的范围的示意图；

图6示出根据本发明示例性实施例的检波器的布设范围的示意图。

具体实施方式

现将详细参照本发明的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

图1示出根据本发明示例性实施例的微地震压裂监测观测方法的流程图。这里，作为示例，所述方法可由用于微地震压裂监测观测的设备来实现，也可完全通过计算机程序来实现。

如图1所示，在步骤S100，获取工区现有的地震资料，建立地质模型。这里，工区现有的资料可包括以下至少一种：包括钻井资料、测井资料、地质资料等。本领域技术人员可以理解，可通过工区现有的资料来搭建地层格架及获得地层速度、密度、岩石弹性参数等信息，从而建立地质模型。

在步骤S200，基于所述工区现有的地震资料和所述地质模型，确定深井微地震观测系统的检波器沉放于监测井中的位置和级数。

以下将结合图2来描述根据本发明示例性实施例的确定深井微地震观测系统的检波器的沉放位置和级数的步骤。

如图2所示，在步骤S210，基于所述工区现有的地震资料，获取满足监测井中固井质量满足第一阈值且井斜小于30度的条件的井段。这里，所述监测井的固井质量和监测井的井段的井斜角度可通过工区现有的地震资料获得，所述监测井中固井质量满足第一阈值的井段是指监测井中固井质量满足为优/良级别质量的井段。

在获取到监测井中固井质量为优/良且井斜小于30度的条件的井段后，在步骤S220，针对满足条件的各个井段，确定所述各个井段中与目的层距离最小的井段，并将所述各个井段中与目的层距离最小的井段作为深井微地震观测系统的检波器的沉放位置。这里，可将检波器沉放于与目的层距离最小的井段中最接近目的层的位置。

在步骤S230，可利用所述地质模型采用射线追踪法进行纵波、横波初至波场正演，基于不同检波器级数的定位误差，确定深井微地震观测系统的检波器的沉放级数。这里，所述检波器的沉放级数指示检波器沉放于监测井中的个数。

具体说来，可利用所述地质模型采用射线追踪法进行纵波、横波初至波场正演，从而获取不同检波器级数的正演定位误差统计表(如表1所示)。并基于所述统计表来确定深井微地震观测系统的检波器的沉放级数。

表1不同检波器级数的正演定位误差统计表

表1示出不同检波器级数的正演定位误差统计表，可以看出，当检波器数(即，检波器的级数)为12、14、16、18、20和22时，定位误差相同，因此，可选择定位误差相同时最小检波器数作为深井微地震观测系统的检波器的沉放级数)，例如，可选择检波器级数为12。

再次参照图1，在步骤S300，根据深井微地震观测系统的检波器的沉放位置确定利用地面微地震观测系统进行观测的目的层所涉及的目的井段。

这里，作为示例，可确定目的层所涉及的井段中与深井微地震观测系统的检波器的沉放位置之间的距离大于第二阈值的井段，并将所述距离大于第二阈值的井段作为目的井段。这里，所述第二阈值为1500米，即，可将所述距离大于1500米的井段作为目的井段。

图3示出根据本发明示例性实施例的确定目标井段的示例。

如图3所示，在步骤S220确定的深井微地震观测系统的检波器的沉放位置为A点，B点为目的层所涉及的一个水平井中距离A点1500米的点，C点为该条水平井的井底，BC之间的井段即为目的井段，同理可获得目的层所涉及的其他水平井中的目的井段。

再次返回参照图1，在步骤S400，针对所述目的井段，确定地面微地震观测系统的检波器的位置。

以下将结合图4来描述根据本发明示例性实施例的确定地面微地震观测系统的检波器的位置的步骤。

如图4所示，在步骤S410，针对所述目的井段，根据所述地质模型，目的层深度和压裂施工规模，进行压裂模拟，获得储层压裂裂缝波及的横向范围。这里，所述压裂施工规模为预先设定好的数据，例如，可包括泵注程序、排量、砂浓度、液体体积、砂体积等数据。所述储层压裂裂缝波及的范围一般为椭球体，所述储层压裂裂缝波及的横向范围为所述椭球体与所述目的层相交的面。这里，可以在压裂模拟软件中，输入所述地质模型、目的层深度和压裂施工规模等相关的参数来进行压裂模拟。

作为示例，针对所述目的井段，可进行压裂模拟以获得液体裂缝的长度，将以井口为圆心、液体裂缝的长度的一半为半径的圆包括的区域确定为储层压裂裂缝波及的横向范围。所述井口是指垂直井的井口。在压裂模拟软件中输入所述地质模型、目的层深度和压裂施工规模(例如液体体积为1500方，砂体积为70方等)等相关的参数进行压裂模拟后将得到如图5所示根据本发明示例性实施例的压裂模拟产生的储层压裂裂缝波及的范围2，所述液体裂缝的长度L为380米，储层压裂裂缝波及的横向范围为以垂直井1在目的层段3的井口位置4为圆心、液体裂缝的长度L的一半为半径的圆包括的区域。

在步骤S420，根据储层压裂裂缝波及的横向范围、目的层深度和微地震信号波长确定地面微地震观测系统的检波器的布设范围。根据储层压裂裂缝波及的横向范围、目的层深度和微地震信号波长确定检波器的布设范围。这里，检波器的布设范围是指在目的层的水平井段上布设检波器的地理范围。可通过各种合适的方式来根据储层压裂裂缝波及的横向范围、目的层深度和微地震信号波长确定检波器的布设范围。例如，可如图6所示的根据本发明示例性实施例的检波器的布设范围，可先根据目的层深度和微地震信号波长确定成像孔径r，在所述储层压裂裂缝波及的横向范围的边界上均匀地取四个点5，以所述四个点5中的每个点5为圆心，以成像孔径为半径r画四个圆，将所述四个圆的并集所在的区域确定为检波器的布设范围。本领域技术人员可以理解，在横向范围的边界上取的点的数量不限于四个，还可以是其他数量。

这里，所述成像孔径的大小满足使微地震的最低频信号从目的层上的震源到离所述震源最近的检波器和离所述震源最远的检波器的行程的差至少达到半个微地震信号波长。可通过以下公式(1)来确定所述成像孔径。

$p=\sqrt{{(d+{\mathrm{\λ}}_{max}/2)}^2-d^2}---\left(1\right)$

其中，p表示成像孔径，d表示目的层深度，λ_max表示微地震信号最长波长。本领域技术人员可以理解，根据本发明示例性实施例的成像孔径的计算方式不限于公式(1)的方式，还可以通过其他合适的方式来确定成像孔径。

再次返回参照图4，在步骤S430，根据微地震信号波长确定地面微地震观测系统的道间距。这里，所述道间距是指同一线上的相邻检波器之间的距离。所述道间距的大小需满足使微地震的最高频信号从目的层上的震源到任意两个相邻检波器行程的差都不大于半个微地震信号波长。为了简化计算，可将所述道间距的大小确定为微地震信号最短波长的一半。

本领域技术人员可以理解，步骤S420与步骤S430的步骤标号不用于限制执行顺序，这两个步骤中的任意一个步骤可以先执行。

在步骤S440，根据井口坐标、检波器的布设范围和道间距确定地面微地震观测系统的各检波器的布设坐标。

可选地，在步骤S440中，可根据公式(2)和(3)来确定任意一个检波器的布设坐标：

$x_{ij}=g\×j\×cos\left(\right(90-\frac{360\×i}{m})\×\frac{\mathrm{\π}}{180})+x---\left(2\right)$

$y_{ij}=g\×j\×\sin \left(\right(90-\frac{360\×i}{m})\×\frac{\mathrm{\π}}{180})+y---\left(3\right)$

其中，x_ij表示第i线上第j个检波器的x轴坐标，y_ij表示第i线上第j个检波器的y轴坐标，i∈[1,m]，j∈[1,n_i]，m表示检波器的总线数，n_i表示第i条线上的检波器的数量，g表示道间距，x表示井口的x轴坐标，y表示井口的y轴坐标。这里，检波器的总线数m是预先设置的数据。第i条线上的检波器的数量n_i为第i条线的检波器的排列长度除以道间距得到的商，所述第i条线的检波器的排列长度可根据所述第i条线的方位角与所述检波器的布设范围来确定。

本领域技术人员可以理解，根据本发明示例性实施例的检波器的布设坐标的计算方式不限于公式(2)和(3)的方式，还可以通过其他合适的方式来确定。

在确定完每条线上的检波器的布设坐标后，可以输出地面微地震观测系统中检波器相关的参数，如检波器排列长度、道间距、检波器总数、检波器的布设坐标等。

综上所述，在根据本发明示例性实施例的微地震压裂监测观测方法中，可联合利用深井和地面微地震压裂监测技术优势，解决了单一使用深井微地震监测对水平井远端监测效果差，或单一使用地面微地震监测成本高的问题，并且有效提高了监测结果的精度，为确定实时刻画压裂人工裂缝形态和评价储层体积改造效果奠定了基础。。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (11)

1.一种微地震压裂监测观测方法，包括：

(A)获取工区现有的地震资料，建立地质模型；

(B)基于所述工区现有的地震资料和所述地质模型，确定深井微地震观测系统的检波器沉放于监测井中的位置和级数；

(C)根据深井微地震观测系统的检波器的沉放位置确定利用地面微地震观测系统进行观测的目的层所涉及的目的井段；

(D)针对所述目的井段，确定地面微地震观测系统的检波器的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(B)包括：

(B1)基于所述工区现有的地震资料，获取满足监测井中固井质量满足第一阈值且井斜小于30度条件的井段；

(B2)针对满足条件的各个井段，确定所述各个井段中与目的层距离最小的井段，并将所述各个井段中与目的层距离最小的井段作为深井微地震观测系统的检波器的沉放位置；

(B3)利用所述地质模型采用射线追踪法进行纵波、横波初至波场正演，基于不同检波器级数的定位误差，确定深井微地震观测系统的检波器的沉放级数。

3.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(C)包括：确定目的层所涉及的井段中与深井微地震观测系统的检波器的沉放位置之间的距离大于第二阈值的井段，并将所述距离大于第二阈值的井段作为目的井段。

4.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(D)包括：

(D1)针对所述目的井段，根据所述地质模型、目的层深度和压裂施工规模，进行压裂模拟，获得储层压裂裂缝波及的横向范围；

(D2)根据储层压裂裂缝波及的横向范围、目的层深度和微地震信号波长确定地面微地震观测系统的检波器的布设范围；

(D3)根据微地震信号波长确定地面微地震观测系统的道间距；

(D4)根据井口坐标、检波器的布设范围和道间距确定地面微地震观测系统的各检波器的布设坐标。

5.如权利要求4所述的方法，步骤(D1)包括：针对所述目的井段，根据所述地质模型、目的层深度和压裂施工规模，进行压裂模拟以获得液体裂缝的长度，将以井口为圆心、液体裂缝的长度的一半为半径的圆包括的区域确定为储层压裂裂缝波及的横向范围。

6.如权利要求4所述的方法，其中，步骤(D2)包括，根据目的层深度和微地震信号波长确定成像孔径，在所述储层压裂裂缝波及的横向范围的边界上均匀地取多个点，以所述多个点中的每个点为圆心，以成像孔径为半径画圆，将所有画的圆的并集所在的区域确定为地面微地震观测系统的检波器的布设范围。

7.根据权利要求6所述的确定方法，其中，成像孔径的大小满足使微地震的最低频信号从目的层上的震源到离所述震源最近的检波器和离所述震源最远的检波器的行程的差至少达到半个微地震信号波长。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤(D2)中，根据以下公式来确定成像孔径：

$p=\sqrt{{(d+{\mathrm{\λ}}_{max}/2)}^2-d^2},$

其中，p表示成像孔径，d表示目的层深度，λ_max表示微地震信号最长波长。

9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述道间距的大小满足使微地震的最高频信号从目的层上的震源到任意两个相邻检波器行程的差都不大于半个微地震信号波长。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述道间距的大小为微地震信号最短波长的一半。

11.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤(D4)中，根据以下公式确定任意一个检波器的布设坐标：

$x_{ij}=g\×j\×cos\left(\right(90-\frac{360\×i}{m})\×\frac{\mathrm{\π}}{180})+x,$

$y_{ij}=g\×j\×\sin \left(\right(90-\frac{360\×i}{m})\×\frac{\mathrm{\π}}{180})+y,$

其中，x_ij表示第i线上第j个检波器的x轴坐标，y_ij表示第i线上第j个检波器的y轴坐标，i∈[1,m]，j∈[1,n_i]，m表示检波器的总线数，n_i表示第i条线上的检波器的数量，g表示道间距，x表示井口的x轴坐标，y表示井口的y轴坐标。