CN110927785A - 一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法 - Google Patents

一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法 Download PDF

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张心彬
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刘雪
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Abstract

本发明属于矿区微地震监测技术领域,尤其是一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,包括以下步骤:布置监测设备;监测设备为WTADC‑3三分量微地震监测采集仪,设备布设方式采用以井口为中心,“五星”加“两环”方式,监测台站布置。本发明将高灵敏度地震传感器布放于压裂井四周浅井开展微地震监测;运用微地震的三分量数据,根据微地震走时进行震源空间定位,得到一维时间域和三维空间体能量分布情况,绘制出微地震事件俯视图、侧视图和前视图,得到压裂区域裂缝成像特征,可较为准确地描述裂缝轮廓的长度、宽度及参考性高度,以便评价总体压裂效果,优化完善压裂方案。

Description

一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法
技术领域
本发明涉及矿区微地震监测技术领域,尤其涉及一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法。
背景技术
水力压裂改造是国内外煤层气井增产的主要手段,微地震裂缝监测作为煤层气储层压裂改造的关键配套工艺,为压裂方案优化调整、压裂风险规避、指导后期开采起到至关重要的作用。微地震裂缝监测技术作为最精准、信息量最为丰富而优于常规监测技术,前人从震源破裂特征、压裂效果评估、储层评价、数学模型、裂缝成像方法、水平井分段压力井下监测等方面不断研究完善。目前很多矿区水力压裂裂缝监测方法存在不能准确地描述裂缝轮廓的长度、宽度及参考性高度,总体压裂效果分析不便的缺点。
发明内容
基于以背景技术提出的技术问题,本发明提出了一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法。
本发明提出的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,包括以下步骤:S1:布置监测设备;监测设备为三分量微地震监测采集仪,设备布设方式采用以井口为中心,采用五星布置方式和两环布置方式结合布置监测台站,五星布置方式即将监测设备设置在以井口为中心并沿井口的径向向外辐射的五条线上,两环布置方式即将监测设备设置在以井口为中心的两个圆环上;S2:直井压裂施工;施工时,先对K3煤层进行射孔压裂,填砂分层后再对K1和K2煤层进行射孔压裂,采用套管压裂方式,压裂液为活性水,支撑剂为石英砂,其中,K3煤层位于K2煤层的下方,K2煤层位于K1 煤层的下方;S3:对监测结果分析;微地震信号与地表噪音同时被监测仪收集,经射孔和压裂时微震信号分析甄别,将微地震信号在三维坐标系中投点,从而得到监测数据;对于震级太小的微地震事件,由于近地表的衰减和噪声的影响导致微地震信号的信噪比较低,在地面进行微地震监测时很难从连续记录到的信号中识别出来,但通过对长时间的连续记录波形进行叠加,在微地震发生的区域,弹性波物性值会与其他区域差异明显,据此可以刻划微地震发生的区域,即对裂缝进行成像。
优选地,所述S2步骤中直井压裂的压裂目的层位为K1煤层、K2和 K3煤层,K1煤层埋深681-682.5m,煤厚1.5m,K2煤层埋深692-697m,煤厚5m,K3煤层埋深774-778.00m,煤厚4m。
优选地,所述S2步骤中K3煤层压裂液量710m3,支撑剂65m3;K1 和K2煤层压裂液量795m3,支撑剂65m3
优选地,五星布置方式中,监测设备设置在以井口为中心,并沿井口的径向向外辐射的五条线上,相邻线之间的夹角为72°,每条线上设置六台高灵敏度采集仪。
优选地,五星布置方式中,五条线的内圈至外圈半径依次为120m、170m、 230m、300m、400m和600m。
优选地,两环布置方式即为第一环以井口为中心点,半径120m,每隔 72°布设1台高灵敏度采集仪,与五星布置方式中最内圈形成每36°布置一台监测设备;第二环以井口为中心点,半径170m,每隔72°布设1台,与五星布置方式中的第二圈形成每隔36°布设一台监测设备。
优选地,所述第一环和第二环内均布置5台高灵敏度采集仪。
优选地,所述监测设备的定位方式为高精度GPS准确定位。
本发明中的有益效果为:
本发明以淮北某矿区为研究监测区,将高灵敏度地震传感器布放于压裂井四周浅井开展微地震监测,连续记录因水力压裂引起岩石破裂而产生的微地震波;运用微地震的三分量数据,根据微地震走时进行震源空间定位,得到一维时间域和三维空间体能量分布情况,绘制出微地震事件俯视图、侧视图和前视图,得到压裂区域裂缝成像特征,可较为准确地描述裂缝轮廓的长度、宽度及参考性高度,以便评价总体压裂效果,优化完善压裂方案。
附图说明
图1为本发明提出的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法的微地震监测设备布置图;
图2为本发明提出的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法的K3 煤层微地震事件俯视图;
图3为本发明提出的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法的K3 煤层裂缝叠加成像图;
图4为本发明提出的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法的 K1+K2煤层微地震事件俯视图;
图5为本发明提出的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法的 K1+K2煤层裂缝叠加成像图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
下面参照附图1-5描述根据本发明实施例的矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,包括以下步骤:S1:布置监测设备;如图1所示,监测设备为三分量微地震监测采集仪,设备布设方式采用以井口为中心,采用五星布置方式和两环布置方式结合布置监测台站,五星布置方式即将监测设备设置在以井口为中心并沿井口的径向向外辐射的五条线上,两环布置方式即将监测设备设置在以井口为中心的两个圆环上;S2:直井压裂施工;施工时,先对K3煤层进行射孔压裂,填砂分层后再对K1和K2煤层进行射孔压裂,采用套管压裂方式,压裂液为活性水,支撑剂为石英砂,其中, K3煤层位于K2煤层的下方,K2煤层位于K1煤层的下方;S3:对监测结果分析;微地震信号与地表噪音同时被监测仪收集,经射孔和压裂时微震信号分析甄别,将微地震信号在三维坐标系中投点,从而得到监测数据;对于震级太小的微地震事件,由于近地表的衰减和噪声的影响导致微地震信号的信噪比较低,在地面进行微地震监测时很难从连续记录到的信号中识别出来,但通过对长时间的连续记录波形进行叠加,在微地震发生的区域,弹性波物性值会与其他区域差异明显,据此可以刻划微地震发生的区域,即对裂缝进行成像。
所述S2步骤中直井压裂的压裂目的层位为K1煤层、K2和K3煤层, K1煤层埋深681-682.5m,煤厚1.5m,K2煤层埋深692-697m,煤厚5m, K3煤层埋深774-778.00m,煤厚4m。
其中,所述S2步骤中K3煤层压裂液量710m3,支撑剂65m3;K1和 K2煤层压裂液量795m3,支撑剂65m3
其中,五星布置方式中,监测设备设置在以井口为中心,并沿井口的径向向外辐射的五条线上,相邻线之间的夹角为72°,每条线上设置六台高灵敏度采集仪。
五星布置方式中,五条线的内圈至外圈半径依次为120m、170m、230m、 300m、400m和600m。
其中,两环布置方式即为第一环以井口为中心点,半径120m,每隔72°布设1台高灵敏度采集仪,与五星布置方式中最内圈形成每36°布置一台监测设备;第二环以井口为中心点,半径170m,每隔72°布设1台,与五星布置方式中的第二圈形成每隔36°布设一台监测设备。
本发明中,以宿县矿区研究为例;根据上述监测应用的方法,可得出 K3煤层压裂裂缝监测结果;如图2和图3所示,在ZK1井周围发育3个压裂改造区域,A1、A2和A3;长约150m,宽约20m,高度为30~50m,其延伸方向与该区域主应力方向近似一致;
A2裂缝带方位约120°,长约150m,宽约15m,高度为50~80m,其延伸方向接近平行于A1的反方向,A1与A2应为压裂产生的双翼对称性裂缝,其延伸方向与该区域主应力方向近似平行,裂缝对应的流体渗流能力较好;
A3裂缝带方位约42°,长约160m,宽约10m,高度为50~80m,其延伸方向与该区域主应力方向近似垂直,推测是由于压裂施工中引起井口周缘地层局部超压,渗透力沿流体压力梯度方向叠加于原有应力场,加之煤层非均质性较强,从而产生走向与原有应力场方向夹角较大的裂缝,受地区主应力影响,随时间推移,这些裂缝对应的流体渗流能力会有所限制;
上述裂缝延伸较远,主要是为低角度裂缝,局部存在高角度裂缝沟通。
如图4、图5所示,本发明中,在ZK1井周围也发育3个压裂改造区域,B1、B2和B3;
B1裂缝带方位约25°,长约150m,宽约15m,高度约30m;B2裂缝带方位约60°,长约150m,宽约20m,高度约30m;B3裂缝带方位约325°,长约100m,宽约25m,高度约30m,其延伸方向近似于该区域主应力方向,裂缝带对应的流体渗流能力较好。
压裂改造裂缝呈现褶皱翼部低角度特征,裂缝在井口开始延伸,受射孔孔眼位置控制先在储层内近似水平向远端延伸,距离井口一定位置时受煤层和顶底板岩石物性参数以及周围地应力等因素的影响,裂缝高度发育受到一定影响。
K1+K2煤层压裂裂缝监测过程中监测到一些展布特征较为明显的微地震事件,通过分析其特征,推测为未被压裂施工导通的天然裂缝,如图3 所示,主方位为北东向;因天然裂缝受到水力压裂扰动后导致应力重分布,从而产生了一些微地震事件,这些信号被微地震监测系统有效采集到;天然裂缝抗张强度小于周围岩石的抗张强度,当天然裂缝方向与主应力方向存在较大交角时,会阻碍人工裂缝在最大主应力方向延伸,影响造缝效果。
综合分析认为,后续煤层气井布井时应充分考虑布井间距,增加单井控制面积,最大主应力方向应进一步增加压裂规模,前置液阶段增加细砂注入量,降低滤失;因此可建议后续煤层气井布置应充分考虑最大主应力方向裂缝延展,采取相应措施增加压力规模,降低压裂裂滤失量,对天然裂缝形成有效连通,增加渗流通道。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:布置监测设备;监测设备为WTADC-3三分量微地震监测采集仪,设备布设方式采用以井口为中心,采用五星布置方式和两环布置方式结合布置监测台站,五星布置方式即将监测设备设置在以井口为中心并沿井口的径向向外辐射的五条线上,两环布置方式即将监测设备设置在以井口为中心的两个圆环上;
S2:直井压裂施工;施工时,先对K3煤层进行射孔压裂,填砂分层后再对K1和K2煤层进行射孔压裂,采用套管压裂方式,压裂液为活性水,支撑剂为石英砂,其中,K3煤层位于K2煤层的下方,K2煤层位于K1煤层的下方;
S3:对监测结果分析;微地震信号与地表噪音同时被监测仪收集,经射孔和压裂时微震信号分析甄别,将微地震信号在三维坐标系中投点,从而得到监测数据;对于震级太小的微地震事件,由于近地表的衰减和噪声的影响导致微地震信号的信噪比较低,在地面进行微地震监测时很难从连续记录到的信号中识别出来,但通过对长时间的连续记录波形进行叠加,在微地震发生的区域,弹性波物性值会与其他区域差异明显,据此可以刻划微地震发生的区域,即对裂缝进行成像。
2.根据权利要求1所述的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,其特征在于,所述S2步骤中直井压裂的压裂目的层位为K1煤层、K2和K3煤层,K1煤层埋深681-682.5m,煤厚1.5m,K2煤层埋深692-697m,煤厚5m,K3煤层埋深774-778.00m,煤厚4m。
3.根据权利要求2所述的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,其特征在于,所述S2步骤中K33煤压裂液量710m3,支撑剂65m3;K1和K2煤层压裂液量795m3,支撑剂65m3
4.根据权利要求1所述的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,其特征在于,五星布置方式中,监测设备设置在以井口为中心,并沿井口的径向向外辐射的五条线上,相邻线之间的夹角为72°,每条线上设置六台高灵敏度采集仪。
5.根据权利要求4所述的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,其特征在于,五星布置方式中,五条线的内圈至外圈半径依次为120m、170m、230m、300m、400m和600m。
6.根据权利要求1所述的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,其特征在于,两环布置方式即为第一环以井口为中心点,半径120m,每隔72°布设1台高灵敏度采集仪,与五星布置方式中最内圈形成每36°布置一台监测设备;第二环以井口为中心点,半径170m,每隔72°布设1台,与五星布置方式中的第二圈形成每隔36°布设一台监测设备。
7.根据权利要求6所述的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,其特征在于,所述第一环和第二环内均布置5台高灵敏度采集仪。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种矿区水力压裂裂缝微地震监测应用方法,其特征在于,所述监测设备的定位方式为高精度GPS准确定位。
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