CN112925015B - 一种利用水力压裂微地震b值变化特征来预警套管变形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用水力压裂微地震b值变化特征来预警套管变形的方法，基于水力压裂微地震监测事件的数量分布及震级大小等数据，采用地震学中描述频率‑震级分布的古登堡‑里克特关系来计算压裂阶段微地震b值的大小，并利用b值的变化特征来识别压裂过程中是否有激活断层的情况出现。本方法考虑了水力压裂过程中断层激活的累积效应，能准确识别压裂过程中断层激活出现的征兆，从而对套管变形作出预警。

Description

一种利用水力压裂微地震b值变化特征来预警套管变形的 方法

技术领域

本发明涉及页岩气开采技术领域。

背景技术

随着我国四川省长宁—威远页岩气区块开采的不断深入，水力压裂时套管变形的现象变得愈发严重。套管变形导致桥塞无法坐封到位，压裂段数减少，单井产量降低，加上井筒完整性差，井生命周期降低，从而影响页岩气开发整体经济效益。通过对现场采集到的套管变形信息进行分析处理，研究人员发现一些小断层在水力压裂过程中的激活与错动是造成页岩气套管变形的主要因素。现场技术人员希望通过微地震监测来提前捕获断层激活的信息，预警套管变形，从而指导施工人员对页岩气开采进行更加合理的施工，以降低套管变形发生的机率。

在实际中，现场技术人员会通过分析微地震震级大小、观测微地震形态分布等技术措施来预警套管变形。

目前现有技术预警套管变形仅依赖于人为对微地震数据的观测。至少存在以下问题：

由于微地震监测存在一定的不确定性，仅依赖人为观测大震级信号的出现并不能很好地说明有断层在压裂过程中被激活，且通过观察微地震的形态来识别断层激活尚缺乏可靠的判别标准，存在人为主观因素导致的误差。

已有知识：

b值在地震领域中是指某区域地震事件的频率-震级分布关系的斜率，在地震学中常用b值来表征地震事件的破坏模式，如某区域的b值接近1，则通常可认为该区域有天然断层发生了剪切活化。

在地震领域中，b值计算往往只针对某一片特定区域。

发明内容

本发明提供了一种利用水力压裂微地震b值变化特征来预警套管变形的方法，以克服现有技术思路无法准确捕获断层激活信息的不足。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种利用水力压裂微地震b值变化特征来预警套管变形的方法，其特征是，油气开采领域页岩气井水平井段的压裂施工被划分为多个子井段(压裂段)，将多个压裂段视作不同区域分别来计算b值，从而得到沿水平井段的b值的连续变化特征，利用b值的连续变化特征识别断层激活信息，用于对套管变形进行判断和预警。

具体的，包括以下步骤：

S1、首先根据对象井的压裂分段情况，水平井段共被划分为若干个压裂段；

S2、确定压裂阶段计算微地震b值所需要的参数，包括微地震的数量N、微地震震级大小M等；

S3、利用地震学中的古登堡-里克特关系来计算压裂阶段微地震b值的大小；

S4、基于步骤S1确定的压裂分段情况，按分段数重复步骤S2、S3，依次计算后续其它压裂段的b值，绘制所有压裂段的b值变化特征曲线；

S5、在S4绘制的压裂分段b值曲线上，找出b值有明显下降特征且其值接近1的拐点，此拐点对应的压裂段将可能激活断层并引发套管变形；

S6、根据S5确定出的压裂过程中的断层激活信息，对后续的压裂施工发出“预警信号”，并采取相应措施以预防可能发生的套管变形。

附图说明

图1为示例井第1压裂阶段微地震数量及震级分布示意图；

图2为示例井第1压裂阶段微地震b值计算示意图；

图3为示例井b值变化特征曲线示意图；

图4为利用b值变化特征来识别断层激活示意图；

图5为本发明的流程图；

具体实施方式

油气开采领域页岩气井水平井段的压裂施工被划分为多个子井段(压裂段)，本发明将多个压裂段视作不同区域分别来计算b值，从而得到沿水平井段的b值的连续变化特征，利用b值的连续变化特征识别断层激活信息，用于对套管变形进行判断和预警。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下。

方法过程为：

S1、首先根据对象井的压裂分段情况，水平井段共被划分为若干个压裂段。

作为实施例，首先根据对象井的压裂分段情况，选取长宁区块某套管变形典型井进行示例分析，该井采取了分段压裂方式进行改造，水平井段共被划分为30个压裂段。

S2、确定计算微地震b值的基本参数，包括每个压裂段的微地震信号数量N及震级大小M。

本实施例井的第1压裂段的微地震数据如图1所示，矩形方块代表示例井第1压裂段产生的微地震信号，星形符号代表震级较大的微地震信号。

S3、计算第1压裂段微地震b值，b值计算公式为地震学中描述频率-震级分布的古登堡-里克特关系(现有技术)：

log₁₀N(m≥M)＝a-b*M-----------------------------------(1)

式中，N(m≥M)表示震级m大于或等于震级M的地震数量；

a表征该区域地震的活性，当M＝0时，就表示了该区域所有的地震数目，即10^a个。

b是频率-震级分布线性部分斜率的绝对值。

如图2所示的指频率-震级图，N对应步骤S2中确定的第1压裂段微地震数量，m对应步骤S2中确定的第1压裂段微地震震级，M指代频率-震级图中的x轴。利用最大曲率解可求得第1段压裂微地震b值约为2.23，如图2所示。

S4、基于步骤S1确定的压裂分段情况，按分段数重复步骤S2、S3，依次计算后续其它压裂段的b值，绘制示例井所有压裂段的b值变化特征曲线，如图4所示。

S5、在S4绘制的压裂分段b值曲线上，找出b值有明显下降特征且其值接近1的拐点，此拐点对应的压裂段将可能激活断层并引发套管变形。

实施例中，示例井套管变形主要集中在水平段的后半段，那么选取该井第15～30压裂段来展示如何利用b值变化特征识别断层激活信息。图4中圈出的拐点所对应的压裂段为实际检测到套管变形的压裂段，该段压裂激活了断层，从而引发了套管变形。观察这些套管变形压裂段的b值变化特征可以发现，b值均出现了一个明显的下探特征，且其值从整体分布上来看均接近1，这与本发明提出的断层激活b值识别特征是一致的，同时也符合自然地震中断层活化带上的b值特征。因此，利用b值的这种变化特征可以很好地捕获压裂过程中的断层激活信息。

S6、根据S5确定出的压裂过程中的断层激活信息，对后续的压裂施工发出“预警信号”，并采取相应措施以预防可能发生的套管变形。

当某个压裂段的b值相较前压裂段出现明显下探的趋势(实施例中，差值大于0.5为判断值)，且其值从整体分布上来看接近1时，就可以说明该段压裂有激活断层的趋势。那么，此时就要对后续的压裂施工发出“预警信号”，并采取相应措施以预防可能发生的套管变形。

本发明创新性地提出了利用微地震数据计算的b值来进行套管变形预警，相较现有技术能更准确地捕获断层激活信息，对套管变形作出更合理的预警。通过b值的定义可以看到，一般较大的b值可以代表小震级事件的占比较高，反之较小的b值则代表大震级事件出现的频率更高，因此b值是反映大小震级在微地震信息中各占的比例高低，相较仅通过出现大震级事件来识别断层激活，其包含的信息更加充分，从而代表断层激活的可信度相对更高。通常断层激活的过程是多段压裂引发的一种累积效应，而计算b值同时也需要一定量的微地震数据，那么在计算过程中，某阶段的b值可以取该阶段及其前两个阶段所有的微地震事件来计算b值，这进一步扩大了数据的丰富度，并充分考虑了断层激活的累积效应。

本发明通过识别微地震监测中b值的变化特征来提前捕获断层激活的信息，预警套管变形，从而指导施工人员对页岩气开采进行更加合理的施工，以降低套管变形发生的机率。

Claims (1)

1.一种利用水力压裂微地震b值变化特征来预警套管变形的方法，其特征是，油气开采领域页岩气井水平井段的压裂施工被划分为多个子井段即压裂段，将多个压裂段视作不同区域分别来计算b值，从而得到沿水平井段的b值的连续变化特征，利用b值的连续变化特征识别断层激活信息，用于对套管变形进行判断和预警;

具体的，包括以下步骤：

S1、首先根据对象井的压裂分段情况，水平井段共被划分为若干个压裂段；

S2、确定压裂阶段计算微地震b值所需要的参数，包括微地震的数量N、微地震震级大小M；

S3、利用地震学中的古登堡-里克特关系来计算压裂阶段微地震b值的大小；

S4、基于步骤S1确定的压裂分段情况，按分段数重复步骤S2、S3，依次计算后续其它压裂段的b值，绘制所有压裂段的b值变化特征曲线；

S5、在S4绘制的压裂分段b值曲线上，找出b值有明显下降特征且其值接近1的拐点，此拐点对应的压裂段将可能激活断层并引发套管变形；

S6、根据S5确定出的压裂过程中的断层激活信息，对后续的压裂施工发出“预警信号”，并采取相应措施以预防可能发生的套管变形。

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