井下監(jiān)聽，需要選擇合適的靠近壓裂施工井的監(jiān)聽井，將井下微地震探測工具放置在監(jiān)聽井中，在壓裂過程中連續(xù)記錄微地震聲源信號，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，對微地震事件進(jìn)行定位，為判斷水力壓裂所造成的人工裂縫空間形態(tài)、發(fā)育過程提供重要參考。監(jiān)聽井的選擇受制于監(jiān)聽距離、場地條件、井況條件等。該方法作業(yè)動員快速，能夠?qū)崿F(xiàn)完全實(shí)時(shí)，并且費(fèi)用較低。地表監(jiān)聽，是將類似常規(guī)地面地震的檢波器放置在井場周邊的地表，在壓裂過程中，對地下微地震信號進(jìn)行連續(xù)記錄，并計(jì)算定位微
地震事件點(diǎn)的空間位置。檢波器地表布置方案，主要受制于目的層深度、地表狀況等。通常采用以井口為中心的星形放射狀布置或者地表矩陣狀布置。該方法動員時(shí)間較長，成本較高，需要多種手段克服噪音源的影響。
地表淺井網(wǎng)格監(jiān)聽，需要在地表布置淺井，下放檢波器。該方法是井下和地表監(jiān)聽方法的折中方案，同樣受制于場地條件。
在具體項(xiàng)目中選擇哪種施工方案，需要通過可行性模擬進(jìn)行論證，從而平衡監(jiān)測目的、施工局限、成本預(yù)算等各項(xiàng)考慮因素。無論采用哪種施工方案，在成果類型上，斯倫貝謝可以提供單井實(shí)時(shí)支持、多井綜合研究、以至提升到油田開發(fā)應(yīng)用層面，輔助油藏模擬和產(chǎn)能預(yù)測。使得微地震監(jiān)測技術(shù)成為油田勘探開發(fā)、地質(zhì)工程一體化、和油藏建模數(shù)摸一體化的重要一環(huán)。圖1，示意了斯倫貝謝微地震服務(wù)在單井、多井、到綜合項(xiàng)目研究應(yīng)用中的三重優(yōu)勢。
圖 1 斯倫貝謝微地震服務(wù)在單井、多井、到綜合項(xiàng)目研究的三重優(yōu)勢
斯倫貝謝井下微地震監(jiān)測的商業(yè)化服務(wù)開始于2003 年。在多個(gè)方面，例如井下電纜采集工具、專利算法、一體化軟件平臺、服務(wù)項(xiàng)目質(zhì)量管控等等，斯倫貝謝微地震井下監(jiān)測服務(wù)堪稱業(yè)內(nèi)翹楚。斯倫貝謝在國際勘探地球物理學(xué)家學(xué)會SEG 和SPE 定期發(fā)表代表行業(yè)頂級水準(zhǔn)的微地震學(xué)術(shù)論文。結(jié)合微地震井下監(jiān)聽技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀，斯倫貝謝微地震井下監(jiān)聽服務(wù)具有以下優(yōu)勢。
高性能的電纜采集工具VSI 提供可靠的原始數(shù)據(jù) 斯倫貝謝多用途地震成像儀器（VSI） 不僅可以用于VSP 和井間地震，同樣可以用于微地震監(jiān)測。該工具不同于業(yè)內(nèi)常規(guī)微地震儀，除了推靠臂輔助工具貼靠，還設(shè)置了彈簧解耦裝置，將三分量檢波器單元進(jìn)一步貼緊井壁，從而有效降低噪音獲得高保真的原始波形記錄。標(biāo)準(zhǔn)版工具抗壓20,000psi， 耐溫175 攝氏度， 另有高溫高壓版本工具。
三維各向異性速度模型輔助準(zhǔn)確定位 速度模型對于微地震事件點(diǎn)的精確定位影響重大。通常初始速度模型是一維的水平層速度模型，來源于監(jiān)測井或鄰近井的聲波測井?dāng)?shù)據(jù)，能夠反映目的層上下的速度特征。然后，通過導(dǎo)爆索或射孔炮進(jìn)行檢波器定向和速度各向異性校正。然而，不考慮構(gòu)造和地層傾角的水平層模型有可能使定位結(jié)果嚴(yán)重偏離。例如，四川盆地頁巖氣一個(gè)實(shí)例，友商使用水平層模型定位，顯示了微地震事件下穿了目的層底部的灰?guī)r層，然而并沒有工程和試井證據(jù)支持。斯倫貝謝經(jīng)過重新處理，調(diào)整速度模型地層傾角五度，顯示裂縫形態(tài)實(shí)際上基本位于優(yōu)質(zhì)頁巖層，符合工程預(yù)期和施工響應(yīng)。
斯倫貝謝采用考慮了構(gòu)造和地層傾角的三維各向異性速度模型，并在施工過程中不斷校正，準(zhǔn)確反映了地層的速度改造變化，實(shí)現(xiàn)更精確的微地震事件定位。
Petrel 一體化軟件平臺實(shí)時(shí)質(zhì)控和解釋圖件 斯倫貝謝公司研發(fā)的Petrel 一體化軟件平臺，已經(jīng)成為國內(nèi)外石油天然氣公司的主力研究平臺，在多個(gè)常規(guī)和非常規(guī)油氣藏研究領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。
斯倫貝謝擁有多項(xiàng)微地震處理專利方法。其定位算法CMM 方法，稱為合并微地震算法，可以全面搜索有關(guān)微地震事件時(shí)間和位置的連續(xù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全自動實(shí)時(shí)處理定位。斯倫貝謝微地震處理和和解釋插件都基于Petrel 平臺，與其他工作流和多學(xué)科協(xié)作，可以實(shí)現(xiàn)無縫數(shù)據(jù)鏈接。例如圖4 實(shí)例，壓裂施工過程中，在一體化的軟件平臺上，可以整合顯示三維構(gòu)造模型、天然裂縫模型、巖石力學(xué)模型、壓裂施工曲線，以及微地震實(shí)時(shí)定位成像結(jié)果。從而實(shí)時(shí)觀測水力壓裂裂縫趨勢，判斷裂縫復(fù)雜性，為調(diào)整優(yōu)化施工方案提供重要參考信息。
圖2 斯倫貝謝微地震井下探測工具VSI（多用途地震成像儀）
圖3 斯倫貝謝微地震速度建模流程
圖4 斯倫貝謝微地震實(shí)時(shí)處理質(zhì)控和解釋圖鑒示例
微地震地面監(jiān)測
從2007 年開始， 斯倫貝謝開始提供地面微地震監(jiān)測服務(wù)。2011年，斯倫貝謝地面微地震業(yè)務(wù)開始在全球商業(yè)化。除了保持了井下微地震服務(wù)在算法、成像、解釋等方面的優(yōu)勢，斯倫貝謝地面微地震監(jiān)
測服務(wù)同時(shí)具有以下特點(diǎn)：
嚴(yán)格的技術(shù)可行性分析和施工設(shè)計(jì) 無論是井下還是地面監(jiān)測方式，嚴(yán)格的可行性分析都是必須步驟。斯倫貝謝微地震網(wǎng)格模擬與監(jiān)測排列評價(jià)工具（NetMod） 可以分析地面或井下監(jiān)測點(diǎn)位的空間分布對監(jiān)測效果的影響。NetMod 綜合考慮了檢波器空間方位、速度模型、震源機(jī)制、信號傳播路徑和噪音、處理精度等綜合因素，對觀測系統(tǒng)的探測能力和定位不確定性給出定性分析結(jié)果。
地面監(jiān)測時(shí)，信號傳播路徑和信號衰減比井下監(jiān)測大得多，但是地面監(jiān)測可以布設(shè)更大的排列，增加孔徑，提高定位精度。與此同時(shí)，施工成本會大幅度增加。也因此，施工前需要全面考慮地表?xiàng)l件、采集目的和成本因素，對施工方案作出決策。如圖5 例子，對于同一個(gè)井場，對于星形布線和網(wǎng)格布線的不同方法，采用NetMod 定量計(jì)算了在目的層的可探測最小震級和不確定性誤差，評估滿足采集目的所需要的檢波器數(shù)量，從而幫助施工方案決策。
實(shí)時(shí)處理和可靠的定位結(jié)果 隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算性能的提高，已經(jīng)能夠克服地面監(jiān)測大數(shù)據(jù)量的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理或者準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理。在所見的實(shí)例中，微地震地面監(jiān)測的定位結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)平面方向上的高精度，但是在深度上會存在較大的不確定性。下圖對比了一個(gè)北美實(shí)例，一口壓裂井同時(shí)采用地面監(jiān)測和井下監(jiān)測，超過80%的微地震事件點(diǎn)在空間上能夠匹配。整體來看，地面監(jiān)測在理想情況下能夠?qū)崿F(xiàn)滿意的定位結(jié)果。
微地震高級成果及應(yīng)用
微地震的高級應(yīng)用，主要體現(xiàn)在三方面的技術(shù)進(jìn)步：單井?dāng)?shù)據(jù)的高級軟件重處理、聯(lián)合多井監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行地震矩張量反演，綜合多井?dāng)?shù)據(jù)提升至裂縫和油藏模擬。
單井?dāng)?shù)據(jù)挖據(jù)：裂縫高度判斷和壓后裂縫模擬 圍繞單井?dāng)?shù)據(jù)，在后處理中應(yīng)用高級軟件可以得到多種高級成果，例如應(yīng)用B 值分析識別天然斷層被重新激活應(yīng)用P/Sh 震幅圖判斷裂縫復(fù)雜性，等等。其中一個(gè)重要的解釋進(jìn)步，是對裂縫有效高度的判斷。微地震在空間展布的幾何形態(tài)，表征了地層中形變微破裂的分布，并不能直接解釋為壓裂流體到達(dá)的位置。采用地震矩累計(jì)分布統(tǒng)計(jì)，從累積能量的角度，可以幫助判斷有效裂縫高度。通常的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，累積地震矩統(tǒng)計(jì)高度判斷更接近真實(shí)裂縫高度。該結(jié)論主要來自于裂縫模擬分析，可以通過聲波各向異性分析、示蹤劑或井溫測量等技術(shù)手段獲得佐證。
另一個(gè)重要的單井?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用是壓后裂縫模擬，優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)。斯倫貝謝的Mongrove 軟件是第一個(gè)針對非常規(guī)油氣藏水力壓裂而研發(fā)的模擬軟件包。它嵌于Petrel 平臺，可以提取和整合壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化所需要的所有數(shù)據(jù)，包括微地震、測井、泵送數(shù)據(jù)等。其技術(shù)關(guān)鍵是根據(jù)微地震事件做裂縫擬合，以壓力、排量、沙比等擬合指標(biāo)為指示，對比裂縫導(dǎo)流能力、裂縫長度和支撐劑長度，對同一個(gè)區(qū)域其他井的下一步壓裂進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。
地震矩張量反演 地震矩張量反演（MTI）極大地提高了水力壓裂裂縫延伸的分析能力。它可以對產(chǎn)生微地震信號的震源區(qū)域，如非彈性地層或裂縫，進(jìn)行震源機(jī)制描述，幫助更好地判定井間距，進(jìn)行油藏模擬，對一定時(shí)間內(nèi)的泄油面積進(jìn)行分析，提供了一種新型可視化方法。作業(yè)者可以獲得有關(guān)裂縫方位、體積生成和支撐劑分布的統(tǒng)計(jì)數(shù)字。同時(shí)，它為建立和解釋地質(zhì)力學(xué)模型提供一個(gè)框架，優(yōu)化了完井設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提高。圖7 示意了一個(gè)中國致密油雙井監(jiān)測進(jìn)行地震矩張量反演的實(shí)例，地震矩張量反演揭示了裂縫破裂機(jī)制，得到了水力壓裂離散裂縫模型。該方法同樣是在通過軟件插件在Petrel 平臺實(shí)現(xiàn)。2014 年， 斯倫貝謝微地震震源機(jī)制分工具—矩張量反演技術(shù)被美國《E ＆ P》雜志評為“2014 油氣工程技術(shù)特別貢獻(xiàn)獎”。
微地震結(jié)果應(yīng)用于裂縫和油藏模擬 如果在某個(gè)油田累積了豐富的多井微地震數(shù)據(jù)，可以將數(shù)據(jù)應(yīng)用于油藏綜合研究，實(shí)現(xiàn)建模數(shù)模一體化應(yīng)用。斯倫貝謝團(tuán)隊(duì)可以對微地震數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的評價(jià)，在Mangrove 里面實(shí)現(xiàn)二維、擬三維和復(fù)雜裂縫模型。更進(jìn)一步，可以在校正的裂縫模型基礎(chǔ)上，應(yīng)用Eclipse 或INTERSECT 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能模擬與預(yù)測、生產(chǎn)歷史匹配等。如圖8，示意了微地震應(yīng)用從單井到油藏層面的提升，使得該項(xiàng)技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程一體化和油藏建模數(shù)模一體化的重要環(huán)節(jié)。
圖7 地震矩張量反演示例
圖8 微地震是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程一體化和油藏建模數(shù)模一體化的重要環(huán)節(jié)
小結(jié)
微地震監(jiān)測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，為了達(dá)成應(yīng)用于地質(zhì)工程一體化、建模數(shù)模一體化流程中的預(yù)期目標(biāo)，不能忽略油田地質(zhì)條件、施工限制、項(xiàng)目配合等各方面的因素影響。需要進(jìn)行完善的施工設(shè)計(jì)，做到量體裁衣；井下和地面不同監(jiān)測手段配合，服務(wù)現(xiàn)場施工；通過高級處理和多井綜合研究，充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，詳盡油藏描述，實(shí)現(xiàn)高級應(yīng)用。斯倫貝謝在全球有大量經(jīng)驗(yàn)豐富的井筒地震和地面地震領(lǐng)域的專家，中國團(tuán)隊(duì)也累積了豐富的國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)。我們的壓裂專家會和數(shù)據(jù)采集、處理專家組成微地震評價(jià)團(tuán)隊(duì)，緊密合作，為井下、地面微地震監(jiān)測提供24/7 的技術(shù)支持。我們的團(tuán)隊(duì)致力于為客戶提供全球領(lǐng)先品質(zhì)的微地震專業(yè)解決方案！
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