人工裂缝监测技术（创效）

人工裂缝监测技术在文南油田的应用 油田在压裂施工中，随着裂缝在地层中的扩展，沿裂缝面形成一系列微震，在地面监测这些微震，经过计算机软件处理，就可以解释出形成裂缝的方位、长度、高度、产状等数据，这些数据对指导油田设计新井井位、调整注采井网、压裂优化设计等具有重要的意义。 一、人工裂缝检测的基本原理 人工裂缝检测又叫无源地震法，无须专门的人工震源，在压裂施工过程中，随裂缝的向前扩展，必将沿裂缝面边缘形成一系列微震，研究表明这些微震源辐射能量很小，大约相当于 2地震，在一次压裂施工中可以形成很多微震源，我们 一般记录下那些较大的微震源，用计算机处理记录到的数据，就可以得出微震源的位置，从而确定出裂缝的位置和形态。 基本监测原理图： A 分站 B 分站 压裂井 C 分站 表示地面监测分站， 表示压裂井，压裂施工中，裂缝延伸产生微震时，通过个 分站的地震仪记录下接收到地震波的倒时差，形成一系列方程组，经过计算机处理，就可以确定出裂缝的方位、长度、高度和产状。 二、微震源定位 裂缝检测的核心问题是微震源的定位问题，只要确定出一个个的微震源位置，就可以确定出压裂产生的裂缝方位、高度、长度等要素。早期的裂缝监测技术中，为了简化传播路径的复杂性，做了以下假设： 1、初始体波是沿套管传播上来的， 2、地震波通过套管所用时间忽略不计，该假设明显存在不足之处，由于谐振的作用，套管传递的体波频率较高，目前野外检波器的频率和记录容器不能满足要求，另外体波沿套管传播的速 度也没有达到可以忽略的程度。针对上述不足，采用三分站直达波定位方程式，认为地震波是通过地层直接传到地面监测分站，其直达波定位方程组如下： 220120111 )()(11 220220222 )()(11 220320333 )()(11 其中： i=1、 2、 3）分别表示三个分站的横波 (s)和纵波（ p）的首波到达时间； （ x1, (x2, (x3,三个检波器的平面坐标（ 位系统测得） ； （ x0,y0,h）表示微震源三维坐标 。 三、震相识别 由于地层表面比较松软，横波（ s）衰减较大，使得横波和纵波的震相不象常规地震那样，横波震相明显大于纵波震相，震相识别除了顺序和时差特征外，另一个重要原则是相对振幅特征，一般认为体波的传播速度随深度的增加而增大，地震波从几千米的地下向地面传播过程中，其传播途径有一个翘起的趋势，在地面可以近似的认为传播方向与地表垂直，根据横波的质点振动方向垂直于传播方向，纵波的质点振动方向平行于传播方向，因此垂直地面放置的地震仪可以很好的接收纵波，平行地面放置的地震仪可以 很好的接收横波。为了提高记录质量，在实际监测过程中，使用了三分向地震仪，该地震仪可以同时记录到横波和纵波，能够满足求解方程的需要。 四、裂缝监测的工艺过程和特点 在压裂施工前，首先在压裂井周围选择三个点，要求压裂井位于三点连线形成的三角形之中，距离 200不等，三个分站设有三个地震仪，首先应用 位系统测出三个分站和压裂井的坐标，监测过程和压裂施工过程同步进行，通过三个分站接收到微震波的倒时差，会形成一系列的方程组，反解这一系列的方程组，就可以确定出压裂产生的裂缝的方位、长度、高度和产状。 五、 现场应用情况 2002 年文南油田共实施压裂井裂缝监测 30 井次，涉及文南油田大部分区块，我们根据监测数据绘制了文南油田各区块的应力分布图，搞清了文南油田大部分区块的地下应力场，监测数据详细情况见下表： 六、结论和认识 从监测结果可以看出，文南油田由于油层较深，形成的裂缝是垂直裂缝；方位角与文南油田的主断层方向一致；对于油层比较集中的压裂井，裂缝高度一般与油层跨度一致，压裂实际监测的数据一般小于压裂设计模拟数据，有下面几点认识： 2002 年部分裂缝监测结果 序号 井号 压裂层位 压裂井段 裂缝监测结果 东翼缝长(m) 西翼缝长(m) 裂缝方位(方位角 ) 裂缝高度 (m) 裂缝产状 1 432 下 59 直立 2 138 14 直立 3 883 中 35 直立 4 2 下 5 0. 直立 5 2692 下 2立 6 1793 中 1 立 7 333 上 7 立 8 1882 下 2立 9 723 上 10 立 10 723 上 1立 11 1793 上 9 立 12 723 上 10 直立 13 792 下 2立 14 723 上 7 立 15 883 中 1立 16 1793 上 7 8 直立 17 2693 中 17 4 直立 18 822 下 2 直立 19 333 中 10 1 2 直立 20 333 上 72 直立 21 2 下 4 1 直立 22 332 下 7 2 直立 23 2 下 8 4 直立 24 2 下 45 直立 25 883 中 9 7 直立 26 2 下 24 直立 27 1792 下 4 0 直立 28 1332 下 15 直立 29 1793 上 10 2 直立 30 883 中 9 4 7 直立 1、文南油田油层的最大主应力方向为北西西向，压裂井形成的主裂缝方位与构造主断层方位一致，主裂缝方位为北北东向。 2、调整注采井网时要注意主裂缝