馮 超，隋 陽(yáng)，衡 峰，魏國(guó)棟，姜清巖，孟 杰

（1.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北涿州 072750；2.中國(guó)石油集團(tuán)吐哈油田公司，新疆鄯善 838200）

儲(chǔ)層改造技術(shù)已經(jīng)成為致密油藏重要的增產(chǎn)措施，前期取得了較好地開(kāi)發(fā)效果；但由于衰竭開(kāi)發(fā)會(huì)導(dǎo)致地層能量下降，單井產(chǎn)量逐漸遞減，采出程度下降明顯，需要新的重復(fù)改造思路。吳忠寶等提出針對(duì)致密油藏體積改造注水吞吐開(kāi)發(fā)是有效補(bǔ)充地層能量的新方式[1]；隋陽(yáng)等提出的壓裂前預(yù)先注水補(bǔ)充能量，結(jié)合大排量壓裂提高波及系數(shù)，達(dá)到重復(fù)壓裂井增產(chǎn)的目的[2]；向洪通過(guò)重復(fù)壓裂現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況以及壓裂后產(chǎn)量分析顯示，補(bǔ)充地層能量與暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝結(jié)合，可以有效補(bǔ)充地層能量，提高單井產(chǎn)量，從而提高致密油藏最終采收率[3]。蓄能壓裂工藝方式采用壓前注水補(bǔ)充地層能量，壓裂時(shí)采用大排量、大液量對(duì)油藏進(jìn)行初次縫網(wǎng)體積壓裂改造；加入暫堵劑對(duì)天然裂縫及人工裂縫進(jìn)行暫堵，迫使裂縫轉(zhuǎn)向，對(duì)裂縫進(jìn)行二次縫網(wǎng)改造。研究表明，蓄能壓裂工藝可以增加縫網(wǎng)的復(fù)雜程度，增大儲(chǔ)層改造體積，改變近井局部應(yīng)力場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)造新縫、多造縫，能有效提高單井產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)用基質(zhì)儲(chǔ)量的目的[4-5]。蓄能壓裂過(guò)程中，大量高壓流體注入地層，使地層空隙壓力上升導(dǎo)致巖石破裂，破裂信號(hào)被鄰井檢波器接收定位，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)人工裂縫展布、評(píng)估暫堵效果、評(píng)估注水蓄能及壓裂儲(chǔ)層改造效果。

1 研究區(qū)概況

微地震監(jiān)測(cè)采用一口監(jiān)測(cè)井監(jiān)測(cè)三口井壓裂施工的方式，監(jiān)測(cè)井與三口壓裂井均為直井。壓裂井目的層為西山窯組，是一套由含礫砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖及泥巖組成的扇三角洲沉積體系。油藏巖性為細(xì)粒巖屑砂巖，儲(chǔ)集空間為砂巖孔隙型，微裂縫較為發(fā)育[6]。儲(chǔ)層物性以低孔特低滲為主，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)。研究區(qū)天然裂縫較發(fā)育，以中高角度裂縫為主[7]，儲(chǔ)層脆性指數(shù)為0.55，楊氏模量為31 000 MPa，泊松比為0.25。

2 微地震監(jiān)測(cè)采集處理解釋

微地震監(jiān)測(cè)處理解釋過(guò)程主要包括：原始數(shù)據(jù)篩選、噪聲壓制、檢波器定向、速度模型建立和優(yōu)化，最終反演定位確定微地震事件空間位置[8-9]。微地震數(shù)據(jù)處理解釋流程如圖1 所示。

2.1 微地震觀測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化

圖1 微地震資料處理流程

研究區(qū)西山窯組儲(chǔ)層物性以低孔特低滲為主， 儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，壓裂改造過(guò)程中產(chǎn)生的微地震事件具有體波為主、信號(hào)能量弱、主頻高的特點(diǎn)。針對(duì)致密油儲(chǔ)層微地震信號(hào)特點(diǎn)，結(jié)合三口壓裂井位置分布，優(yōu)選距三口監(jiān)測(cè)井位置較近的D 井作為監(jiān)測(cè)井。

D 井采用射孔完井方式，在射孔上方進(jìn)行了橋塞封堵，以降低監(jiān)測(cè)井內(nèi)的噪聲干擾，監(jiān)測(cè)井中檢波器放置應(yīng)盡量靠近施工目的層段，以便更好地接收微地震信號(hào)。12 級(jí)三分量檢波器實(shí)際下放測(cè)深位置為1 490～1 710 m，檢波器級(jí)間距為20 m，監(jiān)測(cè)井檢波器距離壓裂井A 井、B 井與C 井施工目的層段距離分別為320，306，332 m。合理優(yōu)化微地震觀測(cè)系統(tǒng)，建立壓裂井與監(jiān)測(cè)井相對(duì)位置的觀測(cè)系統(tǒng)，如圖2 所示。

2.2 射孔校正檢波器方向

微地震井監(jiān)測(cè)過(guò)程中，12 級(jí)三分量檢波器之間采用電纜軟連接；Z 分量沿著井軌跡垂直向下，X、Y 分量在水平方向上是隨機(jī)的，處理過(guò)程中需利用已知位置的校驗(yàn)炮信號(hào)來(lái)進(jìn)行三分量檢波器定向，以還原各分量的真實(shí)方位。以聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)射孔信號(hào)校正速度模型，本次壓裂校驗(yàn)炮信號(hào)采用C 井射孔信號(hào)，如圖3 所示。C 井射孔信號(hào)P波初至起跳干脆，信噪比較高，對(duì)射孔信號(hào)P 波進(jìn)行偏振分析，校正檢波器方向，再利用射孔信號(hào)進(jìn)行速度模型校正。經(jīng)過(guò)檢波器方向校正和速度模型校正后，應(yīng)用縱波橫波時(shí)差方法確定微地震事件到檢波器的距離，再利用P 波偏振方向確定微地震事件的發(fā)生方位、距離和方位共同確定微地震事件準(zhǔn)確的空間位置。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 改造效果

圖2 井中微地震監(jiān)測(cè)觀測(cè)系統(tǒng)

圖3 壓裂井C 井射孔信號(hào)

采用縱橫波時(shí)差法對(duì)三口井壓裂過(guò)程中采集到的微地震事件進(jìn)行定位，A 井共定位微地震事件83個(gè)，震級(jí)分布為-2.78～-1.78；B 井共定位微地震事件2 838 個(gè)，震級(jí)分布范圍為-3.09～-0.0885；C 井共定位微地震事件154 個(gè)，震級(jí)分布為-3.45～-0.972。三口井監(jiān)測(cè)定位結(jié)果俯視圖及側(cè)視圖如圖4、圖5 所示，圖中球形大小代表微地震事件震級(jí)大小，顏色的漸變代表微地震事件發(fā)生的時(shí)間順序，綠色為早期產(chǎn)生的事件點(diǎn)，紅色為時(shí)間較晚產(chǎn)生的事件點(diǎn)。

圖4 A 井、B 井與C 井井中微地震監(jiān)測(cè)成果俯視圖

圖5 A 井、B 井與C 井井中注水蓄能階段與壓裂階段微地震監(jiān)測(cè)成果俯視圖

計(jì)算A 井、B 井、C 井的微地震事件b 值，分別為2.3，1.2，0.7。b 值越接近1，表示該區(qū)域內(nèi)事件點(diǎn)受斷層或天然裂縫影響較大，b 值接近于2，表示該區(qū)域事件點(diǎn)受斷層或天然裂縫影響較小，b 值可以描述微地震事件活動(dòng)與天然裂縫的相關(guān)性[10-11]。B 井、C 井注水蓄能及壓裂階段，兩井均出現(xiàn)大震級(jí)微地震事件，大震級(jí)事件點(diǎn)一般由壓裂液溝通天然裂縫產(chǎn)生，當(dāng)液體加壓注入地下介質(zhì)時(shí)，天然裂縫被水力壓裂激活，觸發(fā)引起一部分震級(jí)相對(duì)較大的微地震事件[12]。結(jié)合b 值分析，可以判斷B 井、C 井壓裂裂縫主要受天然裂縫影響觸發(fā)產(chǎn)生，A 井事件點(diǎn)主要為高壓注水導(dǎo)致巖石破裂誘發(fā)產(chǎn)生，受天然裂縫影響較小。

3.2 注水蓄能壓裂效果

A 井、B 井、C 井注水蓄能階段與壓裂階段的微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6 所示，不同顏色代表不同的施工階段，綠色代表注水蓄能階段微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果，紅色代表壓裂階段微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，大規(guī)模注水蓄能階段在補(bǔ)充地層能量的同時(shí)已初步形成了人工裂縫形態(tài)，擴(kuò)大了儲(chǔ)層改造體積。

圖6 A 井、B 井與C 井井中壓裂階段加入暫堵劑前、后微地震監(jiān)測(cè)成果俯視圖

主壓裂階段前期微地震事件點(diǎn)主要集中于射孔段附近并逐漸向兩翼延伸，大部分微地震信號(hào)出現(xiàn)在注水蓄能階段已形成的人工裂縫網(wǎng)內(nèi)部，初期縫網(wǎng)未出現(xiàn)大規(guī)模擴(kuò)展。繼續(xù)注液，壓裂階段后期微地震事件點(diǎn)出現(xiàn)在原注水蓄能人工縫網(wǎng)外，人工裂縫在原有基礎(chǔ)上有一定延伸，縫網(wǎng)出現(xiàn)擴(kuò)展，儲(chǔ)層改造體積隨之增大。表1 為A 井、B 井、C 井注水蓄能階段與壓裂階段人工縫網(wǎng)參數(shù)，壓裂階段在注水蓄能改造基礎(chǔ)上，裂縫網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)、寬、高及儲(chǔ)層改造體積均有一定程度地增長(zhǎng)。

表1 A 井、B 井與C 井井中注水蓄能階段與壓裂階段人工縫網(wǎng)參數(shù)

3.3 暫堵壓裂效果

為進(jìn)一步擴(kuò)大裂縫改造體積，避免單一主裂縫沿高滲通道延伸，導(dǎo)致低滲區(qū)域得不到有效改造，壓裂施工中加入φ1～5 mm 和φ5～10 mm 復(fù)合暫堵可降解纖維顆粒，對(duì)天然裂縫及人工裂縫實(shí)施封堵。其中，A 井與C 井壓裂過(guò)程中兩次加入暫堵劑，B 井壓裂過(guò)程中一次加入暫堵劑。暫堵前、后微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果，不同顏色代表不同階段，綠色代表加入暫堵劑前的微地震事件分布，紅色代表第一次加入暫堵劑后的微地震事件分布，黃色代表第二次加入暫堵劑后的微地震事件點(diǎn)分布。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，A 井兩次加入暫堵劑后產(chǎn)生的微地震事件點(diǎn)均較少，壓裂裂縫走向沒(méi)有明顯變化，縫網(wǎng)范圍基本保持不變，說(shuō)明裂縫復(fù)雜程度沒(méi)有明顯變化，裂縫走向也未出現(xiàn)轉(zhuǎn)向，儲(chǔ)層改造體積沒(méi)有明顯增加。A 井兩次加入暫堵劑沒(méi)有實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大裂縫改造體積以及對(duì)天然裂縫、人工裂縫實(shí)施有效封堵，暫堵效果不明顯。

B 井加入暫堵劑后，人工裂縫南翼未再出現(xiàn)大震級(jí)事件點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然裂縫的有效封堵。暫堵后，原人工裂縫內(nèi)部微地震事件點(diǎn)較少，主要集中于裂縫兩翼，實(shí)現(xiàn)對(duì)人工裂縫的封堵，儲(chǔ)層改造體積進(jìn)一步增大，暫堵效果較為明顯。

C 井兩次加入暫堵劑后，裂縫北翼未再出現(xiàn)大震級(jí)事件點(diǎn)，同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)天然裂縫的有效封堵。人工裂縫南翼出現(xiàn)了微地震事件點(diǎn)，人工縫網(wǎng)范圍出現(xiàn)明顯擴(kuò)展，暫堵效果明顯。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)在暫堵效果評(píng)價(jià)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)在壓裂過(guò)程中實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)暫堵效果。壓裂過(guò)程中可依據(jù)微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果，合理優(yōu)化暫堵劑注入時(shí)機(jī)和注入規(guī)模，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)暫堵效果。

4 結(jié)論與建議

（1）針對(duì)西山窯組致密油儲(chǔ)層改造微地震信號(hào)特點(diǎn)，優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)。A 井、B 井、C 井壓裂過(guò)程的微地震監(jiān)測(cè)效果較好，證明該區(qū)塊天然裂縫較為發(fā)育，壓裂過(guò)程中易溝通天然裂縫。

（2）微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，蓄能壓裂方式不僅可以提高井區(qū)地層能量，還可以增大裂縫發(fā)育復(fù)雜程度、擴(kuò)大縫網(wǎng)改造范圍、提高儲(chǔ)層改造體積，是區(qū)塊重復(fù)壓裂增產(chǎn)的有效改造手段。

（3）微地震監(jiān)測(cè)可以有效評(píng)價(jià)暫堵效果。壓裂中加入暫堵劑封堵裂縫，對(duì)提高裂縫復(fù)雜程度和擴(kuò)大儲(chǔ)層改造體積具有積極作用。