基于井中微地震监测方法的压裂效果评价——以吉林探区Y22 井为例

赵超峰，贾振甲，田建涛，高荣锦，张 伟，赵建宇

（1.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探分公司，辽宁盘锦 124010；2.中国石油吉林油田公司非常规资源开发公司，吉林松原 138000；3.中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010）

0 引言

微地震监测主要分为地面监测和井中监测2 种方式［1-3］，井中微地震监测是在压裂井周边选取监测井放置三分量检波器，接收压裂破裂信号，通过反演定位确定破裂发生的空间位置和时间等信息，实现指导现场压裂施工和压后效果评价［4-5］。微地震监测技术是评价压裂效果的有效手段，在非常规油气压裂改造中应用越来越广［6-9］，巫芙蓉等［10］利用微地震监测实时评估压裂效果和实时优化压裂参数，有效提升了储层改造效果；陈新安［11］利用微地震监测分析了条带曲率裂缝发育区页岩气井裂缝扩展规律，为条带曲率裂缝发育区页岩气井压裂提供了指导；毕曼等［12］利用井下微地震监测技术对比研究了混合压裂和常规压裂的压裂裂缝展布特征，评价了2 种压裂方式的效果；赵超峰等［13］与赵争光等［14-15］将微地震事件和三维地震数据结合，解释了微地震事件分布特征和压裂裂缝形态。

水力压裂效果评价对油气田精细开发具有重要意义，为提高压裂效果评价的可靠性和准确性，结合前人的研究成果，提出综合地震、地质、测井、压裂以及周边井生产数据的井中微地震监测压裂效果评价方法，并形成技术流程，以期解释微地震事件分布的原因，准确地评价压裂效果。

1 技术方法

利用微地震监测评价压裂效果，主要是根据监测到的破裂事件定量地描述压裂缝网的长、宽、高以及储层改造体积，判断压裂是否达到预期效果。因此，基于微地震监测的压裂效果评价，须在准确确定微地震事件的基础上，进一步解释微地震事件的产生原因，判断确定的微地震事件是否与压裂增产有关，剔除无效事件，防止过高的评价缝网规模，以提高压裂效果评价的准确性。微地震事件是储层对压裂施工的响应，其时空分布会因储层性质、压裂工艺的差异而形成特有的微地震事件分布特征［16-18］。因此，解释微地震事件需要结合储层特征和压裂施工。三维地震数据、测井数据以及储层的沉积、构造、厚度等可表征储层特征，也可用来帮助解释微地震事件，准确评价压裂效果。

基于上述理论基础，建立以下压裂效果评价技术流程：①准确定位微地震事件；②分析微地震事件的时空分布特征，研究微地震事件与压裂增产是否有关，剔除无效事件；③利用有效事件定量地描述缝网长、宽、高、走向、改造体积等参数，并提取微地震事件震级等属性；④总结微地震事件分布规律及压裂裂缝特征；⑤结合储层性质、压裂施工参数等来解释压裂裂缝平面分布和纵向高度的产生原因，总结储层、压裂与微地震事件的相关性，客观评价压裂效果，提高对储层和压裂的认识，指导油田精细开发。

2 研究区地质背景及微地震监测概况

Y22 水平井位于吉林探区伊通地区莫里青油田Y 区块，目的层为双阳组二段四砂组，储层有效厚度为27～33 m，以砂砾岩为主。油藏主要受储层岩性、物性因素的影响，属于典型的岩性油藏，油藏埋深为3 100 m。根据取心井的资料统计，该区储层孔隙度一般为10%～15%，平均值为13.6%，渗透率一般为1.4～3.4 mD，平均值为2 mD，储层致密，物性差，属于中孔隙度、低渗透率储层。脆性指数为49.3%～54.5%，平均值为51.4%，脆性较强，利于形成复杂裂缝。

Y22 水平井是Y 区块真正意义上的体积压裂先导性试验井，目的是进一步增大储层改造体积，实现缝控储量。该井完钻井深为4 222 m，水平段长为942 m，储层钻遇率为82.5%，共分17 段压裂，实际压裂排量为6～10 m3/min，总液量为37 880 m3，总砂量为1 679 m3。为了评价Y22 井的压裂改造效果，对其进行了井中微地震监测，选取Y22 井附近的Y 井作为监测井。图1 为Y22 井和Y 井的相对位置图，在Y 井处放置11 级、级间距为10 m 的三分量检波器，检波器串中心距离第1 段射孔位置476 m，距第4 段射孔位置最近，为435 m，距第9 段射孔位置479 m。

图1 压裂井和监测井相对位置Fig.1 Relative position of fractured well and monitoring well

3 微地震解释与压裂效果评价

3.1 监测结果

图2 Y22 井监测结果俯视图（c）中圆圈颜色表示事件产生的时间，大小表示事件震级的大小Fig.2 Top view of monitoring results of well Y22

吉林探区伊通地区莫里青油田Y 区块Y22 水平井只监测了前9 段，共定位193 个微地震事件。第1～4 段微地震事件沿射孔簇向井轨迹两侧延伸，形成了一条压裂主缝［图2（a）黑色椭圆所示］；第4 段微地震事件在井轨迹的西侧发生转向，向22-19-19 井延伸［图2（a）红色箭头所示］；第5～9段沿射孔簇向井轨迹的两侧形成一条压裂主缝［图2（b）黑色椭圆所示］，同时在压裂过及未压裂的位置均出现离散微地震事件响应，45-3 和22-19-19 井底附近表现明显［图2（b）红色圆圈所示］。以第6段监测结果为例解释离散事件，如图2（c）所示，45-3 井底产生的微地震事件（红色圆圈所示）与压裂主缝同时产生，且与主缝不沟通，22-19-19 井底及压裂过的位置产生的事件无延伸延展的动态过程，由此可知，离散事件不是由压裂窜层造成的。分析其产生的原因认为，压裂井周边生产井及压裂过的压裂段属于低应力区，压裂时高压液体被注入地层，因压力传导造成低应力区应力状态失衡、释放应力，从而产生微地震事件。因此，微地震事件位置仅代表地下破裂发生的位置，不代表压裂液到达的位置。利用微地震监测评价压裂效果，必须解释微地震事件的时空分布特征，剔除对压裂增产无效的离散事件。

如图3 所示，为优化微地震事件后的监测结果，优化后的各段压裂裂缝参数如表1 所列，压裂井西侧半缝大于东侧半缝，呈不对称分布，且从第5段开始东侧半缝有明显增大的趋势；压裂缝高50～57 m，大于有效储层厚度；压裂主缝优势走向为北偏东72°～84°。

图3 优化后的Y22 井监测结果Fig.3 Optimized monitoring results of well Y22

表1 优化后各段压裂裂缝参数Table 1 Optimized fracturing parameters

3.2 压裂评价

3.2.1 压裂缝长不对称性分析

将Y22 井监测结果与研究区相干体切片、砂体厚度图、沉积相图叠合显示，从储层角度分析压裂裂缝的不对称性，利用微地震震级属性，分析监测条件，排除监测偏差，最后综合周边井分布情况解释压裂裂缝不对称性的产生原因。

从伊通盆地莫里青油田Y 区块的相干体切片与Y22 井微地震事件叠合显示图（图4），可发现，压裂裂缝走向与Y22 井周边小断层或天然裂隙（Y22井周边灰黑色条带状展布位置）走向一致，图4 局部放大子图显示压裂井两侧相干体切片相干性强，说明储层比较均匀。图5 为伊通盆地莫里青断陷双阳组二段四砂组顶面构造、3+4 号小层有效厚度与Y22 井微地震事件叠合显示图，压裂井东、西两侧砂体厚度相当，反映Y22 井两侧储层性质相似。

图4 伊通盆地莫里青油田Y 区块相干体切片与Y22 井微地震事件叠合显示图Fig.4 Superposition graph of coherence slices in block Y of Moliqing oilfield，Yitong Basin and microseismic events of well Y22

图5 伊通盆地莫里青断陷双阳组二段四砂组顶面构造、3+4 号小层有效厚度与Y22 井微地震事件叠合显示图Fig.5 Superposition graph of top structure and effective thickness of 3+4 sublayer of the second member of Shuangyang Formation in Moliqing fault depression，Yitong Basin and microseismic events of well Y22

图6 为伊通盆地莫里青断陷双阳组二段四砂组4 号小层沉积相图与Y22 井微地震事件叠合显示图，Y22 井1～9 段压裂裂缝主要集中在下中扇沉积区域，下中扇比上中扇沉积区域储层分选性好，粒度均匀，利于造缝，可压性好，可解释井西侧裂缝边缘事件分布，不能解释裂缝的不对称性。对均匀储层压裂裂缝沿主应力方向对称延伸扩展，上述研究表明压裂井两侧储层特征一致，因此，可排除储层性质差异造成裂缝的不对称性。

图6 伊通盆地莫里青断陷双阳组二段四砂组4 号小层沉积相图与Y22 井微地震事件叠合显示图Fig.6 Superposition graph of sedimentary facies map of No.4 sublayer of the second member of Shuangyang Formation in Moliqing fault depression，Yitong Basin and microseismic events of well Y22

图7 伊通盆地莫里青油田Y 区块Y22 井附近井位图与Y22 井微地震事件叠合显示图（圆圈由大到小表示事件震级由大到小）Fig.7 Superposition graph of well location near well Y22 in block Y of Moliqing oilfield，Yitong Basin and microseismic events of well Y22

井中微地震监测方法易受监测条件限制，造成靠近监测井侧比远离监测井侧微地震事件数量多，监测缝长大，形成裂缝的不对称性。可利用震级属性识别监测距离造成的监测偏差［19］，微地震的震级越大，破裂能量越强［20］。图7 为伊通盆地莫里青油田Y 区块Y22 井附近井位图与Y22 井微地震事件叠合显示图，可以看出，压裂井北侧裂缝边缘大、小震级事件均有分布，说明能量弱的小震级事件经长距离传播、衰减还能被监测到，因此，监测距离在有效范围内，可排除监测原因造成的裂缝不对称。1～4 段裂缝主要向Y，22-21-19，22-19-19 井方向生长，5～9 段裂缝有向东侧45 H1-1 水平井方向生长的趋势。分析认为，Y22 压裂井周边的井前期进行过压裂改造以及后期油气排采造成地层能量消耗，形成低应力区，而压裂裂缝易于向低应力区方向生长，Y22 井压裂时，高压液体注入储层形成高压力区，造成压裂裂缝向低应力区的生产井方向生长或在其周边产生微地震响应，最终形成了不对称性压裂裂缝。22-19-19 井第4 段压裂结束后、45 H1-1 井第6段压裂结束后以及45-3 井第5 段压裂结束后均出现井口压力上升，验证了监测结果及解释的可靠性。

综上所述，Y22井压裂受周边生产井影响，造成了压裂改造不均，因此，应根据微地震监测的缝网规模优化井网井距，结合周边井生产状况，通过优化压裂施工参数以及补充地层能量减小地层压力差等措施，使储层压裂改造均匀，提高改造效果。

3.2.2 缝高评价

Y22 井油藏埋深为3 100 m，微地震监测缝高为50～57 m，大于有效储层厚度，根据伊通盆地莫里青油田Y 区块双二段地应力剖面（图8），压裂层上下均没有有效的阻挡层，因此，造成压裂缝高偏大。监测缝高与压裂模拟缝高基本一致，说明压裂施工排量设计合理，达到了预期的压裂目的。

图8 伊通盆地莫里青油田Y 区块双阳组二段地应力剖面Fig.8 In-situ stress profile of the second member of Shuangyang Formation in Moliqing fault depression，Yitong Basin

3.2.3 测井解释成果与微地震监测成果联合解释

根据优化后的Y22 井监测结果俯视图定性分析裂缝复杂度，可以发现，1，4，6，7 段裂缝复杂度更高。将微地震监测的裂缝定量参数与测井解释图件、压裂施工参数进行对比，研究微地震、储层性质、压裂效果的关系（图9），可以看出，1，4，7 压裂段甲烷、全烃含量均相对较高，GR值相对较低、脆性指数相对较大［图9（a）］，反映出储层泥质含量相对较低，脆性相对较强，油气含量相对较大，储层性质较好，这3 段压裂施工液量、砂量基本一致［图9（b）］，储层改造体积相对较大、微地震事件数量相对较多［图9（c）］，这说明微地震监测数据和测井解释成果具有相关性，测井解释好的压裂段微地震事件数量多，储层改造体积大，可压性强，裂缝复杂度更高。2，3，6，8，9 压裂段储层性质相当［图9（a）］，第6 段比第2，3，8，9 压裂段施工液量大［图9（b）］，表现为储层改造体积也相对较大、微地震事件数量也相对较多，储层改造规模和微地震数量仅差于储层性质更好的1，4，7 压裂段［图9（c）］，说明针对Y22 井区，对测井资料解释相对差的储层可通过增加施工液量增加裂缝复杂程度，显著提高压裂效果，提高压裂工艺的适应性。

图9 Y22 井微地震监测结果与测井解释成果对比Fig.9 Comparison of microseismic monitoring results with logging interpretation results

4 结论

（1）综合伊通地区莫里青油田Y 区块地震、测井、沉积、构造、压裂以及生产井分布的井中微地震压裂效果评价方法及技术流程，可准确解释微地震事件的时空分布，查明压裂裂缝的形成原因，真实、有效地评价压裂改造效果，为微地震监测技术深入应用提供指导与借鉴。

（2）微地震事件的空间位置代表地下破裂的发生位置，即应力释放的位置，不代表压裂液到达的位置，利用微地震监测评价压裂效果应结合微地震事件的时空分布特征、储层特征、压裂施工数据等，解释微地震事件异常分布的原因，剔除无效事件，客观、准确地评价压裂改造效果，以更好地指导压裂方案优化。

（3）压裂井周边的生产井应引起足够重视，其前期压裂改造及后期油气排采形成的低应力区可造成压裂裂缝的不对称，为使储层改造均匀，应根据微地震监测结果优化井网间距，以及通过优化压裂施工参数、补充地层能量等措施，提高压裂改造效果。