基于井中微地震监测方法的压裂效果评价——以延安探区YP5-1井为例

李颖涛，杨国旗，冯 洋，李富豪，韩 伟，杨强强，刘 婵，郑 艳，文 明，刘 磊，魏 强

(陕西延长石油集团油气勘探公司采气一厂，陕西 延安716005)

0 引言

近年来出现了多种评价页岩致密气藏储层改造的新技术，其中微地震裂缝监测是储层改造评价现场应用效果较好的一项技术。该技术通过邻井井下检波器实时接收压裂过程中岩石破裂释放的地震波，精确反演定位微地震事件,筛选有效事件描述压裂过程中人工裂缝扩展的长度、宽度、高度以及方位角等参数,现场根据实时的裂缝数据采取优化压裂施工参数、合理部署井网等油气田开发措施提高油气田整体采收率[1-5]。作为实时评价储层改造效果重要方法之一,微地震监测技术越来越多的应用到非常规油气藏储层改造中[6-8]。巫芙蓉[9]等通过微地震监测压裂施工过程中人工裂缝扩展情况,及时合理调整压裂施工参数,从而提升储层整体改造效果；陈新安[10]通过微地震监测技术,深入研究条带曲率裂缝发育区页岩气井压裂过程中人工裂缝扩展规律,进而提高该区域页岩储层改造效率；毕曼等[11]根据常规压裂与混合压裂的微地震监测结果,评价了2种技术的适用性,为后期储层改造方法的选择提供指导；赵超峰等[12]与赵争光等[13-14]深入研究三维地震资料与微地震监测成果的相关性，分析微地震事件的分布规律，总结压裂裂缝扩展的影响因素。

陕西延长石油集团油气勘探公司在鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南区块进行多年页岩气勘探开发，针对页岩气水平井压裂过程中无法定量描述人工裂缝扩展形态，无法研究压裂裂缝扩展影响因素，进而无法探索人工裂缝扩展规律等，通过压裂储层岩石破裂释放能量来反演定位微地震事件，根据有效事件定量描述人工裂缝空间展布和储层改造体积[15-17]，基于储层物性、测井数据以及三维地震数据，结合现场压裂施工参数，研究影响人工裂缝扩展的主要因素，探索压裂过程中裂缝扩展规律，更好的提高储层改造效果。

该研究在压裂施工过程中，高压泵入储层大量高黏度流体，储层孔隙压力迅速升高，储层岩石受高孔隙压力发生切破裂和张性破裂释放地震波，邻井井中的检波器实时接收地震波，准确反演定位微地震事件，剔除与压裂增产无关事件，利用有效微地震事件确定压裂裂缝的缝型、形态、方位以及体积等参数，进而评价压裂改造效果。

1 地震监测概况

YP5-1井页岩气水平井位于延安气田宝塔区块，储层厚度为15.93～19.09 m，岩性主要是泥页岩和泥质砂岩，属于典型的非常规气藏。根据岩心测试结果，储层孔隙度为2.62%～2.88%，渗透率为1.4～2.5 mD，属于低孔低渗性气藏。

YP5-1井运用超临界CO2前置增能水平井体积压裂工艺技术,采用滑溜水、线性胶一体化压裂液体系,高返排,低伤害；为满足地层闭合压力需求,针对不同压裂层段,选用20～40目、40～70目和70～100目陶粒作为支撑剂。该井水平段长度为1 023.67 m,完钻井深为3 628.67 m,目标层位钻遇率86.5%,共压裂13个压裂段,施工排量为12～14 m3/min,加砂总量为649.5 m3,压裂液总量为12 995 m3。现场选取邻井Y150井作为监测井,对YP5-1井进行微地震裂缝监测,评价其压裂改造效果。图1所示为YP5-1井和Y150井相对位置图，在Y150井中放置12级Maxiwave三分量检波器进行接收，检波器级间距定为20 m，放置位置为2 110～2 330 m，检波器和YP5-1井射孔点位置的距离为220～1 350 m。

图1 Y150井与YP5-1井相对位置图Fig.1 Relative position of well Y150 and well YP5-1

2 微地震解释与压裂效果评价

2.1 监测结果

延安气田宝塔区块YP5-1井共实时监测13个井段，有效微地震事件总计2 081个，定位误差为0.2～10.5 m，震级为-3.65～-2.50，微地震监测结果如图2所示。第1～第3段因设备原因，测得的微地震事件较少，仅反映部分裂缝形态(如图2a中紫色椭圆所示)，文中不做详细分析；第4～第6段微地震事件正常，沿射孔簇向井眼轨迹两侧对称扩展，与主裂缝方向保持一致(如图2a中蓝色椭圆所示)；第7～第9段开始出现部分离散型微地震事件，在远离该压裂段的井轨迹西侧集中出现，但主体微地震事件仍保持向井眼轨迹两侧扩展(如图2a中红色椭圆所示)；第10～第13段同样出现裂缝在西翼扩展比较多，东翼裂缝扩展较少的现象(如图2a中黑色椭圆所示)。分析其产生原因，由于西翼为地层微裂缝发育区域，属于应力异常区域，压裂过程中高压液体压入地层，高压传递到应力异常区域，造成该区应力失衡，岩石破碎释放能量，造成西翼微地震事件多于东部。

图2 微地震监测结果Fig.2 Microseismic monitoring results

通过反演定位有效微地震事件空间分布，计算出单层压裂裂缝空间形态参数以及方位(见表1)。平均裂缝网络总长为380.8 m，宽为102.3 m，高为69.3 m，从第7段开始受西翼地层微裂缝发育影响，西翼裂缝扩展范围大于东翼，出现不对称扩展现象；根据各压裂裂缝走势可知，压裂层段主裂缝发育方向基本一致，为北偏东50°～81°。

表1 各段人工裂缝网络参数Table 1 Parameters of artificial fracture network in each section

2.2 压裂效果评价

2.2.1 压裂缝长不对称性分析

YP5-1井前7段压裂段裂缝东西两翼扩展相对比较对称；第7段裂缝先在本压裂段扩展,压裂后期裂缝沟通异常区,出现不对称发育；第8～第13段裂缝从一开始就出现不对称发育,大量微地震事件向井筒西翼扩展,东翼裂缝发育受限制,异常微地震事件纵横波时差明显比正常压裂段位置信号小(如图3和图4所示)，后6段压裂段信号呈现同样特征；说明西翼地层有较多微裂缝发育，当高压流体进入该区域，更倾向于进入微裂缝发育区域，岩石更易发生破裂，能量以波的形式传播而被邻井检波器所接收，导致异常区域的纵横波时差较小，微地震事件数量比较多，如图5所示。

图3 正常纵横波时差曲线图(时差明显较大)Fig.3 Normal P-wave TDOA curve(The time difference is obviously large)

图4 异常位置纵横波时差曲线图(时差明显较小)Fig.4 P-wave TDOA curve at abnormal position(The time difference is obviously small)

图5 第7～第9段监测结果平面图Fig.5 Plane graphics of monitoring results of section 7～section 9 fracturing section

2.2.2 压裂裂缝复杂程度分析

裂缝复杂指数(FCL)用于定量描述压裂裂缝的复杂程度，能够直观评价储层改造效果，其数值为压裂裂缝的宽度与长度之比。FCL越大代表压裂的人工裂缝复杂程度越高，其储层压裂改造效果就越好[18-19]。根据单层压裂裂缝几何形态参数计算出第4～第13段压裂裂缝FCL(见表2)。监测的10段人工裂缝的FCL为0.32～0.71，充分表明压裂形成的人工裂缝复杂程度比较高，裂缝宽度拓展性较好，整体储层改造效果比较好。

表2 人工裂缝复杂指数表Table 2 Fracture complexity index of micro-fracture

2.2.3 储层改造体积分析

储层改造体积(SRV)是先将非随机性微地震事件空间分布范围进行网格化，再根据微地震事件密度分布计算裂缝网格化的体积，进而得到单层压裂段人工裂缝体积(见表3)，该数值能直观反映出储层改造体积及效果。由监测结果可知，单层压裂段体积相加之和为4 841×104m3，整体10段压裂的储层改造体积为4 587×104m3，SRV重合比为5.54%，表示单层压裂裂缝重复交叉较少，储层改造效果比较理想，如图6所示。

表3 单层压裂裂缝储层改造体积Table 3 SRV of fractures by single-stage fracturing

图6 计算储层改造体积Fig.6 Calculation of SRV

2.2.4 测井解释成果与微地震监测成果联合解释

根据YP5-1井裂缝监测俯视图，定性分析各压裂段裂缝复杂程度，第7～第13段裂缝改造效果比较好；将微地震监测结果与压裂施工参数及地层测井解释曲线进行对比分析，研究三者之间的相关性。从图7a可以看出，第11～第13段GR相对较低，脆性指数比较大，储层脆性比较强，全烃含量比较高，含气量相对较大，储层物性条件比较好，微地震监测结果显示其微地震事件数量比较多，压裂裂缝复杂程度更高，储层改造体积相对比较大，说明微地震监测结果和测井解释成果具有相关性，即测井解释显示好的压裂段对应的微地震事件数量比较多，储层压裂改造效果比较好。第4～第10压裂段储层性质相当，第7、第8和第9压裂段比第4、第5、第6及第10压裂段施工液量大，产生的微地震事件相对较多，对应的压裂改造体积比较大，改造效果与储层物性好的第11、第12压裂段改造效果相当；另外，第13压裂段不仅储层性质好，其压裂施工液量和加砂量比较大，故改造效果非常好，单层改造体积达到784×104m3。对比分析结果表明：针对研究区域，对于物性条件比较差的储层，增加施工液量，有效增加人工裂缝的复杂程度，可提高压裂储层改造效果。

图7 YP5-1井微地震监测结果、压裂施工参数及测井解释成果对比图Fig.7 Comparison of microseismic monitoring results, fracturing construction parameters and logging interpretation results in well YP5-1

3 结论

1)综合延安气田探区测井解释成果以及井中微地震监测结果，可以精确反演定位有效微地震事件，定量分析压裂裂缝扩展参数，能够客观、准确地评价储层改造效果，为微地震监测技术广泛应用于评价非常规油气藏改造效果提供借鉴与指导。

2)YP5-1水平井体积压裂微地震监测结果表明13段压裂段主裂缝方向为北偏东50°～81°，从第 7 压裂段开始受到西翼地层微裂缝发育影响，出现应力异常区域，有明显向西翼单向发育趋势，储层改造体积为4 587×104m3，单层压裂重复交叉较少，裂缝复杂程度高，地层改造效果比较理想。

3)通过分析微地震监测与储层物性和压裂施工参数的相关性可知，对于物性条件较差的储层，可通过合理调整压裂液量等施工参数，来提高储层的改造效率，增加裂缝复杂程度，进而提高整体储层改造效果。