水力压裂微地震监测技术及发展综述

微地震监测技术在油气藏动态监测、水力压裂监测、地热动态监测、煤田动态监测等许多方面有着重要的作用,随着我国非常规油气田的开发进入大发展阶段,水力压裂微地震监测技术也成为学术界及各大石油公司的研究热点,本文对国内外技术发展情况进行综合评述,对相关研究具有重要的借鉴作用。     

微地震监测技术在页岩气开发过程中的应用——以四川泸州地区为例

运用水力压裂有效提高储层渗透率已经成为页岩气开发过程中必不可少的环节。根据压裂缝网的展布特征调整压裂参数,可达到规避压裂风险、提高储层改造效果的目的,因此实时获取缝网展布信息至关重要。微地震监测技术通过接收压裂过程中岩石破裂产生的震动,实现对压裂缝网发育过程的描述,是一种全面评价压裂效果的手段。采用地面微地震监测方法对泸州地区4口井的压裂过程进行了监测,获取压裂缝网展布范围、延伸方向等几何参数,为压裂工艺实时调整提供了有效指导,获得了较好的应用效果。通过微地震事件与目的层地球物理参数的对比,分析了天然裂缝活动特征及其对压裂缝网发育的影响,为本工区后期压裂工艺改进提供了有效参考。     

基于导流能力评价实验的复合酸化压裂技术

酸化压裂是碳酸盐岩油气藏增产的主要措施和手段,即使采用较大规模施工,酸蚀缝长一般不超过120 m,而水力压裂技术能够实现大规模造长缝的目的。为此,开展水力压裂与酸携砂压裂相结合的复合酸化压裂技术研究及现场实验,以探索碳酸盐岩增产措施的新工艺技术。实验采用塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩岩心,模拟高温高压地层条件,通过测试水力加砂压裂裂缝、酸化压裂酸蚀缝、酸携砂压裂裂缝、水力压裂与酸携砂复合酸压裂缝的短期导流能力,探索评价了碳酸盐岩地层增产改造的新工艺技术,实验结果表明了碳酸盐岩地层实施复合酸化压裂可以实现较好的导流能力。基于导流能力实验评价结果,优化设计了4 口井的复合酸化压裂方案并进行现场施工,增产效果良好,为碳酸盐岩地层实施复合酸化压裂提供了有力的理论支持。     

页岩气储层水力压裂机理研究

水平井分段压裂技术是现阶段页岩气成功开发的关键技术,并逐渐形成了一系列以实现"体积改造"为目的的页岩气压裂技术,其"体积改造"的理念颠覆了经典水力压裂理论,是现代非常规储层压裂理论发展的基础。到目前为止,页岩气储层水力压裂缝网形成与扩展机理等基础理论还不完善;通过室内大型真三轴水力压裂物理模拟实验,在室内模拟出含裂缝的页岩地层,研究了裂缝性地层水力压裂过程中天然裂缝对水力裂缝扩展的影响;并分析了水力裂缝在该类型地层中的扩展模式及其影响因素。     

多尺度科学及其在油气田开发中的应用研究

在简述多尺度科学的主要研究内容、方法及现状的基础上,从多尺度科学角度出发,提出了油气藏即是一个复杂的多尺度系统,油气产出是一个跨时间和空间尺度的复杂过程,是在微观孔喉、微裂缝至宏观裂缝、水力裂缝等渗流通道中的一系列串联耦合过程的观点。油气田开发中多尺度问题主要包括油气藏多尺度描述、多尺度数据整合以及多尺度模拟。以致密砂岩气藏为例,探讨了非常规天然气开发中的多尺度现象及其对气藏开发的影响及对策。指出致密砂岩气藏多尺度结构由基块孔喉、天然裂缝和水力裂缝组成,基块供气不足和储层损害是制约气井产能的关键因素。基于多尺度传质理论大幅度提高传质效率,强调加强钻井、完井和增产改造等全过程储层保护、采用最大储层接触面积（MRC）技术是开发非常规油气资源的有效途径。     

基于裂缝干涉模型的非常规油气井压裂优化设计软件的开发与应用

基于复合断裂力学解析方法和能量平衡原理,考虑非常规油气储层岩石高脆性和低渗透性特点,研究水平井分段压裂诱导裂缝间应力相互干扰条件下裂缝扩展的力学机制和缝内变密度支撑剂运移规律。根据水力压裂裂缝扩展的拟三维模型和考虑缝内流体沿缝长、缝高二维流动的全三维模型,分别考虑水平井单井缝网压裂和双井同步压裂形成网状裂缝状态,建立考虑缝间应力干扰的诱导网状裂缝体积压裂优化设计模型,采用Visual Studio 2012开发平台,研制设计软件3D-UGMulti-Fracture。根据断裂力学和渗流力学原理研究水力压裂过程中不同密度支撑剂在网状裂缝内的运移过程。利用微地震技术对同步压裂井实施裂缝监测,检测结果与软件计算结果具有很好的一致性。按照压裂工艺设计要求,优化排液量和砂比等参数,增加裂缝有效支撑长度,提高裂缝导流能力。     

压裂液黏度对水力压裂破裂压力及破裂形态的影响

随着非常规油气开发需求的增加,水力压裂技术作为油气增产的关键技术受到广泛关注。根据现场压裂结果显示,压裂液黏度作为易于调整的工程参数会对储层改造效率造成重大影响。为了探究压裂液黏度对水力压裂效率的影响,系统开展了不同压裂液黏度作用下砂岩室内水力压裂试验,揭示了压裂液黏度对水力压裂破裂压力、破坏形态的影响及内在机理。试验结果表明：低黏度压裂液将产生两翼平直窄裂缝,高黏度压裂液将形成单翼宽裂缝或分支裂缝。随着压裂液黏度升高,水力压裂过程中由于滤失产生的孔隙压力减小,破裂压力升高。通过试验结果得到了考虑压裂液黏度的计算式,对水力压裂参数设计具有指导意义。     

新型缝网压裂技术在镇北致密储层的研究与应用

北美非常规油气藏的成功开发为长庆致密油藏改造开辟了新的技术途径。在与北美巴肯致密油藏特征进行对比分析的基础上,指出镇北长X致密储层具有天然裂缝发育、岩石脆性程度高、水平两向应力差适中的特点,具备大规模体积压裂形成复杂网状裂缝的条件。因此,以体积压裂为理念,在该区块开展了的"高排量、大液量、低黏压裂液、小粒径支撑剂"技术模式的新型缝网压裂先导性试验,取得了较好的增产效果,为长庆油田0.3mD以下致密油藏压裂改造积累了重要的经验。     

微地震事件震源机制求解技术

微地震技术是通过监测致密储层压裂改造产生的微地震波,用于评价分析压裂效果、指导压裂工艺优化的地球物理技术。根据微地震事件的震源机制解可以描述压裂过程中裂缝破裂情况,能够更好地分析水力压裂裂缝的延伸和展布特征。利用纵波初至来估算震源机制解是一种比较直接的反推震源性质及破裂过程的方法,但该方法对微地震监测数据的品质要求较高,既需要足够多的台站监测纵波信号,又要求纵波初至具有较高的信噪比。针对常规方法的不足,采用纵波和横波的能量比计算微地震震源机制解,即通过纵横波能量比值来判定压裂震源点是剪切性破裂还是拉张性破裂。将纵横波能量比方法与常规矩张量反演方法进行对比,两者计算结果具有较高的相关性,微地震监测实际数据验证了该方法的可行性和有效性。     

非常规采油增产方法研究现状及发展思路

非常规采油增产技术是油气开采技术中的重要组成部分，对稳定我国原油产量具有重要意义．本文综述了高能气体压裂、水力振荡、声波及超声波、人工地震、电液压冲击、井壁深穿切愿炸疏松地层、化学生热等八项技术目前国内外发展现状．并在此基础上提出了对发展我国非常规采油增产技术的看法．     

页岩气钻采技术现状及展望

作为发展迅速的非常规能源,页岩气已成为全球能源界的焦点。页岩气钻采技术不同于普通油气井。本文回顾了页岩气钻井发展过程,介绍了页岩气开发中的水平井技术。组合式桥塞完井、水力喷射射孔完井、机械式组合完井是页岩气井完井的主要方式。页岩气开发的核心技术之一是压裂技术,主要包括水平井多级压裂、重复压裂、清水压裂、水力喷射压裂、同步压裂等。最后本文对页岩气的水平井钻井技术和压裂技术的发展方向进行了展望。     

水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型

基于水力裂缝层内爆燃压裂技术提高低渗透油田采收率和油井产量的基本设想,利用油藏渗流理论和节点系统分析方法,建立了水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型,并分析了水力裂缝和爆燃裂缝参数对油井产能的影响。研究结果表明,在低渗透油藏中,增加水力裂缝的长度比增加水力裂缝的导流能力对油井增产更有利;爆燃裂缝的存在可在水力裂缝增加油井产量的基础上进一步增产,相对于水力压裂油井,爆燃压裂油井增产倍数可达1.55。由此说明,利用水力裂缝层内爆燃压裂技术来提高低渗透油田油井产量是可行的。     

体积压裂水平井增产潜力及产能影响因素分析

新型压裂改造技术-水平井体积压裂技术的发展进步是成功开发致密油气藏的巨大推动力。体积压裂可使致密储层形成裂缝网络系统,提高单井产量和油藏的可采储量_[1-2]。体积压裂技术对储层进行三维立体的改造,根据裂缝网络的复杂特征,本文提出了数值模拟FNDP模型,建立三维复杂裂缝网络模型,有效的将复杂裂缝网络系统及其渗流规律进行表征,对影响体积压裂水平井产能的5个地质参数进行敏感性分析,并对其增产潜力进行评价。结果表明,体积压裂对储层渗透率较小的致密油藏改造效果显著;次生裂缝导流能力越强,体积压裂的增产潜力越强。研究成果为致密砂岩油藏体积压裂的开发方案设计工作提供一定参考。     

基于微地震事件点的SRV拟合方法比较研究

针对噪声影响下基于微地震事件点的改造体积（SRV）计算不准确的问题,开展了微地震事件SRV拟合算法研究。采用三维水力压裂模型来模拟主裂缝扩展和压裂液由裂缝向基质扩散的过程,依据断裂准则和临界孔隙压力来判断所引发的微地震事件,进而得到水力压裂SRV。基于异常点概念,采用各算法拟合去异常点前、后的微地震事件点集,进而得到相应的SRV,并与水力压裂模拟求得的SRV对比。结果表明,异常点处理可以降低噪声对3种拟合算法计算SRV的影响;面元算法虽然较为保守,但微地震事件SRV与水力压裂SRV相差不大,且具有较好的稳定性和抗噪性;三维狄洛尼三角剖分和最小体积覆盖椭球两种算法所得的微地震事件拟合SRV虽然与水力压裂SRV误差相对较大,但这两种方法不仅从数学领域清楚地划分了微地震活动区域,且提供了更详细、更定量化的SRV几何结构。     

对压裂裂缝监测结果的质疑及井网参数的改进

作为人工压裂缝监测的一种有效手段,微地震监测技术能够定量表征压裂裂缝的方位、缝高、缝长、缝宽,为水平井的井网参数设计和分段压裂参数的设计提供了有力的技术支撑。但是在实际应用过程中,存在着大量微地震解释结果与矿场分析结果相矛盾的情况,本文从矿场压裂施工曲线特征、压裂施工井口返液情况、重复压裂效果、水平井注采反应特征等方面与微地震定量解释结果进行对比分析,指出了缝高、缝长、缝宽等参数量化解释结果存在明显偏大的倾向,讨论了量化结果偏大产生的原因,提出了进一步对水平井井网和分段压裂参数进行优化的方向,优化后的实践结果验证了优化方向的正确性。     

无水压裂液技术研究进展及前景展望

目前,国内外的油田主要采用水力压裂技术进行增产改造,但常规水力压裂技术始终面临水资源大量消耗和压裂后相关污染的难题,而且不利于水敏性等非常规油气藏的开发,因此常规水力压裂技术的应用受到极大的限制.无水压裂液技术可以有效地解决上述问题,但国内无水压裂液技术应用较少,理论研究相对缺乏,再加上我国非常规油气资源储量丰富,但水资源相对缺乏,若能够突破无水压裂液的技术难关,则使用无水压裂液技术将为我国非常规油气资源的开发带来极大的经济和环境效益.本文通过调研国内外资料,介绍了目前国内外无水压裂液技术的研究现状,分析了国内外常用的几种压裂液技术,主要介绍了二氧化碳类、醇基类以及烃类无水压裂液技术特点,总结分析了各自的优势及问题,深入研究了液态CO_2压裂液、超临界CO_2压裂液、醇基压裂液、油基压裂液以及低碳烃压裂液,并对其工作机理做了介绍.最后,本文总结了目前无水压裂液研究的重点及应用时的关键问题,为无水压裂的理论研究及应用提供了一定的参考价值.     

水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型

基于水力裂缝层内爆燃压裂技术提高低渗透油田采收率和油井产量的基本设想，利用油藏渗流理论和节点系统分析方法，建立了水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型，并分析了水力裂缝和爆燃裂缝参数对油井产能的影响。研究结果表明，在低渗透油藏中，增加水力裂缝的长度比增加水力裂缝的导流能力对油井增产更有利；爆燃裂缝的存在可在水力裂缝增加油井产量的基础上进一步增产，相对于水力压裂油井，爆燃压裂油井增产倍数可达1．55。由此说明，利用水力裂缝层内爆燃压裂技术来提高低渗透油田油井产量是可行的。     

震源空间成像技术在玛湖地区低信噪比微地震处理中的应用

探讨准噶尔盆地玛湖地区不同信噪比微地震信号处理技术的适应性,为压裂改造提供技术支撑。从玛湖地区微地震信号识别的影响因素分析入手,找出微地震信号成像的技术瓶颈,针对玛湖地区低信噪比微地震信号,提出了采用震源空间成像微地震处理技术。结果表明波形振幅偏移叠加的震源空间成像技术得到的微地震事件结果与实钻井产液剖面具有较高的吻合度,微地震事件计算出的压裂改造体积与钻井的生产情况契合度高,微地震事件密度和水力裂缝长度与弹性模量呈正相关。处理结果不仅实现了研究区低信噪比信号的准确定位,而且实现了对压裂改造效果的有效评估。     

基于不确定理论的压裂压后综合评估技术

水力压裂是油气藏增产的重要措施,压裂工艺技术发展、应用至今,还没有一种方法能够既经济又准确地评估水力裂缝。针对现有各种评估技术(直接诊断技术和间接诊断技术)评估结果具有多样性、不确定性以及技术本身的不成熟性等不足,探索了压后综合评估技术;对有关压裂参数(裂缝长度、裂缝宽度、裂缝高度、压裂液综合滤失系数、裂缝导流能力、裂缝闭合压力等)提出了基于不确定理论的综合评估模型及求解方法。由于综合了各种技术的评估结果(确定、模糊和灰性的信息),最终可获得客观的评估结果。实例表明该模型是有效的和实用的。     

水力压裂裂缝模拟研究

针对低渗油气藏水力压裂裂缝通常采用直角网格加密模拟准确性不高的问题,采用了油藏数值模拟中的新型网格结构——PEBI网格来模拟水力裂缝.在充分认识水力裂缝渗流机理的基础上,深入分析了数值模拟中处理水力裂缝的常规直角网格加密方法和PEBI网格方法的原理;并以某火山岩油藏为例运用两种方法对裂缝方位、导流能力和裂缝穿透比进行优化研究.研究结果表明,PEBI网格模拟水力裂缝的方法相对于常规直角网格加密方法具有较高的准确性和优越性.运用该方法可以为现场压裂施工设计和效果评价提供一种有效的研究手段,对于提高低渗油气藏压裂效果具有实际意义.