一种利用井口检波器进行水力压裂微地震监测的方法技术

本发明专利技术涉及应用地球物理勘探利用井口检波器进行水力压裂微地震监测的方法。在水力压裂井口套管上安装检波器，记录地下岩石在高压水力作用下破裂时产生的微地震信号，微地震信号波沿水平方向传播到套管，转换为在声波沿钢套管上传播被井口检波器能记录。本发明专利技术可以在压裂施工现场快速准确地确定地下岩石破裂点的几何位置坐标，施工简单利用井口检波器进行水力压裂微地震监测的方法与装置可以应用于油田低渗透储层和页岩储层水力压裂的裂缝动态成像和快速压后评估。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及应用地球物理勘探利用井口检波器进行水力压裂微地震监测的方法。在水力压裂井口套管上安装检波器，记录地下岩石在高压水力作用下破裂时产生的微地震信号，微地震信号波沿水平方向传播到套管，转换为在声波沿钢套管上传播被井口检波器能记录。本专利技术可以在压裂施工现场快速准确地确定地下岩石破裂点的几何位置坐标，施工简单利用井口检波器进行水力压裂微地震监测的方法与装置可以应用于油田低渗透储层和页岩储层水力压裂的裂缝动态成像和快速压后评估。【专利说明】-种利用井口检波器进行水力压裂微地震监测的方法 涉及领域 本专利技术涉及应用地球物理勘探方法技术，是一种利用三口或三口以上井口三分量 检波器进行水力压裂微地震监测的方法。
技术介绍
微地震监测技术是近年来出现的用于油气田开发阶段的新技术，是通过观测、分 析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动之影响、效果及地下状态的地球物理 技术。基本做法是：通过在井中或地面布置检波器排列接收油气生产活动所产生或诱导的 微小地震事件；并通过对这些事件的反演求取微地震事件震源位置等参数；最后，通过这 些参数对生产活动进行监控或指导。 目前该方法主要用于油田低渗透储层和页岩储层水力压裂的裂缝动态成像和压 后评估，以及油田开发过程的动态监测，主要是流体驱动监测。 微地震监测分为地面监测和井中监测两种方式。地面监测就是在监测目标区域 (比如压裂井）周围的地面上，布置几百或上千个地面单分量或三分量检波器并记录地下岩 石破裂时所产生的微地震信号来进行微地震监测。井中监测就是在监测目标区域周围临近 的一 口或几口井的井中中布置三分量检波器接收排列，进行微地震监测。由于地层对微地 震信号能量的吸收、传播路径复杂化等原因；与井中监测相比，目前的地面微地震监测所得 到的资料存在微震事件少、信噪比低、反演可靠性差以及生产成本高昂等缺点。 在大庆石油地质与开发(第25卷第3期，2006年)《用微地震波法确定松辽盆地头 台油田地应力场特征》一文中，刘云彬等公开了了用微地震波法确定油田地应力场特征的 方法，并公开了一种微震压裂监测系统：该系统是在压裂井附近选择3 口井布上检波器作 为监测井。压裂时，地层岩石破裂产生的微地震波被检波器接收并转换成电压信号，经前 置放大后送入AE-400B微地震波定位系统进行时差生成处理，再送入计算机采集处理，生 成&4 2两组时差。为求得震动源点的位置，设首先收到震动信号的油井\位于坐标原点， 并以正东为X轴、正北为y轴建立直角坐标系，顺时针排列另两口监测井Si和S 2，其坐标 分别为（Xl、yi)、（x2、y 2)。当微地震信号被\井检波器收到时，设震动源点到\井距离为 r，则震动源点到31井距离为Γ+δΚδΙιν·^)，到达&井距离为Γ+δ2(δ 2=ν·?2)。其 中，tpt2为微地震波从震动源点到达监测井SpS 2的走时差（与\比较）。设信号在各监 测井的垂向走时相同，则震动源点的求取变成一个平面问题。在以\为原点的坐标系上， 分别以为圆心，以r、r+ δ i、r+ δ 2为半径作圆，3个圆的交点即为震动源点，3个 圆的方程为： x2+y2=r2 (3) (x-x1)2+(y-y1) 2=(r+ δ ^^(r+V · t^2 (4) (x-x2) 2+ (y-y2) 2= (r+ δ 2) 2= (r+V · t2)2 (5) 式中：V -地层中波速；ti、t2 -测得的两组时差。 上述方法所列的三个公式是无法确定震动源点在地面的投影，因为三个公式中共 有4个未知数，即1、7、61和，用三个方程式是无法求解4个未知数的。此外，公式中使 用的V是地震波在地层中的传播速度，这个系统也不能确定岩石破裂点在地下具体的空间 的几何位置。 国外测井技术(第25卷第3期，2006年）《水力压裂监测新方法》，Kevin Tanner 公开了一种水力压裂监测方法。此方法公开了斯伦贝谢所使用的VSI仪器，使用了三轴（X、 Y和Z)加速度计检波器。加速度计检波器通过隔离弹簧实现与整个仪器主体的声学隔离， 可采集高保真度的井中地震数据。VSI仪器通过一个强力锚臂实现与套管或地层的机械耦 合。 该方法主要特点是通过隔离弹簧实现加速度计检波器与整个仪器主体的声学隔 离，用以减小或衰减仪器主体体波（tool body wave)对加速度计检波器记录到的地层中微 震信号的干扰和影响，提高VSI仪器的灵敏度。当地层中微地震信号到达监测井套管时，与 整个仪器主体进行了声学隔离(利用隔离弹簧）的加速度计检波器将比没有进行声学隔离 的加速度计检波器更为敏感地检测到微震信号。 该装置将加速度计检波器安装到一支仪器主体内，为避免仪器主体体波（tool body wave)对加速度计检波器的干扰，需要将其与仪器主体用隔离弹簧进行声学隔离。安 装要通过一个强力锚臂实现加速度计检波器在套管内与套管或地层的机械耦合，结构复 杂，施工繁琐。 《水力压裂监测新方法》公开的是利用井下三分量加速度计检波器阵列/排列，此 种三分量加速度计检波器与本专利技术中使用的是不同的传感器。本专利技术中使用的是三分量模 拟或数字检波器，不是加速度计检波器。由于本专利技术没有将三分量模拟或数字检波器安装 到一支仪器主体内并下放到井下，也不需要将其与仪器主体用隔离弹簧进行声学隔离。此 夕卜，三分量模拟或数字检波器的安装方式也与文献中公开的不同，不需要通过一个强力锚 臂实现三分量模拟或数字检波器在套管内与套管或地层的机械耦合，而是用一个简单的卡 环将三分量模拟或数字检波器牢固的固定在井口的套管头外侧即可。《水力压裂监测新方 法》公开的是利用三分量加速度计检波器阵列/排列在井下记录微震信号，不是在井口记录 微震信号。其记录的是从岩石破裂点沿地层直接传播到井下三分量加速度计检波器的微震 信号，该微震信号不沿钢套管传播到地面。此方法是用井下垂直排列的三分量加速度计检 波器阵列记录的微震信号来定位，由于这一观测系统的几何形态相对于地震震源点位置的 反演来讲为病态，即用其数据反演出的地震震源点的位置不是唯一的。而上述水力压裂监 测新方法解决不了微震事件的唯一定位问题，它需要用其它的已知条件(如压裂井相对检 测井的方位）来约束反演出的地震震源点的位置以获得可靠的结果。
技术实现思路
本专利技术目地是提供一种信噪比高、可靠性好，可以以对地下岩石在水力压裂时产 生的破裂点（1)进行准确定位的利用井口三分量检波器进行水力压裂微地震监测的方法。 本专利技术通过以下步骤实现： 1)在压裂井周围任意选择三口或三口以上的地面监测井（2, 3,4)，在每口监测井 井口套管上分别安装一个三分量检波器（5,6, 7); 所述的安装是用带紧固螺栓的环形卡环将三分量模拟或数字检波器固定在井口 的套管头外侧； 所述的检波器为三分量模拟或数字检波器（5,6,7); 2)井口安装三分量模拟或数字检波器实时采集记录地下岩石在高压水力作用下 破裂时产生的微地震信号（1); 所述的采集记录是由车载或地面多道地震数据采集系统（8)记录微地震信号 (1)。 所述的微地震信号（1)是从岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用井口三分量检波器进行水力压裂微地震监测的方法，特点是采用以下步骤实现： 1）在压裂井周围任意选择三口或三口以上的地面监测井，在每口监测井井口套管外侧分别安装一个三分量模拟或数字检波器； 2）井口安装三分量检波器实时采集记录地下岩石在高压水力作用下破裂时产生的微地震信号； 3）根据声波在钢套管中传播的速度和声波在被压裂地层中的传播速度、以及每个井口记录到的微地震事件的纵波和横波的走时差值，计算出的微地震信号沿着水平方向传播到监测井套管上的距离，得到可能的岩石破裂点位置对应每口监测井在地面投影的环形轨迹； 4）根据已知水力压裂点的垂直埋深、纵波和横波在钢质套管中的传播速度、纵波和横波在从岩石破裂点到监测井的地层中的传播速度、在井口记录到的纵波和横波的走时差值，微震信号沿着水平方向传播到监测井套管上的距离和圆环共同相交的点在地面的投影点的纵横坐标参数，可以准确地定位地下岩石破裂点的位置坐标参数，完成水力压裂微地震监测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，王熙明，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11