李小軍 文斌

引言

隨著油田開發(fā)的不斷推進，我國低滲透油藏開發(fā)技術(shù)已處于世界領(lǐng)先地位，水力壓裂技術(shù)在低滲透油田開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用，而裂縫監(jiān)測技術(shù)制約著水力壓裂技術(shù)的突破。

水力壓裂技術(shù)是目前低滲透油田改造增產(chǎn)最主要的措施之一。水力壓裂產(chǎn)生的裂縫延伸方位，不僅是儲層壓裂改造效果的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一，而且能為其他井水力壓裂提供參考與借鑒，并能夠為后期調(diào)整生產(chǎn)措施提供依據(jù)。本文針對低滲油田水力壓裂裂縫方位監(jiān)測技術(shù)進行了較深入的調(diào)研，并設(shè)計一套低成本、高性能、低功耗的壓裂裂縫方位監(jiān)測系統(tǒng)。

1.幾種常見的水力壓裂裂縫方位監(jiān)測技術(shù)

（1）微地震監(jiān)測技術(shù)

天然地震監(jiān)測技術(shù)是微地震壓裂的監(jiān)測技術(shù)的起源。水力壓裂施工過程中，壓裂能量將沿主裂縫方向不斷向四周地層中進行輻射傳遞，造成主裂縫周圍地層內(nèi)部產(chǎn)生裂張和錯動。這些裂張和錯動會引起不同類型和強度的地下彈性波，即橫波和縱波。在壓裂時產(chǎn)生的這些不同強度不同類型的橫波和縱波將以主裂縫為中心，從各個方位來輻射波及周圍地層，通過這類輻射的彈性波地震能量能夠向周圍相鄰的地層源源不斷地傳波。通過接收、過濾和分析接收到的地下彈性波信號的強弱、方向及波及面積等參數(shù)，便可獲得實際壓裂施工過程裂縫方位、面積及對地層的影響強度的信息。再借助三維成像技術(shù)，采用相應(yīng)配套的軟件對微地震事件分析對比，便可獲得壓裂裂縫的各種幾何參數(shù)，從而達到對壓裂裂縫的延伸方位的監(jiān)測目的。

（2）井溫測井監(jiān)測技術(shù)

水力壓裂施工所注入的液體或壓后人為注入的液體進入地層往往會帶來低溫異常，通過監(jiān)測井溫變化情況便可確定壓裂裂縫的縫高，這就是井溫測井監(jiān)測技術(shù)的理論基礎(chǔ)。水力壓裂所注入地層的液體溫度通常會低于地層原溫度，因此體現(xiàn)在吸液層段井溫曲線的是低溫異常段，監(jiān)測這一低溫異常段便可獲知壓裂裂縫的存在以及分布高度等情況。在壓裂前先進一次行井溫測井，得到一條井溫變化的基準(zhǔn)線，對比壓裂后井溫變化線，可將井溫突變段確定為壓裂裂縫的高度。

（3）地面電位法測量技術(shù)

水力壓裂施工過程中，向壓裂層位注入高電離性能的液體，該類工作液將造成地面電位梯度發(fā)生變化，通過測量地面電位梯度，進而可達到推斷、解釋水力壓裂裂縫方位相關(guān)參數(shù)的目的，因此，地面電位測量技術(shù)依據(jù)的是傳導(dǎo)類電位勘探的基本理論。通常，在被測壓裂井的井口周圍布置有多組環(huán)形的測點，再借助于高精度的電位監(jiān)測儀器，對壓裂施工過程中地面電位變化進行實時監(jiān)測，并對所監(jiān)測得數(shù)據(jù)進行一定處理，便可實時地獲得壓裂裂縫方位延伸的相關(guān)參數(shù)。

（4）四維地震監(jiān)測技術(shù)

四維地震（4Dseimic）亦叫時移地震，是指在三維地震的基礎(chǔ)上，引入了時間的維度，借助重復(fù)獲得的三維地震測量資料來進行油藏動態(tài)監(jiān)測。油田開發(fā)中，儲層特性變化將引起地震頻率變化、振幅異常以及反射同相軸的下拖現(xiàn)象等，這些現(xiàn)象均是四維地震監(jiān)測的良好識別標(biāo)志。微破裂四維向量掃描影像監(jiān)測技術(shù)屬于油藏地球物理的范疇，是采用無源地震的微地震三分量數(shù)據(jù)，進行多波振幅的屬性分析（橫波和縱波），并借助相關(guān)體數(shù)據(jù)處理和計算方法，獲得監(jiān)測期三維空間體地下各時間域的高壓流體活動和儲層巖石破裂所釋放能量的分布情況。通過橫波和縱波實時記錄，可將不同階段的裂縫變化反映到三維圖譜上，用以表示起裂、擴展、重疊、連接及延伸趨勢等情況，這樣就能達到監(jiān)測裂縫方位的目的。

大量的壓裂施工實踐表明，當(dāng)前所用的測量方法均存在著一定的自身弊端。例如，地面電位測量需向地層注入導(dǎo)電率高的液體，導(dǎo)致監(jiān)測成本大幅度提高，并帶來操作的極大不便；而井溫測量方法雖較簡便，但僅能得到裂縫高度的有限參數(shù)；微地震技術(shù)需要非常高科技含量技術(shù)，數(shù)據(jù)處理過程較復(fù)雜，設(shè)備儀器價格也是相當(dāng)之昂貴，并要求高素質(zhì)技術(shù)知識的操作人員等。部分油田目前已安裝有壓裂裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，但并沒有到達想要的監(jiān)測效果，獲取到的數(shù)據(jù)和信息的可靠性和準(zhǔn)確性不高。實際上，該技術(shù)指標(biāo)不單依賴于傳感儀器的靈敏度，而且取決于對數(shù)據(jù)和信息的采集和處理技術(shù)。綜上所述，油田勘探開發(fā)急需一種工作穩(wěn)定、操作簡便的壓裂裂縫方位監(jiān)測技術(shù)。

2.一種分布式壓裂裂縫方位遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

分級分布式監(jiān)測系統(tǒng)具備有監(jiān)測全面、集中管理等優(yōu)勢，緊密結(jié)合油田壓裂施工現(xiàn)場的實際情況，本文設(shè)計一種分布式的水力壓裂裂縫方位遠程監(jiān)測系統(tǒng)。在水力壓裂施工現(xiàn)場，在壓裂井周圍適當(dāng)范圍內(nèi)選取三口已鉆井作為監(jiān)測井，監(jiān)測井口安裝信號探測儀，計算機和裂縫方位檢測器配備于遠程工程測試車內(nèi)，1個裂縫方位檢測器、3個信號探測儀和1臺計算機便基本構(gòu)成了整個壓裂裂縫方位監(jiān)測系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用電壓式的壓力傳感器獲取地層震動數(shù)據(jù)，通過數(shù)字信號處理來篩選和提取信號，借助計算機軟件實現(xiàn)對裂縫方位的實時監(jiān)測和分析，采用無線傳輸工作方式來實現(xiàn)信息的有效傳遞。該系統(tǒng)的工作可靠穩(wěn)定，操作方式便捷，操作人員可對壓裂施工現(xiàn)場進行實時監(jiān)測，能降低對操作人員的技術(shù)要求。壓裂施工監(jiān)測過程，為確保監(jiān)測系統(tǒng)工作穩(wěn)定性和可靠性，選取的三口監(jiān)測井需滿足一定的要求。首先，監(jiān)測井需位于壓裂井周圍1km范圍內(nèi)，且與壓裂屬同一地質(zhì)板塊且地層深度相仿，因此，在應(yīng)用方面會存在一定的局限性，需要有已鉆井來保障。選取的三口監(jiān)測井盡可能去包圍壓裂井，這利于信號的拾取、傳輸、處理及分析，為準(zhǔn)備監(jiān)測裂縫方位提供保障。

水力壓裂施工過程中，產(chǎn)生的微震動信號是靠微震信號探測器進行拾取的，并將信號強度進行足夠的放大，再經(jīng)頻率調(diào)制后采用無線方式傳輸。接收無線電傳輸?shù)男盘柕臋z測儀置于工程測量車，接收數(shù)據(jù)經(jīng)處理后生成時差數(shù)據(jù)，最終傳輸?shù)接嬎銠C。開發(fā)專門設(shè)計的數(shù)字壓裂裂縫方位監(jiān)測軟件，計算得到壓裂裂縫的延伸方位。

3.結(jié)論

（1）本文對目前常見的幾種水力壓裂裂縫方位監(jiān)測技術(shù)進行了簡要介紹，分析了其各自的缺點。

（2）針對目前裂縫方位監(jiān)測技術(shù)的弊端，設(shè)計了分布式壓裂裂縫方位遠程監(jiān)測系統(tǒng)。

（3）該系統(tǒng)采用“微震信號探測+無線傳輸”方式，不僅具有低成本、低功耗、高性能的特點，還具有壽命長、操作簡單、可靠性高的優(yōu)點。

（作者單位：1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院；2.延長油田股份有限公司子長采油廠）