摘 要：隨著頁巖氣開發(fā)的興起，微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)作為與之緊密相關(guān)的一項(xiàng)地球物理技術(shù)受到了日益密切的關(guān)注。本文首先介紹了微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理，隨后列舉了三項(xiàng)國(guó)外成功應(yīng)用微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)例。最后對(duì)其未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：微地震監(jiān)測(cè) 原理 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P618 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（b）-0089-01

微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)近年來已經(jīng)發(fā)展為石油天然氣開發(fā)中的一項(xiàng)常用技術(shù)。目前該技術(shù)的廣泛應(yīng)用主要集中于對(duì)水力壓裂作業(yè)伴生的裂隙網(wǎng)絡(luò)變形進(jìn)行成像，此外也用于監(jiān)測(cè)進(jìn)行二次提采和生產(chǎn)時(shí)因注入液體產(chǎn)生的非彈性形變所誘發(fā)的微震。近年來頁巖氣開發(fā)在全世界范圍內(nèi)的興起為微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力。因?yàn)轫搸r氣開發(fā)中所使用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——水力壓裂技術(shù)，在壓裂完成后要對(duì)其壓裂效果和裂縫的空間展布情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，而微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是進(jìn)行此項(xiàng)工作最有效的技術(shù)手段之一。

1 微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理

目前學(xué)術(shù)界對(duì)于微地震并沒有明確的定義，一般認(rèn)為所謂微地震是指地震矩?cái)?shù)值小于0的地震，其成因包括天然和人工誘發(fā)兩種[1]。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)按檢波器布置位置進(jìn)行劃分可分為地表監(jiān)測(cè)技術(shù)和井下監(jiān)測(cè)技術(shù)，本文主要對(duì)其中的井下監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行介紹。在井下監(jiān)測(cè)作業(yè)中，高度靈敏的傳感器被布置在靠近震源的井眼中以使信號(hào)衰減和背景噪音降至最小。這種方法以排列稀疏的檢波器陣列檢測(cè)幅值很低的微震事件，檢波器的最大檢測(cè)范圍限定在監(jiān)測(cè)位置周圍的一定區(qū)域內(nèi)。

利用井下數(shù)據(jù)，研究者大體上可以通過三類方法來確定微震震源的位置。第一類方法可以利用單個(gè)三分量檢波器的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)，這種方法通常稱為矢端圖技術(shù)。在這種方法中，進(jìn)行記錄的傳感器和微震震源間的位置關(guān)系可以通過直達(dá)P波/S波初至的微小運(yùn)動(dòng)來確定。傳感器到震源的距離可以通過直達(dá)P波和S波的初至?xí)r間差和這兩種波的速度信息來確定。矢端圖法所最簡(jiǎn)單情況下只需要一個(gè)測(cè)點(diǎn)和該區(qū)域介質(zhì)的平均速度信息。通過利用多個(gè)位置的傳感器記錄和有關(guān)勘查區(qū)域速度結(jié)構(gòu)的所有可用信息，研究者可以用矢端圖法得到更可信的震源定位。

第二類定位方法利用三角測(cè)量方案中多工位的P波和S波混合初至?xí)r間的組合來進(jìn)行工作。此方法和之前的矢端圖法可以利用被調(diào)查區(qū)域中隨空間變化的速度信息。

第三種定位方法涉及到在空間中尋找與特定相位的初至具有最大相似性量度值的點(diǎn)，而無需測(cè)量不連續(xù)的波至?xí)r間。該技術(shù)可以利用一個(gè)單獨(dú)的相，但前提條件是有一個(gè)大的孔徑陣列，對(duì)于小一些的井下孔徑陣列則使用多重相位法。該成像方法在概念上與克希霍夫偏移算法較為相似。通常，定位方法可以結(jié)合矢端圖法和初至?xí)r間信息。對(duì)給定的微地震進(jìn)行研究所使用的方法要視傳感器配置和所得數(shù)據(jù)的質(zhì)量而定[2]。

2 微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

2.1 巴涅特頁巖氣水力壓裂成像

2000年，研究者在美國(guó)德克薩斯州的沃斯堡盆地用鋼纜布置的檢波器陣列完成了第一例成功的水力壓裂成像作業(yè)。當(dāng)時(shí)，巴涅特氣田處于開發(fā)的早期。此后這塊氣田成為了美國(guó)最大的天然氣田之一，并且對(duì)頁巖氣工業(yè)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。巴涅特氣田屬于天然裂隙性油藏，常規(guī)的水力壓裂模型假定壓裂過程中只會(huì)產(chǎn)生一條裂縫，但是對(duì)巴涅特氣田地層中發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)該理論已不再適用。

研究表明巴涅特氣田的氣井產(chǎn)量和發(fā)生微地震的巖石容積以及微震事件的地震矩密度之間存在著關(guān)系。從微地震成像技術(shù)衍生出來的斷裂網(wǎng)絡(luò)模型較好的揭示了氣井產(chǎn)量同被激發(fā)巖石的體積及裂縫密度的關(guān)系。由于用近千次水力壓裂作業(yè)監(jiān)測(cè)描述了大約一半水力壓裂施工項(xiàng)目，巴涅特油田也是迄今微地震研究應(yīng)用最多的地方。目前，微地震實(shí)時(shí)成像技術(shù)在巴涅特氣田除了應(yīng)用提高氣井產(chǎn)能還用于對(duì)潛在地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)估[3]。

2.2 北海油藏監(jiān)測(cè)

1997年4月，研究者在北海的Ekofisk油田進(jìn)行了微地震監(jiān)測(cè)。Ekofisk 以其與儲(chǔ)集層壓實(shí)相關(guān)聯(lián)的海底下沉而聞名，研究者對(duì)其微震事件進(jìn)行研究以對(duì)其構(gòu)造中背斜脊的上覆斷層結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。這次監(jiān)測(cè)作業(yè)通過使用一個(gè)安放在油田正中觀測(cè)井中，用鋼纜布置的六級(jí)三分量檢波器陣列來實(shí)施。研究者們觀測(cè)到了與此前在此處獲得的觀測(cè)結(jié)果相連貫的顯著活動(dòng)速率。微震活動(dòng)集中于儲(chǔ)集層中的一些特定地層。盡管假設(shè)存在注水的因素，觀測(cè)到的變形仍被歸因于壓實(shí)造成的斷層活動(dòng)。

2.3 CLINTON鎮(zhèn)油藏監(jiān)測(cè)

美國(guó)肯塔基州Clinton鎮(zhèn)的70-6區(qū)塊曾進(jìn)行過旨在驗(yàn)證井下傳感器描述開采層特征能力的早期研究。在該區(qū)塊，石油產(chǎn)自地下300～700 m深的低孔隙度碳酸鹽巖層中，同時(shí)其儲(chǔ)層具有高滲透率低儲(chǔ)集能力的特點(diǎn)。裂縫方向通常是未知的并被假定為垂直的。監(jiān)測(cè)試驗(yàn)涉及到早在Clinton鎮(zhèn)附近的幾個(gè)井場(chǎng)布置高容積的生產(chǎn)井以描繪儲(chǔ)層裂縫系統(tǒng)。微地震定位了曾經(jīng)含油但后來經(jīng)過鹵水侵入逐漸枯竭并隨后恢復(fù)到靜液壓的裂縫，為區(qū)域勘探和剩余油分布的研究指出了新的方向。

3 結(jié)論

本文首先解釋了微地震監(jiān)測(cè)的原理，并對(duì)幾個(gè)微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例進(jìn)行了介紹。

隨著檢波器精度的提高，對(duì)微地震震源機(jī)制認(rèn)識(shí)的加深以及智能井等技術(shù)的發(fā)展，微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)將在裂縫預(yù)測(cè)、油藏監(jiān)測(cè)等工作中發(fā)揮更加重要的作用。將微震信息與其他的地球物理、地質(zhì)學(xué)、巖石物理以及地質(zhì)力學(xué)信息相結(jié)合將是微震信號(hào)解釋工作的主要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

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