趙超峰, 田建濤, 任麗瑩, 程志超,趙建宇, 韓繼偉

(1.東北石油大學 地球科學學院,黑龍江 大慶 163318；2.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探分公司,遼寧 盤錦 124010)

0 引言

頁巖油、頁巖氣、煤層氣及致密油等非常規(guī)油氣通常應用水力壓裂技術進行高效開發(fā)[1-4]。水力壓裂就是將高壓液體注入地層,打破地層原有地應力平衡,導致巖石破裂,提高儲層滲透能力,提高產(chǎn)量[5-6]。如何準確評價壓裂效果對指導后期區(qū)塊開發(fā)有重要意義。微地震監(jiān)測技術是評價壓裂效果的有效手段[7-8],國內(nèi)外很多學者在微地震事件準確定位和綜合解釋方面進行了大量研究。唐杰等[9]針對目前微地震逆時定位成像存在的問題,提出了基于成像算子優(yōu)化的微震逆時定位方法,取得較好效果；宋維琪[10]等提出基于各向異性分析的微地震震源矢量場重建方法,為壓裂裂縫解釋提供理論指導；趙超峰[11-12]等提出了綜合三維地震數(shù)據(jù)的微地震解釋方法,建立了基于三維地震的微地震解釋流程,研究了微地震事件和儲層的相關性；李晗等[13]和唐杰等[14-15]研究了微地震事件破裂機制,對獲得壓裂區(qū)域的破裂方向、尺度和應力狀態(tài)等信息具有重要意義。

微地震監(jiān)測技術在壓裂效果監(jiān)測和評價方面應用越來越廣,國內(nèi)外學者對微地震監(jiān)測結果綜合解釋也做了大量研究,但很少有將微地震信號的時差特征、事件屬性、地震、地質(zhì)、測井及儲層沉積等資料同時應用到監(jiān)測結果解釋。該文在微地震事件準確定位的基礎上,結合前人研究成果,以吉林探區(qū)X水平井為例,綜合微地震信號時差特征、震級屬性、儲層沉積特征、砂體展布特征、三維地震數(shù)據(jù)以及測井解釋數(shù)據(jù),解釋微地震監(jiān)測結果,準確評價壓裂改造效果,研究微地震事件與儲層特征的關系,使微地震監(jiān)測結果的解釋更具綜合性和實用性,為該區(qū)塊后期井位部署和油井壓裂提供指導。

1 研究區(qū)概況

X水平井位于松遼盆地南部中央坳陷區(qū)長嶺凹陷乾安構造南部,區(qū)域構造總體趨勢為近南北走向的長軸背斜[16],X水平井位于背斜構造頂部。X水平井壓裂層為青一段Ⅲ砂組,青一段Ⅲ砂組發(fā)育河口壩、席狀砂沉積微相,儲層面積廣,砂體連續(xù)性強；巖性以粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主,厚度薄(2～8 m),孔滲條件差(孔隙度為8%～14%,滲透率為0.05～0.50 mD)；儲層被厚度大于60 m的暗色泥巖所夾持,成藏模式復雜,多為隱蔽性的巖性油藏。

X水平井段長1 180 m,砂巖鉆遇率為89.6%,油層鉆遇率為73.9%,共進行18段壓裂,施工排量為5.0～10.5 m3/min,總液量為14 709 m3。為評價壓裂改造效果,對X井進行了井下微地震監(jiān)測,壓裂井和監(jiān)測井的位置關系如圖1所示。監(jiān)測井放置12級級間距為10 m的三分量檢波器,檢波器串中心與第1段距離最遠,為655 m,與第10段距離最近,為334 m。

圖1 壓裂井和監(jiān)測井相對位置Fig.1 Relative position of fracturing well and monitoring well

2 微地震監(jiān)測結果解釋及壓裂效果評價

首先針對X井壓裂的微地震監(jiān)測結果,分析壓裂裂縫平面上長度、走向和縱向上高度的特點；然后利用微地震信號特點、儲層砂體和沉積特征、測井解釋成果及微地震事件屬性等,解釋壓裂裂縫的平面特點,利用地震反演屬性解釋壓裂縱向上縫網(wǎng)高度的特點；最后總結和評價X井的壓裂改造效果。

2.1 微地震監(jiān)測結果

微地震監(jiān)測技術是根據(jù)監(jiān)測到的事件點的時空分布,評價壓裂裂縫的長度、寬度、走向和高度等。X井18個壓裂段共定位3 893個微地震事件,監(jiān)測結果如圖2(球的不同顏色表示不同壓裂段)所示，微地震監(jiān)測結果見表1。壓裂裂縫的特點如下。

表1 微地震監(jiān)測結果Table 1 Microseismic monitoring results

圖2 微地震監(jiān)測結果Fig.2 Microseismic monitoring results

2.1.1 壓裂裂縫的平面分布特點

各壓裂段壓裂裂縫長度變化大,為115～375 m,部分壓裂段裂縫表現(xiàn)出非對稱性,西南方向比北東方向事件多、縫長大,15～17段事件偏少,縫網(wǎng)規(guī)模相對較??；裂縫走向變化范圍大,為北偏東29°～56°。

2.1.2 壓裂裂縫的縱向分布特點

縱向上壓裂裂縫的高度為21～39 m,比儲層的高度大,壓裂縫高偏大。

2.2 微地震監(jiān)測結果解釋

根據(jù)微地震監(jiān)測結果,X井壓裂裂縫平面上的走向和長度均呈現(xiàn)不對稱性,且方向變化大。X井壓裂過程監(jiān)測到的最遠的事件為713 m,根據(jù)經(jīng)驗,各段均在有效監(jiān)測范圍內(nèi),可排除監(jiān)測距離對監(jiān)測結果的影響。下面結合微地震信號時差特點、儲層砂體和沉積特征、測井解釋成果以及震級屬性進行綜合解釋。

2.2.1 壓裂裂縫平面分布解釋

1)利用射孔信號時差特征,解釋壓裂裂縫平面分布特征

圖3所示為X1井第3段、第7段、第14段和第17段射孔信號,圖中正方形旗子為拾取的P波初至,三角形旗子為拾取的S波初至。這4個壓裂段射孔位置距離檢波器串中心分別為570 m,390 m,388 m和563 m；第4級檢波器接收的射孔信號P波和S波的時差分別為 88 ms,62 ms,67 ms和95 ms。數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),監(jiān)測井X1井北側(cè)的第3段和第7段分別比其南側(cè)的第17段和第14段距離遠,但是P波和S波的時差更小。距離遠、時差小說明儲層在南北方向存在強非均質(zhì)性。利用P波和S波時差可求得儲層縱橫波速度比的變化范圍,經(jīng)計算,X1井北側(cè)縱橫波速度比為1.58～1.62,南側(cè)縱橫波速度比為1.65～1.68,縱橫波速度比的變化也反應了儲層的非均質(zhì)性。射孔信號時差的分析反應了儲層的非均質(zhì)性,下面結合儲層的砂體、沉積及測井資料進一步分析造成非均質(zhì)性的原因。

圖3 射孔信號時差分析Fig.3 Time difference analysis of perforation signal

2)利用儲層沉積特征,解釋壓裂裂縫平面分布特征

將微地震與砂體結合,查明儲層非均質(zhì)特征。圖4所示為青一段外前緣Ⅲ砂組波形指示反演沿層切片圖,可以看出,青一段Ⅲ砂組儲層有連片發(fā)育的特征,砂體橫向連續(xù)性較好,全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育,且X井東西兩側(cè)砂體變化不明顯(黑色橢圓),砂體預測圖件無法刻畫和解釋砂體較強的橫向非均質(zhì)性,可能因為地震數(shù)據(jù)的分辨率小,精度低,無法反應儲層微小細節(jié)變化。

圖4 青一段外前緣Ⅲ砂組波形指示反演沿層切片圖Fig.4 Waveform indication inversion slicing along the formation of the third sand formation in the outer front of the first member of the Qing1 Formation

進一步結合儲層的沉積特征進行分析。圖5所示為青一段Ⅲ砂組沉積相圖,青一段Ⅲ砂組沉積時期其沉積主體為三角洲前緣,受西南物源以及地形的影響,工區(qū)內(nèi)發(fā)育多條主力河道,物源受地形和水動力影響搬運距離較遠,沉積砂體分布廣泛,內(nèi)部成分分選較好,河道及壩體兩側(cè)發(fā)育大面積的前緣席狀砂。工區(qū)沉積主體的平面展布控制著工區(qū)砂體的展布,砂體的分布范圍應與工區(qū)有利沉積相帶范圍保持一致。總體上西南物源控制區(qū)域砂體沉積最厚,砂體展布方向為從西南到東北方向,砂體從最厚處向兩翼逐漸減薄。由上可知,X井儲層物源方向為西南方向,砂體展布方向為西南—北東方向,與壓裂裂縫走向一致；受物源方向影響,西南方向比北東方向儲層性質(zhì)好,造成了西南方向比北東方向裂縫長、微地震事件數(shù)量多?？梢酝茢?X井各個壓裂段之間走向和長度的差異應由儲層沉積差異造成,但僅僅從圖5還無法精細刻畫X井南北方向的非均質(zhì)性。微地震監(jiān)測的結果更精細地描述了儲層的非均質(zhì)性,即裂縫長的位置儲層性質(zhì)更好,泥質(zhì)含量更低,利于壓裂。

圖5 青一段Ⅲ砂組沉積相圖Fig.5 Sandstone map of the third sand formation of the first member of the Qing1 Formation

3)利用測井成果,解釋壓裂裂縫平面分布特征

結合測井解釋成果,進一步解釋X井南北方向的壓裂裂縫的差異。圖6所示為測井解釋成果,圖中編號①～代表壓裂段。從圖6可以看出GR曲線值越大,泥質(zhì)含量越高,孔隙度越小,反映出脆性越差；而全烴曲線值越高,表明儲層含油氣性越好。將前述微地震監(jiān)測結果與測井曲線相結合進行分析,發(fā)現(xiàn)儲層泥質(zhì)含量高,儲層性質(zhì)相對不好的第15段～第17段事件偏少,縫網(wǎng)規(guī)模偏小,說明儲層性質(zhì)和微地震監(jiān)測結果具有良好的匹配關系,同時驗證了監(jiān)測結果的可靠性和準確性。

圖6 X井水平段測井解釋Fig.6 Logging interpretation of horizontal section in well X

4)利用微地震震級屬性,解釋壓裂裂縫平面分布特征

根據(jù)上述分析可知,X井南側(cè)儲層泥質(zhì)含量高,含油氣性差。圖7所示為微地震事件震級圖,可以發(fā)現(xiàn)第15～第17段震級整體上偏小,說明泥質(zhì)含量高的儲層壓裂破裂能量弱、尺度小、事件少,改造規(guī)模小,改造效果不佳。

圖7 微地震事件震級顯示Fig.7 Magnitude display ofmicroseismic events

2.2.2 壓裂裂縫縱向分布解釋

X井及其鄰井錄井和測井解釋均表明壓裂目的層厚度小于10 m。圖8所示為過X井的深度域反演剖面,紅色區(qū)域為反演的砂體,其上下為泥巖層,可以發(fā)現(xiàn),反演的砂體厚度小于10 m。微地震監(jiān)測結果表明壓裂縱向高度為21～39 m,說明壓裂壓穿上下泥巖層,即砂體上下泥巖層沒有起到壓裂阻擋作用。分析認為,青一段Ⅲ砂組薄,且上下為大套泥巖層,因此砂體純度低,砂體埋深大,砂體和上下泥巖層垂向應力差別小,可壓穿上下泥巖層。因此,不能單純根據(jù)巖性判斷目標改造層上下巖層是否為壓裂阻擋層,需結合應力曲線判斷,以更好地指導壓裂設計。

圖8 深度域反演剖面Fig.8 Depth domain inversion profile

2.3 壓裂效果評價

1)壓裂裂縫縱向分布評價

微地震事件和研究區(qū)深度域反演剖面聯(lián)合解釋(如圖2b和圖8所示)可以發(fā)現(xiàn),實際壓裂縫網(wǎng)高度超出含油氣層厚度,說明上下泥巖沒有起到壓裂阻擋作用；壓裂縱向改造充分。這與壓裂模擬縫網(wǎng)高度基本吻合,達到了壓裂縱向改造目的。

2)壓裂裂縫平面分布評價

儲層受沉積作用影響,造成X井南北和北東2個方向的儲層存在較強的非均質(zhì)性,進一步結合測井解釋成果(如圖6所示)可知,北側(cè)儲層含油氣性更好,泥質(zhì)含量更低,儲層脆性更好,與微地震監(jiān)測結果吻合,即X井北側(cè)壓裂裂縫延伸更長,縫網(wǎng)規(guī)模更大,微地震事件數(shù)量更多,震級屬性更大,破裂尺度更大,縱橫波速度比更小。通過分析查明了壓裂裂縫的平面變化符合地質(zhì)特點,達到壓裂改造的目的。

3)微地震監(jiān)測結果評價

利用儲層砂體展布和沉積特征,很好地解釋了微地震事件時空分布特征,但是由于資料尺度問題,還不能精細反應儲層變化。而微地震監(jiān)測結果,特別是走向和縫長的變化,更直觀、更精細地反應和描述了儲層變化細節(jié),更加精細描述了壓裂裂縫尺寸和形態(tài)(如圖4、圖5和圖7所示)。利用可描述儲層性質(zhì)的相關資料,解釋了微地震監(jiān)測結果,而微地震監(jiān)測結果又彌補了描述儲層的相關資料尺度大的不足,更加精細刻畫儲層和裂縫。

3 結論

1)利用微地震信號時差特征、震級屬性和研究區(qū)砂體特征、沉積特征、三維地震數(shù)據(jù)及測井數(shù)據(jù),可綜合解釋微地震事件的空間分布特征,查明裂縫走向和長度的非對稱性,建立微地震和儲層的相關性,準確評價壓裂效果。

2)微地震監(jiān)測結果相比于尺度相對較大的地震、沉積等數(shù)據(jù),能更直觀、精細地反應和識別儲層的微小變化,加深對儲層的認識。

3)吉林探區(qū)X水平井壓裂效果受儲層沉積作用的影響,造成儲層較強的非均質(zhì)性,使壓裂裂縫走向和長度呈不對稱性；儲層物性好、泥質(zhì)含量低、含油氣性好的區(qū)域微地震事件數(shù)量多、震級大、壓裂縫網(wǎng)規(guī)模大,可為該探區(qū)后期井位部署和壓裂提供指導。