[发明专利]一种微地震模拟监测方法

说明书

技术领域

本发明属于微振动生成、检测领域，具体涉及一种微地震模拟监测方法，能在室内条件下使用微压裂方式产生微地震信号并进行检测，用于模拟油气井水压裂产生微地震信号和对微地震信号的检测过程。

背景技术

目前我国多数大型油气田已进入开采后期，低渗油气田的油气资源有望成为未来能源和经济发展的动力，而这些致密储层中的油气需要通过压裂才能够实现经济开采。压裂就是用压力将地层压开一条或几条水平或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减少油气水的流动阻力，沟通油气水的流通通道，从而达到增产增注的效果。其中的支撑剂又称为压裂液，其是在流体矿(如气、汽、油、淡水、盐水、热水等)在开采过程中，为了获得高产而借用液体传导力(如水力等)来压裂流体层时所用的液体。对压裂液的性能要求是：黏度高，润滑性好，滤失量小，对被压裂的流体层无堵塞及损害，对流体矿无污染。压裂液可分为：A水基压裂液(稠化水压裂液，水冻胶压裂液，水包油压裂液，水基泡沫压裂液)；B油基压裂液(稠化油压裂液，油冻胶压裂液，油包水压裂液，油基泡沫压裂液)。

水力压裂是油气井增产的一项重要技术措施。它不仅广泛应用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中取得了很好的效果。它是利用地面高压泵将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压。当此压力大于附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近产生裂缝。岩石等脆性材料的破坏过程中，一般伴随着声、电磁和变形等物理现象，其中声发射是一种常见的物理现象。当岩石受外力或内力作用产生变形或断裂时，就以弹性波形式释放出应力应变能，这一现象被称为微地震现象，其已被广泛应用于岩石、混凝土等材料的破坏失稳机理研究。

我国在五十年代起已开始进行压裂技术的研究，迄今为止已取得了很好的技术成就与较高的经济效益。为了监测压裂效果，近几年来微地震压裂监测技术得到了较快发展。微地震信号监测就是通过观测、分析生产活动中产生的小地震信号来监测生产活动的影响效果及地下状况的地球物理技术，其基础是声发射学和地震学。现场进行微地震压裂监测的原理如图3所示，其中的微地震传感器也可按照一定的矩阵排列放置在地面。

微地震压裂监测技术是监测压裂过程中地下岩石破裂所产生的微地震信号，通过数据处理和解释，描述压裂过程中裂缝产生的几何形状和空间展布，绘制裂缝发育的方向、变化和发育程度，为油气和非常规气开发提供科学依据。其原理如图10所示，微地震传感器可以放置在微地震检测井中，也可放置在压裂作业井口附近的地面上。

在压裂现场，强烈的机械噪音和其他环境噪音干扰使得微地震信号难以检测。由于压裂所产生的裂缝实际形态难于直接观察，人们往往只能借助于建立在种种假设和简化条件基础上的数值模型进行间接分析。数值模型是重要的，但常常因对压裂裂缝扩展机理认识的局限而带来较大的误差。压裂模拟实验是认识裂缝扩展机制的重要手段。通过在室内模拟压裂实验，可以对裂缝扩展的实际物理过程进行监测，并且对形成的裂缝进行直接观察，从而得到裂缝微地震信号真实的特性。这对于正确认识特定层位水力裂缝扩展的机理，并在此基础上建立更贴近实际的数值模型具有重要的意义。

目前，现有的压裂模拟实验方法存在下面几个问题：

①模型仿真度低。

现有的压裂实验模型一般采用体积较小的单一物质圆柱体材料(或岩石)，其压裂原理如图1所示。如圆筒内径R1，外径R2，圆筒内液压P₁，受压物体径向应力为：

P₁R₁²(1-R₂²/r²)/(R₂²-R₁²)，

切向压力为：

P₁R₁²(1+R₂²/r²)/(R₂²-R₁²)，

当外加压裂液体P₁达到起裂压力时，通过小孔使孔壁产生裂缝。如果继续加压，则被测物体最终会彻底破裂。因此，这种模型孔位比较固定，不能多次钻孔，一般不能模拟较大裂缝的产生过程并且不能多次使用。另外由于野外实际地层往往有多层多种岩石组成，因此，这种模型不能反映真实的地层情况。

②不能模拟三维微地震