基于微地震事件的页岩气水平井网络裂缝建模方法与流程

本发明涉及油气田地质建模技术领域，尤其涉及一种基于微地震事件的页岩气水平井网络裂缝建模方法。

背景技术：

国内外油气田开发的实践表明，对薄储层、低渗透、稠油油气藏，水平井开发是最佳的开发方式。对于此类地层条件差、渗透率低、渗流阻力大、连通性差、开采困难的油气藏一般采用水力压裂的方法进行储层改造，以人工造缝的形式提高油气藏渗透率，提高采收效果和经济效益。针对页岩气藏而言，页岩气水平井分段压裂技术近年来逐渐成熟，在中国焦石坝、威远、长宁等区块中深层页岩气通过水平井分段压裂实现了商业化开发，近两年也在丁山、南川、永川和焦石坝外围等区块积极探索深层页岩气的有效开发技术。在页岩气水平井人工造缝过程中一般采用体积压裂技术。体积压裂技术，形成的压裂缝网一般称为页岩气压裂复杂缝网。体积压裂技术形成复杂缝网，为气体流动采出提供通道。

在页岩气藏人工造缝过程中，由于页岩气藏本身脆性较好、在高压情况下相对致密气藏更容易产生破裂形成体积缝网，在常规双翼裂缝间形成交叉的联络缝网，裂缝形态更为复杂。因此目前难以通过常规方法形成可视化裂缝模型，采用常规方法建立的裂缝模型与实际监测资料匹配性差，不符合技术人员对裂缝形态的认知。

常规致密油气藏压裂过程中每段压裂改造往往形成一条单缝，单井水平段分段压裂后形成多条单缝，而页岩气藏单段压裂过程中即可形成多条纵横向相交的裂缝。除了一种理想模型以外，很难根据具体单井井周岩性、压裂规模等资料形成具有针对性、实用性、可视化的三维页岩气压裂缝网模型。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种基于微地震事件的页岩气水平井网络裂缝建模方法，通过建立不同级次的压裂裂缝模型，形成页岩气压裂水力缝可视化模型。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于微地震事件的页岩气水平井网络裂缝建模方法，包括以下步骤：

步骤1、数据准备及导入：准备单井井轨迹数据、单井压裂分段数据和射孔数据、水平井改造过程中压裂微地震监测数据，并依次导入建模软件；

步骤2、建立页岩气网络裂缝的主裂缝模型：统计裂缝参数数据作为参考，结合单井的压裂分段数据、射孔数据及压裂微地震监测数据对单井网络裂缝的主裂缝进行模拟，生成主裂缝模型；

步骤3、结合压裂微地震监测数据生成网格化微地震事件密度模型和网络裂缝密度模型：将微地震事件的震级属性标准化处理后放入角点网格内，按公式(1)将微地震事件震级进行距离加权网格化，求解各网格内微地震事件的密度，生成网格化微地震事件密度模型，并将其转化为井周压裂范围内的裂缝密度模型；所述公

式(1)如下：

其中，mc为每个网格内的微地震距离加权平均值，即每个网格内的网格化微地震事件密度，n为该段内微地震事件数量,di为每个微地震事件到该网格的距离,mi为每个微地震事件的震级；步骤4、建立页岩气网络裂缝的分支裂缝模型：根据步骤2统计的模拟裂缝参数数据，在裂缝密度模型的指导下建立页岩气压裂分支裂缝的三维模型；

步骤5、建立页岩气网络裂缝的联络裂缝模型：在裂缝密度模型指导下建立页岩气压裂的联络裂缝模型；

步骤6、组合主裂缝模型、分支裂缝模型和联络裂缝模型，形成页岩气水平井压裂网络裂缝的离散缝模型。

所述的单井井轨迹数据是指用来描述井眼轨迹、方位的数据，包括单井的井斜、方位、xy坐标、海拔深度。

页岩气藏水平井压裂采用桥塞分段射孔工艺，下桥塞将井水平段分为若干小段，每个小段内进行若干次射孔，统计单井的分段数据和射孔数据。对每个小段单独进行压裂改造，目的是为了提高改造效率。

所述的微地震监测数据由多个微地震事件组成，包含微地震事件产生的时间、坐标、震级信息。在储层改造过程中地层受压裂液挤压会产生破裂，地层破裂时产生微弱震动，震动以地震波的形式被地面检波设备或井内检波设备接收。对所接收的地震波进行处理、解释，可以反推地层产生破裂的事件和位置。称此位置发生的地层破裂为一个“微地震事件”。

步骤2的具体过程为：根据不同裂缝段的微地震事件长、宽、高、位置，将单个压裂段范围内的微地震事件用一个或多个裂缝片连接起来，对其压裂缝主裂缝进行确定性拟合生成主裂缝模型。

统计裂缝参数时需统计裂缝形态、裂缝长度和裂缝高度，通过统计邻井压裂监测数据获取，或者通过计算机模拟压裂过程得到理想状态下的裂缝参数数据。当然，也可以通过经验公式或其它方法推测得到裂缝参数数据。数据来源不限。

步骤3中将网格化微地震事件密度模型转化为裂缝密度模型的转换公式为：

df＝mc*k，

其中df为裂缝体积密度，mc为每个网格内的网格化微地震事件密度，k为不同区域的系数。

本发明的有益效果：

1、本发明将页岩气压裂缝网构成分为主裂缝、分支裂缝和联络裂缝三个部分，并分别建立裂缝模型，通过将三个模型组合形成了页岩气压裂网络裂缝的可视化模型，实现了页岩气单井压裂裂缝的真三维模拟。

2、本发明结合微地震监测数据，采用半确定性建模手段对页岩气压裂缝网的主裂缝进行离散裂缝建模，提高了主裂缝模型的精确度。

3、本发明先对微地震事件进行处理，生成微地震事件密度体，再利用微地震密度体生成网络裂缝密度模型，为页岩气分支裂缝、联络裂缝的建模过程提供了依据，从而获得了这两类导流能力相对弱于主裂缝但同样有重要参考意义的裂缝模型。

4、利用本发明方法可建立针对单井的针对性强、实用性高、可视化的页岩气压裂缝网模型，解决了目前阶段存在的技术难题。通过对裂缝参数的进一步处理，单井产量和单井压力的历史拟合效果较好，此模型在页岩气开发中具有较强的实际意义。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图；

图2是威x‐1井井轨迹俯视图；

图3是威x‐1井井轨迹侧视图；

图4是威x‐1井下入分段桥塞位置俯视图；

图5是威x‐1井下入分段桥塞位置侧视图；

图6是威x-1井水平段压裂微地震事件分布俯视图；其中，黑色圆点为分段桥塞位置，左端红色圆点为a点位置，右端蓝色圆点为b点位置，其余颜色圆点为微地震事件点；

图7是威x-1井水平段第1、5、10、16、20段压裂微地震事件及主裂缝分布俯视图；

图8是威x-1井水平段压裂微地震事件及主裂缝分布俯视图；

图9是威x-1井水平段压裂微地震事件密度体俯视图；

图10是威x-1井水平段压裂微地震事件波及地质体俯视图；

图11是威x-1井水平段压裂微地震事件密度体、微地震事件的角点网格模型及最大主应力方向俯视图；其中，红色箭头为最大主应力方向；

图12是威x-1井各压裂段分支裂缝、主裂缝分布俯视图；

图13是威x-1井各压裂段分支裂缝、主裂缝、联络裂缝分布俯视图；

图14是威x‐1井复杂缝网模型俯视图；

图15是威x‐1井复杂缝网模型侧视图；

图16是威x‐1井复杂缝网模型ne10°方向观测图；

图17是威x-1井压力历史拟合曲线；

图18是威x-1井日产量历史拟合曲线。

具体实施方式

下面以威远地区某井(下称威x‐1井)为例说明本发明的实施过程。

一种基于微地震事件的页岩气水平井网络裂缝建模方法，如图1所示，包括以下步骤：

1、准备建模所需数据。所需数据有威x‐1井的单井井轨迹数据、单井压裂分段数据和射孔数据、水平井改造过程中压裂微地震监测数据。

单井井轨迹数据是指单井的井斜、方位、xy坐标、海拔深度等描述井眼轨迹、方位的数据。ab点数据：a点指井轨迹造斜段结束、水平段开始的点；b点指单井水平段结束的点。威x-1井井轨迹参见图2、3。

页岩气藏水平井压裂一般采用桥塞分段射孔工艺，下桥塞将井水平段分为若干小段，每个小段内进行若干次射孔，统计分段数据和射孔数据。图4、5所示为威x-1井下入分段桥塞位置。

微地震监测数据是指在储层改造过程中地层受压裂液挤压会产生破裂，地层破裂时产生微弱震动，震动以地震波的形式被地面检波设备或井内检波设备接受。对所接受的地震波进行处理、解释，可以反推地层产生破裂的事件和位置。称此位置发生的地层破裂为一个“微地震事件”。微地震监测数据由多个微地震事件组成，包含微地震事件产生的时间、坐标、震级等信息。

上述数据准备好后，先将井轨迹数据导入建模软件，再将压裂分段数据和射孔数据导入建模软件，最后导入微地震监测数据。

2、建立页岩气网络裂缝的主裂缝模型。前期先通过邻井压裂监测数据及模拟数据，对裂缝形态、裂缝长度、高度参数进行统计，然后结合单井的压裂分段数据、射孔数据及压裂微地震监测数据对单井网络裂缝的主裂缝进行模拟，生成主裂缝模型。

单井采用多段压裂模式，不同压裂段产生微地震事件的位置不同(也有部分重复)。压裂微地震事件主要分布在单一压裂段的两侧，在建模软件中可以用不同颜色表示不同压裂段的微地震事件点(如图6所示)，并且可以对各段微地震事件进行筛选显示，如图7所示，选择威x-1井水平段第1、5、10、16、20段显示其压裂微地震事件分布情况。

另外，也可以根据不同裂缝段的微地震事件长、宽、高、位置，将单个压裂段范围内的微地震事件用一个或多个裂缝片的形式将其连接起来(在理想情况下，用单一片状裂缝代表地下复杂、连续的裂缝体系，这样的替代天然裂缝的理想片状裂缝称为裂缝片)，对其压裂缝主缝进行确定性拟合生成各段的主裂缝模型。如图8所示，将各段微地震事件独立显示后可按距离最小原则建立一个裂缝片作为该压裂段主裂缝。

3、结合压裂微地震监测数据生成网格化微地震事件密度模型和网络裂缝密度模型。将微地震事件的震级属性标准化处理后放入角点网格(角点网格是一种常用的建立地质模型的网格划分方法)内。

将微地震事件导入建模软件后，按公式

将微地震事件震级进行距离加权网格化，求解各网格内微地震事件的密度，生成网格化微地震事件密度模型。其中，mc为每个网格内的微地震距离加权平均值，即为每个网格内的网格化微地震事件密度，n为该段内微地震事件数量,di为每个微地震事件到该网格的距离,mi为每个微地震事件的震级。形成的网格化数据体如图11所示。微地震事件网格化结果与微地震事件密度体类似，证明在微地震事件相对集中的地区，微地震密度高，裂缝密度也大。

将密度模型转化为井周压裂范围内的裂缝密度模型(裂缝密度指描述裂缝发育、聚集程度的地质参数)，转换方法可以采用线性转换，即：

df＝mc*k，

其中df为裂缝体积密度(表示单位体积内有多少条裂缝)，mc为每个网格内的网格化微地震事件密度(微地震距离加权平均值)，k为不同区域的系数。不同区域由于岩性、压裂体系不同，k取值不同。

威远x-1井微地震事件密度体如图9所示，威远x-1井微地震事件波及地质体如图10所示。波及地质体描述了一个包含所有微地震事件点的包络体，包含了所有设备可见的地层破裂事件，可以认为产生的压裂缝均在波及地质体的范围内。

4、建立页岩气网络裂缝的分支裂缝模型。根据前期统计的邻井模拟裂缝长、宽、高属性，在裂缝密度模型的指导下建立页岩气压裂分支裂缝的三维模型。分支裂缝的方位垂直井眼轨迹，裂缝长度可选择为模拟裂缝长度，裂缝高度为模拟裂缝高度，裂缝缝宽为模拟裂缝缝宽，裂缝密度为通过微地震事件计算得到的裂缝密度体，裂缝分布方式为随机分布。

分支裂缝是指页岩气压裂过程中形成的支撑剂浓度相对较大但次于主裂缝的裂缝。分支裂缝的导流能力及缝宽次于主裂缝，一般发育位置在主裂缝的中部或末段，部分分支裂缝与井筒射孔位置相交，部分在压裂改造区与主裂缝相交。由于此类裂缝延伸范围大于主裂缝，压裂液内砂粒部分沉降，导致其支撑性次于主裂缝，裂缝可能在生产后期受地层压力影响闭合。分支裂缝一般沿最大主应力方向扩展。在此例中，最大主应力方向垂直于井轨迹方向。如图11所示。前期软件模拟显示，分支裂缝缝长一般为200～300m，支撑缝峰高为10～20m之间，分支裂缝角度为垂直地层倾角。根据裂缝参数结合裂缝密度模型建立压裂分支裂缝dfn模型(离散裂缝模型discretefracturenetwork)。图12所示为各压裂段分支裂缝、主裂缝的分布图。

5、建立页岩气网络裂缝的联络裂缝模型：在裂缝密度模型指导下建立页岩气压裂的联络裂缝模型。联络裂缝长度约与簇间距等长，宽度可由模拟软件求出；联络裂缝高度可由地层地质特征决定，一般与脆性岩层的高度相同或更小；联络裂缝分布同样由所求的裂缝密度体决定，裂缝密度越大的地方联络裂缝分布越多。

页岩气联络裂缝为页岩气压裂过程中，掩体受两侧压裂液挤压在内部形成的微小裂缝，此类裂缝与岩层的脆性有关，一般认为脆性越好，越能产生联络裂缝沟通主裂缝与分支裂缝，形成复杂缝网。但是此类裂缝震级小，监测手段不足，仅能通过微地震事件密度作为裂缝密度进行随机模拟。从裂缝导流能力来说，此类裂缝导流能力最弱，但数量大，与其他裂缝之间的连通关系复杂，是页岩气开采过程中极为重要的天然气运移通道。在本次模拟过程中考虑计算机计算量及后期数模过程中粗化的影响，模拟最短联络裂缝长度为25m。图13所示即为威远x‐1井各压裂段的分支裂缝、主裂缝及联络裂缝分布图。

6、组合主裂缝模型、分支裂缝模型和联络裂缝模型，形成页岩气水平井压裂网络裂缝的离散缝模型。图14、15、16即为最终得到的威远x‐1井复杂缝网模型各角度的三维展示图。

油藏数值模拟的历史拟合为判断裂缝模型、地质模型有效性的方法之一，可根据建立的威远x-1井复杂缝网模型，对威远x-1井进行压力历史拟合和日产量历史拟合，拟合效果较好(图17、图18)，各阶段压力拟合曲线和产量拟合曲线(蓝色曲线)与实际生产曲线基本一致。