一种基于微地震的页岩改造体积快速判断方法与流程

本发明涉及于石油天然气工程领域，尤其涉及一种基于微地震的页岩改造体积快速判断方法。

背景技术

微地震监测一般通过在邻井或地面中放置三维地震传感器阵列进行裂缝检测。接受到地震信号后，应用四维微地震技术检测裂缝的形状，确定裂缝的方向、长度和高度。微地震主要检测剪切破裂，人工裂缝遇到天然裂缝及人工裂缝的剪切滑移易诱发剪切破裂事件，出现微地震事件。该方法监测精度高，可靠性较强。

页岩改造体积目前主要通过离散裂缝网络(dfn)模拟方法求解，直接利用水力压裂设计软件实现，在建立纵向应力剖面的基础上，通过输入压裂液性能、支撑及性能和实时泵注程序，模拟单次水力压裂过程中缝网的形成过程，获取裂缝参数有缝长、缝高和波及宽度，并确定最终改造体积的三维形态。微地震显示液量的增加与改造体积的形成具有阶段性特征，前期形成缝网轮廓，后期以提高裂缝复杂程度为主；产气剖面显示各井段出力不均甚至部分井段不出力。但由于水力压裂设计软件模型为每簇均出力，且随液量增加缝长不断延伸，与现场微地震、产气剖面监测结果存在较大差异。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种误差量小的基于微地震的页岩改造体积快速判断方法。

本发明所采用的技术方案为：一种基于微地震的页岩改造体积快速判断方法，其特征在于：包括如下步骤：

s1、针对现场已实施微地震监测的多个井，结合现场压裂施工曲线及微地震特征，设定三个改造体积计算模型；

s2、以三个改造体积计算模型为基础，计算有效液量；

s3、通过离散裂缝网络模拟方法模拟不同有效液量与缝长之间的关系图，即通过有效液量计算出裂缝参数，通过裂缝参数即可实时预判改造体积；

s4、结合三个模型，建立有效液量、典型曲线、缝长、改造体积典型对照图版。

按上述技术方案，三个改造体积模型分别为：

模型一：裂缝顺畅型，其压裂施工曲线的特征为：整体平稳，裂缝延伸顺畅，并结合其各阶段微地震的特征得出，改造体积特征为：随着注入液量增加，裂缝在缝长方向不断延伸和复杂化，储层改造体积随之增大；其有效液量对应为施工总液量；

模型二：有限液量模型，其压裂施工曲线的特征为：前期压力平稳，中砂阶段中后期压力爬升；并结合其各阶段微地震的特征得出，改造体积特征为：压力上涨后裂缝在长度上延伸停止，改造体积不再增加；其有效液量对应为中砂阶段压力爬升点处总液量；

模型三：不对称模型，其压裂施工曲线的特征为：施工压力整体平稳可控，中砂阶段中后期压力爬升；结合其各阶段微地震特征得出，改造体积特征为：施工曲线中砂阶段压力上涨，裂缝在一侧延伸停止，发生转向，朝另一侧延伸，改造体积持续增大，随着油压增高和支撑剂泵入，裂缝向另一侧转向，尺度上得到增长；其有效液量为中砂阶段处压力爬升点的总液量加压力再次爬升后的增加的液量。

按上述技术方案，步骤三具体为：通过离散裂缝网络模拟方法模拟不同有效液量与缝长之间的关系图利用水力压裂设计软件实现，即在建立纵向应力剖面的基础上，通过输入压裂液性能参数、支撑剂性能参数和实时泵注程序，模拟单次水力压裂过程中缝网的形成过程，获取裂缝参数有缝长、缝高和波及宽度，并确定最终改造体积的三维形态。

按上述技术方案，压裂液性能参数指粘度，密度，ph值，剪切性能、粘温性能这些参数，支撑剂性能参数指支撑视密度、体积密度和导流能力这些参数，上述参数通过室内试验数据获取，实时泵注程序均通过现场施工数据实时得到。

本发明所取得的有益效果为：本发明打破了常规采用离散裂缝网络(dfn)模拟方法来求解改造体积的方式，通过深入总结分析区块21口施工井的微地震特征，通过有效液量计算得到的改造体积基本参数指标与微地震监测结果误差小，具有较高的准确性。实现了通过现场施工曲线特征实时预判改造体积，并对已施工完成井、正在施工井及后期相似地质条件的部署井，给出相应的压裂设计优化调整方向。有效解决了压后效果评估和压裂施工参数优化的时效性问题。

附图说明

图1为标准压裂施工曲线图。

图2为典型异常压裂施工曲线。

图3为本发明的提供的具体实例的x37-3井第27段各阶段微地震发展情况。

图4a-4b为某区块x37-3井第27段反演结果。

图5为本发明的提供的具体实例的x37-4井第28段各阶段微地震发展情况。

图6a-6b为某区块x37-4井第28段反演结果。

图7为本发明的提供的具体实例的某区块x74-2hf井第12段各阶段微地震发展情况。

图8a-8c为某区块x74-2hf井第12段反演结果。

图9为有效液量与缝长的关系曲线图。

图10为不同曲线类型有效液量、改造体积对照图版。

图11为x50-3井有效液量与产气剖面关系图。

图12为单段srv在不同区间的分布百分比。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

页岩储层由于层理及天然裂缝发育，采取段塞式加砂工艺，即在压裂施工过程中，注入一段混砂液后停止加砂，然后采用压裂液进行顶替，之后再继续加砂-顶替的过程，直至完成设计加砂量。标准的压裂施工曲线主要分为四个阶段(如图1)：1、前置液阶段；2、粉陶阶段；3、中砂阶段；4、粗砂阶段。第1、2阶段施工压力整体平稳可控，第4阶段要视第3阶段压力情况判断是否继续实施。本文模型中有效液量主要通过第3阶段压裂曲线特征进行判断，对应的压力上涨点即为施工曲线压力异常突升点。

正常的压裂施工曲线，施工排量、施工压力平稳，砂比提升正常，模型一对应此种曲线类型(图1)。

异常的压裂施工曲线，中砂阶段施工压力出现突然上升的情况，砂比提升受限，模型二、三对应此种曲线类型(图2)。

本实施例提供了一种基于微地震的页岩改造体积快速判断方法，包括如下步骤：

s1、针对区块已实施微地震监测的21口水平井，结合现场压裂施工曲线，微地震，设定三个改造体积计算模型；三个改造体积模型分别为：

■模型一：裂缝顺畅型

施工曲线特征：中砂阶段施工曲线整体平稳，裂缝延伸顺畅(对应图1的压裂施工曲线特征)。

以某区块x37-3井第27段各阶段微地震发展情况为例进行说明，即各阶段微地震特征：[1]前置液阶段，微地震事件较少，微地震事件主要集中在近井附近。[2]随着支撑剂泵入，事件稳步增加，裂缝向两侧保持延伸。[3]随着注入液量增加，裂缝在缝长方向不断延伸和复杂化，1600-1700方体积达到最大值(见图3)。

改造体积特征：随着注入液量增加，裂缝在缝长方向不断延伸和复杂化，储层改造体积随之增大(见图4a-4b)。(图3通过离散裂缝网络模拟方法得到的反演结果，与现场微地震检测结果较为一致)

有效液量：对应为施工总液量(是指前置液阶段、粉陶阶段、中砂阶段、粗砂阶段的施工总液量)。

■模型二：裂缝受阻型

施工曲线特征：中砂阶段前期压力平稳，中后期压力抬升

以某区块x37-4井第26段各阶段微地震发展情况为例进行说明，即各阶段微地震特征：[1]前置液阶段，微地震事件较少，微地震事件主要集中在近井附近。[2]随着液量和支撑剂泵入，微地震事件迅速增加，裂缝向两侧进一步延伸，尺度达到最大值。[3]继续监测到微地震事件，但裂缝尺度不再增长(见图5)。

改造体积特征：中砂阶段压力上涨后裂缝在长度上延伸停止，改造体积不再增加，中砂阶段后期施工主要是在原改造体积范围内增加裂缝的复杂程度(见图6a-6b)。

有效液量：中砂阶段对应压力爬升点的总液量。

■模型三：裂缝转向型

施工曲线特征：中砂阶段施工压力整体平稳可控，中后期压力爬升后下降，然后再次爬升(如图8a中的椭圆形虚线框)。

以某区块x74-2hf井第12段各阶段微地震发展情况为例进行说明，即各阶段微地震特征：转向前，微地震事件集中在井筒一侧；转向后，事件向另一侧偏移，最终两侧均匀分布微地震事件(见图7)。

改造体积特征：施工曲线中砂阶段压力上涨，裂缝在一侧延伸停止，发生转向，朝另一侧延伸，改造体积持续增大。随着油压增高和支撑剂泵入，裂缝向另一侧转向，尺度上得到增长(见图8a-8c)。

有效液量：为中砂阶段处压力爬升点的总液量加压力再次爬升后增加的液量(即中砂阶段b之后的总液量减去ab区间的液量，ab区间即为压力下降后再次爬升的区间)。

s2、以三个改造体积计算模型为基础，计算有效液量；

s3、通过离散裂缝网络模拟方法模拟不同有效液量与缝长之间的关系图，即通过有效液量计算出缝长，通过缝长即可实施预判改造体积。

具体为：通过离散裂缝网络(dfn)模拟方法求解srv(改造体积)形态直接利用水力压裂设计软件实现，在建立纵向应力剖面的基础上，通过输入压裂液性能参数、支撑剂性能参数和实时泵注程序(指现场施工过程中加入压裂液和支撑剂的顺序)，模拟单次水力压裂过程中缝网的形成过程，获取裂缝参数有缝长、缝高和波及宽度，并确定最终srv的三维形态。其中，压裂液性能参数指粘度，密度，ph值，剪切性能、粘温性能这些参数，支撑剂性能参数指支撑视密度、体积密度和导流能力这些参数，上述参数及实时泵注程序均通过现场施工数据实时得到。

本实施例针对五峰组、龙马溪组液量600-1900方开展模拟，建立不同液量与缝长关系图。液量600-1700方时，缝长增长速度较稳定；当液量＞1700方时，缝长增长的速度变缓(见图9)；

s4、结合三个模型，建立有效液量、典型曲线、缝长、改造体积典型对照图版(见图10)，实现通过现场施工曲线特征实时预判改造体积，并对已施工完成井、正在施工井及后期部署井，给出相应的优化调整方向。

具体实例：

(1)模型在区块x50-3井的应用：计算结果与产气剖面测试结果吻合度较好(见图11)。

(2)模型在区块y2平台的应用：平台内的y2-2、y2-3两口井地质、工程条件相近，改造体积差异为影响压裂效果的主要因素。y2-3井施工曲线类型以模型1为主，改造体积大，压裂效果好；y2-2井施工曲线模型2所占比例高，且对应有效液量小，改造体积较小，影响了y2-2井的改造效果(见表1)。

表1

(3)模型在区块施工完成井改造体积计算中的应用：对区块167口水平井开展计算，段储层改造体积范围主要分布在0.5-2.0×10⁶m³之间，如图11、12所示，平均1.50×10⁶m³。模型计算所得srv与微地震监测srv基本一致。