PE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Texas，USA，September 29-〇ctober 2，其全部内容通过引用由此并入本文。
[0177] 图17是示出了在包含预先存在天然裂缝1702的岩石介质1704中发展的简单平 面水力压裂1701的示意图1700。所示出的水力压裂1701可以是例如生成于图1. 1的地 层102中的裂缝。围绕水力压裂1701的区域1706表示渗入到岩石介质1704的岩石基质 中的流体。
[0178] 岩石介质1704的同质岩石基质可以最初承受地球中的地应力（in-situ stress) (例如，最小水平应力〇 _，最大水平应力〇 _)。天然裂缝1702的面可以相互接触，因为 岩石介质1704承受由箭头所表示的压地应力（compressive in-situ stress) 〇min、〇_。 如果天然裂缝1702不与主应力〇 _、〇 _的方向对准，天然裂缝1702的面除承受挤压法 向力外，可承受剪切力。如果在界面上的剪切应力超过了限制值（其可以被定义为粘结应 力与正应力的和乘以库仑摩擦系数（C0F))，岩石界面可能滑动，引发可从位于一定距离处 的地震检波器（未示出）检测到的裂缝的发展和微震事件。
[0179] 可以基于断裂参数（例如，断裂包络线（例如，莫尔-库仑断裂包络线）和应力状 态（例如，莫尔圆））来解释剪切断裂。图18是示出了莫尔-库仑断裂包络线1808和莫尔 圆1810的曲线图1800。莫尔-库仑断裂包络线1808可以适用于图17的岩石介质1704 的天然裂缝界面。断裂包络线1808可以用作描述岩石介质对剪切应力的响应的模型。莫 尔-库仑断裂包络线1808是岩石介质的剪切强度（y轴）相对于施加的正应力（x轴）的 曲线图。y轴表示〇剪切。
[0180] 曲线图1800的横轴（x轴）表示有效应力，定义为岩石中的总应力0 A减去孔隙 压力Pp。断裂包络线1808从一个点沿负x轴到正x轴上的上方延伸一定距离。断裂 包络线1808从x轴延伸到y轴的拉伸线1812提供了岩石介质的拉伸断裂。从y轴沿断裂 包络线1808的顶侧延伸的剪切线1814可以表示剪切断裂。从剪切断裂延伸至x轴的压实 (compaction)线1816可以表示压实。
[0181] 天然裂缝的莫尔圆1810可以用于表示在岩石介质1704中的初始应力状态。莫尔 圆1810在x轴上方在〇'_与〇' _之间延伸一距离。莫尔圆1810表示在岩面上以任何 方向0的正应力和剪切应力。莫尔圆1810可以用于图形地确定作用于旋转坐标系上的应 力分量。换句话说，莫尔圆1810可以用于确定作用于经过某个质点的不同取向平面上的应 力分量。即使当总应力保持恒定时，随着孔隙压力的增加，莫尔圆1810可向左移动，并且可 能导致天然裂缝1701滑动。
[0182] 断裂包络线1808可以不同于岩石介质1704的岩石基质的断裂包络线，该岩石介 质可以具有不同的粘结应力1811 (粘结力是剪切断裂斜率与y轴的交点）和不同的斜率。 如果岩石介质1704中的初始应力状态使得相应的莫尔圆1810接触剪切断裂包络线1808， 则对应于接触断裂包络线的点的以角度0定向的天然裂缝在剪切下可能断裂。尽管示出 了莫尔-库仑断裂包络线和莫尔圆，其它断裂包络线或应力状态可以用于断裂分析。
[0183] 参考图17和18,在水力压裂处理期间（例如，如图1. 1所示），流体可以侵入到围 绕水力压裂1701的岩石基体中。结果，岩石基体的孔隙压力可能会增加，并且导致莫尔圆 1810如上所述的向左移动。这种移动可能是在渗透性岩石中水力压裂期间发生微震的主要 机制。可能是超低渗透性岩石的主导机制的另一个机制可能是围绕水力压裂1701的应力 扰动，如图19所示意性地示出。
[0184] 图19. 1和19. 2示意性地示出了施加至水力压裂1701的应力〇 _和〇垂直的应 力扰动1900。如果已有的天然裂缝1702的性质和初始应力状态使得天然裂缝1702接近于 剪切断裂状态，则这些应力扰动可能会触发已有天然裂缝1702的滑动。小的应力扰动，如 在围绕水力压裂1701的岩石中诱发的，可以推动莫尔圆1810到达剪切断裂并且产生微震 事件。
[0185] 如图19. 1的截面图所示，可以生成正比于裂缝1701的裂缝高度的应力扰动区域 1918。剪切变形1920可以在应力扰动区域附近产生，如双箭头所示。如图19. 1的地图视 图所示，拉伸变形T可以施加于水力压裂，如相反的箭头所示。
[0186] 类似于天然裂缝1702,如果应力状态使得到达岩石基体的剪切包络线1808,则在 岩石基体中可以发生剪切裂纹，其也可以触发微震事件。对于至少一些已有的天然裂缝 1702,其比岩石基体可以更容易地达到断裂条件。
[0187] 水力压裂可用于例如超紧非常规储层中的碳氢化合物（例如页岩气）回收。如在 常规储层中，微震监测可用于帮助确定产生的裂缝几何形状。微震监测可以显示在水力压 裂期间产生扩散的事件云，其可以表明复杂裂缝图案或网络。当产生复杂的裂缝图案时，例 如，由于微震事件可能不位于水力压裂平面上和/或可能位于围绕水力压裂的天然裂缝上 的事实和/或由于与微震事件位置相关联的不确定性，使用微震云来描绘详细的裂缝网络 结构的能力可能是困难的。
[0188] 微震位置不确定性的例子提供于：Maxwell, S. C.2009,Microseismic Location Uncertainty, CSEG RECORDER, April2009,pp.41-46；and Maxwell, S. C. , Underhill, B.,Bennett, L. , ffoerpel, C. and Martinez, A.2010,Key Criteria for a Successful Microseismic Project, Paper SPE 134695presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition，Florence，Italy，19-22September2010，其全部内容通过引 用由此并入本文。
[0189] 图20是示意图2000,示出了如何由于水力压裂2001与天然裂缝2022之间的 相互作用而触发微震。提供了时间轴2022,示出沿着水力压裂2001和天然裂缝2002发 生的微震事件 2028。微震的例子提供于：Maxwell, S.C. and Cipolla，C. 2011，What Does Microseismicity Tell Us About Hydraulic Fracturing. Paper SPE 146932presented at the 2011SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, CO,October 30 -November 2,其全部内容通过引用由此并入本文。
[0190] 在时刻tl，水力压裂2001足够远离天然裂缝2002,使得围绕该水力压裂2001的 压力扰动不足以触发天然裂缝2002的界面的滑移。在这种情况下，天然裂缝可以不发射微 震。在时刻t2,水力压裂2001足够接近于天然裂缝2002,使得应力扰动引起在天然裂缝处 发生剪切滑移，导致微震事件2028。
[0191] 在时刻t3,水力压裂2001与天然裂缝2002交叉，并且可以沿天然裂缝2002发展 或从天然裂缝2002分叉。在一些情况下，已与水力压裂2001相连通的天然裂缝2002的界 面由于岩石变形或压力波动仍可能再次"粘连"。在稍后的时刻t4,该界面可以再次滑动， 并发射新的微震事件2028。
[0192] 可以直接从微震数据中提取水力压裂平面/表面。用于提取微震数据的方法的例 子提供于：Fisher et al. , Integrating Fracture Mapping Technologies to Optimize Stimulations in the Barnett Shale，Paper SPE 7741lpresented at the2002SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Texas, USA, September 29-〇ctober 2, 2002 ；Craig, D. P. and Burkhart, R. , Using Maps of Microseismic Events to Define Reservoir Discontinuities, Paper SPE 135290presented at SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Florence, Italy, 19-22September, 2010 ；ffilliams et al.,Quantitative Interpretation of Major Planes From Microseismic Event Locations With Application in Production Prediction, submitted to SEG Annual Meeting(2010)，and US Patent Application No. 2011/0029291，其全部内容通过引用由此 并入本文。
[0193] 在至少一些情况下，使用某些方法直接从微震事件中提取的裂缝表面可能有较大 的不确定性，例如，由于该活动可能不一定是在如上所述的实际的水力压裂表面上。这些方 法可以不使用其它信息，例如地层特性和栗送流体体积。微震声信号的解释可以产生信息， 例如微震源的矩张量、应力降和对应于滑动的有效面积。这样的信息可能不完全用于关联 到水力压裂几何形状。
[0194] 为了包含地层表征和栗送信息，已经开发了用于模拟复杂裂缝在天然裂缝地 层中的延伸的水力压裂模型。水力压裂模型的例子提供于：Weng et al.，Modeling of Hydraulic Fracture Network Propagation in a Naturally Fractured Formation, Paper SPE 140253presented at the SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference and Exhibition held in The Woodlands, Texas, USA, 24 - 26January 2011(affeng 2011^)； Cipolla et al. ,Integrating Microseismic Mapping and Complex Fracture Modeling to Characterize Hydraulic Fracture Complexity, Paper SPE 140185presented at the SPE Hydraulic Fracturing Conference and Exhibition, Woodlands, Texas, USA, Janua ry 24 - 26, 2011 ;and Gu et al. , "Hydraulic Fracture Crossing Natural Fracture at Non-Orthogonal Angles, A Criterion, Its Validation and Applications,'，Paper SPE 139984presented at the SPE Hydraulic Fracturing Conference and Exhibition, Wood lands, Texas, January 24-26,2011，其全部内容通过引用由此并入本文。
[0195] 该模型可以考虑水力压裂与天然裂缝和/或裂隙的相互作用，并且预测所生成的 裂缝网络的详细结构。该模型可以使用例如UFM的模拟器，其可能需要在地层中有先验、预 定义群体量的天然裂缝。基于从3D地震数据、井眼成像测井和/或地核特征获得的信息， 可以产生这些天然裂缝。所产生的天然裂缝可以具有大的不确定性，其可导致来自复杂裂 缝模拟器的不准确预测。微震数据可提供验证和/或校准模拟结果的方法。
[0196] 如上所讨论的，因为微震数据可能不提供精确裂缝平面，裂缝模型预测的整体的 裂缝网络的"痕迹（footprint)"可以与总体微震云相比较。该模型参数可以调整，直到模 型结果大致与观测到的微震云一致。这种校准方法可能有一些固有的不确定性，例如，其中 裂缝网络的精确痕迹可能与由微震云描绘范围不一样。例如，当可以在离实际裂缝一定距 离处触发剪切断裂事件的情况下，这可能会发生。
[0197] 图21是一个示意图2100,其示出了水力压裂2101a_f和天然裂缝2102a_f的渐进 发展的例子。详细的复杂水力压裂模型可以用于预测在复杂的裂缝网络中的多个断裂分支 的渐进发展。地层最初可以含有许多天然裂缝2102a_f。
[0198] 如图21所示，在水力压裂2101a_f与天然裂缝2102a_f之间可以发生各种相互作 用2130a_f。相互作用2130a示出在水力压裂2101a与天然裂缝2102a之间没有交叉点。 相互作用2130b示出在水力压裂压裂2101a与天然裂缝2102a之间有止裂（arrest)和/ 或滑移。相互作用2130c示出水力压裂2101c沿天然裂缝2102c发展并且天然裂缝2102c 膨胀。相互作用2130d示出水力压裂2101d交叉天然裂缝2102c。相互作用2130e示出水 力压裂2101e与天然裂缝2102e之间的交叉点，天然裂缝2102e保持关闭。相互作用2130f 示出了水力压裂2101f与天然裂缝2102f之间的交叉点，天然裂缝2102f具有在水力压裂 2101f与天然裂缝2102f之间交叉后产生的裂隙开口 2103。
[0199] 在一些情况下，例如相互作用2130b_2130f，水力压裂2101a_f和天然裂缝 2102a_f可以交叉。水力压裂2101a_f和天然裂缝2102a_f的相互作用可能导致裂缝分支， 其中水力压裂2101a_f和天然裂缝2102a_f交叉。相互作用2130a_f可能会导致水力压裂 2101a_f?打开，并且沿天然裂缝2102a_f?发展并导致裂缝分支和复杂性。
[0200] 地下天然裂缝的精确表征（如果不是不可能的）在某些情况下可能是困难的。离 散裂缝网络（DFN)的天然裂缝的初始群体可以随机产生。可以通过从地震数据和井眼成像 测量所获得的信息和/或利用地质学模型和地质统计模型限制DFN的随机群体。
[0201] 图22. 1示出DFN 2232在井眼2236附近的示意图2200. 1。统计地产生的DFN的 轨迹被示出于井眼2236附近，统计地产生的DFN轨迹均匀分布于地层2234中。轨迹示出 位于地层2234附近的天然裂缝2202。
[0202] 图22. 2是示意图2200. 2,其示出了根据均匀分布的DFN 2232模拟的预测水力压 裂网络（HFN) 2236。水力压裂2201由用于相应的DFN 2232的复杂裂缝模型产生。图22.2 还示出了在压裂处理期间采集到的微震事件2238(如图形2200. 2中的球所示）。
[0203] 在图22. 2中描述的情况下，预测的HFN 2236痕迹不与微震事件2238的微震云 2240相匹配。可以通过改变岩石性质和/或初始天然裂缝分布以试图匹配微震事件2238 来尝试提供匹配。不能确定该微震事件2238表示实际的水力压裂平面，因为它们可能是天 然裂缝2202的远离水力压裂2203的由剪切诱导的滑移，如上面已经讨论过的。
[0204] 迫使复杂裂缝模型与微震云2240相匹配可能会引入错误。另一种方法可以是预 测围绕所产生的HFN 2236的诱导应力场，并且确定在天然裂缝和岩石基体中的剪切断裂 条件，以便断裂"足迹"大致匹配微震。此外，根据所计算的应力场，可以确定经受滑移的天 然裂缝和它们的方向，其可以与由微震矩张量确定的滑移方向相比较，以获得更加可靠的 解释。
[0205] 图23. 1和23. 2示出了在井场执行压裂操作的方法2300. 1和2300. 2。在本公开内 容的至少一个实施例中，提出该方法2300. U2300. 2,以用于解释微震活动性和通过耦合应 力和岩石断裂分析用于校准复杂裂缝模拟的用途。方法2300. U2300. 2中的每一个可以包 括通过将具有支撑剂的注入流体注入到裂缝网络中执行包括使井场增产的增产操作2350， 和/或生成井场数据（例如，天然裂缝的天然裂缝参数、栗数据和微震测量）2352。可以以 图15的方法1500的全部或部分执行方法2300. 1、2300. 2。
[0206] 方法2300. 1包括预测裂缝几何形状2354,确定三维（3D)应力场2356,和执行断 裂估计和对微震事件进行校准2358。
[0207] 裂缝几何形状预测
[0208] 例如，通过基于井场数据为裂缝（例如，天然裂缝、水力压裂和/或复杂裂缝）建 模2360以及根据井场数据生成离散裂缝网络2362,可以执行预测裂缝几何形状2354。首 先可以基于已知的地质学数据、地质力学数据和裂缝处理数据，使用水力压裂模型计算水 力压裂几何形状。在复杂裂缝的情况下，在天然裂缝的地层中，该模型可以用于预测复杂 裂缝平面，以及裂缝宽度、流体压力和与裂缝系统相关联的其它参数。在美国专利申请号 No. 2008/0183451中提供了建模的例子。可以通过模拟使用例如如上所述的UFM来执行预 测。
[0209] 3D应力场计算
[0210] 可以通过建模来确定三维（3D)应力场2356。对于由裂缝模型计算的任何给定 的水力压裂几何形状，可以通过使用例如数值地质力学模型建模2364来计算围绕水力压 裂的3D应力场（或地区）（参见，例如图19)。例如，可以使用有限元数值地质力学代码 和/或有限差分代码。这