一种基于微地震静态监测的煤层气井产能潜力评价方法

本发明涉及煤层气井勘探开发技术领域，特别是一种基于微地震静态监测的煤层气井产能潜力评价方法。

背景技术：

我国煤层气资源丰富，2000m以浅的资源量为30.5万亿m³。但由于地质条件复杂，勘探开发难度极大。目前，全国约19000口煤层气井的平均单井产量不足1000m³/d，且单井产量差异性巨大，造成煤层气产业整体发展缓慢。产能潜力评价是煤层气企业从事商业化开发必不可少的环节，目前行业内有多种产能潜力评价方法，主要包括数值模拟法、历史拟合法等，基于实测地质新型的的产气潜力预测方法还没有形成。

数值模拟法和历史拟合法的基本思想都是类比，通过邻区或者邻井的地质信息、生产情况来推演研究区的产气潜力。但是，煤储层的非均质性极强，造成储层渗透性的各向异性明显。因此，基于类比方法的产气潜力预测方法在一定程度上具有或然性或者主观性，难以满足煤层气商业化开发的需求，研发新型的煤层气潜力评价方法成为煤层气产业健康发展的必然要求。

微地震静态监测又称被动源地震监测，是在地球内动力作用下对储层裂隙描述的一种地球物理手段。加之，近年来微地震震源参数解析方法的巨大进展，被动源地震的震源参数解析为储层渗透性评价提供了有力支撑。此外，微地震静态监测方法实现了对研究区的监测全覆盖，对单井的潜力评价是基于地质实测数据的客观评价，克服了数值模拟法和历史拟合法等类比方法的或然性和主观性影响。因此，微地震静态监测是评价煤层气井产能潜力的一种潜在有效手段。

技术实现要素：

为了克服上述不足，本发明的目的是要提供一种操作简单、成果可靠的基于微地震静态监测的煤层气井产能潜力评价方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种基于微地震静态监测的煤层气井产能潜力评价方法，包括以下步骤：

step1，选取高精度四维三分量微地震监测仪；

step2，制定研究区微地震监测方案；

step3，对高精度四维三分量微地震监测仪采集到的微地震信号进行分析处理，解释目标层的关键参数，所述关键参数包括裂隙数量、裂隙尺度、裂隙地质力学属性和裂隙密度；

step4，对不同性质的裂隙进行权重赋值，计算单位面积的煤层气井产气潜力因子；

step5，根据产能潜力因子，确定煤层气井产能潜力；

具体的，step1中，所述高精度四维三分量微地震监测仪的采样率不低于1000sps、可采集的震级下限不低于-3级、可采集信号频带宽度在1-100hz之间、检波器灵敏度不低于52vs/m；

具体的，step2中，所述研究区微地震监测方案的核心参数包括：微地震台站布置方式为菱形布站方式、台站密度不小于24站/km²、单点监测时间不小于8h；

具体的，step3中，对目标层的关键参数解释方法具体包括以下方法：

step3.1，裂隙数量(n)判识方法：在时间连续出现且在空间上可以连成一条直线的三个微地震事件，组成一条裂隙，监测时间内的所有裂隙构成带评价区的裂隙数量；利用微地震进行震源机制的分析，通过专利《一种利用微地震进行震源机制分析的方法》(zl201310002751.2)实现，划分并统计监测区所有裂隙拉张性质(m1)、倾滑性质(m2)和走滑性质(m3)的数量，n＝m1+m2+m3；

step3.2，裂隙尺度(r)的计算方法：

其中：r为裂隙尺度，vp为p波速度，通过测井曲线读取，t2、t1为初动半周期的起止时间点，在监测曲线上直接读取；

step3.3，裂隙密度(ρ)的判识方法：

即：单位面积s内裂隙的长度；

具体的，step4中，所述不同性质的裂隙权重(f)包括张拉性质裂隙的权重(f1)、倾滑性质裂隙的权重(f2)和走滑性质裂隙的权重(f3)，所述的不同性质的裂隙权重(f)通过加载在裂隙面上的正应力大小来确定，作用在不同裂隙面上的正应力不同；

其中，作用在走滑性质裂隙面上的正应力的计算公式为：

α介于15-45°间；

作用在倾滑性质裂隙面上的正应力的计算公式为：

α小于15°；

作用在张拉性质裂隙面上的的正应力的计算公式为：

α小于15°；

其中，σni为作用在不同性质裂隙面上的正应力，i＝{走滑，倾滑，张拉}；σ1，σ2分别是水平方向最大主应力和最小主应力；α是裂缝面走向与水平最大主应力方向的夹角；p0为张拉性质裂隙形成时的孔隙压力。

确定张拉性质裂隙的权重(f1)为1，倾滑性质裂隙的权重(f2)则为：

走滑性质裂隙的权重(f3)则为：

通过上述三个式子的求解，可以确定三种裂隙对渗透性的贡献权重。

需要说明的是，裂隙对渗透性贡献的权重比不是严格确定的一个数据，和研究区的应力环境有关，需要工作经验和现场数据的验证；

具体的，step4中，所述的煤层气井产气潜力因子q的计算方法为：

煤层气井产气潜力因子q主要用来预测煤层气井的最高日产量；

step5中，所述的煤层气井产气潜力(p)包括优、良、中、差四个级别，其判别方法为：

将煤层气井产能潜力级别划分为优良中差四个级别的依据是煤层气井单井最高日产量，级别划分的原则是基于目前煤层气行业对商业化生产的认识；

现在划分方法中，潜力因子低于0.5时，煤层气井很难产气，属于差级别；

潜力因子在0.5-2时，煤层气井的单井最高日产量一般不会高于1000m³/d，此类地区具有开发价值；

潜力因子在2-10时，煤层气井的单井最高日产量一般在1000-5000m³/d，此类地区的煤层气开发具有较好开发价值；

潜力因子大于10时，煤层气单井最高日产量一般大于5000m³/d，是煤层气开发的最优甜点区，应该是煤层气开发优先选择的地区。

与现有技术相比，本发明的基于微地震静态监测的煤层气井产能潜力评价方法具备以下有益效果：

本发明提供了一种基于微地震静态监测的煤层气产能潜力评价方法，发明提出的基于裂缝密度、裂缝地质力学属性及权值比重的计算模型为煤层气井产能潜力客观评价提供了可能，且在实际应用中取得了理想的效果。

利用本发明的方法，在山西晋城地区进行了约1.6km²的野外试验，试验结果与区内22口煤层气井的最高日产量的线性关系良好，相关系数高达0.87，应用效果良好，本发明操作工艺及计算流程简单，可以在煤层气井布置之前实现对煤层气井产能潜力的客观评价，为煤层气甜点区优选提供了有效技术保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的流程框图；

图2为本实施例南上区块静态监测采集到的典型波形图；

图3为本实施例南上区块煤层气井产能潜力因子分布图；

图4为本实施例南上区块产能潜力因子与单井最高日产量对应关系图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本实施例试验地选择在大宁井田南上区块寺头断层东侧，行政区划归山西省晋城市阳城县西河乡管辖，面积约10km²；煤层气开发的目标煤层为山西组3#煤层，煤质为高级无烟煤，研究区内煤层厚度5.5-7.5m，埋藏深度552-655m，平均583m，煤层瓦斯含量13-22m³/t。南上区块山西组3#煤层的渗透性差异大，渗透率实测结果为0.03-6.5md。区内煤层气直井产量在100-5000m³/d，平均单井产量为1600m³/d，差别较大；

在南上区西南部选择约1.6km²，进行了微地震静态监测，以期评价该研究区的煤层气井产能潜力。

如图1所示的本实施例试验流程方法，本实施例采用分布式高精度微震采集站，传感器为美国geospacetechnologies公司生产的omni2400型高精度传感器，灵敏度为52vs/m，频带宽度1-1500hz，设备采样率为1000，可以最低监测到-5级地震。

在充分考虑地形及构造展布状态条件下，将目标区分为南、北两部分。按照菱形布站的原则，9月28日布置24台站，覆盖南部区域(约0.95km²)，监测时间为9:30-17:30，累计8个小时。9月29日布置21台站，覆盖北部区域(约0.65km²)，监测时间为9:30-18:00，累计8.5个小时；图2为南上区块静态监测采集到的典型波形图。

对两次监测成果分别进行处理解释，获得有效微震事件1339个，其中：9月28日653个，9月29日686个。所有的1339个有效微震事件进行了震源参数解析，其中：张拉型裂隙183条，倾滑型裂隙767条，走滑型裂隙389条，震源尺度介于4-47m。

基于煤层气产气潜力因子计算模型计算的产气潜力因子分布在0.2-6.2，判定该区的产能潜力介于中-良区间；根据有效微地震事件的定位结果，形成了如图3所示的研究区煤层气井产能潜力因子平面分布图。

如图4所示，对研究区内现有的22口煤层气井最高日产气量进行统计，除去因工程原因导致产量为0的两口事故井以外，产气潜力因子和单井最高日产量呈线性相关关系，相关系数达到0.87；因此可以判定，对于煤储层来讲，采用微地震静态监测可以有效评价其产气潜力。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。