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四维影像裂缝监测技术在致密气砂体展布研究中

发布日期:2020-02-18 13:06 作者:电玩城捕鱼

  致密砂岩气储层砂体变化快,目前主要通过静态的地震、岩心、测井等资料开展砂体展布研究,而勘探开发初期资料较少,砂体预测精度低,应用这些成果指导压裂设计风险较大。对鄂尔多斯盆地东部某区块30多口致密气井的四维影像裂缝监测成果进行分析,修正了主要压裂层的砂体展布方向和边界,根据不同的砂体位置预测砂堵风险,制定了20~30不同的加砂规模。研究结果表明,砂体展布规模在很大程度上影响压裂裂缝的破裂和延伸,通过四维影像微地震监测的不同时刻的压裂裂缝破裂情况判断砂体展布,约束沉积相研究中的砂体认识,并根据砂体展布情况优化压裂施工参数,可以准确判断砂堵风险,指导致密气压裂设计和开发。

  研究区位于鄂尔多斯盆地东部伊陕斜坡东段、晋西挠褶带西缘(图1),发育致密砂岩气,储层平均孔隙度为7.72%,平均渗透率为1.7mD。研究区自下而上整体发育一套由海相—海陆过渡相—陆相沉积体系,主要层位石盒子组为陆相沉积体系,曲流河沉积体系发育程度较高,储层主要由陆源碎屑岩组成,碎屑成分主要为石英、长石和岩屑;岩性以长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩、岩屑砂岩为主,含少量砂砾岩、岩屑石英砂岩、泥质粉砂岩、含砂质泥岩。结合钻遇情况和野外露头观测资料,研究区石盒子组单砂体宽度为50~100m。

  四维影像裂缝监测技术是近年来发展起来的新技术,主要用于裂缝参数的获取及裂缝扩展、压裂效果的评价等。该技术主要采用基于光束叠加的被动地震发射层析成像技术(PSET),并采用无源地震的微地震三分量检波器采集数据, 进行纵波和横波的振幅属性分析, 采用相关体数据计算处理方法, 得出压裂期间不同时刻地层岩石破裂和高压流体活动释放的能量分布情况。压裂时压裂液以高于破裂压力注入地层中,岩石产生剪切和弹性破裂,在裂缝周围应力比较薄弱的地方会产生微地震事件。通过三分量检波器可以监测出破裂过程中产生的横波和纵波,得出其不同时刻的破裂位置,对各个时刻破裂能量进行叠加,就能获取整个压裂过程中的破裂情况。

  四维影像裂缝监测过程中,在某一时刻通过射线追踪监测区域内某一个点的振动方位和振幅,并叠加所有采集站点的信号,经过归一化后得出空间中该点的破裂能量 S 。由于向量叠加后监测到的有效信号被加强,环境噪声相对减弱,因此可以准确得出监测区内每个点在不同时刻的破裂能量 S 。

  在进行砂体展布研究时,首先应用地震剖面确定石盒子组顶面和底面,然后在层系内部依据不同级次旋回特征对石盒子组进行不同岩性段和小层的划分,最后在小层内部依据砂体的规模、发育部位等进行单砂体的划分与对比,研究井间砂体连通性,建立石盒子组的高分辨率层序地层格架模型。根据岩心相、单井相、连井相、地球物理响应特征并结合野外露头、现代沉积及沉积模式,对研究区的平面沉积微相进行划分。研究区石盒子组主要发育河流相沉积体系,砂体整体呈条带状分布,剖面上砂体透镜体形态十分明显。目前主要通过三维地震属性进行砂体展布的预测,但精度不高,而压裂施工时的裂缝监测能在一定范围内精确地反映出砂体边界及形态。

  不同形态的砂体在压裂时裂缝延伸表现出与形态对应的特征:在砂体边部时,裂缝仅仅沿一个方向破裂;在砂体中部时,裂缝会在砂体两边扩展,根据两端裂缝的长度,可以判断井在砂体中的位置;当砂体规模偏小时,首先会形成一条长度较小的裂缝,后期会产生多条平行方向上的裂缝,或者形成分支缝,或者砂堵。因此根据监测的裂缝形态及破裂过程,可以判断出砂体的大概规模和形态,辅助地质上的砂体认识,修正单井控制范围内的沉积相认识;结合压裂过程中不同时刻的裂缝延伸方向和过井的破裂能量大小,可以确定砂体的展布方向和规模。

  本文以研究区A101井盒8段为例,说明四维影像裂缝监测技术辅助砂体展布规模研究的方法。A101井盒8段在压裂初期裂缝沿着水平主应力方向扩展,且主要的破裂位置位于井点的西北方向(西北方向裂缝长度为90m,东南方向裂缝长度为30m),表明砂体主要位于井点的西北方向(图3)。压裂进行半小时以后破裂能量增强,表明裂缝延伸受阻,此时地面施工压力也有微弱的增加,裂缝破裂方向变为东北方向,且后期主要的破裂集中在东北方向,该方向的裂缝长度为240m。综合分析认为A101井盒8段砂体的长度方向为东北方向,西北方向的宽度仅为120m左右(图4),与野外露头观测的河道宽度相似。

  对30余口四维影像裂缝监测井的压裂裂缝延伸过程进行分析,修正了20多个沉积相砂体认识,更加清晰地刻画了河道及心滩的规模;据此优化压裂施工规模,在后期压裂施工过程中,基本上未出现砂堵,提高了压裂改造的效果。

  在A26井和A206井压裂设计时,根据修正的砂体展布情况,及时调整加砂量,尽管在加砂过程中出现了施工压力突然升高情况,但并未出现砂堵。

  A26井石盒子组在压裂时预测可能出现砂堵,加砂量由初期设计的40m 3降低到20m 3。在四维影像裂缝监测约束后的沉积相图中(图7),可以看出A26井位于河道边部,压裂施工时有砂堵的风险。通过裂缝监测可以看出,裂缝的破裂位置主要集中在河道中,裂缝延伸方向与水平主应力方向一致,主要集中在东南方向,表现出横切河道,受到河道宽度的影响,在压裂后期裂缝长度并未增加(图8),在东南方向的长度为160m,与沉积相认识相符。

  A206 井在四维影像裂缝监测成果约束后的沉积相图中砂体规模小(图7),压裂时裂缝可能难以扩展,在压裂设计时建议降低压裂规模,设计加砂量由45m 3降为20m 3。从裂缝监测结果中可以看出裂缝的破裂主要集中在井周围,未在长度上延伸,形成的破裂范围小,仅为80m(图9)。在施工后期井底施工压力快速增加,表明可能已经出现砂堵,实际完成加砂量18m 3。通过对砂体的准确认识,降低了设计加砂量,减小了施工风险。该井在压裂前射孔测试产气2050m 3/d,压裂后产气970m 3/d,这主要是由于砂体规模太小,压后裂缝长度小,且对储层存在一定的伤害,导致压裂后难以达到理想产能。

  四维影像裂缝监测的破裂能量能够准确反映不同时刻的裂缝扩展情况,通过对比不同时刻的裂缝形态,可以判断压裂裂缝的破裂情况及砂体和岩性变化情况。压裂裂缝的延伸受到砂体规模的影响较大,当砂体规模偏小时,裂缝长度难以扩展,砂堵风险高,需要优化加砂量。

  采用四维影像裂缝监测成果可以有效约束沉积相砂体展布认识,提高砂体认识的准确率,对后续的压裂施工和布井具有指导作用。


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