水力压裂监测新方法
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摘要
深入了解水力压裂裂缝的几何形态和延伸情况有助于改善低渗油气藏压裂增产作业效果,改善油气井产能并提高油气采收率。应用地震方法对水力压裂裂缝进行监测和描述已经有多年了,而新的地震硬件和处理技术的出现使得这类监测更加有效、可靠。
Microseism method can provide key information about hydraulic fractures.Knowing the geometry and stretching of hydraulic fractures can help to improve the fracturing effect of yield increase in low-permeabihty reservoirs and to improve the rate of oil or gas recovery.This pa- per introduces a method to monitor hydraulic fracturing.The application effect is proved through some examples in the United States and Japan.
Microseism method can provide key information about hydraulic fractures.Knowing the geometry and stretching of hydraulic fractures can help to improve the fracturing effect of yield increase in low-permeabihty reservoirs and to improve the rate of oil or gas recovery.This pa- per introduces a method to monitor hydraulic fracturing.The application effect is proved through some examples in the United States and Japan.
引文
[1]Spears R:“Oilfield Market Report 2005”, Spears & Associates,Inc.,http://www. spearsresearch.com/(2005年10月14日游览)
[2]Barree RD,Fisher MK和Woodroof RA:“A Practical Guide to Hydraulic Fracture Diagnostic Technologies”,SPE 77442,发表在SPE技术年会暨展览会上，得克萨斯州San Antonio，2002年9月29日-10月2日Cipolla CL和Wright CA:“Diagnostic Techniques to Understand Hydraulic Fracturing:What?Why?and How?”, SPE59735，发表在SPE/CERI天然气技术会议上，加拿大卡尔加里，2000年4月3-5日
[3]Brady B,Elbel J,Mack M,Morales H, Nolte K和Poe B:“Cracking Rock: Progress in Fracture Treatment Design”, Oilfield Review，4卷，第4期(1992年10月)4-17
[4]Meng HZ:“Design of Propped Fracture Treatments”，发表在Economides MJ和Nolte KG(编辑)：Reservoir Stimula- tion，斯伦贝谢教育服务：休斯敦，1987正
[5]Ali S,Norman D,Wagner D,Ayoub J, Desroches J,Morales H,Price P,Shep- herd D,Toffanin E,Troncoso J和White S：“增产和防砂综合技术”，《油田新技术》，14卷，第2期(2002年夏季刊)，30-47
[6]Meng，参考文献4
[7]Peterman F,McCarley DL,Tanner KV, Le Calvez JH,Grant WD,Hals CF,Ben- nett L和Palacio JC:“Hydraulic Fracture Monitoring as a Tool to improve Reservoir Management”，SPE 94048，发表在SPE生产作业会议上，俄克拉何马州俄克拉何马城，2005年4月1-19日
[8]Aly AM,El-Banbi AH,Holditch SA, Wahdan M,Salah N,Aly NM和Boerrigter P:“Optimization of Gas Condensate Reservoir Development by Coupling Reservoir Modeling and Hydrauhc Frac- turing Design”，SPE 68175，发表在SPE中东石油展会上，巴林，2001年3月17-20日
[9]Hashemi A和Gringarten AC:“Com- parison of Well Productivity Between Vertical,Horizontal and Hydraulically Fractured Wells in Gas-Condensate Reservoirs”，SPE 94178，发表在SPE Europec/EAGE年会上，西班牙马德里，2005年6月13-16日
[10]Brown E,Thomas R和Milne A:“The Challenge of Completing and Stimulating Horizontal Wells”,Oilfield Review,2卷，第3期(1990年7月)：52-63
[11]在裂缝端部，当应力强度因子超过裂缝的断裂韧度时，裂缝就会向前延伸。断裂韧度(临界应力强度因子)可以在实验室通过岩心破裂试验测得。
[12]Barree等人，参考文献2 Wright CA,Weijers L,Davis EJ和May- erhofer M:“Understanding Hydraulic Fracture Growth:Tricky but Not Hope- less”，SPE 56724，发表在SPE技术年会暨展览会上，休斯敦，1999年10月3-6日
[13]Peterson RE,Warpinski NR,Lorenz JC, Garber M,Wolhart SL和Steiger RP:“Assessment of the Mounds Drill Cut- tings Injection Disposal Domain”,SPE 71378，发表在SPE技术年会暨展览会上，新奥尔良，2001年9月30-10月3日Jeffery RG,Settari A和Smith NP:“A Comparison of Hydraulic Fracture Field Experiments,Including Mineback Geom- etry Data,with Numerical Fracture Model Simulations”，SPE 30508，发表在SPE技术年会暨展览会上，达拉斯，1995年10月22-25日
[14]Dozier G,Elbel J,Fielder E,Hoover R, Lemp S,Reeves S,Siebrits E,Wisler D和Wolhart S：“重复压裂方法”，《油田新技术》，15卷，第3期(2003年秋季刊)：38-53
[15]Cipolla和Wright，参考文献2
[16]Barree等人，参考文献2
[17]Barree等人，参考文献2 Cipolla和Wright，参考文献2
[18]Albright JN和Pearson CF:“Acous- tic Emissions as a Tool for Hydraulic Fracture Location:Experience at the Fen- ton Hill Hot Dry Rock Site”,SPE Jour- nal,22卷(1982年8月):523-530
[19]Arroyo JL,Breton P,Dijkerman H, Dingwall S,Guerra R,Hope R,Hornby B, Williams M,Jimenez RR,Lastennet T, Tulett J,Leaney S,Lim T,Menkiti H, Pueeh J-C,Tcherkashnev S,Burg TT和Verliac M：“井下优质地震数据”，《油田新技术》，15卷，第1期(2003年春季刊)：2-23
[20]Warpinski NR,Wolhart SL和Wright CA:“Analysis and Prediction of Micro- seismicity induced by Hydraulic Fractur- ing”，SPE 71649，发表在SPE技术年会暨展览会上，新奥尔良，2001年9月30日-10月3日
[21]Le Calvez JH,Bennett L,Tanner KV, Grant WD,Nutt L,Jochen V,Underhill W和Drew J:“Monitoring Microseismic Fracture Development to Optimize Stimu- lation and Production in Aging Fields”, The Leading Edge，24卷，第1期(2005年1月)，72-75
[22]向量保真度反映的是多分量地震检波器准确反映脉冲信号的能力。如果沿三分量其中之一平行方向发出的脉冲信号仅到达该分量，而且如果沿每个分量平行方向分别发出的脉冲信号在每个分量中的强度都相同，则表明响应正确。在理想情况下，多分量检波器探测到的运动与原始脉冲信号是相同的。Nutt L,Menkiti H和Underhill B:“Ad- vancing the VSP Envelope”,Hart's E&P，77卷，第10期(2004年10月)：51-52
[23]Nutt等人，参考文献22
[24]Curtis A,Michelini A,Leslie D和Lo- max A:“A Deterministic Algorithm for Experimental Design Applied to Tomo- graphic and Microseismic Monitoring Surveys”,Geophysical Journal Interna- tional，157卷，第2期(2004年5月)：595-606
[25]管内激发即在适当位置，例如在实施压裂作业的深度，引爆Primacord导爆线，以便在不损坏套管的情况下发射地震波
[26]Warpinski NR,Sullivan RB,Uhl JE, Waltman CK和Machovoe SR:“Im- proved Microseismic Fracture Mapping Using Perforation Timing Measurements for Velocity Calibration”,SPE 84488,发表在SPE技术年会暨展览会上，丹佛，2003年10月5-8日
[27]Eisner L和Bulant P:“Borehole Deviation Surveys Are Necessary for Hydraulic Fracture Monitoring”，准备发表在第86届EAGE大会暨展览会上，奥地利维也纳，2006年6月12-15日
[28]Durham LS:“Fracture‘Groans’Qui- etly Noisy:Microseismic Detection E- merging”,AAPG Explorer,25卷,第12期(2004年12月)：16-18
[29]Frantz JH,Williamson JR,Sawyer WK, Johnston D,Waters G,Moore LP,Mac- Donald RJ,Pearcy M,Ganpule SV和March KS:“Evaluating Barnett Shale Production Performance Using an Inte- grated Approach”,SPE 96917,发表在SPE技术年会暨展览会上，达拉斯，2005年10月9-12日Maxwell SC,Urbancic T1,Steinsberger N和ZinnoR:“Microseismic Imaging of Hydraulic Fracture Complexity in the Barnett Shale”,SPE 77440，发表在SPE技术年会暨展览会上，得克萨斯州San Antonio，2002年9月29日-10月2日Fisher MK,Wright CA,Davidson BM, Goodwin AK,Fielder EO,Buckler WS和Steinsberger NP:“Integrating Fracture Mapping Technologies to Optimize Stimu- lations in the Barnett Shale”,SPE 77441，发表在SPE技术年会暨展览会上，得克萨斯州San Antonio，2002年9月29日-10月2日
[30]http://www.pickeringenergy.com/pdfs /TheBarnettShaleReport.pdf(2005年11月30日浏览)
[31]Fisher MK,Heinze JR,Harris CD, Davidson BM,Wright CA和Dunn KP:“Optimizing Horizontal Completion Techniques in the Barnett Shale Using Microseismic Fracture Mapping”,SPE 90051，发表在SPE技术年会暨展览会上，休斯敦，2004年9月26-29日
[32]清水压裂使用低支撑剂含量携砂液-在本例中，含量小于0．8磅/加伦(9．6千克/米~3)，可以以较低成本用大量压裂液进行作业。这种作业在Barnett页岩储层取得了成功，主要体现在压裂作业产生了很长的裂缝，沟通了天然裂缝，因此增加了水力压裂的总体效果，增大了单井的泄流范围
[33]微地震活动位置的不对称可能是由于监控井和受4段影响的储层之间的距离较大引起的
[34]Drew J,Primiero P,Leslie D,Michaud G,Eisner L和Tezuka K:“Microseismic Monitoring of a Hydraulic Injection Test at the Yufutsu Gas Reservoir”，论文B，发表在日本第十届地层评价研讨会上，日本千叶，2004年9月29-30日
[35]Tezuka K,Namaikawa T,Tamagawa T, Day-Lewis A和Barton C:“Roles of the Fracture System and State of Stress for Gas Production from the Basement Reser- voir in Hokkaido,Japan”,SPE 75704,发表在SPE天然气技术研讨会上，加拿大卡尔加里，2002年4月30日-5月2日
[36]Tamagawa T和Tezuka K:“Valida- tion of Clustering of Fractures in Discrete Fracure Network Model by Using Fracture Density Distributions Along Boreholes”, SPE 90342，发表在SPE技术年会暨展览会上，休斯敦，2004年9月26-29日
[37]Primiero P,Armstrong P,Drew J和Tezuka K:“Massive Hydraulic Injection and Induced AE Monitoring in Yufutsu Oil/Gas Reservoir-AE Measurement in Multiwell Downhole Sensors”,发表在SEGJ第113次秋季年会上，论文50，日本冲绳，2005年10月16-18日
[38]Michaud G,Leslie D,Drew J,Endo T和Tezuka K:“Microseismic Event Lo- cahzation and Characterization in a Limit- ed-Aperture HFM Experiment”,详细摘要，SEG国际展览会暨第74届年会，丹佛(2004年10月10-15日)：552-555 Tarantola A和Valette B:“Inverse Prob- lems:Ouest for Information”,Journal of Geophysics,50卷(1982年):159-170。
[39]Tezuka K,Tamagawa T和Watanabe K:“Numerical Simulation of Hydraulic Shearing and Related AE Activity in Fractured Gas Reservoir”,论文A，发表在日本第十届地层评价会议上，日本千叶，2004年9月29-30日
[40]二重差分方法是一种使多组微地震活动相互关联的成像技术。多重峰由一组非常相似的子波组成，这些子波来自具有相似震源机制的多个微地震活动，而这些微地震活动的发生地点相同或者几乎相同，只是时间不同
[41]Tezuka K,Tamagawa T和Watanabe K:“Numerical Simulation of Hydraulic Shearing in Fractured Reservoir”,论文1606，发表在世界地热大会上，土耳其Antalya，2005年4月24-29日
[42]Drew J,Leslie D,Armstrong P和Michaud G:“Automated Microseismic Event Detection and Location by Continu- ous Spatial Mapping”,SPE 95513,发表在SPE技术年会暨展览会上，达拉斯，2005年10月9-12日
[43]Eisner L和Sileny J:“Moment Ten- sors of Events Induced in Cotton Valley Gas Field from Waveform Inversion”,论文P227，发表在EAGE第66届大会暨展览会上，巴黎，2004年7月7-10日
[2]Barree RD,Fisher MK和Woodroof RA:“A Practical Guide to Hydraulic Fracture Diagnostic Technologies”,SPE 77442,发表在SPE技术年会暨展览会上，得克萨斯州San Antonio，2002年9月29日-10月2日Cipolla CL和Wright CA:“Diagnostic Techniques to Understand Hydraulic Fracturing:What?Why?and How?”, SPE59735，发表在SPE/CERI天然气技术会议上，加拿大卡尔加里，2000年4月3-5日
[3]Brady B,Elbel J,Mack M,Morales H, Nolte K和Poe B:“Cracking Rock: Progress in Fracture Treatment Design”, Oilfield Review，4卷，第4期(1992年10月)4-17
[4]Meng HZ:“Design of Propped Fracture Treatments”，发表在Economides MJ和Nolte KG(编辑)：Reservoir Stimula- tion，斯伦贝谢教育服务：休斯敦，1987正
[5]Ali S,Norman D,Wagner D,Ayoub J, Desroches J,Morales H,Price P,Shep- herd D,Toffanin E,Troncoso J和White S：“增产和防砂综合技术”，《油田新技术》，14卷，第2期(2002年夏季刊)，30-47
[6]Meng，参考文献4
[7]Peterman F,McCarley DL,Tanner KV, Le Calvez JH,Grant WD,Hals CF,Ben- nett L和Palacio JC:“Hydraulic Fracture Monitoring as a Tool to improve Reservoir Management”，SPE 94048，发表在SPE生产作业会议上，俄克拉何马州俄克拉何马城，2005年4月1-19日
[8]Aly AM,El-Banbi AH,Holditch SA, Wahdan M,Salah N,Aly NM和Boerrigter P:“Optimization of Gas Condensate Reservoir Development by Coupling Reservoir Modeling and Hydrauhc Frac- turing Design”，SPE 68175，发表在SPE中东石油展会上，巴林，2001年3月17-20日
[9]Hashemi A和Gringarten AC:“Com- parison of Well Productivity Between Vertical,Horizontal and Hydraulically Fractured Wells in Gas-Condensate Reservoirs”，SPE 94178，发表在SPE Europec/EAGE年会上，西班牙马德里，2005年6月13-16日
[10]Brown E,Thomas R和Milne A:“The Challenge of Completing and Stimulating Horizontal Wells”,Oilfield Review,2卷，第3期(1990年7月)：52-63
[11]在裂缝端部，当应力强度因子超过裂缝的断裂韧度时，裂缝就会向前延伸。断裂韧度(临界应力强度因子)可以在实验室通过岩心破裂试验测得。
[12]Barree等人，参考文献2 Wright CA,Weijers L,Davis EJ和May- erhofer M:“Understanding Hydraulic Fracture Growth:Tricky but Not Hope- less”，SPE 56724，发表在SPE技术年会暨展览会上，休斯敦，1999年10月3-6日
[13]Peterson RE,Warpinski NR,Lorenz JC, Garber M,Wolhart SL和Steiger RP:“Assessment of the Mounds Drill Cut- tings Injection Disposal Domain”,SPE 71378，发表在SPE技术年会暨展览会上，新奥尔良，2001年9月30-10月3日Jeffery RG,Settari A和Smith NP:“A Comparison of Hydraulic Fracture Field Experiments,Including Mineback Geom- etry Data,with Numerical Fracture Model Simulations”，SPE 30508，发表在SPE技术年会暨展览会上，达拉斯，1995年10月22-25日
[14]Dozier G,Elbel J,Fielder E,Hoover R, Lemp S,Reeves S,Siebrits E,Wisler D和Wolhart S：“重复压裂方法”，《油田新技术》，15卷，第3期(2003年秋季刊)：38-53
[15]Cipolla和Wright，参考文献2
[16]Barree等人，参考文献2
[17]Barree等人，参考文献2 Cipolla和Wright，参考文献2
[18]Albright JN和Pearson CF:“Acous- tic Emissions as a Tool for Hydraulic Fracture Location:Experience at the Fen- ton Hill Hot Dry Rock Site”,SPE Jour- nal,22卷(1982年8月):523-530
[19]Arroyo JL,Breton P,Dijkerman H, Dingwall S,Guerra R,Hope R,Hornby B, Williams M,Jimenez RR,Lastennet T, Tulett J,Leaney S,Lim T,Menkiti H, Pueeh J-C,Tcherkashnev S,Burg TT和Verliac M：“井下优质地震数据”，《油田新技术》，15卷，第1期(2003年春季刊)：2-23
[20]Warpinski NR,Wolhart SL和Wright CA:“Analysis and Prediction of Micro- seismicity induced by Hydraulic Fractur- ing”，SPE 71649，发表在SPE技术年会暨展览会上，新奥尔良，2001年9月30日-10月3日
[21]Le Calvez JH,Bennett L,Tanner KV, Grant WD,Nutt L,Jochen V,Underhill W和Drew J:“Monitoring Microseismic Fracture Development to Optimize Stimu- lation and Production in Aging Fields”, The Leading Edge，24卷，第1期(2005年1月)，72-75
[22]向量保真度反映的是多分量地震检波器准确反映脉冲信号的能力。如果沿三分量其中之一平行方向发出的脉冲信号仅到达该分量，而且如果沿每个分量平行方向分别发出的脉冲信号在每个分量中的强度都相同，则表明响应正确。在理想情况下，多分量检波器探测到的运动与原始脉冲信号是相同的。Nutt L,Menkiti H和Underhill B:“Ad- vancing the VSP Envelope”,Hart's E&P，77卷，第10期(2004年10月)：51-52
[23]Nutt等人，参考文献22
[24]Curtis A,Michelini A,Leslie D和Lo- max A:“A Deterministic Algorithm for Experimental Design Applied to Tomo- graphic and Microseismic Monitoring Surveys”,Geophysical Journal Interna- tional，157卷，第2期(2004年5月)：595-606
[25]管内激发即在适当位置，例如在实施压裂作业的深度，引爆Primacord导爆线，以便在不损坏套管的情况下发射地震波
[26]Warpinski NR,Sullivan RB,Uhl JE, Waltman CK和Machovoe SR:“Im- proved Microseismic Fracture Mapping Using Perforation Timing Measurements for Velocity Calibration”,SPE 84488,发表在SPE技术年会暨展览会上，丹佛，2003年10月5-8日
[27]Eisner L和Bulant P:“Borehole Deviation Surveys Are Necessary for Hydraulic Fracture Monitoring”，准备发表在第86届EAGE大会暨展览会上，奥地利维也纳，2006年6月12-15日
[28]Durham LS:“Fracture‘Groans’Qui- etly Noisy:Microseismic Detection E- merging”,AAPG Explorer,25卷,第12期(2004年12月)：16-18
[29]Frantz JH,Williamson JR,Sawyer WK, Johnston D,Waters G,Moore LP,Mac- Donald RJ,Pearcy M,Ganpule SV和March KS:“Evaluating Barnett Shale Production Performance Using an Inte- grated Approach”,SPE 96917,发表在SPE技术年会暨展览会上，达拉斯，2005年10月9-12日Maxwell SC,Urbancic T1,Steinsberger N和ZinnoR:“Microseismic Imaging of Hydraulic Fracture Complexity in the Barnett Shale”,SPE 77440，发表在SPE技术年会暨展览会上，得克萨斯州San Antonio，2002年9月29日-10月2日Fisher MK,Wright CA,Davidson BM, Goodwin AK,Fielder EO,Buckler WS和Steinsberger NP:“Integrating Fracture Mapping Technologies to Optimize Stimu- lations in the Barnett Shale”,SPE 77441，发表在SPE技术年会暨展览会上，得克萨斯州San Antonio，2002年9月29日-10月2日
[30]http://www.pickeringenergy.com/pdfs /TheBarnettShaleReport.pdf(2005年11月30日浏览)
[31]Fisher MK,Heinze JR,Harris CD, Davidson BM,Wright CA和Dunn KP:“Optimizing Horizontal Completion Techniques in the Barnett Shale Using Microseismic Fracture Mapping”,SPE 90051，发表在SPE技术年会暨展览会上，休斯敦，2004年9月26-29日
[32]清水压裂使用低支撑剂含量携砂液-在本例中，含量小于0．8磅/加伦(9．6千克/米~3)，可以以较低成本用大量压裂液进行作业。这种作业在Barnett页岩储层取得了成功，主要体现在压裂作业产生了很长的裂缝，沟通了天然裂缝，因此增加了水力压裂的总体效果，增大了单井的泄流范围
[33]微地震活动位置的不对称可能是由于监控井和受4段影响的储层之间的距离较大引起的
[34]Drew J,Primiero P,Leslie D,Michaud G,Eisner L和Tezuka K:“Microseismic Monitoring of a Hydraulic Injection Test at the Yufutsu Gas Reservoir”，论文B，发表在日本第十届地层评价研讨会上，日本千叶，2004年9月29-30日
[35]Tezuka K,Namaikawa T,Tamagawa T, Day-Lewis A和Barton C:“Roles of the Fracture System and State of Stress for Gas Production from the Basement Reser- voir in Hokkaido,Japan”,SPE 75704,发表在SPE天然气技术研讨会上，加拿大卡尔加里，2002年4月30日-5月2日
[36]Tamagawa T和Tezuka K:“Valida- tion of Clustering of Fractures in Discrete Fracure Network Model by Using Fracture Density Distributions Along Boreholes”, SPE 90342，发表在SPE技术年会暨展览会上，休斯敦，2004年9月26-29日
[37]Primiero P,Armstrong P,Drew J和Tezuka K:“Massive Hydraulic Injection and Induced AE Monitoring in Yufutsu Oil/Gas Reservoir-AE Measurement in Multiwell Downhole Sensors”,发表在SEGJ第113次秋季年会上，论文50，日本冲绳，2005年10月16-18日
[38]Michaud G,Leslie D,Drew J,Endo T和Tezuka K:“Microseismic Event Lo- cahzation and Characterization in a Limit- ed-Aperture HFM Experiment”,详细摘要，SEG国际展览会暨第74届年会，丹佛(2004年10月10-15日)：552-555 Tarantola A和Valette B:“Inverse Prob- lems:Ouest for Information”,Journal of Geophysics,50卷(1982年):159-170。
[39]Tezuka K,Tamagawa T和Watanabe K:“Numerical Simulation of Hydraulic Shearing and Related AE Activity in Fractured Gas Reservoir”,论文A，发表在日本第十届地层评价会议上，日本千叶，2004年9月29-30日
[40]二重差分方法是一种使多组微地震活动相互关联的成像技术。多重峰由一组非常相似的子波组成，这些子波来自具有相似震源机制的多个微地震活动，而这些微地震活动的发生地点相同或者几乎相同，只是时间不同
[41]Tezuka K,Tamagawa T和Watanabe K:“Numerical Simulation of Hydraulic Shearing in Fractured Reservoir”,论文1606，发表在世界地热大会上，土耳其Antalya，2005年4月24-29日
[42]Drew J,Leslie D,Armstrong P和Michaud G:“Automated Microseismic Event Detection and Location by Continu- ous Spatial Mapping”,SPE 95513,发表在SPE技术年会暨展览会上，达拉斯，2005年10月9-12日
[43]Eisner L和Sileny J:“Moment Ten- sors of Events Induced in Cotton Valley Gas Field from Waveform Inversion”,论文P227，发表在EAGE第66届大会暨展览会上，巴黎，2004年7月7-10日
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