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隨著我國(guó)頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷突破，未來(lái)5～10年必將形成一定的油氣開(kāi)發(fā)規(guī)模。微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)作為一項(xiàng)重要的非常規(guī)油氣藏勘探新技術(shù)，全面了解和掌握其技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵、應(yīng)用方法、技術(shù)實(shí)用性及其發(fā)展方向，必將對(duì)我國(guó)頁(yè)巖油氣藏勘探開(kāi)發(fā)起到重要的推進(jìn)作用。
微地震檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用方法
作為2010年世界十大石油科學(xué)技術(shù)進(jìn)展之一的微地震檢測(cè)技術(shù)，最早于20世紀(jì)80年代提出，90年代逐漸開(kāi)始在其它行業(yè)應(yīng)用。2006年，威德福公司推出FracMap微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)，首次在油氣勘探領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。微地震檢測(cè)技術(shù)在油氣藏勘探開(kāi)發(fā)方面的主要應(yīng)用包括儲(chǔ)層壓裂監(jiān)測(cè)、油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等，可縮短和降低儲(chǔ)層監(jiān)測(cè)的周期與費(fèi)用。
目前CGGVeritas、斯倫貝謝、貝克休斯、道達(dá)爾、哈里伯頓等多家公司推出微地震技術(shù)服務(wù)。道達(dá)爾公司在中東和南美分別進(jìn)行了注蒸汽微地震監(jiān)測(cè)研究。一些技術(shù)服務(wù)公司在該領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，在優(yōu)化開(kāi)發(fā)方案、提高采收率等方面起到關(guān)鍵作用。微地震技術(shù)服務(wù)公司研發(fā)出一套基于地表的微震數(shù)據(jù)采集觀測(cè)系統(tǒng)，其專(zhuān)有的FracStar®技術(shù)在非常規(guī)資源開(kāi)采中發(fā)揮重要作用。微地震技術(shù)在頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層中進(jìn)行實(shí)時(shí)壓裂監(jiān)測(cè)效果顯著，貝克休斯公司采用IntelliFrac服務(wù)解決了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層水力壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)難題。
目前微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為地球物理界的熱門(mén)技術(shù)之一，是儲(chǔ)層壓裂過(guò)程中最精確、最及時(shí)、信息最豐富的監(jiān)測(cè)手段。隨著對(duì)微地震震源機(jī)制、反演及可視化的深入研究，微地震技術(shù)將不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍，發(fā)展前景將更加廣闊。
微地震檢測(cè)技術(shù)的基本應(yīng)用方法是：通過(guò)在井中或地面布置檢波器，排列接收生產(chǎn)活動(dòng)所產(chǎn)生或誘導(dǎo)的微小地震事件，并通過(guò)對(duì)這些事件的反演求取微地震源位置等參數(shù)，最后通過(guò)這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控和指導(dǎo)。
目前該應(yīng)用方法主要用于油田低滲透儲(chǔ)層壓裂的裂逢動(dòng)態(tài)成像，或油田勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，主要是流體驅(qū)動(dòng)監(jiān)測(cè)。隨著該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)的日益成熟，實(shí)時(shí)微地震成像可以及時(shí)指導(dǎo)壓裂工程，適時(shí)調(diào)整壓裂參數(shù)；對(duì)壓裂范圍、裂縫發(fā)育方向和大小進(jìn)行追蹤定位，客觀評(píng)價(jià)壓裂工程的效果，對(duì)油氣田下一步生產(chǎn)開(kāi)發(fā)提供有效的指導(dǎo)。
微地震檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)
微地震是一種小型的地震。在地下礦井深部開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生巖石破裂和地震活動(dòng)，常常是不可避免的現(xiàn)象。由開(kāi)采誘發(fā)的地震活動(dòng)，通常定義為，在開(kāi)采坑道附近的巖體內(nèi)因應(yīng)力場(chǎng)變化導(dǎo)致巖石破壞而引起的那些地震事件。開(kāi)采坑道周?chē)目偟膽?yīng)力狀態(tài)是開(kāi)采引起的附加應(yīng)力和巖體內(nèi)的環(huán)境應(yīng)力的總和。
礦山微地震檢測(cè)技術(shù)共分為三類(lèi)：第一類(lèi)是礦井地震檢測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)礦震，特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)大震級(jí)破裂事件，定位精度500米左右，主要采用地震行業(yè)的技術(shù)和設(shè)備；第二類(lèi)是分布式微地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)小型礦震，特點(diǎn)是可監(jiān)測(cè)小震級(jí)破裂事件，定位精度50～100米左右。一般適合采區(qū)尺度的震動(dòng)監(jiān)測(cè)。第三類(lèi)是高精度微地震檢測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)小震級(jí)沖擊地壓和巖層破裂，定位精度達(dá)到10米以?xún)?nèi)，適合采掘工程尺度。
巖爆是巖石猛烈的破裂，造成開(kāi)采坑道的破壞，只有那些能夠引起礦區(qū)附近的地區(qū)都受到破壞的地震事件才叫做沖擊地壓或煤爆、巖爆。對(duì)地下開(kāi)采誘發(fā)的地震活動(dòng)性的研究表明，礦震不一定全都發(fā)生在開(kāi)采的地點(diǎn)，且不同地區(qū)的最大震級(jí)也不相同，但礦震深度一般對(duì)應(yīng)于開(kāi)采挖掘的深度。每年在一些礦區(qū)的地震臺(tái)網(wǎng)能記錄到幾千個(gè)地震事件，只有幾個(gè)是巖爆。在由開(kāi)采引起的地震事件的大的系列里，巖爆只是其中很小的一個(gè)分支。對(duì)礦山地震、微地震及沖擊地壓的觀測(cè)具有一致性，但應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中必須區(qū)別對(duì)待。
國(guó)內(nèi)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
基于微震監(jiān)測(cè)的裂縫評(píng)價(jià)技術(shù)正發(fā)展成為油層壓裂生產(chǎn)過(guò)程中直觀而又可靠的技術(shù)。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多油氣田紛紛投入人力、物力和資金，積極開(kāi)展該技術(shù)的應(yīng)用與研究工作，廣泛用于油氣勘探開(kāi)發(fā)工作。
2011年，東方物探公司投入專(zhuān)項(xiàng)資金，積極開(kāi)展壓裂微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，壓裂微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)水平得到快速提升。截止2011年11月，東方物探公司已成功對(duì)11口鉆井實(shí)施了壓裂微地震監(jiān)測(cè)。
同年，華北油田物探公司針對(duì)鄂爾多斯工區(qū)大力推廣水平井分段壓裂技術(shù)、不斷提高儲(chǔ)量動(dòng)用率及單井產(chǎn)量的要求，2011年年初就對(duì)微地震檢測(cè)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行調(diào)研，并對(duì)檢波器、記錄儀器、處理軟件進(jìn)行實(shí)際考察。他們與科研院校合作，在鄂南工區(qū)富縣牛東4井與洛河4井開(kāi)展微地震監(jiān)測(cè)裂縫評(píng)價(jià)技術(shù)攻關(guān)，采用微地震技術(shù)對(duì)儲(chǔ)層壓裂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果與人工電位梯度方法（ERT）監(jiān)測(cè)結(jié)果一致。該公司還通過(guò)組建微地震監(jiān)測(cè)項(xiàng)目組，加強(qiáng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，并與科研院校“高位嫁接”，開(kāi)發(fā)微地震檢測(cè)特色技術(shù)，打造差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
近年來(lái)，勝利油田積極開(kāi)展微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究，并把它作為油氣勘探開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)手段和技術(shù)儲(chǔ)備。據(jù)了解，“十二五”期間，非常規(guī)油氣藏將成為勝利油田的一個(gè)重要接替陣地，而微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)是非常規(guī)油氣藏勘探領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要新技術(shù)。通過(guò)開(kāi)展對(duì)國(guó)內(nèi)外微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀、微地震壓裂檢測(cè)采集方法、數(shù)據(jù)處理及裂縫預(yù)測(cè)方法、目前成熟的處理反演軟件、微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析等方面調(diào)查研究，全面了解和掌握微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵、技術(shù)實(shí)用性及其發(fā)展方向，為勝利油田下一步開(kāi)展非常規(guī)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)工作提供先進(jìn)的技術(shù)支持，更好地為油氣藏勘探開(kāi)發(fā)工作服務(wù)。
國(guó)外技術(shù)研究與應(yīng)用
在20世紀(jì)40年代，美國(guó)礦業(yè)局就開(kāi)始提出應(yīng)用微地震法來(lái)探測(cè)給地下礦井造成嚴(yán)重危害的沖擊地壓，但由于所需儀器價(jià)格昂貴且精度不高、監(jiān)測(cè)結(jié)果不明顯而未能引起人們的足夠重視和推廣。近10年來(lái)，地球物理學(xué)的進(jìn)展，特別是數(shù)字化地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，為小范圍內(nèi)的、信號(hào)較微弱的微地震研究提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。為了驗(yàn)證和開(kāi)發(fā)微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)在地下巖石工程（如地?zé)崴畨褐铝?、水?kù)大壩、石油、核廢料處理等）中所具有的巨大潛力，國(guó)外一些公司的研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)聯(lián)合，進(jìn)行了一些重大工程應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。如1997年，在美國(guó)德州東部的棉花谷進(jìn)行了一次全面而深入的水壓致裂微地震成像現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證微地震成像技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。該實(shí)驗(yàn)取得了巨大成功，證明微地震成像技術(shù)相對(duì)于其它技術(shù)來(lái)講，分辨率高、覆蓋范圍廣、經(jīng)濟(jì)實(shí)用及可操作性強(qiáng)，很有發(fā)展?jié)摿ΑＣ绹?guó)之所以成為目前世界上頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)的領(lǐng)跑者，就是因?yàn)樗呀?jīng)熟練掌握了利用地面、井下測(cè)斜儀與微地震檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合先進(jìn)的裂縫綜合診斷技術(shù)，可直接地測(cè)量因裂縫間距超過(guò)裂縫長(zhǎng)度而造成的變形來(lái)表征所產(chǎn)生裂縫網(wǎng)絡(luò)，評(píng)價(jià)壓裂作業(yè)效果，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣藏管理的最佳化。該技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：一是測(cè)量快速，方便現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用；二是實(shí)時(shí)確定微地震事件的位置；三是確定裂縫的高度、長(zhǎng)度、傾角及方位；四是具有噪音過(guò)濾能力。
在英國(guó)，P.Young教授領(lǐng)導(dǎo)的KEELE大學(xué)應(yīng)用地震實(shí)驗(yàn)室，主要從事巖石力學(xué)方面的微地震基礎(chǔ)應(yīng)用研究，主要分為3個(gè)方向：震源力學(xué)、微地震成像及巖石力學(xué)。其主要研究目的是：揭示巖石在外界條件（如承載、溫度、滲流壓力等）變化時(shí)裂紋初始結(jié)晶、凝聚接合及其擴(kuò)展的機(jī)理，研究巖石宏觀損傷、破裂的監(jiān)測(cè)技術(shù)。位于加拿大金斯敦的工程地震組織的主要成員是出自P.Young教授的門(mén)下，該組織主要進(jìn)行工程實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究，研究方向?yàn)閹r石地下工程微地震系統(tǒng)的構(gòu)建、微地震信號(hào)采集、處理及分析，編制的軟件可以實(shí)時(shí)進(jìn)行微地震事件定位。
在澳大利亞，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累和技術(shù)手段的提高，初步證明微地震可在現(xiàn)場(chǎng)附近進(jìn)行觀測(cè)，并能對(duì)其進(jìn)行比較精確的定量研究。微地震研究取得的良好效果，為采礦工作提供了大量有益信息，極大地激發(fā)了礦業(yè)公司投資進(jìn)行此類(lèi)監(jiān)測(cè)及研究的積極性，到目前為止，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院CISRO已完成15個(gè)礦的微震監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，積累了大量的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，為微地震監(jiān)測(cè)工作的廣泛開(kāi)展和進(jìn)一步研究打下了良好基礎(chǔ)。以姜福興教授為首的礦山微地震研究團(tuán)隊(duì)在吸取國(guó)際上微地震監(jiān)測(cè)成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)礦山的不同災(zāi)害，研制了系列微地震檢測(cè)儀器、傳感器和軟件，已經(jīng)形成了災(zāi)害監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和治理的成套技術(shù)和裝備，并在多個(gè)礦山取得了成功應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)由采礦工程、儀器儀表、地球物理、安全工程、軟件工程等專(zhuān)業(yè)的博士、教授和研究生組成。通過(guò)承擔(dān)大量國(guó)家和企業(yè)的科研項(xiàng)目，在理論、技術(shù)和裝備一體化方面，取得了多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先水平的成果，為企業(yè)解決了很多安全難題。目前推出的微地震檢測(cè)成套技術(shù)和裝備，是在這些重要項(xiàng)目的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。
在南非，于1939年設(shè)計(jì)并布設(shè)了五個(gè)機(jī)械式地震儀，在地面組成臺(tái)陣，主要為礦震定位。雖然自礦區(qū)開(kāi)采以來(lái)地震活動(dòng)性和采礦的關(guān)系已經(jīng)看得非常清楚，但是，是Gane等人在Witwatersrand地區(qū)第一次描述了深部金礦開(kāi)采和地震活動(dòng)的直接關(guān)系。
在加拿大，國(guó)家原子能公司為監(jiān)測(cè)深部開(kāi)挖引發(fā)的大應(yīng)力集中，防止其造成危害，采用了微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)，定量評(píng)定損傷程度，并監(jiān)測(cè)所存放在地下的放射性核燃料擴(kuò)散到周?chē)叵滤械目赡芡緩剑苑涝斐晌廴?。該研究機(jī)構(gòu)為了保證置放核燃料的地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在-420m水平開(kāi)挖了一條直徑3.5m、長(zhǎng)46m的實(shí)驗(yàn)隧道，進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究，稱(chēng)為地下實(shí)驗(yàn)室URL。其開(kāi)挖圍巖主要是低滲透性硬巖，研究的主要課題是地下堅(jiān)硬圍巖開(kāi)挖引發(fā)的柱狀隧道損傷。在傳統(tǒng)的應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)的同時(shí)，進(jìn)行了詳細(xì)的微地震監(jiān)測(cè)，使用了分布在開(kāi)挖體周?chē)?6個(gè)三分向加速度計(jì)，在一年的時(shí)間內(nèi)記錄并定位了大約10000個(gè)微地震事件。這是一項(xiàng)耗資巨大的科研工程，圍繞這一項(xiàng)目得出了許多有價(jià)值的科研成果。重點(diǎn)內(nèi)容是微震事件分布、能級(jí)、機(jī)理及其與巖石變形的關(guān)系，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)建立和分析數(shù)學(xué)模型。
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