页岩气地震勘探技术应用成果

1.微地震压裂监测

微地震压裂监测是一种用于油气田开发的新地震方法，用于监测气藏开采中的压裂效果。在页岩层压裂施工中，可在邻井井下或者地面布置地震检波器，监测压裂过程中地下岩石破裂所产生的微地震事件，记录在压裂期间由岩石剪切造成的微地震或声波传播情况，通过处理微地震数据确定压裂效果，实时提供压裂施工过程中所产生的裂缝位置、裂缝方位、裂缝大小（长度、宽度和高度）、裂缝复杂程度，评价增产方案的有效性，从而优化页岩气藏多级改造的方案。

微地震压裂监测技术就是通过观测、分析由压裂过程中岩石破裂或错断所产生的微小地震事件来监测地下状态的地球物理技术。与勘探地震相反，微地震监测的震源位置、发震时刻、震源强度都是未知的，而确定这些因素则恰恰成为微地震监测的首要任务，完成这一任务的方法主要是借鉴天然地震学的方法和思路。

地下岩石因破裂而产生的声发射现象称为微地震事件。微地震事件主要发生在裂隙之类的断面上，裂隙范围通常只有1 ～10 m。地层内地应力呈各向异性分布，剪切应力自然聚集在断面上，通常情况下这些断裂面是稳定的。然而，当原来的应力受到生产活动干扰时，岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围地区就会出现应力集中、应变能增高的现象。当外力增加到一定程度时，原有裂缝的缺陷地区就会发生微观屈服或变形，导致裂缝扩展，从而使应力松弛，储层能量的一部分以弹性波的形式释放出来而产生微小的地震，即所谓的微地震。对微地震事件的定位也就是对震源位置的定位，也就代表了裂缝发育的位置。

微地震检测技术的基本应用方法是：通过在井中或地面布置检波器，排列接收生产活动所产生或诱导的微小地震事件，并通过对这些事件的反演求取微地震震源位置等参数，最后通过这些参数对生产活动进行监控和指导。该技术有以下优点：测量快速，方便现场应用；实时确定微地震事件的位置；确定裂缝的高度、长度、倾角及方位；直接测量因裂缝间距超过裂缝长度而造成的裂缝网络；评价压裂作业效果，实现页岩气藏管理的最佳化。目前该应用方法主要用于油田低渗透储层压裂的裂缝动态成像，或油田勘探开发过程中的动态监测，主要是流体驱动监测。随着该项检测技术的日益成熟，实时微地震成像可以及时指导压裂工程，适时调整压裂参数，对压裂范围、裂缝发育方向和大小进行追踪定位，客观评价压裂工程的效果，对油气田下一步生产开发提供有效的指导。

由于微地震事件产生的声波信号，与噪声信号相比属于弱信号，同时属于盲源地震，因此，在微地震资料的处理解释过程中，需要注重以下四个环节的资料处理：其一是速度建模和校正，可以利用地震解释、干涉成像等方法建立速度模型；其二是噪声压制及弱信号识别和提取，在微地震记录中有效地去除相干噪声并提取与微地震事件相关的有效信号；其三是震源定位和误差分析，根据弱信号提取的结果，采用网格搜索法、遗传算法和联合反演算法准确地反演微地震发生的空间位置；最后就是根据微地震事件或微地震事件云进行裂缝成像。

页岩气的开发主要以水平井分段压裂技术为主。其增产机理在于通过水平井分段压裂，在水平段形成横切缝，在储层内部形成复杂的裂缝网络系统，尽量扩大储层的改造体积。页岩气通过水平井完井、水平井水力分段压裂以及重复压裂、同步压裂等技术改造后能够实现很好的增产效果。应用微地震监测技术可以实时对压裂效果进行评价，及时调整压裂方案，使压裂效果达到最佳，最终达到增产的目的。微地震技术在国外发展很快，已形成了从数据采集到分析、解释以及油藏监测的配套技术系列。但是，目前我国还没有形成一套完整的微地震监测技术以及具有工业化生产能力的商业软件。

工程压裂技术对于页岩气开发是不可或缺的，页岩气井实施压裂改造措施后，需用有效的方法确定压裂作业效果，获取压裂诱导裂缝导流能力、几何形态、复杂性及其方位等诸多信息，改善页岩气藏压裂增产作业效果以及气井产能，并提高天然气采收率。微地震技术作为监测页岩气水力压裂效果的关键技术，主要包括井中微地震监测和地面微地震监测，主要用于在水力压裂作业过程中，了解裂缝的走向和评价压裂的效果，对诱导裂缝的方位、几何形态进行监测。通过对地下裂缝进行成像，能够对压裂措施的有效性进行评价，并且能够提供宝贵的工程方案修改意见，促进压裂措施的优化。

随着微地震技术在页岩气开发中的应用日益成熟，它推动了先进压裂方案的诞生，水平井压裂技术离不开微地震监测的贡献。通过微地震监测表明，水平井压裂技术产生的裂缝系统远比直井压裂产生的裂缝系统更加复杂，而且能够促进裂缝的平面发育，有效提高页岩气储层的泄流面积，因此，水平井压裂具有更高的页岩气产能，约为直井压裂的3倍。而在水平井压裂技术中，多期水平井压裂又能够扩大裂缝发育的规模。

微地震方法的应用不仅体现在对裂缝进行成像上，而且随着工程作业者对微地震技术的认识更加清楚，对微地震数据的利用也愈加充分。利用微地震资料能够对复杂的液压裂缝网络系统进行裂缝建模。离散网络模型是比较常用的裂缝建模方法，随后在裂缝模型的基础上进行综合的油藏模拟，可估算产能。工程开采时间表明，微地震监测到的裂缝总体积、裂缝密度和裂缝发育复杂程度与页岩气产能直接相关，因此可以用来预测页岩气产能的大小。

微地震技术在页岩气储集层中进行实时压裂监测效果显著。目前，随着计算机等硬件设备的不断发展和更新，微地震监测技术已经日趋成熟，它能够与压裂措施同步执行，从而可实时监测地下裂缝的发育和压裂液的分布，为及时调整和优化压裂措施提供条件，使得压裂能够有效地避开地质盲区，降低勘探风险。

2.VSP技术

VSP与地面观测的水平地震剖面相对应。地面地震通常是将震源和检波器都置于地面进行采集；而VSP技术是将震源和检波器中的一种置于井下进行地震采集。根据震源和检波器的位置，VSP采集方式通常有两种：一种是将检波器置于井中，而将震源置于地面的采集方式；另一种则是将震源置于井中，将检波器置于地面的采集方式。前者就是通常的VSP技术，后者一般称为逆VSP技术。

目前，VSP技术还在不断发展中，由较为成熟的Zero-Offset VSP、Offset VSP、Walkaway VSP、Walkaround VSP逐步发展到三维 VSP技术。三维VSP测量的重要作用在于提高成像分辨率及其效果等方面能与地面地震勘探的结果形成互补，特别是在利用地震信息估算参数方面的互补，如各种地震速度、近地表畸变影响、各向异性参数甚至AVO标定等。三维VSP观测可应用于识别裂缝方向和裂缝密度分布，三维VSP P—P和P—S成像用于陆上构造解释，可大大改善纵、横向分辨率和断裂系统分辨率。三维VSP测井与地面地震的结合体现了综合地震勘探能力。

VSP相对于地面地震具有如下优点：

（1）VSP观测系统和地面地震的研究对象都是震源产生的地震波在地层内传播过程中垂向上的变化规律。地面地震是通过观测波场在地表的分布来研究地质剖面的垂向变化。所不同的是，地面地震观察到的是地震波场在水平地表的分布特征，而VSP则是直接观测其在垂直方向上的特征。因此，VSP相比地面地震，不论是动力学还是运动学特征都表现得更为突出。

（2）VSP资料的信噪比很高。由于观测过程中检波器放置在井中，因此减少了波前扩散以及地层吸收和低速带等因素对地震子波的影响，这样地震波所受的干扰大大减少，地震子波畸变程度也大大降低，更有利于在地震剖面上识别各种波。

（3）地面地震的观测点距离探测的界面远，而VSP的资料剖面观测点就在界面上或界面附近，因而可直接记录到与界面有关的波形，有较高的分辨率。

（4）VSP同时可以记录到上行波和下行波，因而相比只能记录到下行波的地面地震，VSP可以更有效地利用波到达的方向的特点。

（5）结合多波多分量地震勘探技术，对所观测得到的VSP资料进行定量分析，对于地层岩性的研究有着重要意义。

（6）相比地面地震而言，从VSP资料中提取速度、振幅、密度等岩性参数更为方便，且由于其保真度较高，因而所得结果更为真实可信。

在复杂构造或复杂介质地区，VSP技术能使我们有效地了解井孔附近的地质结构、岩石物性等特征。尤其在油田开发过程中，通过VSP成像结合地面三维地震资料和岩性资料，进行精细的地震属性分析，可以进一步核实关键层位，搞清岩层之间的接触关系，建立起精确的地质模型，进行地层的非均质性研究，为开发方案的调整提供技术支持。

尽管VSP技术有诸多优点，但由于其占用井场时间长，经费开支大，接收器组合级数少，叠加次数低，而且处理流程不完善，使得三维VSP技术尚未成为常规的勘探技术方法。进一步提高资料采集效率，降低成本，开发新的资料处理解释技术，挖掘资料所蕴含的实用价值，是VSP技术常规化的基础和前提。(www.xing528.com)

另外，三维VSP技术和微地震采集配套施工配合监测储层改造人工裂缝发育分布状况是目前国外页岩气勘探开发的一个关键技术。

3.井间地震

井间地震是油气田勘探开发领域的一项新的地震技术。它是将震源、检波器分别放置在相邻的两口井中，在目的层内部或目的层附近，一口井激发地震波，另一口井观测接收地震波，通过对所记录的地震波的走时、振幅和频率等信息的处理，结合测井、地质和地面地震等资料的综合分析，得到地下两井之间储层和地质体的精细构造形态和有关物性的空间分布图像的一种新技术。

井间地震的接收系统和激发系统都沉放在了井下，可以尽量接近目的层或者直接布置在目的层上，激发和接收之间没有像地面那样的低降速带，地震波直接穿越两井之间的目的层，避开了地表表层低速带对高频成分的吸收衰减，所以井间地震和地面地震相比的主要优点有以下几点。

（1）井间地震波传播的距离比地面地震波传播的距离短，使井间地震观测到的地震波的分辨率比地面地震分辨率高1 ～2个数量级，从而可以对比追踪小层，对井间小断层和小构造进行精细成像，并能较精细地提取属性。

（2）井间地震的地震频率较高，一般情况下，在500 m井间距离下的砂岩地层中，频率可以达到150 ～300 Hz，具有相对较高的地震分辨率。

（3）井间地震得到的资料可以是直接深度资料，可以直接使用，可以与井资料和其他资料直接进行对比。

（4）井间地震能够直接获得两井之间的纵波速度剖面和横波速度剖面，通过这两个速度剖面，能够得到反映地层岩性的波速度比剖面，通过进一步的处理和分析，能够得到地层的流体饱和度、流体分布等资料。

（5）由于井间地震特殊的观测方式，地震波的射线传播方向与地层层理的夹角可在很大范围内变化，因此井间地震记录波场表现出的各向异性特征明显。

（6）井间地震可以方便地观测到多种类型的波，例如，透射波和反射波，上行反射波和下行反射波，纵波、横波和转换波，并且可以在深度域比较直接地查明各种波的生成、演化和发展的历史，以及它们之间的相互关系，从而方便地实现多波多分量调查，实现井下和地面、地质和地球物理的综合解释。

（7）井间地震资料的分辨率介于地面地震、VSP资料和测井资料之间。通过井间地震资料可以对地面地震资料进行比较精细的依赖于井的标定和向外扩展，这样就可以对原来通过测井资料进行的地面地震资料标定进行通过井间地震的地震属性标定。同测井资料相结合，使用井资料与地面地震资料进行联合解释可在处理方面提供更深层次的结果。

现在井间地震的研究更注重于应用，注重将科研成果转为有效的实用手段。井间数据采集的主要目的是满足油藏管理的需要，服务的内容包括静态和动态野外数据采集、数据处理、井间速度层析成像、反射波成像等。这些基础成果主要用于井间储层的连通性分析、储层参数分析和估算以及先导方案实施中的井间监测等。

在页岩气开发阶段，“静态”的可用于精细的气藏描述，“动态”的可用于气藏工程检测，是人们寄予厚望的一种页岩气勘探开发的新技术。井中地震与地面地震的联合是提高页岩气综合勘探能力的一种必然发展趋势。

4.时移地震

时移地震是一种现代油气藏动态管理方法。它利用不同时间测量的地震数据属性之间的差异变化来研究油气藏特性的变化。每隔一定时间进行一次地震测量（二维或三维），对不同时间观测的数据进行归一化处理，使那些与油气藏无关的地震响应具有可重复性，保留与油气藏有关的地震响应之间的差异，通过与基础观测数据的比较分析，来确定油气藏随时间的变化规律。然后综合利用岩石物理学、地质学、油藏工程资料，对油气藏及时进行动态监测，快速进行油藏评价，达到调整开发方案、提高油气储量采收率的目的。

时移地震勘探最大的优势是通过分析随时间推移观测的地震数据间的差异来描述地质目标体的属性变化，达到认识储层动态变化来有效寻找剩余油气资源。作为油气藏动态监测的一种工具，时移地震已在全球各地许多油田得到应用。时移地震资料解释的目标不再是储层，它是在识别有效储层的基础上，通过研究由于注采等油气开发活动引起的油藏弹性特性的变化，确定过水区域、油气水接触面变化、注水前缘等，调整开采方案，优化油藏管理策略，提高油气采收率。

按观测方式，时移地震可分为：

（1）时移三维地震，常称四维地震，它是目前较常规的时移地震方法，也是时移地震最先使用的方法。它的成本最高，效果也最好。

（2）时移二维地震，常称重复地震，它是近几年发展起来的方法，其特点是成本低，易实现，效果也较好。

（3）时移VSP，它是研究井史及井旁油藏特征变化规律的好方法。目前已有三分量及九分量时移VSP。

（4）井间时移地震，它是利用重复井间地震方法来实现油藏动态管理的。

时移地震勘探并不适用于所有的油井，其产生效果的基本条件是：在随时间推移的地震勘探观测过程中，被观测地质目标体应存在明显的储层属性变化，如储层温度、储层压力、岩石孔隙流体性质等，并能引起岩石物理性质的变化，使地震波穿越地质目标时，可引起反射时间、反射振幅、反射频率等的变化。对于页岩气，时移地震可用于检测其在生产过程中随着温度压力变化而变化的情况，进而达到开发优化开采的目的。