易招波

（中国石化江汉油田分公司石油工程技术研究院，湖北武汉 430000）

1 微地震重构算法介绍

页岩压后缝网的准确描述是页岩返排率计算和分析的基础，由于实际工况中井下测量信息的缺乏，往往很难获取真实的裂缝发育情况，利用储层压裂过程中的微地震数据，通过建立相应的重构算法，结合室内压裂实验缝网沟通规律，最后构建三维离散裂缝网络（DFN）地质模型[1-3]，重构算法流程（见图1）。

水力压裂过程中注入压力通过井筒对地层进行作用时，储层产生的微观损伤逐渐聚集和延伸形成宏观裂纹，当裂纹处的应力集中到一定程度时，储层会产生储层突发式地断裂行为，并以弹性波的形式释放能量，该部分弹性波被检波器记录并用于微地震事件的解释。由于储层改造后产生的水力裂缝参数无法通过直接的测量手段进行测量，实际工程中利用微地震事件所占的空间体积来间接估算储层改造的SRV。

图1 重构算法流程图

2 压裂工程参数与微地震响应规律分析

地质环境是决定水力压裂改造成功的先天条件，其属性特征较难改变，通过优化工程施工参数来提升既定储层条件下的缝网改造效果是挖掘页岩生产潜力的关键。通过研究不同施工参数条件下的微地震监测响应特征，可以进一步优化施工规模、施工排量、裂缝间距等工程参数，为实现相似页岩气井预期改造效果提供指导。

2.1 不同加砂量下微地震监测响应特征

支撑剂在水力压裂中最主要的作用是在水力压裂裂缝形成后支撑、充填压裂裂缝，形成地下流体的高导流通道，对于一些储层，无法形成足够的导流能力可能意味着产能快速递减。此外，支撑剂还具有以下两个主要作用：（1）在加砂过程中通过支撑剂粒径、用量及砂比的变化达到增加缝内净压力，从而实现压开新缝或者缝内转向的目的；（2）小粒径支撑剂如70/140 目，可以在施工早期起到打磨近井筒从而降低近井弯曲摩阻，以及充填微裂缝系统降低压裂液滤失的作用[4]。

虽然压裂过程中支撑剂的选择和用量对增加裂缝复杂性可起到一定的积极作用，但支撑剂最主要的作用依然是对已形成的压裂裂缝进行充填，支撑剂用量的增加并无法增加改造体积。微地震统计结果亦证明了这点，以典型井焦页44-1HF 井、焦页44-2HF 井及焦页7HF 井为例，单段加砂量与微地震监测响应的关系（见图2），加砂量与波及体积之间相关性并不明显。

图2 焦页44-2HF 井单段加砂量与波及体积关系图

2.2 不同压裂液量下微地震监测响应特征

页岩水力压裂的过程是在地面采用高压大排量的泵车，利用液体传压的原理，将压裂液注入储层，使得裂缝起裂并向前延伸、扩展，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和高导流能力的填砂裂缝。在压裂施工过程中，通过压裂液的黏度和施工排量的组合变化进一步诱发净压力的变化，可增加裂缝的复杂性和改造体积[5]。

与常规低渗透储层不同，页岩的脆性特征决定了其在压裂泵注过程中，甚至停泵后，都会在压裂液液压传递作用下发生破裂，页岩气井的缝网形成过程往往在整个施工周期都会发生。但是施工后期改造规模达到一定程度时，压裂液会达到一种泵注和滤失的平衡状态，此时继续注入压裂液会对裂缝体系的改造影响甚微，可以据此获得施工液量的最优临界值。

图3 焦页7HF 井部分井段压裂液用量与裂缝发育变化图

微地震监测结果显示压裂液量对SRV 具有显著影响，通过不同压裂液量注入阶段对应的微地震监测结果可直观观测裂缝发育情况。以典型平台焦页37 平台、焦页44 平台及焦页7HF 井为例，单段入井液量分别为400 m3、800 m3、1 200 m3、1 600 m3时，整段裂缝发育情况（见图3）。

对各压裂段累计压裂液量与其对应的SRV 进行分析，以典型井焦页44-1HF 井、焦页37-3HF 井及焦页7HF 井为例，部分微地震监测井各段微地震事件数随入井液用量变化曲线（见图4）。各井不同压裂段随着注入液量的增加，SRV 也随之增大。确定1 200 m3～1 600 m3入井液量作为目前焦石坝区块单段压裂用液量的临界点，此时缝网轮廓基本形成，超过此临界值继续注液，则SRV 增加不明显。

图4 焦页7HF 井微地震事件点随液量的变化曲线

2.3 压力与排量对微地震监测响应特征

施工压力与微地震事件个数呈正相关关系，高施工压力微地震事件较多，表明净压力大幅提高，诱发剪切破裂事件。微地震事件显示，平稳施工压力阶段事件最多，与施工时长有关，稳定高施工压力阶段事件其次，表明高施工压力阶段净压力较高，对于裂缝起裂和产生剪切破坏影响较大，施工排量与改造体积关系（见图5）。

由图5 可知，泵入总液量一定的条件下，施工排量越大，水力压裂后形成的SRV 越大。这是由于排量越大，缝内净压力越高，流体压力扩散效应加剧导致地层压力升高幅度和范围扩大，缝内净压力高同时导致诱导应力越大，压力场和应力场的增强效应共同导致天然裂缝破坏区越大，为此，页岩压裂采用大排量进行施工能形成更大的SRV。

图5 施工排量与改造体积关系

3 压裂设计参数优化

结合微地震监测分析、压裂工程和生产实际，对压裂设计或施工参数进行研究，本文主要研究了有效液量、砂量、加砂强度、排量、分簇射孔和段簇间距等参数优化。

3.1 有效液量

根据不同液量规模下微地震事件包络体的变化，研究压裂有效液量，模拟结果（见图6）。

图6 焦页2-5HF 井第17 段不同液量微地震事件包络图

随着注入液量的增加，储层改造体积（SRV）随之增大，当入井液量达到1 200 m3微地震事件数量增加较快。加密井焦页2-5HF 井1 600 m3液时微地震事件包络体基本形成，后期施工液量主要提高裂缝的复杂程度。

不同压裂段随着注入液量的增加，储层改造体积（SRV）随之增大，当入井液量达到1 200 m3～1 600 m3时，上部气层焦页21 平台压裂井裂缝形态基本保持，继续注液，裂缝扩展不明显，复杂度有所增加。

根据焦石坝主体区生产井统计数据，累计产量达到7 000×104m3时的生产能力来看，生产能力强的井平均单段液量均大于1 600 m3。单段液量过少，气井生产强度一般较低。分析认为：在焦石坝主体区单段液量大于1 600 m3，能形成基本的缝网轮廓，改造体积较大，生产效果相对较好。综合微地震、压裂和生产统计分析：主体区加密井有效液量大于1 600 m3；上部气层井有效液量为1 200 m3～1 600 m3。

3.2 微地震事件随液量增长规律

统计不同压裂段微地震事件累计个数随液量变化情况，研究微地震事件分布规律。在800 m3液量之前，焦页21-S2HF 和焦页21-S3HF 的微地震事件较多，曲线斜率相对较大。焦页2-5HF 的微地震事件数量在1 000 m3液量之后增长速度较快，前期速度较慢，两个平台呈现截然不一的微地震事件分布规律。

可能原因：（1）上部气层和下部气层岩石力学环境的差异；（2）焦页21-S2HF 和焦页21-S3HF 主要穿行⑧号层，压裂初期层理缝容易发生剪切事件；（3）焦页2-5HF 井初期由于已压裂邻井的老裂缝诱导，剪切事件少，1 000 m3液后产生新裂缝，此时剪切事件相对增多。

3.3 砂量与排量

焦页21-S3HF 总砂量、中粗砂合量与微地震事件个数呈正相关关系，而与粉陶用量无明显相关性。微地震事件个数、缝长与加砂强度呈正相关，与缝高无明显相关性。在设计施工时，可以加强中砂和粗砂使用量，提高总砂量，增大加砂强度。

大排量压裂是页岩气取得体积改造成功的重要因素，通过研究排量与微地震事件关系，变排量对微地震事件发生有明显影响，变排量设计施工利于页岩压裂。焦页21-S3HF 施工排量与累计微地震事件数量分析得到，提排量阶段，微地震事件加速出现。

提排量事件与裂缝破裂方式、层理缝发育情况、层位穿行情况有关，上部气层井焦页21-S3HF 和焦页21-S2HF 采用变排量施工，利于微地震事件发生，利于压裂裂缝体积化、复杂化。

4 结论

（1）利用储层压裂过程中的微地震数据，通过建立相应的重构算法，结合室内压裂实验缝网沟通规律，最后构建三维离散裂缝网络地质模型。

（2）通过研究不同施工参数条件下的微地震监测响应特征，进一步优化施工规模、施工排量、裂缝间距等工程参数，为实现相似页岩气井预期改造效果提供指导。

（3）结合微地震监测分析、压裂工程和生产实际，对压裂设计或施工参数进行研究，得出有效液量、砂量、排量等参数优化建议。