游茂1杨西娟2黄成贵1
（1、青海油田采油一厂监督站采油工程师，青海格尔木8164002、青海油田测试公司解释中心，青海格尔木816400）
摘要：不用人工激发的震源观测方法，边水通过孔隙喉道必将产生一系列向四周传播的微震波，通过监测进而对微震波进行提取并进行各种处理，进而计算出边水前缘、边水侵入范围、侵入方向等资料。通过资料分析，油藏工程师可以调整和优化开发设计方案，提高油气田采收率和油田整体开发效果。讲述了采用微地震的技术对水驱前缘进行的监测，对微地震的原理、技术理论、监测解释方法、技术特点以及现场应用情况进行了比较详细的描述，并对现场的应用作出了客观的解释和结论，对油田的下一步措施提出了建议。
关键词：微地震；水驱监测前缘；监测解释；技术；特点；现场应用
前言
不是利用人工激发的震源观测方法，称为无源地震勘探（passiveseismic）。当边水油气藏开发一定阶段后，油气藏储层压力下降，边水压力相对油气藏的压差达到一定条件时，则边水就会通过孔隙和裂隙向油气藏内侵入，在边水向油气藏内的侵入过程中，会引起流动压力前缘移动和孔隙流体压力的变化，当孔隙喉道前后压差达到临界点，则边水通过孔隙喉道必将产生一系列向四周传播的微震波，通过布置在被监测井周围的A、B、C、D等监测分站接收到微震波的到时差，会形成一系列的方程组，反解这一系列方程组，就可确定微震震源位置，进而对微震波进行波速、包络、升起、衰减、拐点、频谱等特征提取并进行各种处理，可以得出微波分布图、波速场等微波各特征分布图。根据岩石力学、波动理论进而计算出边水前缘、边水侵入范围、侵入方向等资料。
通过对边水前缘波及状况的分析，油藏工程师可以调整和优化开发设计方案，提高油气田采收率和油田整体开发效果。
1监测原理及技术理论
1.1摩尔—库伦理论。根据摩尔—库伦准则，孔隙压力升高，必会产生微地震，记录这些微地震，并进行微震源定位就可以描述地下渗流场。摩尔—库伦准则是：τ>=τ0+μ（S1+S2-2P0）/2+μ（S1-S2）COS（2Φ）/2
其中：τ=（S1-S2）SIN（2Φ）/2
上式表示若左侧不小于右侧时则发生微地震。式中：τ是作用在裂缝面上的剪切应力。τ0是岩石的固有法向应力抗剪断强度，数值由几兆帕到几十兆帕，若沿已有裂缝面错断，τ0数值为0。
S1、S2分别是最大、最小主应力，P0是地层压力。Φ是最大主应力与裂缝面法向的夹角。
1.2断裂力学准则。断裂力学理论认为，当应力强度因子大于断裂韧性时，裂缝发生扩展，即当公式成立时，裂缝发生张性扩展。
[（P0-Sn）Y/sqr（πl）]∫01sqr[（1+x）/（1-x）]dx>=kic
上式左侧是应力强度因子，kic是断裂韧性，P0是井底注水压力，Sn是裂缝面上的法向应力，Y是裂缝形状因子，l是裂缝长度，x是自裂缝端点沿裂缝面走向的坐标。
由以上破裂形成理论可知，注水会诱发微地震，这就为微地震方法监测水驱前缘提供了理论依据。
1.3地下渗流场的分布。在一个较小区域里，波速主要受传输介质的围压和传输介质本身的影响，在小范围内介质对波速的影响可认为仅受孔隙中流体物性的影响。
从边水区到产气井随着含水的降低，流体密度也逐渐降低；同时，随着地层压力的下降，从而越接近产气井混合流体的密度越小，而波在不同密度介质中的传播速度是不一样的。也就是说从边水区到产气井，孔隙中流体的密度是逐渐降低的，而微波在含水饱和度为100％的边水中传播速度最大，从边水区到产气井随着流体密度的逐渐减小，波速也逐渐降低。用波速场分布来描述渗流场分布是既严密又比较科学的。
2水驱前缘监测解释及技术特点
2.1监测解释技术
2.2水驱前缘监测的技术特点。微地震边水侵入前缘监测，技术关键和特点主要体现在拾震器的精度和信号的判别标准、信号的解释处理、全过程的自动化及简单性、安全性和环保性等方面。
3现场应用
3.1地质概况。尕斯库勒油田E31油藏位于青海省柴达木盆地茫崖坳陷尕斯断陷，地面海拔2800～3200米。尕斯库勒构造是1958年地震发现的潜伏构造，E31油藏为一构造完整、轴向近南北的潜伏背斜构造，构造轴部较平坦，两翼不对称，西陡东缓，E31油藏圈闭主要受构造控制，岩性影响次之。
3.2监测目的。（１）了解跃12-30注水井水驱前缘展布状况、注入水波及范围、水驱主流方向。（２）了解跃12-30注水井水驱效果；根据调驱前后监测成果对比，分析评价监测井调驱措施效果。（3）根据水驱监测成果，进一步分析跃12~30断块微裂缝带、高渗带及油藏非均质性分布规律。
3.3跃12-30井的井史。尕斯库勒油田E31油藏XXX井于2001年5月8日射开Ⅳ-4小层进行试采，初期日产油26吨，含水50%，2007年8月该井转注，目前该井日注水110方左右，截至2008年4月底，该井累计注水2.5239万方。
3.4水驱前缘现场监测工艺。现场监测使用WDZIII型微地震水驱监测系统,跃12-30井现场监测工艺如下：a.将跃12-30井关井停注。b.现场勘察被监测井的位置、地形、地貌，利用井斜数据确定目的层中深对井口所在水平面的投影点，并以此点为中心，布置分站。用高精度GPS测量井口及各分站坐标，从而获得各分站相对坐标。分站尽可能布置在以O点为中心、半径600米的范围内，呈不规则形状。c.利用自带静压系统（车载或移动式）将拾震器逐一压入地表疏松地层下。d.打开主站车仪器，调试主分站之间的通信联络、并进行参数设置。e.进行背景噪音测试。f.按正常注水时的配注水量开泵注水，开始监测。此时主站与各分站进入监测状态，自动采集、处理数据，实时显示微震点。g.当微震点图形完全稳定并符合质量要求时监测结束，保存数据，关机。h.起拔探杆和拾震器，装箱、打包，完成本次现场监测。同时通知注水站监测结束，恢复正常注水。
3.5单井监测成果及特征分析。（1）监测数据表。（2）单井监测成果图。
3.6水驱前缘监测结论与建议
3.6.1对监测结果的结论认识
在进行微地震水驱前缘监测后，其监测成果反映出的油藏地质及注水开发特征如下：（1）平面上水驱波及范围比较大，优势水驱方向明显，平面矛盾突出。a.该井水驱前缘平面上呈不规则的“丁字”形状展布，水驱推进范围相对比较大；优势水驱方向呈现“一主一次”两个方位。b.从监测结果反应，该井组非均质性明显，微裂缝十分发育，平面矛盾十分突出，注入水推进方向性强，属于典型的裂缝性油藏注水特征。c.由于该井组微裂缝带比较发育，注入压力的波及、注入水的推进沿高渗透或微裂缝带发展，可能会造成周围油井注水见效、见水、水淹方向性明显，进一步发展易形成“指状”突进现象。（2）纵向上储层动用不均匀，层间差异大。
该井纵向上9个小层，层间差异比较大，动用程度极不均匀。从立体图分析可知，该井监测层段中下部吸水特别好，而上部及底部的小层不吸水或吸水比较差，监测结果与该井吸水剖面资料均能反映出来。（3）该监测井区微裂缝带及高渗透带比较发育，但从监测微震点分布拟合结果分析，该井区为发育二组微裂缝带。该井区微裂缝带处于开启状态的影响，而且该井区孔隙的渗透、周围油井生产形成的低压带对注入水的推进也起关键作用。（4）跃12-30井注入水主优势水驱主要受微裂缝带发育影响，微裂缝发育程度越高，则注入水推进越快，周围油井越容易见到注水效果。但是由于受微裂缝影响，在优势水驱方向上的油井容易出现见效快、见水快、“水淹快”的现象。
3.6.2建议：（1）对注水见效明显油井（跃127、跃11-25井）采取堵水或间开措施。防止两井之间形成“短路循环”，避免“水线通道”进一步扩大。（2）建议下步对跃12-30井采取调剖措施，限制中下部主力吸水层（Ⅲ-4、6），动用上部及底部差层。（3）建议尽快对跃12-30井配分层注水，及时控制或停注中下部主力吸水层（Ⅲ-4、6），再提高注水压力，动用上部及底部差层。