本發(fā)明涉及油氣田地質建模技術領域，尤其涉及一種基于微地震事件的頁巖氣水平井網絡裂縫建模方法。

背景技術：

國內外油氣田開發(fā)的實踐表明，對薄儲層、低滲透、稠油油氣藏，水平井開發(fā)是最佳的開發(fā)方式。對于此類地層條件差、滲透率低、滲流阻力大、連通性差、開采困難的油氣藏一般采用水力壓裂的方法進行儲層改造，以人工造縫的形式提高油氣藏滲透率，提高采收效果和經濟效益。針對頁巖氣藏而言，頁巖氣水平井分段壓裂技術近年來逐漸成熟，在中國焦石壩、威遠、長寧等區(qū)塊中深層頁巖氣通過水平井分段壓裂實現了商業(yè)化開發(fā)，近兩年也在丁山、南川、永川和焦石壩外圍等區(qū)塊積極探索深層頁巖氣的有效開發(fā)技術。在頁巖氣水平井人工造縫過程中一般采用體積壓裂技術。體積壓裂技術，形成的壓裂縫網一般稱為頁巖氣壓裂復雜縫網。體積壓裂技術形成復雜縫網，為氣體流動采出提供通道。

在頁巖氣藏人工造縫過程中，由于頁巖氣藏本身脆性較好、在高壓情況下相對致密氣藏更容易產生破裂形成體積縫網，在常規(guī)雙翼裂縫間形成交叉的聯絡縫網，裂縫形態(tài)更為復雜。因此目前難以通過常規(guī)方法形成可視化裂縫模型，采用常規(guī)方法建立的裂縫模型與實際監(jiān)測資料匹配性差，不符合技術人員對裂縫形態(tài)的認知。

常規(guī)致密油氣藏壓裂過程中每段壓裂改造往往形成一條單縫，單井水平段分段壓裂后形成多條單縫，而頁巖氣藏單段壓裂過程中即可形成多條縱橫向相交的裂縫。除了一種理想模型以外，很難根據具體單井井周巖性、壓裂規(guī)模等資料形成具有針對性、實用性、可視化的三維頁巖氣壓裂縫網模型。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于微地震事件的頁巖氣水平井網絡裂縫建模方法，通過建立不同級次的壓裂裂縫模型，形成頁巖氣壓裂水力縫可視化模型。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種基于微地震事件的頁巖氣水平井網絡裂縫建模方法，包括以下步驟：

步驟1、數據準備及導入：準備單井井軌跡數據、單井壓裂分段數據和射孔數據、水平井改造過程中壓裂微地震監(jiān)測數據，并依次導入建模軟件；

步驟2、建立頁巖氣網絡裂縫的主裂縫模型：統計裂縫參數數據作為參考，結合單井的壓裂分段數據、射孔數據及壓裂微地震監(jiān)測數據對單井網絡裂縫的主裂縫進行模擬，生成主裂縫模型；

步驟3、結合壓裂微地震監(jiān)測數據生成網格化微地震事件密度模型和網絡裂縫密度模型：將微地震事件的震級屬性標準化處理后放入角點網格內，按公式(1)將微地震事件震級進行距離加權網格化，求解各網格內微地震事件的密度，生成網格化微地震事件密度模型，并將其轉化為井周壓裂范圍內的裂縫密度模型；所述公

式(1)如下：

其中，mc為每個網格內的微地震距離加權平均值，即每個網格內的網格化微地震事件密度，n為該段內微地震事件數量,di為每個微地震事件到該網格的距離,mi為每個微地震事件的震級；步驟4、建立頁巖氣網絡裂縫的分支裂縫模型：根據步驟2統計的模擬裂縫參數數據，在裂縫密度模型的指導下建立頁巖氣壓裂分支裂縫的三維模型；

步驟5、建立頁巖氣網絡裂縫的聯絡裂縫模型：在裂縫密度模型指導下建立頁巖氣壓裂的聯絡裂縫模型；

步驟6、組合主裂縫模型、分支裂縫模型和聯絡裂縫模型，形成頁巖氣水平井壓裂網絡裂縫的離散縫模型。

所述的單井井軌跡數據是指用來描述井眼軌跡、方位的數據，包括單井的井斜、方位、xy坐標、海拔深度。

頁巖氣藏水平井壓裂采用橋塞分段射孔工藝，下橋塞將井水平段分為若干小段，每個小段內進行若干次射孔，統計單井的分段數據和射孔數據。對每個小段單獨進行壓裂改造，目的是為了提高改造效率。

所述的微地震監(jiān)測數據由多個微地震事件組成，包含微地震事件產生的時間、坐標、震級信息。在儲層改造過程中地層受壓裂液擠壓會產生破裂，地層破裂時產生微弱震動，震動以地震波的形式被地面檢波設備或井內檢波設備接收。對所接收的地震波進行處理、解釋，可以反推地層產生破裂的事件和位置。稱此位置發(fā)生的地層破裂為一個“微地震事件”。

步驟2的具體過程為：根據不同裂縫段的微地震事件長、寬、高、位置，將單個壓裂段范圍內的微地震事件用一個或多個裂縫片連接起來，對其壓裂縫主裂縫進行確定性擬合生成主裂縫模型。

統計裂縫參數時需統計裂縫形態(tài)、裂縫長度和裂縫高度，通過統計鄰井壓裂監(jiān)測數據獲取，或者通過計算機模擬壓裂過程得到理想狀態(tài)下的裂縫參數數據。當然，也可以通過經驗公式或其它方法推測得到裂縫參數數據。數據來源不限。

步驟3中將網格化微地震事件密度模型轉化為裂縫密度模型的轉換公式為：

df＝mc*k，

其中df為裂縫體積密度，mc為每個網格內的網格化微地震事件密度，k為不同區(qū)域的系數。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明將頁巖氣壓裂縫網構成分為主裂縫、分支裂縫和聯絡裂縫三個部分，并分別建立裂縫模型，通過將三個模型組合形成了頁巖氣壓裂網絡裂縫的可視化模型，實現了頁巖氣單井壓裂裂縫的真三維模擬。

2、本發(fā)明結合微地震監(jiān)測數據，采用半確定性建模手段對頁巖氣壓裂縫網的主裂縫進行離散裂縫建模，提高了主裂縫模型的精確度。

3、本發(fā)明先對微地震事件進行處理，生成微地震事件密度體，再利用微地震密度體生成網絡裂縫密度模型，為頁巖氣分支裂縫、聯絡裂縫的建模過程提供了依據，從而獲得了這兩類導流能力相對弱于主裂縫但同樣有重要參考意義的裂縫模型。

4、利用本發(fā)明方法可建立針對單井的針對性強、實用性高、可視化的頁巖氣壓裂縫網模型，解決了目前階段存在的技術難題。通過對裂縫參數的進一步處理，單井產量和單井壓力的歷史擬合效果較好，此模型在頁巖氣開發(fā)中具有較強的實際意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖；

圖2是威x‐1井井軌跡俯視圖；

圖3是威x‐1井井軌跡側視圖；

圖4是威x‐1井下入分段橋塞位置俯視圖；

圖5是威x‐1井下入分段橋塞位置側視圖；

圖6是威x-1井水平段壓裂微地震事件分布俯視圖；其中，黑色圓點為分段橋塞位置，左端紅色圓點為a點位置，右端藍色圓點為b點位置，其余顏色圓點為微地震事件點；

圖7是威x-1井水平段第1、5、10、16、20段壓裂微地震事件及主裂縫分布俯視圖；

圖8是威x-1井水平段壓裂微地震事件及主裂縫分布俯視圖；

圖9是威x-1井水平段壓裂微地震事件密度體俯視圖；

圖10是威x-1井水平段壓裂微地震事件波及地質體俯視圖；

圖11是威x-1井水平段壓裂微地震事件密度體、微地震事件的角點網格模型及最大主應力方向俯視圖；其中，紅色箭頭為最大主應力方向；

圖12是威x-1井各壓裂段分支裂縫、主裂縫分布俯視圖；

圖13是威x-1井各壓裂段分支裂縫、主裂縫、聯絡裂縫分布俯視圖；

圖14是威x‐1井復雜縫網模型俯視圖；

圖15是威x‐1井復雜縫網模型側視圖；

圖16是威x‐1井復雜縫網模型ne10°方向觀測圖；

圖17是威x-1井壓力歷史擬合曲線；

圖18是威x-1井日產量歷史擬合曲線。

具體實施方式

下面以威遠地區(qū)某井(下稱威x‐1井)為例說明本發(fā)明的實施過程。

一種基于微地震事件的頁巖氣水平井網絡裂縫建模方法，如圖1所示，包括以下步驟：

1、準備建模所需數據。所需數據有威x‐1井的單井井軌跡數據、單井壓裂分段數據和射孔數據、水平井改造過程中壓裂微地震監(jiān)測數據。

單井井軌跡數據是指單井的井斜、方位、xy坐標、海拔深度等描述井眼軌跡、方位的數據。ab點數據：a點指井軌跡造斜段結束、水平段開始的點；b點指單井水平段結束的點。威x-1井井軌跡參見圖2、3。

頁巖氣藏水平井壓裂一般采用橋塞分段射孔工藝，下橋塞將井水平段分為若干小段，每個小段內進行若干次射孔，統計分段數據和射孔數據。圖4、5所示為威x-1井下入分段橋塞位置。

微地震監(jiān)測數據是指在儲層改造過程中地層受壓裂液擠壓會產生破裂，地層破裂時產生微弱震動，震動以地震波的形式被地面檢波設備或井內檢波設備接受。對所接受的地震波進行處理、解釋，可以反推地層產生破裂的事件和位置。稱此位置發(fā)生的地層破裂為一個“微地震事件”。微地震監(jiān)測數據由多個微地震事件組成，包含微地震事件產生的時間、坐標、震級等信息。

上述數據準備好后，先將井軌跡數據導入建模軟件，再將壓裂分段數據和射孔數據導入建模軟件，最后導入微地震監(jiān)測數據。

2、建立頁巖氣網絡裂縫的主裂縫模型。前期先通過鄰井壓裂監(jiān)測數據及模擬數據，對裂縫形態(tài)、裂縫長度、高度參數進行統計，然后結合單井的壓裂分段數據、射孔數據及壓裂微地震監(jiān)測數據對單井網絡裂縫的主裂縫進行模擬，生成主裂縫模型。

單井采用多段壓裂模式，不同壓裂段產生微地震事件的位置不同(也有部分重復)。壓裂微地震事件主要分布在單一壓裂段的兩側，在建模軟件中可以用不同顏色表示不同壓裂段的微地震事件點(如圖6所示)，并且可以對各段微地震事件進行篩選顯示，如圖7所示，選擇威x-1井水平段第1、5、10、16、20段顯示其壓裂微地震事件分布情況。

另外，也可以根據不同裂縫段的微地震事件長、寬、高、位置，將單個壓裂段范圍內的微地震事件用一個或多個裂縫片的形式將其連接起來(在理想情況下，用單一片狀裂縫代表地下復雜、連續(xù)的裂縫體系，這樣的替代天然裂縫的理想片狀裂縫稱為裂縫片)，對其壓裂縫主縫進行確定性擬合生成各段的主裂縫模型。如圖8所示，將各段微地震事件獨立顯示后可按距離最小原則建立一個裂縫片作為該壓裂段主裂縫。

3、結合壓裂微地震監(jiān)測數據生成網格化微地震事件密度模型和網絡裂縫密度模型。將微地震事件的震級屬性標準化處理后放入角點網格(角點網格是一種常用的建立地質模型的網格劃分方法)內。

將微地震事件導入建模軟件后，按公式

將微地震事件震級進行距離加權網格化，求解各網格內微地震事件的密度，生成網格化微地震事件密度模型。其中，mc為每個網格內的微地震距離加權平均值，即為每個網格內的網格化微地震事件密度，n為該段內微地震事件數量,di為每個微地震事件到該網格的距離,mi為每個微地震事件的震級。形成的網格化數據體如圖11所示。微地震事件網格化結果與微地震事件密度體類似，證明在微地震事件相對集中的地區(qū)，微地震密度高，裂縫密度也大。

將密度模型轉化為井周壓裂范圍內的裂縫密度模型(裂縫密度指描述裂縫發(fā)育、聚集程度的地質參數)，轉換方法可以采用線性轉換，即：

df＝mc*k，

其中df為裂縫體積密度(表示單位體積內有多少條裂縫)，mc為每個網格內的網格化微地震事件密度(微地震距離加權平均值)，k為不同區(qū)域的系數。不同區(qū)域由于巖性、壓裂體系不同，k取值不同。

威遠x-1井微地震事件密度體如圖9所示，威遠x-1井微地震事件波及地質體如圖10所示。波及地質體描述了一個包含所有微地震事件點的包絡體，包含了所有設備可見的地層破裂事件，可以認為產生的壓裂縫均在波及地質體的范圍內。

4、建立頁巖氣網絡裂縫的分支裂縫模型。根據前期統計的鄰井模擬裂縫長、寬、高屬性，在裂縫密度模型的指導下建立頁巖氣壓裂分支裂縫的三維模型。分支裂縫的方位垂直井眼軌跡，裂縫長度可選擇為模擬裂縫長度，裂縫高度為模擬裂縫高度，裂縫縫寬為模擬裂縫縫寬，裂縫密度為通過微地震事件計算得到的裂縫密度體，裂縫分布方式為隨機分布。

分支裂縫是指頁巖氣壓裂過程中形成的支撐劑濃度相對較大但次于主裂縫的裂縫。分支裂縫的導流能力及縫寬次于主裂縫，一般發(fā)育位置在主裂縫的中部或末段，部分分支裂縫與井筒射孔位置相交，部分在壓裂改造區(qū)與主裂縫相交。由于此類裂縫延伸范圍大于主裂縫，壓裂液內砂粒部分沉降，導致其支撐性次于主裂縫，裂縫可能在生產后期受地層壓力影響閉合。分支裂縫一般沿最大主應力方向擴展。在此例中，最大主應力方向垂直于井軌跡方向。如圖11所示。前期軟件模擬顯示，分支裂縫縫長一般為200～300m，支撐縫峰高為10～20m之間，分支裂縫角度為垂直地層傾角。根據裂縫參數結合裂縫密度模型建立壓裂分支裂縫dfn模型(離散裂縫模型discretefracturenetwork)。圖12所示為各壓裂段分支裂縫、主裂縫的分布圖。

5、建立頁巖氣網絡裂縫的聯絡裂縫模型：在裂縫密度模型指導下建立頁巖氣壓裂的聯絡裂縫模型。聯絡裂縫長度約與簇間距等長，寬度可由模擬軟件求出；聯絡裂縫高度可由地層地質特征決定，一般與脆性巖層的高度相同或更小；聯絡裂縫分布同樣由所求的裂縫密度體決定，裂縫密度越大的地方聯絡裂縫分布越多。

頁巖氣聯絡裂縫為頁巖氣壓裂過程中，掩體受兩側壓裂液擠壓在內部形成的微小裂縫，此類裂縫與巖層的脆性有關，一般認為脆性越好，越能產生聯絡裂縫溝通主裂縫與分支裂縫，形成復雜縫網。但是此類裂縫震級小，監(jiān)測手段不足，僅能通過微地震事件密度作為裂縫密度進行隨機模擬。從裂縫導流能力來說，此類裂縫導流能力最弱，但數量大，與其他裂縫之間的連通關系復雜，是頁巖氣開采過程中極為重要的天然氣運移通道。在本次模擬過程中考慮計算機計算量及后期數模過程中粗化的影響，模擬最短聯絡裂縫長度為25m。圖13所示即為威遠x‐1井各壓裂段的分支裂縫、主裂縫及聯絡裂縫分布圖。

6、組合主裂縫模型、分支裂縫模型和聯絡裂縫模型，形成頁巖氣水平井壓裂網絡裂縫的離散縫模型。圖14、15、16即為最終得到的威遠x‐1井復雜縫網模型各角度的三維展示圖。

油藏數值模擬的歷史擬合為判斷裂縫模型、地質模型有效性的方法之一，可根據建立的威遠x-1井復雜縫網模型，對威遠x-1井進行壓力歷史擬合和日產量歷史擬合，擬合效果較好(圖17、圖18)，各階段壓力擬合曲線和產量擬合曲線(藍色曲線)與實際生產曲線基本一致。