Регистрация / Вход
Прислать материал

Пространственно-временной анализ микросейсмической эмиссии в процессе проведения многостадийного гидроразрыва пласта

Сведения об участнике
ФИО
Мустафин Ранас Наилевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о Земле, экология и рациональное природопользование
Раздел области наук
Геофизика
Тема
Пространственно-временной анализ микросейсмической эмиссии в процессе проведения многостадийного гидроразрыва пласта
Резюме
Целью работы являлось определение объективных параметров трещины гидроразрыва (длина, высота, асимметрия, азимут) и анализ динамического развития системы трещин в процессе проведения многостадийного гидроразрыва пласта. В работе представлено решение как технологической задачи по локализации трёхмерных координат источников микросейсмической эмиссии, а также методы постобработки результатов с использованием инструментов пространственной статистики геоинформационных систем. Приоритетным для исследования являлась геологическая интерпретация полученных результатов и увязка их c результатами региональных исследований поля тектонических напряжений.
Ключевые слова
наземные микросейсмический исследования, микросейсмическая эмиссия, трещина разрыва, гидравлический разрыв пласта, геоинформационные системы, дистанционное зондирование, геодинамика
Цели и задачи
Целью работы являлось определение объективных параметров трещины гидроразрыва (длина, высота, асимметрия, азимут) и анализ динамического развития системы трещин в процессе проведения многостадийного гидроразрыва пласта. Задачами проекта: выполнить пространственно-временной анализ микросейсмической эмиссии, используя инструменты геоинформационных систем; оценить эффективность использованных инструментов геоинформационных систем, провести геологическую интерпретацию полученных результатов.
Введение

В настоящее время гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одним из лучших и экономически оправданных способов интенсификации добычи нефти и газа. Метод заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида к забою скважины. Для анализа продуктивности скважины после воздействия на пласт применяются различные методы. Наземный микросейсмический мониторинг относится к группе методов диагностики дальней зоны гидроразрыва пласта. Конкурентными преимуществами метода является высокая информативность по определению основных параметров трещины разрыва сопоставимая со скважинным вариантом и контроль над процессом ГРП непосредственно во время его проведения. 

Методы и материалы

Технологическая схема проведения микросейсмического мониторинга сводится к расстановке трехкомпонентных сейсмических датчиков на поверхности земли по определенной схеме. Схема расстановки является масштабируемой в зависимости от стадийности и типа (кислотный, пропантовый) ГРП, с инвариантным закреплением опорных датчиков над горизонтальной проекцией интервала перфорации каждой стадии. Обработка сигналов микросейсмической эмиссии, зарегистрированных антенной (группа наземных датчиков), осуществляется в модуле SmartFrac Control. На этапе пост-обработки координаты источников микросейсмической эмиссии преобразуются в класс пространственных объектов геоинформационных систем (ГИС) (использована ГИС ArcGIS v 10.3 ESRI). Используя инструменты геообработки Spatial Statistics и средства 3D визуализации ГИС, получены детальный ход событий при развитии каждой стадии ГРП.Инструмент «Направленное распределение (Эллипс стандартных отклонений)» из набора пространственная статистика позволяет количественно охарактеризовать азимут простирания трещины разрыва для событий микросейсмической эмиссии сгруппированных по времени. Для обоснования выделения трещины разрыва, по характеру группирования событий микросейсмической эмиссии был применен метод статистического анализа распределения точечных событий известный как расстояние ближайшего соседства и алгоритм кластеризации «Анализ горячих точек (Getis-Ord Gi*)».

 

Описание и обсуждение результатов

Опредлены геометрические параметры трещины разрыва (азимут простирания, длина, ассиметрия).

В стандартах расчетных алгоритмов определения экономической эффективности ГРП (время закрытия трещины, дебит, проницаемость и др.), которые встроены в коммерческое программное обеспечение дизайна ГРП, магистральная трещина разрыва предполагается симметричной. Однако исследования микросейсмической эмиссии на различных месторождениях и с различной технологией проведения ГРП показывают существенную асимметрию крыльев трещины (отклонение по простиранию более 10°, разница по длине до 50-70 м), что необходимо учитывать при расчете дебита после гидроразрыва. 

Поскольку большинство технологических операций проводится по системе многостадийного ГРП на глубинах более 1 км, то предполагается развитие вертикальных трещин гидроразрыва. Однако данное условие применимо лишь в случаях, когда горизонтальный сегмент скважин ориентирован соосно плоскости минимального или максимального горизонтального сжимающего напряжения. Во всех иных случаях, трещина разрыва представляет сеть трещин – происходит расщепление основной магистральной трещины, с образованием наклонных крутопадающих плоскостей трещин.

В реальной геологической среде с высокой степенью анизотропии, частым является поочередные подвижки вдоль систем параллельных и взаимопересекающихся разрывов. На картах распределения источников микросейсмической эмиссии подобный процесс установлен по развитию во времени двух четко выраженных систем трещин с углом пересечения при вершине ≈ 30°.

Сопоставление результатов наземных микросейсмических наблюдений с данными скважинных микроимиджеров FMI-DSI и данными 3D сейсморазведки для месторождений как в карбонатных, так и терригенных коллекторах показало, что простирание магистральных трещин гидроразрыва в большинстве случаев предопределено именно существующими в массиве плоскостями нарушения сплошности. 

Говоря о геологической интерпретации полученных результатов, следует, прежде всего, отметить высокую сходимость ориентации трещин разрыва, сонаправленных с осью максимального горизонтального сжатия, с полем региональных неотектонических напряжений, установленных как структурно геоморфологическим методом, так и полевыми замерами трещиноватости в обнажениях. Это само по себе доказывает, что результаты микросейсмического мониторинга являются объективными. Второе заключение касается природы трещиноватости наблюдаемой на глубине проведения ГРП, а именно, что трещины разрыва и оперяющие их сколы имеют неотектоническую природу и находятся под влиянием современного поля напряжений. Данные о морфологии трещины разрыва ГРП могут являться надежным источником информации о поле тектонических напряжений на территории России

Используемые источники
1. Экономидес, М. Унифицированный дизайн гидроразрыва пласта гидроразрыва пласта: от теории к практике / М. Экономидес, Р. Олини, П. Валько, 2007
2. Twiss, R.J., and Moores, E.M., Structural Geology: W.H. Freeman and Co., New York
3. Al-Matar M, Al-Mutawa M, Aslam M, Dashti M, Sharma J, Byung OL, Solares R, Nemec T, Swaren J, and Tealdi L. The Right Treatment for the Right Reservoir // Oilfield Review 20, no. 2 (Summer 2008) P. 4-17.
4. M. Zoback. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2007. 551 pp.
5. Ребецкий Ю.Л. Тектонические напряжения и прочность природных горных массивов. Научное издание /2007
6. Александров, С.И., Мишин, В.А., Буров, Д.И. Микросейсмический мониторинг гидроразрыва пласта: успехи и проблемы, 2014.
7. Backers, T. Application of fracture mechanics numerical modeling in rock engineering // First Break. V. 28. 2010.


Information about the project
Surname Name
Mustafin Ranas
Project title
Space-time analysis for microseismic emission multistage hydro fracturing process control
Summary of the project
The aim of this work was to determine the objective parameters of hydraulic fracturing (length, height, asymmetry, azimuth) and the analysis of fracture system dynamic development in the process of multi-stage hydraulic fracturing. The paper presents the solution of a technological problem concerning the localization of three-dimensional coordinates of microseismic emission sources, as well as the post-processing techniques using the tools of spatial statistics from geographic information systems. It was suggested to use the correlation functions of complex variables for the processing of these wave forms of three-component broadband seismic stations. The geographic information system Arc GIS Systems ESRI was chosen as the tool of spatial statistical analysis. The geological interpretation of the results and their linkage with the results of regional tectonic stress field of research were the main ones for the study. According to the results of these microseismic research data for five fields of Timan-Pechora gas-oil province the peculiarities of hydraulic fracturing main fracture development were established for the multi-step process, reflecting local conditions of rock stress-strain state. The main fundamental conclusion is the conclusion about the possibility of using the results of HF microseismic study and the hydraulic fracture parameters as a reliable source of information on modern tectonic stress field at a regional level.
Keywords
surface microseismic research, microseismic emission, crack, hydraulic fracturing, geographic information systems, remote sensing, geodynamics.