[发明专利]基于分布式光纤传感的水平井微地震监测系统及监测方法

说明书

本发明提出了基于分布式光纤传感的水平井微地震监测系统及监测方法，把铠装光缆捆绑在垂直井、斜井或水平井的金属套管外侧并用固井水泥永久性固定起来，结合水平井轨迹在地面投影线位置地表浅部水平埋设的单模光纤，构建一个实时进行水力压裂微地震监测以及对油气生产井的产液剖面进行长期动态监测的井下传感单元。把井口地面的DAS/DTS复合调制解调仪器与井下套管外铠装光缆和地表浅部水平埋设的单模光纤相连接，组成了一个基于分布式光纤传感的水平井水力压裂微地震监测系统，为水力压裂进行的储层改造实现实时监测、改造效果精准评价、实时调整优化压裂施工参数、完善开发方案、科学管理和提高采收率提供不可缺少的手段、系统和方法。

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于分布式光纤传感的水平井微地震监测系统及监测方法。

背景技术

光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。

井下光纤传感系统可以用于井下进行压力、温度、噪声、振动、声波、地震波、流量、组分分析、电场和磁场的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。目前有多种井下铠装光缆的布设方法，比如安放在井下控制管线内、投放到连续油管内、直接集成到复合材料制成的连续油管管壁中、捆绑固定在连续油管外侧、投放在套管内和捆绑在套管外侧并用固井水泥进行永久性固定等布设方法。

微地震监测技术是以声发射学和地震学为基础的一种通过观测、分析生产活动中产生的微小地震事件来监测生产活动的影响、效果及储层状态的地球物理技术。与传统地震勘探不同，微地震监测中震源的位置、震源的强度和地震发生时刻都是未知的，确定这些未知因素正是微地震监测的首要任务。作为基于地球物理发展起来的一种可以对岩石微断裂发生位置进行有效监测的技术，微地震监测技术已经被广泛应用于矿山动力灾害监测、水力压裂进行储层改造等领域。

压裂微地震监测技术通过安置在邻井中的井下三分量检波器阵列或地面单分量或三分量检波器排列或埋置在地表浅井里面的三分量检波器来监测压裂(注水)井在压裂(注水)过程中诱发的微地震波来描述压裂(注水)过程中裂缝生长的几何形状和空间展布。它能实时提供压裂施工产生裂隙的高度、长度和方位角，利用这些信息可以优化压裂设计、优化井网或其他油田开发措施，从而提高采收率。它最主要应用在压裂效果评价和预测两个方面。

微地震水驱前缘：通过在邻井中安放三分量检波器或做井间地震来监测注水井注水过程中水驱的范围和边缘。了解和掌握每口注水井的注入水的波及范围、推进方向及区块的水波及区，为合理部署注采井网、挖掘剩余油、提高最终经济采收率提供可靠的技术依据。

随着非常规资源勘探开发技术的快速发展，水平井钻井技术和用水力压裂进行储层改造的技术的大规模广泛应用，目前油气公司已经可以在一个井台一个井孔内一次完成多达十口水平井的钻井、完井、固井和水力压裂作业。由于进行水力压裂作业的井台周围数公里范围内没有别的钻孔可以用来进行邻井水力压裂微地震的实时监测，而正在进行压裂作业的井筒内因为有压裂作业管柱而无法安置井下三分量检波器进行同井压裂微地震实时监测，很多的压裂作业只能依赖地面单分量或三分量检波器排列或埋置在地表浅井里面的三分量检波器来监测压裂井在压裂过程中诱发的微地震事件。但是由于被进行水力压裂改造的储层埋藏较深(可达数千米深)和地面的干扰噪声较大，地面或浅井进行的水力压裂微地震监测效果并不理想，能监测到的地下水力压裂诱发的微地震事件往往不到实际微地震事件数量的30％。

发明内容