利用先进的微震方法了解马塞勒斯页岩的垂直裂缝生长情况

ESG获取、处理和分析了马塞勒斯页岩水力压裂刺激的微震数据。进行了高级分析，以评估各阶段之间的垂直增长行为的差异。利用地震矩张量反演法，ESG发现，表现出垂直裂缝增长的阶段似乎激活了适度倾斜的接头组，并可能与屈曲的反斜面引起的应力有关。

马塞勒斯页岩发现于北美阿巴拉契亚盆地北部，横跨美国多个州，包括纽约州、宾夕法尼亚州、西弗吉尼亚州和俄亥俄州，估计覆盖95,000平方英里。页岩的深度为4000-8500英尺，平均厚度为50-200英尺。由于其规模和靠近美国东北部的天然气市场，马塞勒斯对非常规石油和天然气生产商来说是一个非常有吸引力的地层。

背景介绍

作为一种自然断裂的页岩，马塞勒斯包含了两个区域性的接头组（J1和J2），这在露头、岩心和钻孔图像中都可以观察到（图1）。一般来说，页岩的分层沉积性质似乎限制了这些地层的垂直裂缝增长，然而，马塞勒斯内部的天然裂缝网络应引入地质的复杂性，许多运营商利用微震监测来更好地了解这种复杂的裂缝增长行为。

挑战

在马塞勒斯页岩的多井水平水力压裂刺激过程中，在同一平台的两口井中观察到不同的裂缝生长行为。图2和图3说明了两口井（分别为A井和B井）总共4个阶段的微震事件的截面图，其中红色和灰色的表面代表马塞勒斯页岩的顶部和底部。对当地地质和裂缝行为的进一步了解是优化水力压裂刺激的关键因素，因此ESG进行了先进的微震分析，以研究为什么A井的裂缝会垂直迁移，而B井的裂缝却被控制住了。

ESG解决方案

利用正在申请专利的地震矩张量反演（SMTI）方法，ESG开发了离散裂缝网络（DFN）来描述两口井的裂缝行为。SMTI分析提供了关于负责产生地震的破坏机制的信息。对这些机制的仔细解释可以确定破坏的方式和断裂面，从而确定处理方法所激活的主要断裂组。

图4中使用了立体投影来描述在两口井的第1和第2阶段观察到的主要断裂平面。投影图上的绿色平面突出显示了J1和J2的天然接头组，而在DFN中观察到的主要诱导裂缝族（F1和F2）则显示为白色平面。

在A井中，在压裂刺激过程中产生的裂缝方向与天然接头组J1和J2密切相关，这表明天然裂缝被处理后激活。相比之下，位于同一平台另一侧的B井所诱发的裂缝则表现为亚水平裂缝组，表明裂缝受地层中的天然垫层控制。

将断裂面的方向与事件的深度分布进行比较，可以发现更大的垂直增长与激活自然关节组而不是垫层平面有关。这一评价意味着在A井中存在着对促进接合裂缝网络的应力条件的局部控制（如反斜面），而自然倾向于像B井中那样激活垫层平面。