微震監(jiān)測方法與技術(shù)桂志先引言微震產(chǎn)生機理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理正演地質(zhì)建模反演定位壓裂效果解釋微地震壓裂監(jiān)測技術(shù)是近年來在低滲透油氣藏壓裂改造領(lǐng)域中的一項重要新技術(shù)。該項技術(shù)通過在鄰井中的檢波器來監(jiān)測壓裂井在壓裂過程中誘發(fā)的微地震波來描述壓裂過程中裂縫生長的幾何形狀和空間展布。它能實時提供壓裂施工產(chǎn)生裂隙的高度、長度和方位角，利用這些信息可以優(yōu)化壓裂設(shè)計、優(yōu)化井網(wǎng)或其他油田開發(fā)措施，從而提高采收率。引言微地震監(jiān)測主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、精細反演等幾個關(guān)鍵技術(shù)。高壓泵監(jiān)測井巖石破裂壓裂作業(yè)井微地震事件十二級接收器引言壓裂事件空間計算圖C8bC16C11引言1965年：美國濱州巖石力學(xué)實驗室開始聲發(fā)射和微震研究，稱為AE/MS技術(shù)。1973年：首次開始現(xiàn)場試驗工作，這次現(xiàn)場試驗研究是AMOCO公司等在美國科羅拉多州的Wattenberg油田進行的。目的層為含氣致密砂巖，深約2440m。當時人們沿襲傳統(tǒng)的地震勘探數(shù)據(jù)采集方法，采用布置在地面的檢波器排列來監(jiān)測水力壓裂裂縫的發(fā)展。由于地面噪音太高而誘發(fā)微震的水平很低，加之那時的記錄儀器及數(shù)據(jù)處理方法水平都不高，無法從這種低信噪比的記錄中識別出微震信號來。試驗沒有成功。引言隨后，1976年美國著名國家實驗室桑地亞國家實驗室在Wattenberg油田做了大量工作，試驗用地面地震觀測方式記錄水力壓裂誘發(fā)微震。試驗結(jié)果表明，由于水力壓裂誘發(fā)微震的能量，頻率等特點，以及地層吸收因素等，在地面是不能可靠檢測到的，因而也就不能用地面觀測的方法確定水力裂縫方位和幾何形狀，而是應(yīng)該在靠近這種裂縫附近記錄誘發(fā)微震。引言從1973年以來的一系列試驗的失敗中，終于擺脫了幾十年來地面地震勘探方法的影響，確立了水力壓裂誘發(fā)微震的井下觀測方法。同時改進和發(fā)展了井下記錄儀器，以及相關(guān)的資料處理和解釋方法。約在20世紀70年代末，用水力壓裂誘發(fā)微震研究裂縫方法的可行性得到了人們的承認。此后，更多的石油公司和大學(xué)、科研單位陸續(xù)加入這項研究，使這一技術(shù)得到持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展，并逐漸實用化。引言微震觀測設(shè)備的關(guān)鍵部分是井下觀測儀器。由于誘生微震能量非常弱，頻率很高（約為100∽1500Hz），傳播方向復(fù)雜，以及井下高溫、高壓、高腐蝕性的惡劣環(huán)境，要求微震監(jiān)測用井中檢波器是高靈敏度、高頻、體積小的三分量檢波器，其本身及有關(guān)連接件、信號傳輸線等應(yīng)具有耐高溫、高壓和耐腐蝕的性能。引言20世紀70年代普通井中檢波器或VSP測井用檢波器，其技術(shù)性能低。20世紀90年代發(fā)展到高性能多級檢波器串，即每口觀測井中可一次安置多個三分量檢波器。今天多級檢波器串，記錄主頻可達1000Hz以上，可耐150℃，承受69Mpa高壓。井下檢波器的連接件和電纜或光纜可滿足多級（如50級）三分量檢波器同時觀測的高速數(shù)據(jù)流（的要求。引言

數(shù)據(jù)處理和解釋方法－－經(jīng)歷了單粗糙的縱橫波時差法，到現(xiàn)在的多種精細處理解釋方法。在20世紀90年代后期，微震絕對定位誤差僅為12∽40m，裂縫走向方位角精度為2°∽6°。在21世紀初，絕對定位誤差已降到10m以下。并可從微震能量、頻譜、波形特征等參數(shù)，以及微震位置時空變化等數(shù)據(jù)得到有關(guān)微震發(fā)震機制、水力壓裂裂縫發(fā)育過程的可靠信息，促進了水力壓裂理論和技術(shù)的發(fā)展。但是，水力壓裂裂縫成像技術(shù)還不是很成熟，其軟硬件的商業(yè)化程度還不高。引言C–SeisPTTM微地震監(jiān)測解釋軟件聲發(fā)事件的探測聲發(fā)事件的分析微地震的定位壓裂裂縫繪制引言左圖:模擬無裂縫的均勻介質(zhì)中P波和S波的傳播.(圖中小圓圈為接收點,星號為震源-小裂縫)

右圖:模擬有裂縫時的波傳播情況(a.40毫秒時b.75毫秒時.P波和S波的速度從外部巖石向裂縫內(nèi)部明顯下降)檢波器檢波器裂縫P波的水平/垂直速度比S波的水平/垂直速度比(無裂縫時)P波的水平/垂直速度比S波的水平/垂直速度比(有裂縫時)左圖:在一個裂縫中由10個微地震所產(chǎn)生的導(dǎo)波在400毫秒時的傳播情況右圖:有一個微地震時在低速裂縫帶附近波的傳播情況(圖中虛線為裂縫邊界P波S波裂縫外圈裂縫內(nèi)圈微地震采集－裂縫監(jiān)測的結(jié)果PassiveMonitorWell觀測井PlanView平面圖WellWell壓裂井引言由美國LosAlamos國家實驗室和聯(lián)合太平洋資源公司在美國COTTON山谷所作的壓裂裂縫檢測試驗采用48級,三分量井下檢波器在采用了主波組,相對成像技術(shù)后得到的震源位置原來的,絕對確定的震源位置微震產(chǎn)生機理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理正演地質(zhì)建模反演定位壓裂效果解釋1、微震的產(chǎn)生機理地震地球介質(zhì)的一種聲發(fā)射現(xiàn)象..巖石聲發(fā)射:巖石變形時，局部地區(qū)應(yīng)力集中，可能會發(fā)生突然的破壞，從而向周圍發(fā)射出彈性波，這就是巖石的聲發(fā)射現(xiàn)象.（陳颙等，1984）。1、微震的產(chǎn)生機理水力壓裂時，大量高粘度高壓流體被注入儲層,使孔隙流體壓力迅速提高,高孔隙壓力以剪切破裂和張性破裂兩種方式引起巖石破壞。巖石破裂時發(fā)出地震波，儲存在巖石中的能量以波的形式釋放出來。誘發(fā)微震以剪切破裂為主要誘因。1、微震的產(chǎn)生機理壓裂示意圖滑動產(chǎn)生P和S波(壓縮波和剪切波)速度不同 P波>S波可用三分量檢波器接收PS巖石破裂P(t1)S(t1)P(t2)S(t2)檢波器XY1、微震的產(chǎn)生機理三分量檢波器記錄的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)簡單處理后可得到微震記錄，其中每個微震都是P波在前，S波在后，它們都有三個分量;一個垂直分量（V），兩個水平分量（H1和H2）。1、微震的產(chǎn)生機理微地震裂縫監(jiān)測的數(shù)據(jù)__裂縫監(jiān)測圖與側(cè)視圖1、微震的產(chǎn)生機理微震產(chǎn)生機理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理正演地質(zhì)建模反演定位壓裂效果解釋地面記錄系統(tǒng)地面記錄系統(tǒng)：HDSeisGeoResImagine采樣率：0.25ms監(jiān)測方式：連續(xù)監(jiān)測、事件觸發(fā)數(shù)據(jù)格式：SEG-2記錄長度：3s（連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)）、0.5s（觸發(fā)事件數(shù)據(jù)）監(jiān)測窗口：256ms2、數(shù)據(jù)采集10m10m10m10m10m10m檢波器1檢波器2檢波器3檢波器4檢波器5檢波器6檢波器7電纜頭60m井下檢波器：OYOGeospaceDDS-250檢波器級數(shù)：7級（采用10m柔性連接）前放增益：42db井下采集儀器2、數(shù)據(jù)采集壓裂作業(yè)曲線2、數(shù)據(jù)采集井下檢波器的位置設(shè)計裂縫檢波器微地震3.2m/1層2592.8m2596.0m2570m2630m184.2m2、數(shù)據(jù)采集射孔記錄2、數(shù)據(jù)采集微震產(chǎn)生機理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理正演地質(zhì)建模反演定位壓裂效果解釋

微震事件能量弱、頻率高、持續(xù)時間短，因此容易受周圍噪聲影響或遮蔽。鑒于微震資料的這些特點，為了可以精確的進行初至拾取和震源定位，故需要對微震資料進行一系列處理。首先通過預(yù)處理和合理濾波，使過濾背景噪音的微震信號顯示一致；然后選擇有利的微震事件做極化分析和初至拾取，獲取相對震源的方位角和縱橫波時差，同時依據(jù)縱橫波時差建立速度模型，從而達到震源精確定位的目的。3、壓裂監(jiān)測處理方法微地震的頻譜頻率超過1500Hz3、壓裂監(jiān)測處理方法數(shù)據(jù)處理的困難:

▼微震能量弱、頻率高、持續(xù)時間短，因此容易受周圍噪聲影響或遮蔽。

▼不知微震絕對能量;▼速度場測不準:裂縫帶及其周圍膨脹區(qū)地震波速度降低,其速度分布隨時間變化.3、壓裂監(jiān)測處理方法方位角校正3、壓裂監(jiān)測處理方法方位角校正3、壓裂監(jiān)測處理方法方位角校正結(jié)果3、壓裂監(jiān)測處理方法譜分析3、壓裂監(jiān)測處理方法帶通濾波器設(shè)計3、壓裂監(jiān)測處理方法帶通濾波后效果分析3、壓裂監(jiān)測處理方法低通濾波器設(shè)計3、壓裂監(jiān)測處理方法低通濾波后效果分析3、壓裂監(jiān)測處理方法高通濾波器設(shè)計3、壓裂監(jiān)測處理方法高通濾波后效果分析3、壓裂監(jiān)測處理方法帶阻濾波設(shè)計3、壓裂監(jiān)測處理方法帶阻濾波后效果分析3、壓裂監(jiān)測處理方法微震產(chǎn)生機理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理正演地質(zhì)建模反演定位壓裂效果解釋層狀均勻介質(zhì)模型假設(shè)介質(zhì)呈水平層狀分布，每一層內(nèi)介質(zhì)均勻分布，同層速度每個方向上都是相同的。利用測井，地震以及其它方法獲得目標地質(zhì)體的詳細速度分布，確定層狀均勻模型的地層深度H,以及相對應(yīng)地層P波，S波的傳播速度。4、正演地質(zhì)建模XZEZZ1Z2H1H2V0V1V24、正演地質(zhì)建模旅行時求取示意圖4、正演地質(zhì)建模正演模擬流程圖4、正演地質(zhì)建模微震波形組合及初至排列時距曲線成雙曲線狀4、正演地質(zhì)建模正演特征分析微震產(chǎn)生機理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理正演地質(zhì)建模反演定位壓裂效果解釋5、反演定位方法研究縱橫波時差法

當記錄上同時存在同一微地震事件的足夠高信噪比的縱波信號和橫波信號，而且縱、橫波速度都已知時，可采用此方法。設(shè)點Qk(xqk,yqk,zqk)為第K次破裂時的破裂源，Pi(xpi,ypi,zpi)為第i個測點.5、反演定位方法研究同型波時差法當在點記錄的信號上無法確定出S波和P波的到時之差，但不同測點的P波或S波到時可以確定時（以S波到達時可以確定為例），也可以得到求解Qk(xqk,yqk,zqk)的基本方程組：當測點數(shù)大于4時，可由上述方程組求得Qk(xqk,yqk,zqk)。5、反演定位方法研究Geiger修正法由于以上兩種方法操作起來卻比較困難，再加上測量誤差和速度場擾動，其解通常是不穩(wěn)定的。通常的做法是對方程組進行近似和簡化，得到一組近似解，然后再用Geiger法進一步修正，得到震源坐標的精確解。Geiger修正法包含2步，首先利用Tayler展開建立各觀測點的關(guān)于震源參數(shù)（坐標和/或到時）修正量的線性方程組：R為實測到時與初始參數(shù)計算到時之差，是已知量；a，b，c為時距函數(shù)在初始點的偏微分，也是已知量；e是二次以上的高截誤差；σx、σy、σz

、是待求的震源參數(shù)修正量。下一步利用最小二乘原理，令e的平方和最小化，從而建立下列線性方程組：5、反演定位方法研究反射線追蹤定位的基本原理在均勻各向同性介質(zhì)假設(shè)下，微震的P波以較高速度首先到達觀測點（即檢波器位置），其質(zhì)點運動的矢量平行于波的傳播方向，即平行震源到觀測點的徑向矢量r，通過極化分析，故我們可以知道震源與X,Y,Z軸的方位角，如我們知道P波的速度，就可以計算出以檢波器為原點，以平行于震源到檢波器的徑向矢量為方向的射線（如下圖）。5、反演定位方法研究層狀介質(zhì)中反射線定位模型5、微震定位方法研究1、以檢波器坐標（xi,yi,zi）(i=1,2,3,4,5,6,7)為起點，以一個采樣間隔為步長