微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法

微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法

—宋維琪著石油與天然氣工程——李彬?qū)W號(hào)—111182走自己路微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第1頁(yè)微地震監(jiān)測(cè)方法（井中監(jiān)測(cè)和地面監(jiān)測(cè)）微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第2頁(yè)微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)作用1）與壓裂作用同時(shí)，快速監(jiān)測(cè)壓裂裂縫產(chǎn)生，方便現(xiàn)場(chǎng)使用；2）實(shí)時(shí)確定微地震事件發(fā)生位置；3）確定裂縫高度、長(zhǎng)度、傾角及方位；4）直接判別超出儲(chǔ)層、產(chǎn)層裂縫過(guò)分?jǐn)U展造成裂縫網(wǎng)絡(luò)；5）監(jiān)測(cè)壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍；6）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示裂縫三維空間展布；7）計(jì)算儲(chǔ)層改造體積；8）評(píng)價(jià)壓裂作業(yè)效果；9）優(yōu)化壓裂方案；微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第3頁(yè)微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)作用10）識(shí)別引發(fā)儲(chǔ)層分區(qū)或過(guò)早見水流動(dòng)通道和路線斷層（滲漏斷層）結(jié)構(gòu)；11）識(shí)別裂縫儲(chǔ)層流體流動(dòng)各向異性井確定井位；12）提供流體壓力前緣移動(dòng)實(shí)時(shí)三維監(jiān)測(cè)；13）幫助確定新注采井位；14）識(shí)別潛在井眼不穩(wěn)定性區(qū)域；15）建立油藏預(yù)測(cè)模型；微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第4頁(yè)地震監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)1）微地震監(jiān)測(cè)采集技術(shù)2）微地震資料去噪技術(shù)；3）微地震事件識(shí)別技術(shù)；4）微地震震源定位技術(shù)；5）微地震監(jiān)測(cè)裂縫解釋技術(shù)；微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第5頁(yè)微地震資料去噪技術(shù)1.得到微地震數(shù)據(jù)資料；多窗譜極化濾波方法2.進(jìn)行濾波去噪處理改進(jìn)自適應(yīng)濾波方法此步驟在于凸顯高階矩方法有效信號(hào)和噪音信號(hào)能量差異，然后依據(jù)其差異特征進(jìn)行事件判斷識(shí)別。而且，有利于識(shí)別地震信號(hào)初至信息。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第6頁(yè)微地震事件自動(dòng)識(shí)別3.微地震事件自動(dòng)識(shí)別與微地震波初至拾取一樣，都是利用有效微地震波與背景噪聲差異來(lái)實(shí)現(xiàn)。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第7頁(yè)識(shí)別方法能量分析技術(shù)是應(yīng)用最廣泛一個(gè)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)：

基于長(zhǎng)短時(shí)窗能量比法：缺點(diǎn)：在地震信噪比比較低情況下輕易出現(xiàn)誤拾、漏時(shí)情況。

偏振特征：優(yōu)點(diǎn)：區(qū)分地震信號(hào)，比較理想克服隨機(jī)噪聲影響，在已知信號(hào)偏振特征情況下對(duì)相關(guān)噪聲也有一定適用性。缺點(diǎn)：本身沒有一定尺度，無(wú)法進(jìn)行單獨(dú)信號(hào)有效檢測(cè)。

分形分維：缺點(diǎn)：難以克服低信噪比影響；拾取過(guò)程中必須插值，而且結(jié)果強(qiáng)烈依靠插值準(zhǔn)確性；另外，分形分維對(duì)時(shí)窗長(zhǎng)度選擇十分敏感，稍有不慎就會(huì)嚴(yán)重影響其后果。

自回歸理論：缺點(diǎn)：該方法在信噪比低情況下準(zhǔn)確度也會(huì)下降，而且在純?cè)肼暥我矔?huì)出現(xiàn)最小值，從而無(wú)法判斷數(shù)據(jù)段中是否存在有效信號(hào)。自動(dòng)拾取方法：能量比—偏振法

微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第8頁(yè)微地震事件識(shí)別技術(shù)4.微地震事件震相識(shí)別意義：怎樣有效地利用S波對(duì)應(yīng)初至信息，來(lái)準(zhǔn)確定位微地震事件位置。所以，要反演定位微地震事件位置，首先要在微地震統(tǒng)計(jì)上有效識(shí)別出微地震事件震相到底為P波還是S波。利用給定觀察系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際資料特征，經(jīng)過(guò)定量極值討論方法，求取理論P(yáng)波、S波時(shí)差分布范圍，相鄰道時(shí)差改變規(guī)律特征研究，同時(shí)經(jīng)過(guò)討論P(yáng)波、S波事件偏振特征，能夠有效區(qū)分P波、S波事件震相，為下一步微地震事件反演奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)這兩個(gè)主要方法，能夠快速準(zhǔn)確識(shí)別所碰到微地震事件震相，提升反演精度同時(shí)，也為后續(xù)解釋工作提供了更多參考信息。為微地震事件反演奠定了基礎(chǔ)微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第9頁(yè)微地震事件識(shí)別技術(shù)5.微地震反演模型建立波動(dòng)正演特點(diǎn)是能夠在不一樣介質(zhì)條件下，對(duì)波場(chǎng)傳輸過(guò)程中相位、振幅、頻率等改變規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確模擬，真實(shí)反應(yīng)波動(dòng)力學(xué)特征。普通情況下，基于波動(dòng)方程正演方法能夠適應(yīng)各種復(fù)雜模型，本書中采取迭代法射線追蹤方法建立模型。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第10頁(yè)微地震事件識(shí)別技術(shù)迭代法射線追蹤經(jīng)過(guò)計(jì)算透射波、反射波、折射波時(shí)差規(guī)律及振幅特征，能夠?qū)ξ⒌卣鸾y(tǒng)計(jì)中有效事件識(shí)別、處理、反演進(jìn)行指導(dǎo)。在給定速度結(jié)構(gòu)下，經(jīng)過(guò)模擬對(duì)應(yīng)微地震事件走時(shí)特征，識(shí)別有效事件，對(duì)干擾進(jìn)行處理，既能為有效事件自動(dòng)識(shí)別提供依據(jù)，又能夠確保反演計(jì)算精度，所以，對(duì)于準(zhǔn)確微地震定位技術(shù)發(fā)展含有非常主要意義。迭代法射線追蹤計(jì)算速度快，精度高，對(duì)復(fù)雜模型適應(yīng)性強(qiáng)，適于交互計(jì)算，能夠滿足微地震反演計(jì)算要求。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第11頁(yè)微地震事件識(shí)別技術(shù)6.微地震反演算法反演是地球物理學(xué)基本問(wèn)題，對(duì)推測(cè)未知參數(shù)、確定未知結(jié)構(gòu)含有十分主要意義；在微地震監(jiān)測(cè)過(guò)程中，最終裂縫屬性確實(shí)定也是由微地震事件反演來(lái)完成，所以，引進(jìn)一個(gè)穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確、結(jié)果可靠反演方法，是微地震監(jiān)測(cè)研究要重點(diǎn)處理問(wèn)題之一。主要介紹以下幾個(gè)算法：

（1.網(wǎng)格搜索法（2.共軛梯度法（3.遺傳算法（4.解域約束下網(wǎng)格搜索法與遺傳算法聯(lián)合反演微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第12頁(yè)網(wǎng)格搜索法網(wǎng)格搜索法是基于枚舉算法，也就是在設(shè)定搜索空間內(nèi)，按照一定規(guī)則（失配函數(shù)），去尋找適合這一規(guī)則最優(yōu)解空間。以后，人們研究發(fā)覺，機(jī)械搜索設(shè)定區(qū)域使得計(jì)算量增大，實(shí)現(xiàn)起來(lái)效率較低，所以，提出各種變網(wǎng)格搜索方法，主要是利用失配函數(shù)值大小進(jìn)行約束，采取粗細(xì)網(wǎng)格相結(jié)合方法，在初始搜索時(shí)，采取較大網(wǎng)格進(jìn)行搜索，在靠近優(yōu)解時(shí)，逐步改變網(wǎng)格大小，直到滿足誤差精度為止。缺點(diǎn)：適合用于反演模型參數(shù)比較少情況，不然當(dāng)模型參數(shù)數(shù)目比較多時(shí)，對(duì)應(yīng)要搜索模型點(diǎn)數(shù)目也會(huì)急劇增加；另外，進(jìn)行分層次網(wǎng)格搜索能夠降低搜索總數(shù)，并使搜索到達(dá)較高精度，不過(guò)當(dāng)初始搜索網(wǎng)格過(guò)于稀疏時(shí)，有可能將搜索導(dǎo)向錯(cuò)誤點(diǎn)附近，而且當(dāng)失配函數(shù)出現(xiàn)多個(gè)極小值時(shí)，上述錯(cuò)誤引導(dǎo)可能性會(huì)大大增加。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第13頁(yè)網(wǎng)格搜索法優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)格搜索法思緒直觀，編程簡(jiǎn)單。對(duì)于微地震實(shí)際資料反演，網(wǎng)格搜索法易于實(shí)現(xiàn)，能夠很快找到解分布規(guī)律，初步限定搜索區(qū)間作為后續(xù)處理?xiàng)l件。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第14頁(yè)共軛梯度法共軛梯度法與牛頓法、最速下降法一樣都是利用目標(biāo)函數(shù)存在梯度信息進(jìn)行迭代求取最優(yōu)解方法，收斂速度較快，不過(guò)比較輕易陷入局部極值點(diǎn)，其解過(guò)程極大依賴于初始反演參數(shù)設(shè)定，所以，構(gòu)建穩(wěn)定目標(biāo)函數(shù)，巧妙設(shè)定迭代初至，對(duì)于成功實(shí)現(xiàn)共軛梯度法反演至關(guān)主要。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第15頁(yè)遺傳算法優(yōu)點(diǎn)：不是從單個(gè)點(diǎn)，而是從多個(gè)個(gè)體組成種群為單位開始搜索，也就是說(shuō)，最優(yōu)解搜索過(guò)程是多維，所以，對(duì)偶然出現(xiàn)奇異值點(diǎn)有著很強(qiáng)適應(yīng)性；在搜索最優(yōu)解過(guò)程中，只需要由目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算得到適應(yīng)值即可，不需要定義目標(biāo)函數(shù)及其所對(duì)應(yīng)梯度等其它輔助信息；交叉、變異等遺傳學(xué)算法機(jī)制使得搜索過(guò)程不易陷入局部最有點(diǎn)。缺點(diǎn)：遺傳操作過(guò)程中，主要算法參數(shù)選擇對(duì)于反演結(jié)果影響很大，既影響反演速度又影響反演精度。也就說(shuō)在微地震事件反演過(guò)程中，假如任意定義反演搜索范圍，任意定義算子等，那么遺傳算法反演效率與精度都會(huì)發(fā)生很大改變。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第16頁(yè)解域約束下網(wǎng)格搜索法與遺傳算法聯(lián)合反演網(wǎng)格搜索法微地震反演適合用于參數(shù)較少情況下，且對(duì)初至擾動(dòng)適應(yīng)性較差，不過(guò)其快速、結(jié)果收斂特點(diǎn)能夠作為一個(gè)粗略定位伎倆。共軛梯度法搜索過(guò)程比較快速、便捷、收斂性很好，不過(guò)因?yàn)樗惴ㄖ貜?fù)迭代特征，對(duì)于初始值選擇要求比較高，輕易陷入局部極值點(diǎn)。遺傳算法在其整個(gè)搜索過(guò)程中，不包括導(dǎo)數(shù)等其它輔助信息計(jì)算，經(jīng)過(guò)不停選擇、交叉、變異操作，既能使優(yōu)異個(gè)體得到最大程度繼承選擇，又能經(jīng)過(guò)不停交叉使個(gè)體愈加趨于優(yōu)異；同時(shí)，變異又能產(chǎn)生新個(gè)體，豐富了解搜索范圍，對(duì)于實(shí)際微地震反演個(gè)體來(lái)說(shuō)，反演結(jié)果準(zhǔn)確，方法適應(yīng)性好，不過(guò)其對(duì)算法中一些參數(shù)設(shè)定依賴性較強(qiáng)，需要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行不停試驗(yàn)，才能得到最優(yōu)反演結(jié)果。所以結(jié)合網(wǎng)格搜索法和遺傳算法優(yōu)勢(shì)，對(duì)于搜索法反演結(jié)果從解概率分布角度進(jìn)行分析，得出真解分布區(qū)間。據(jù)此，設(shè)定遺傳算法參數(shù)，對(duì)于微地震事件進(jìn)行反演，大大提升了計(jì)算速度和精度，對(duì)于準(zhǔn)確定位微地震事件含有主要意義。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第17頁(yè)微地震事件識(shí)別技術(shù)7.反演碰到兩個(gè)問(wèn)題（1.實(shí)際S波微地震事件反演處理實(shí)際微地震資料時(shí)，發(fā)覺壓裂后期統(tǒng)計(jì)微震事件中，多數(shù)事件同相軸都出現(xiàn)了S波同相軸能量相對(duì)較強(qiáng)P波同相軸缺失情況，而且這些事件多集中在靠近監(jiān)測(cè)井范圍內(nèi)，分析其主要原因：1.水力壓裂時(shí)，因?yàn)樘厥庹鹪礄C(jī)制，出現(xiàn)了只產(chǎn)生S波沒有產(chǎn)生P波情況；2.在水力壓裂后期，因?yàn)镾波速度相對(duì)P波較小，所以，檢波器收到P波、S波不是對(duì)應(yīng)出現(xiàn)P波、S波首波，可能為S波首波和與其對(duì)應(yīng)P波續(xù)至波，這么，S波首波相對(duì)于P波續(xù)至波，這么，S波首波相對(duì)于P波續(xù)至波能量會(huì)比較強(qiáng)，從而湮沒了續(xù)至P波同相軸信息。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第18頁(yè)微地震事件識(shí)別技術(shù)7.反演碰到兩個(gè)問(wèn)題（2.對(duì)初至波敏感性問(wèn)題反演方法對(duì)初至敏感性是實(shí)際微地震事件反演中困擾我們主要問(wèn)題之一。比如，網(wǎng)格搜索法對(duì)初至就很敏感，對(duì)事件反演真解影響很大。對(duì)待實(shí)際微地震資料，主要從以下幾個(gè)方面來(lái)改進(jìn)反演對(duì)初至敏感性問(wèn)題。（1）選擇適應(yīng)性更高反演算法。比如前面聯(lián)合反演方法提出，結(jié)合遺傳算法穩(wěn)定特點(diǎn)，解域評(píng)價(jià)方法能夠?qū)τ诮夥植甲龀鰷?zhǔn)確預(yù)計(jì)，能夠提升實(shí)際微震反演對(duì)于初至敏感影響適應(yīng)性。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第19頁(yè)微地震事件識(shí)別技術(shù)（2）依據(jù)采集到實(shí)際資料特點(diǎn)，依據(jù)不一樣檢波器采集到信號(hào)強(qiáng)弱，采取不一樣加權(quán)系數(shù)，放大信噪比強(qiáng)道信號(hào)在反演約束表示式中比重，減小信噪比低道信號(hào)在反演約束中作用。（3）構(gòu)建穩(wěn)定單值約束函數(shù)，預(yù)防偽根出現(xiàn)。采取相鄰兩道初至旅行時(shí)差值最小二乘平方準(zhǔn)則作為約束條件，為增加改變顯著性，采取指數(shù)函數(shù)來(lái)構(gòu)建約束表示式。在解選擇上，首先要求相鄰道時(shí)差要同時(shí)小于某一設(shè)定閾值，不然舍棄掉，然后以時(shí)差均值作為迭代反演判斷標(biāo)準(zhǔn)，最大程度防止奇異解，提升反演解可靠性。（4）將有效微地震事件波場(chǎng)向監(jiān)測(cè)井方向延拓，增大對(duì)應(yīng)鄰道間時(shí)差規(guī)律改變趨勢(shì)。而且針對(duì)速度改變，提出了速度與位置聯(lián)合反演方法。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第20頁(yè)微地震解釋方法(震源性質(zhì)）在分析微地震震源性質(zhì)、特征基礎(chǔ)上，討論了微地震屬性分析與提取方法、裂縫解釋聚類方法。依據(jù)施工資料與地質(zhì)資料等，分析裂縫分析特點(diǎn)，并對(duì)壓裂效果進(jìn)行相關(guān)解釋評(píng)價(jià)。與天然地震類似，微地震震源性質(zhì)能夠經(jīng)過(guò)對(duì)有效事件信號(hào)特征分析來(lái)研究，比如能夠依據(jù)微地震事件振幅與動(dòng)量來(lái)確定裂縫大小及方向、斷面傾向等原因。假如在含有多口監(jiān)測(cè)井條件下還能夠得到裂縫容積和擴(kuò)張性等性質(zhì)，對(duì)震源機(jī)制分析充分利用縱波和橫波特征進(jìn)行討論。單個(gè)微地震事件是由水力壓裂產(chǎn)生裂縫破裂產(chǎn)生，不過(guò)在壓裂過(guò)程中裂縫不會(huì)單個(gè)產(chǎn)生，而是沿著裂縫發(fā)育或者以主裂縫為中心向周圍生產(chǎn)出多個(gè)子裂縫，甚至?xí)霈F(xiàn)一個(gè)裂縫發(fā)生多個(gè)微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第21頁(yè)微地震解釋方法（震源性質(zhì)）微地震事件情況。在這種情況下，在空間上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)一個(gè)裂縫簇（震源多于兩個(gè)），在每個(gè)裂縫簇中每個(gè)裂縫破裂時(shí)所產(chǎn)生微地震信號(hào)在微地震監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)中波形都會(huì)含有一定相同性。通常情況下，單條裂縫對(duì)儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間和滲濾通道并沒有實(shí)際意義，只有那些局部區(qū)域產(chǎn)生破壞，形成一組裂縫群或裂縫系統(tǒng)才能改進(jìn)和提升儲(chǔ)集層物性。普通情況下，在同一地質(zhì)時(shí)代、同一結(jié)構(gòu)環(huán)境下，所形成群體裂縫，其發(fā)育強(qiáng)度、群體平均方位、力學(xué)性質(zhì)都有優(yōu)勢(shì)趨向，盡管單條裂縫之間可能存在較大差異，但對(duì)儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間和滲流通道是由裂縫系平均性質(zhì)決定。微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第22頁(yè)微地震解釋方法（微地震屬性分析與提取方法）常規(guī)微地震屬性：振幅、速度、時(shí)間、AVO、頻率時(shí)間屬性極值技術(shù)確定偏振角偏振屬性直方圖技術(shù)計(jì)算偏振角矢端曲線求取偏振角微地震監(jiān)測(cè)新技術(shù)與新方法第23頁(yè)微地震震源定位技術(shù)1.