CN102565855B

CN102565855B - 油田压裂地面微地震数据处理方法

Info

Publication number: CN102565855B
Application number: CN201210000173.4A
Authority: CN
Inventors: 陈祖斌; 孙锋; 林君; 张林行
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2012-01-02
Filing date: 2012-01-02
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-01-02
Also published as: CN102565855A

Abstract

本发明涉及一种油田压裂地面微地震数据处理方法。将主机和多个从机布置在井场附近，各从机通过无线AP与主机进行连接，将从机采集到的地震信号实时发送到主机中；将各个从机的时间信息代入到微地震事件反演定位方程，得到微地震事件的三维坐标。根据微地震事件的三维坐标，通过该方位坐标在计算机软件中拟合成微地震事件曲面，进而得到油井压裂裂缝走向图。解决了地面方式进行油田压裂监测的有效性问题，解决了精确判断微地震事件到时问题，解决了原始信号信噪比低，微地震信号能量弱，难以有效进行判断的难题。通过对每台从机采集信号的计算分析，有效的验证单台从机采集的微地震信号的有效性，实现了对油田压裂的地面监测。

Description

油田压裂地面微地震数据处理方法

技术领域：

本发明涉及一种地面监测油井压裂的数据处理方法，尤其是油田压裂地面微地震数据处理方法。

背景技术：

目前我国油田低渗透油田改造主要采取的是压裂技术，以提高近井地带渗透率，增加油井产量。由于地层条件和压裂方法的差异，导致压裂裂缝方位和缝长的不同，所以需要监测手段来了解压裂效果，以指导压裂施工，为油田改造增产提供依据。

压裂监测对于油田增产具有重要意义。

西方发达国家对于微震监测均开展了研究，微震成像方法是热点也是难点，目前正在不断的完善中。国外多家石油公司如斯伦贝谢、南非ISS、微震公司等均在微震监测技术方面投入了大量的人力物力，目前仍对此项技术进行研究。其中多采用的是井中监测的方式，此种方式监测成本高，并且要求压裂井附近必须有监测井，对于实际现场施工要求难度过高。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种针对油田压裂监测的地面微地震数据处理方法。

地面微地震数据处理方法包括下述顺序和步骤：

a、将主机和多个从机布置在井场附近，各从机通过无线AP与主机进行连接，将从机采集到的地震信号实时发送到主机中；

b、根据从机采集到的原始信号S(t)，将此信号进行功率谱分析，得到原始信号S(t)的频率谱图；

c、根据S(t)的频率谱图，模拟出相关地震波Sa(t)，并将此相关地震波Sa(t)进行保存；

d、完成相关地震波Sa(t)的模拟后，将原始信号S(t)进行滤波，将原始信号中与有用信号无关的噪声信号进行滤除后，对滤波后的信号与相关地震波Sa(t)进行互相关处理，得到相关结果X(t)，通过互相关处理提高信号的信噪比；

e、对相关结果X(t)进行短长时窗能量比分析，设定短时窗和长时窗的长度及步进长度，通过设定的阈值与短时窗和长时窗的比值来比较确定微地震事件到达从机的时间；

f、将各个从机的时间信息保存，代入到微地震事件反演定位方程中进行计算，得到微地震事件的三维坐标。

e、根据微地震事件的三维坐标，描述出微地震事件震源点的位置，通过该方位坐标在MATLAB计算机软件中描绘出一系列微地震事件的过程，拟合成微地震事件曲面，进而得到油井压裂裂缝走向图。

有益效果：解决了地面方式进行油田压裂监测的有效性问题，通过长短时窗比值寻找微地震事件到达时间的方式，可以有效的解决微地震事件处理过程中精确判断微地震事件到时问题，通过模拟地震波与原始信号进行相关的方式，解决了原始信号信噪比低，微地震信号能量弱，难以有效进行判断的难题。针对从机系统，通过此种方式可以有效的扩展从机的数量，并且通过对每台从机采集信号的计算分析，可以有效的验证单台从机采集的微地震信号的有效性，实现了对油田压裂的地面监测。

附图说明：

图1油田压裂地面微地震数据处理方法流程图

图2短长时窗能量比提取到时信息示意图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例作进一步详细说明：

油田压裂地面微地震数据处理方法包括下述顺序和步骤：

将数据处理过程分为信号预处理、信号提取、震源定位及三维图像模拟四部分。

信号预处理和提取信号过程又可细分为主要的五小部分，如地震中常见的功率谱分析，滤除噪声提取信号的滤波处理，地震子波模拟技术，基于相似性原理的互相关提高信噪比，比较短时窗与长时窗能量值提取相对到时时间差。微地震信号处理作为求解震源位置重要的一步，相应的处理过程可查看信号处理流程图1所示。

微地震波在行走过程中，振动幅值逐渐变小，数据监测时间长。根据微地震监测中实际情况分析，系统中本身的噪声源，其振动噪声的频带主要集中于50Hz以下。而多振动噪声样本呈非高斯分布，尤其是低频段噪声非高斯性明显，如压裂车启动时，一般为是固定低频信号，或者可能与压裂微地震信号差别不大的人走动干扰。高频段的噪声成分趋向于高斯分布，如风的干扰。结合微地震数据噪声的特点，在预处理中，选择一维频率域滤波器。

借用对信号功率谱的分析，提取准确的频率域。可以较好地表示地震波特征。

利用相关检测技术，能有效排除干扰和不确定因素，提取出微地震波。

当拾震器拾取由震源激震所引起的信号时，虽然源信号在传播过程中，受到路径等因素的影响，并叠加许多干扰噪声，但由于这种噪声通常不与源信号同频，即源信号与这些干扰信号的互相关函数很小，因而将源信号与拾震器信号进行互相关计算时，与源信号同频的激震信号就可以识别出来，从而确定源到拾震器之间的传播时间，所以利用相关性，计算两个记录信号的互相关函数，能比较准确的求得两个记录信号的走时时间差。相关检测技术在微地震信号提取处理中显示出明显的效果。

数据相关处理结束后，如何对相关的效果进行定义，即探测事件是否到来。通常，地震事件都带有噪声，但信号其幅度和频率不同于噪声，经过相关处理后，信号加强，噪声削弱。为了探测地震事件到时，在一个特定的频率带中，计算出能量特征比A。针对每个检波器的采集数据的绝对值，计算在可调节长度的移动的时间窗中短时窗和长时窗平均值。其中，LTA为长时窗信号平均值，代表缓慢信号能量，STA为短时窗信号平均值，代表突变信号的能量，A＝STA/LTA。其原理为用STA(信号短时平均值)和LTA(信号长时平均值)之比来反映信号能量的变化，在信号到达时，STA相对LTA变化剧烈，当达到一定阈值时，可认为是信号的到来，记录此时的时间为相对初至到时。

由于递归的STA/LTA算法具有速度快和结果比较平滑特点，在实际中应用比较普遍，故采用递归比值计算。STA/LTA的计算公式如下：假设地震信号序列为X_n，

STA (n) = (Σ_{i = n - m}^{n} | X_{i} |) / m

LTA (n) = (Σ_{i = n - l}^{n} | X_{i} |) / l

其中m为短时窗内包含的数据点，若采样间隔为dt，则短时窗的时间长度T_m为(dt*m)；同样的，1为长时窗内包含的数据点，则长时窗的时间长度T_l为(dt*l)，在实际运算中，以每个点X_n的STA除以LTA，如果这个比值大于事先设定的阈值，可以认为一个微地震事件到来。因此STA和LTA时间窗长的选取对计算结果的精度也有很大的关系，其值的选取需结合特征函数的特点和TA/LTA计算方法来确定。

不同监测记录上的地震数据，对相同震源记录时，可以监测到相同的信号，利用信号到不同监测站之间的走时差，定位微地震事件。在同一层中的P波速度是常数(Vp＝Const)，P波的走时时差为Δt＝ΔR/Vp，

r_{i} = \sqrt{{(X_{i} - X_{0})}^{2} + {(Y_{i} - Y_{0})}^{2} + {(Z_{i} - Z_{0})}^{2}}

表示事件(x₀，y₀，z₀)和接收器位置(x_i，y_i，z_i)，如果有6个监测站，其时间差方程式如下，

T_{1} - T_{0} = \sqrt{{(X_{1} - X_{0})}^{2} + {(Y_{1} - Y_{0})}^{2} + {(Z_{1} - Z_{0})}^{2}} / V_{p}

T_{2} - T_{0} = \sqrt{{(X_{2} - X_{0})}^{2} + {(Y_{2} - Y_{0})}^{2} + {(Z_{2} - Z_{0})}^{2}} / V_{p}

T_{3} - T_{0} = \sqrt{{(X_{3} - X_{0})}^{2} + {(Y_{3} - Y_{0})}^{2} + {(Z_{3} - Z_{0})}^{2}} / V_{p}

T_{4} - T_{0} = \sqrt{{(X_{4} - X_{0})}^{2} + {(Y_{4} - Y_{0})}^{2} + {(Z_{4} - Z_{0})}^{2}} / V_{p}

T_{5} - T_{0} = \sqrt{{(X_{5} - X_{0})}^{2} + {(Y_{5} - Y_{0})}^{2} + {(Z_{5} - Z_{0})}^{2}} / V_{p}

T_{6} - T_{0} = \sqrt{{(X_{6} - X_{0})}^{2} + {(Y_{6} - Y_{0})}^{2} + {(Z_{6} - Z_{0})}^{2}} / V_{p}

ΔT₂＝T₂-T₁

ΔT₃＝T₃-T₁

ΔT₄＝T₄-T₁

ΔT₅＝T₅-T₁

ΔT₆＝T₆-T₁

式中，T₁-T₆是各分站之间的相对时间差，T₀是发震时刻，(X₀，Y₀，Z₀)为微地震震源空间坐标，(X₁，Y₁，Z₁)....(X₆，Y₆，Z₆)是分站坐标，V_p是P波波速。T₀，X₀，Y₀，Z₀是待求的未知数。未知数的个数少于方程个数，方程组是可解的，最少分站数是四个。

通过此种方式可以确定微地震事件的三维坐标，再通过数值模拟可以将不同时间点发生的微地震事件进行拟合得到最终的油井压裂裂缝走向图。

Claims

1. 一种油田压裂监测的地面微地震数据处理方法，其特征在于，包括下述顺序和步骤：

a、将主机与一个以上从机布置在井场附近，各从机通过无线AP与主机进行通讯，将从机采集到的地震信号实时发送到主机中；

f、将各个从机的时间信息保存，代入到微地震事件反演定位方程中进行计算，得到微地震事件的三维坐标；

e、根据微地震事件的三维坐标，描述出微地震事件震源点的位置，通过该三维坐标在MATLAB计算机软件中描绘出一系列微地震事件的过程，拟合成微地震事件曲面，进而得到油井压裂裂缝走向图。