CN104749626B - 微地震事件点的定位方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种微地震事件点的定位方法，包括：(a)根据声波测井资料、预定射孔到检波器的横波初至时间和预定射孔到检波器的纵波初至时间确定横波速度模型和纵波速度模型；(b)根据所述横波速度模型、所述纵波速度模型、待定位的微地震事件点到各检波器的纵波实际初至时间、待定位的微地震事件点到各检波器的横波实际初至时间来确定关于微地震事件点的位置的目标函数；(c)将确定的目标函数进行迭代运算来确定待定位的微地震事件点的位置。根据本发明示例性实施例的微地震事件点的定位方法规避了只采用纵波信息的定位数据在深度方向上分辨率较低的问题，提高了微地震定位精度。
Description
技术领域
本发明总体说来涉及微地震地面监测技术领域，更具体地讲，涉及一种微地震事件点的定位方法。
背景技术
目前，在水力压裂微地震地面监测技术领域，微地震事件点定位技术一般采用基于层状速度模型或均匀速度模型，对于地下构造较为简单、速度横向变化较小的压裂井区，可以进行准确的地位，而对于深部地层、地下构造较复杂或速度横向变化较为剧烈的压裂井区则存在较为明显的定位误差；在定位方法上，一般采用纵波能量叠加的方式，这样将使得定位数据在深度方向上分辨率较低。
发明内容
本发明的示例性实施例在于提供一种微地震事件点的定位方法，其能够解决现有的微地震事件点定位方法的定位数据在深度方向上分辨率较低以及针对深部地层、地下构造较复杂或速度横向变化较为剧烈的压裂井区定位精度不高的问题。
本发明示例性实施例提供一种微地震事件点的定位方法，包括：(a)根据声波测井资料、预定射孔到检波器的横波初至时间和预定射孔到检波器的纵波初至时间确定横波速度模型和纵波速度模型，其中，所述横波速度模型指示微地震事件点到检波器的横波速度与微地震事件点的位置以及微地震事件点的位置相对于检波器的出射角之间的关系，所述纵波速度模型指示微地震事件点到检波器的纵波速度与微地震事件点的位置以及微地震事件点的位置相对于检波器的出射角之间的关系，所述出射角为微地震事件点的位置与检波器的位置之间的连线与竖直方向之间的夹角；(b)根据所述横波速度模型、所述纵波速度模型、待定位的微地震事件点到各检波器的纵波实际初至时间、待定位的微地震事件点到各检波器的横波实际初至时间来确定关于微地震事件点的位置的目标函数；(c)将确定的目标函数进行迭代运算来确定待定位的微地震事件点的位置。
在上述方法中，所述纵波速度模型可以为：
其中，表示微地震事件点到检波器的纵波速度，为纵波递归速度，(X,Y,Z)表示微地震事件点的位置的坐标，θ表示微地震事件点的位置相对于检波器的出射角，和表示纵波速度模型的拟合系数，其中，根据声波测井资料确定。
在上述方法中，和可以通过以下方式来确定：将预定射孔到各检波器的纵波速度作为将预定射孔的位置的坐标作为(X,Y,Z)、将预定射孔相对于各检波器的出射角作为θ代入到所述纵波速度模型中组成方程组，再通过求解所述方程组来确定 和其中，预定射孔到各检波器的纵波速度根据所述预定射孔到各检波器的距离与所述预定射孔到各检波器纵波初至时间确定。
在上述方法中，所述横波速度模型可以为：
其中，表示微地震事件点到检波器的横波速度，为横波递归速度，(X,Y,Z)表示微地震事件点的位置的坐标，θ表示微地震事件点的位置相对于检波器的出射角，和表示横波速度模型的拟合系数，其中，根据声波测井资料确定。
在上述方法中，和可以通过以下方式来确定：将预定射孔到各检波器的横波速度作为将预定射孔的位置的坐标作为(X,Y,Z)、将预定射孔相对于各检波器的出射角作为θ代入到所述横波速度模型中组成方程组，再通过求解所述方程组来确定 和其中，预定射孔到各检波器的横波速度根据所述预定射孔到各检波器的距离与所述预定射孔到各检波器的横波初至时间确定。
在上述方法中，在步骤(b)中确定的目标函数可以为：
其中，
(X,Y,Z)表示当前确定的微地震事件点的位置的坐标，Δ＝[ΔX，ΔY，ΔZ]T，R表示检波器的数量，m表示检波器的编号，N表示射孔的数量，i和j表示射孔的编号，r表示第i个、第j个射孔的位置的连线的斜率，Zi和Zj分别表示第i个射孔和第j个射孔的深度，Ω为权重系数，当射孔的数量N＝1时，Ω为零，(Xm,Ym,Zm)表示第m个检波器的位置的坐标，dm表示从当前确定的微地震事件点的位置到第m个检波器的距离，和分别表示根据所述横波速度模型和所述纵波速度模型计算得到的当前确定的微地震事件点到第m个检波器的横波速度和纵波速度，和分别表示待定位的微地震事件点到各检波器的纵波实际初至时间和横波实际初至时间。
在上述方法中的步骤(c)中，在初始迭代运算中，(X,Y,Z)为预定射孔的位置的坐标，Ω为零,在后续迭代运算中，下次迭代运算的微地震事件点的位置的坐标为(X+ΔX,Y+ΔY,Z+ΔZ)，Ω的值需满足以下关系式：
在上述方法中，在步骤(c)中的每一次迭代运算中，可通过对目标函数进行最小化求解来求取Δ。
在上述方法中的步骤(c)中，当Δ小于预定阈值时，停止迭代运算。
在上述方法中，所述预定射孔可以为离压裂点最近的射孔。
在根据本发明示例性实施例的微地震事件点的定位方法中，基于拟各向异性的横波速度模型、纵波速度模型以及微地震事件的纵波和横波信息来对微地震事件点进行定位，规避了只采用纵波信息的定位数据在深度方向上分辨率较低的问题，提高了微地震定位精度，能够在深部地层、地下构造较为复杂或速度横向变化较为剧烈的压裂井区精准地定位微地震事件点，为非常规油气藏压裂作业提供了可靠的指导。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明示例性实施例的微地震事件点的定位方法的流程图；
图2出示出根据本发明示例性实施例的确定速度模型的示意图；
图3示出示出根据本发明示例性实施例的迭代求取待定位的微地震事件点的位置的示意图。
具体实施方式
现将详细参照本发明的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述示例性实施例，以便解释本发明。
图1示出根据本发明示例性实施例的微地震事件点的定位方法的流程图。
参照图1，在步骤S10，根据声波测井资料、预定射孔到检波器的横波初至时间和预定射孔到检波器的纵波初至时间确定横波速度模型和纵波速度模型。这里，横波速度模型指示微地震事件点到检波器的横波速度与微地震事件点的位置以及微地震事件点的位置相对于检波器的出射角之间的关系。纵波速度模型指示微地震事件点到检波器的纵波速度与微地震事件点的位置以及微地震事件点的位置相对于检波器的出射角之间的关系。所述出射角为微地震事件点的位置与检波器的位置之间的连线与竖直方向之间的夹角。作为示例，所述预定射孔可以是离压裂点最近的射孔。
由于所述横波速度模型和纵波速度模型中都包括了微地震事件点的位置相对于检波器的出射角，体现了速度在方向上的差异，因此，所述横波速度模型和纵波速度模型都属于拟各向异性速度模型，对于深部地层、地下构造较复杂或速度横向变化较为剧烈的压裂井区，能够准确地计算出微地震事件点到检波器的纵波速度和横波速度。
作为示例，在步骤S10确定的纵波速度模型可以为：
其中，表示微地震事件点到检波器的纵波速度，为纵波递归速度，(X,Y,Z)表示微地震事件点的位置的坐标，θ表示微地震事件点的位置相对于检波器的出射角，和表示纵波速度模型的拟合系数，其中，根据声波测井资料确定。应该理解，可使用现有的各种方式根据监测井的声波测井资料来获取初始纵波递归速度，在此不再赘述。
作为示例，和通过以下方式来确定：将预定射孔到各检波器的纵波速度作为将预定射孔的位置的坐标作为(X,Y,Z)、将预定射孔相对于各检波器的出射角作为θ代入到上述纵波速度模型中组成方程组，再通过求解所述方程组来确定 和预定射孔相对于各检波器的出射角为预定射孔的位置与检波器的位置之间的连线与竖直方向之间的夹角。所述预定射孔到各检波器的纵波速度根据所述预定射孔到各检波器的距离与所述预定射孔到各检波器纵波初至时间确定。具体说来，可通过将所述预定射孔到各检波器的距离除以所述预定射孔到各检波器纵波初至时间计算得到预定射孔到各检波器的纵波速度。所述预定射孔到各检波器纵波初至时间可由各检波器监测到的射孔数据来确定。
具体说来，如图2所示的根据本发明示例性实施例的确定速度模型的示意图，在确定纵波速度模型中的拟合系数时，可将预定射孔S的位置的坐标、预定射孔S到检波器B的纵波速度、预定射孔S相对于该检波器B的出射角θ1代入纵波速度模型得到一个关于和的方程；再将预定射孔S的位置的坐标、预定射孔S到检波器C的纵波速度、预定射孔S相对于该检波器C的出射角θ2代入纵波速度模型得到另一个关于和的方程；相应地，按照上述方式可得到预定数量的关于和的方程。
应该理解，还可通过其他适合的方式确定系数 和对此不作限制。
此外，应该理解，根据本发明示例性实施例的纵波速度模型不限于上述式(1)所示的表达式，还可以是其他指示微地震事件点到检波器的纵波速度与微地震事件点的位置以及微地震事件点的位置相对于检波器的出射角之间的关系的表达式。
作为示例，在步骤S10确定的横波速度模型可以为：
其中，表示微地震事件点到检波器的横波速度，为横波递归速度，(X,Y,Z)表示微地震事件点的位置的坐标，θ表示微地震事件点的位置相对于检波器的出射角，和表示横波速度模型的拟合系数，其中，根据声波测井资料确定。应该理解，可使用现有的各种方式根据监测井的声波测井资料来获取初始横波递归速度，在此不再赘述。
作为示例，和可通过以下方式来确定：将预定射孔到各检波器的横波速度作为将预定射孔的位置的坐标作为(X,Y,Z)、将预定射孔相对于各检波器的出射角作为θ代入到所述横波速度模型中组成方程组，再通过求解所述方程组来确定 和预定射孔到各检波器的横波速度根据所述预定射孔到各检波器的距离与所述预定射孔到各检波器的横波初至时间确定。具体说来，可通过将所述预定射孔到各检波器的距离除以所述预定射孔到各检波器横波初至时间计算得到预定射孔到各检波器的横波速度。所述预定射孔到各检波器横波初至时间可由各检波器监测到的射孔数据来确定。
具体说来，如图2所示的根据本发明示例性实施例的确定速度模型的示意图，在确定横波速度模型中的拟合系数时，可将预定射孔S的位置的坐标、预定射孔S到检波器B的横波速度、预定射孔S相对于该检波器B的出射角θ1代入横波速度模型得到一个关于和的方程；再将预定射孔S的位置的坐标、预定射孔S到检波器C的横波速度、预定射孔S相对于该检波器C的出射角θ2代入横波速度模型得到另一个关于和的方程；相应地，按照上述方式可得到预定数量的关于和的方程。
应该理解，还可通过其他适合的方式确定系数 和对此不作限制。
此外，应该理解，根据本发明示例性实施例的横波速度模型不限于上述式(2)所示的表达式，还可以是其他指示微地震事件点到检波器的横波速度与微地震事件点的位置以及微地震事件点的位置相对于检波器的出射角之间的关系的表达式。
在步骤S20，根据确定的横波速度模型、确定的纵波速度模型、待定位的微地震事件点到各检波器的纵波实际初至时间、待定位的微地震事件点到各检波器的横波实际初至时间来确定关于微地震事件点的位置的目标函数。待定位的微地震事件点到各检波器的纵波实际初至时间指的是纵波从待定位的微地震事件点到达各检波器实际消耗的时间，可以根据各检波器检测到的数据来确定。待定位的微地震事件点到各检波器的横波实际初至时间指的是横波从待定位的微地震事件点到达各检波器实际消耗的时间，可以根据各检波器检测到的数据来确定。
作为示例，在步骤S20中确定的目标函数可以为：
其中，
(X,Y,Z)表示当前确定的微地震事件点的位置的坐标，Δ＝[ΔX，ΔY，ΔZ]T，R表示检波器的数量，m表示检波器的编号，N表示射孔的数量，i和j表示射孔的编号，r表示第i个、第j个射孔的位置的连线的斜率，Zi和Zj分别表示第i个射孔和第j个射孔的深度，Ω为权重系数，当射孔的数量N＝1时，Ω为零，(Xm,Ym,Zm)表示第m个检波器的位置的坐标，dm表示从当前确定的微地震事件点的位置到第m个检波器的距离，和分别表示根据所述横波速度模型和所述纵波速度模型计算得到的当前确定的微地震事件点到第m个检波器的横波速度和纵波速度，和分别表示待定位的微地震事件点到各检波器的纵波实际初至时间和横波实际初至时间。
本领域技术人员应该理解，根据本发明示例性实施例的目标函数不限于式(3)所示的表达式，其他可根据横波速度模型、纵波速度模型、待定位的微地震事件点到各检波器的纵波实际初至时间、待定位的微地震事件点到各检波器的横波实际初至时间来确定关于微地震事件点的位置的目标函数均适用于本发明。
在步骤S30，将确定的目标函数进行迭代运算来确定待定位的微地震事件点的位置。
图3示出根据本发明示例性实施例的迭代求取待定位的微地震事件点的位置的示意图。如图3所示，(x,y,z)为当前确定的微地震事件点的位置的坐标，(X+ΔX,Y+ΔY,Z+ΔZ)为根据本次迭代运算确定的下次迭代运算的微地震事件点的位置的坐标。
作为示例，在初始迭代运算中，将预定射孔的位置的坐标作为当前确定的微地震事件点的位置的坐标(X,Y,Z)，并且Ω为零。在后续迭代运算中，每次迭代结束时确定下次迭代运算的Ω的值，下次迭代运算的Ω的值满足下式：
作为示例，在每一次迭代运算中，通过对目标函数进行最小化求解来求取Δ。当迭代运算满足预定条件时，停止迭代运算并将当前确定的微地震事件点的位置作为待定位的微地震事件点的位置。作为示例，所述预定条件可以为Δ小于预定阈值。作为示例，所述预定阈值可为5-10。应理解，可根据实际情况适当调整所述预定阈值。
根据本发明的示例性实施例的上述方法可以被用于定位微地震事件点的设备来实现，也可以被实现为计算机程序，从而当运行该程序时，实现上述方法。
在根据本发明示例性实施例的微地震事件点的定位方法中，基于拟各向异性的横波速度模型、纵波速度模型以及微地震事件的纵波和横波信息来对微地震事件点进行定位，规避了只采用纵波信息的定位数据在深度方向上分辨率较低的问题，提高了微地震定位精度，能够在深部地层、地下构造较为复杂或速度横向变化较为剧烈的压裂井区精准地定位微地震事件点，为非常规油气藏压裂作业提供了可靠的指导。
虽然已表示和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
Claims (9)
1.一种微地震事件点的定位方法，其特征在于，包括：
(a)根据声波测井资料、预定射孔到检波器的横波初至时间和预定射孔到检波器的纵波初至时间确定横波速度模型和纵波速度模型，其中，所述横波速度模型指示微地震事件点到检波器的横波速度与微地震事件点的位置以及微地震事件点的位置相对于检波器的出射角之间的关系，所述纵波速度模型指示微地震事件点到检波器的纵波速度与微地震事件点的位置以及微地震事件点的位置相对于检波器的出射角之间的关系，所述出射角为微地震事件点的位置与检波器的位置之间的连线与竖直方向之间的夹角；
(b)根据所述横波速度模型、所述纵波速度模型、待定位的微地震事件点到各检波器的纵波实际初至时间、待定位的微地震事件点到各检波器的横波实际初至时间来确定关于微地震事件点的位置的目标函数；
(c)将确定的目标函数进行迭代运算来确定待定位的微地震事件点的位置,
其中，所述纵波速度模型为：
<mrow>
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<mover>
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<mo>&OverBar;</mo>
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<mo>,</mo>
</mrow>
其中，表示微地震事件点到检波器的纵波速度，为纵波递归速度，(X,Y,Z)表示微地震事件点的位置的坐标，θ表示微地震事件点的位置相对于检波器的出射角，和表示纵波速度模型的拟合系数，其中，根据声波测井资料确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 和通过以下方式来确定：将预定射孔到各检波器的纵波速度作为将预定射孔的位置的坐标作为(X,Y,Z)、将预定射孔相对于各检波器的出射角作为θ代入到所述纵波速度模型中组成方程组，再通过求解所述方程组来确定和其中，预定射孔到各检波器的纵波速度根据所述预定射孔到各检波器的距离与所述预定射孔到各检波器纵波初至时间确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述横波速度模型为：
<mrow>
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<mo>&OverBar;</mo>
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<mn>2</mn>
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<mo>,</mo>
</mrow>
其中，表示微地震事件点到检波器的横波速度，为横波递归速度，(X,Y,Z)表示微地震事件点的位置的坐标，θ表示微地震事件点的位置相对于检波器的出射角，和表示横波速度模型的拟合系数，其中，根据声波测井资料确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于， 和通过以下方式来确定：将预定射孔到各检波器的横波速度作为将预定射孔的位置的坐标作为(X,Y,Z)、将预定射孔相对于各检波器的出射角作为θ代入到所述横波速度模型中组成方程组，再通过求解所述方程组来确定和其中，预定射孔到各检波器的横波速度根据所述预定射孔到各检波器的距离与所述预定射孔到各检波器的横波初至时间确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中确定的目标函数为：
<mrow>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mo>=</mo>
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<mo>-</mo>
<mi>Z</mi>
<mo>|</mo>
<msubsup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
</mrow>
其中，
(X,Y,Z)表示当前确定的微地震事件点的位置的坐标，Δ＝[ΔX，ΔY，ΔZ]T，R表示检波器的数量，m表示检波器的编号，N表示射孔的数量，i和j表示射孔的编号，r表示第i个、第j个射孔的位置的连线的斜率，Zi和Zj分别表示第i个射孔和第j个射孔的深度，Ω为权重系数，当射孔的数量N＝1时，Ω为零，(Xm,Ym,Zm)表示第m个检波器的位置的坐标，dm表示从当前确定的微地震事件点的位置到第m个检波器的距离，和分别表示根据所述横波速度模型和所述纵波速度模型计算得到的当前确定的微地震事件点到第m个检波器的横波速度和纵波速度，和分别表示待定位的微地震事件点到各检波器的纵波实际初至时间和横波实际初至时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，在初始迭代运算中，(X,Y,Z)为预定射孔的位置的坐标，Ω为零,在后续迭代运算中，下次迭代运算的微地震事件点的位置的坐标为(X+ΔX,Y+ΔY,Z+ΔZ)，Ω的值需满足以下关系式：
<mrow>
<mo>{</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>R</mi>
</munderover>
<mo>|</mo>
<mo>|</mo>
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7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中的每一次迭代运算中，通过对目标函数进行最小化求解来求取Δ。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，当Δ小于预定阈值时，停止迭代运算。
9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，所述预定射孔为离压裂点最近的射孔。
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