CN106353794A - 一种基于相对初至匹配误差的微地震速度模型校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于相对初至匹配误差的微地震速度模型校正方法，该方法首先确定射孔点检波点的位置以及射孔信号的初至；其次利用工区先验信息或是压裂段附近井的声波测井资料建立初始速度模型；进一步利用射孔点位置处初至匹配误差与其周围参考点位置的初至匹配误差的相对大小建立速度模型校正目标函数；最后利用遗传算法实现微地震速度模型的非线性反演。用本方法校正的速度模型计算的初至匹配误差剖面在射孔点附近的相对优势更加明显，从而有利于下一步微地震事件的定位，校正后速度模型反演的微地震事件位置更加可靠，定位误差更小。

Description

一种基于相对初至匹配误差的微地震速度模型校正方法

技术领域

本发明涉及水力压裂微地震监测数据处理技术领域，特别是微地震速度模型的校正方法。

背景技术

水力压裂技术是提高页岩油气等非常规油气储层采收率的主要途径，微地震监测是通过采集水力压裂致岩石破碎产生的信号,对破裂位置进行定位，从而指导压裂施工并对压裂结果进行评价。速度模型优劣对于微地震事件点的定位精度至关重要。常规的微地震事件定位过程中的速度模型校正通常利用射孔信号拾取的初至与射孔点正演的初至间的匹配误差作为目标函数，不断的调整速度模型，当目标函数达到最小或是小于某一确定阈值时的速度模型作为微地震事件定位速度模型(孙英杰硕士论文微地震震源反演方法研究)。该方法存在以下问题是当我们拾取的射孔信号初至存在误差时，利用该方法反演的速度模型对射孔信号或是微地震事件进行定位时误差较大。分析原因主要是常规速度模型校正过程中比较的是不同速度模型针对射孔点的匹配误差，但是定位过程中比较的同一速度模型情况下的不同位置处初至的匹配误差。换言之就是常规速度校正方法反演的速度模型能保证射孔点有最大的初至匹配误差，单并不能保证射孔点位置处的初至匹配误差一定大于其周围点的初至匹配误差，从而造成定位结果的误差。进一步分析即使能够在射孔点附近取得最小初至匹配误差，但是如果初至匹配误差在射孔点处优势不明显，也往往会因为反演方法的差异造成反演定位结果误差较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于相对初至匹配误差的微地震速度模型校正方法。本方法利用微地震事件点位置正演的事件初至与拾取初至的匹配误差与其周围参考位置点的初至匹配误差的相对大小作为目标函数,对微地震速度模型进行校正，保证了校正后速度能够很好的归位射孔信号，同时在普通的微地震事件定位中也存在较大的优势。

本发明通过如下技术方案来实现：

一种基于相对初至匹配误差的微地震速度模型校正方法,包括：

1)确定射孔点检波点的位置以及射孔信号的初至Arr_p(t^p ₁,t^p ₂...t^p _m)；

2)利用工区先验信息或是压裂段附近井的声波测井资料建立初始速度模型；

3)利用射孔点位置处初至匹配误差与其周围参考点位置处的初至匹配误差的相对大小建立目标函数；

4)速度模型遗传算法非线性反演。

上述方案进一步包括：

步骤3)所述初至匹配误差按照下步骤计算：

a).利用已知速度模型计算射孔点或是参考点位置到m个检波点位置的初至Arr_c(t^c ₁,t^c ₂...t^c _m)；

b).该位置处的匹配误差e根据以下公式计算

$e=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\left|\left({t^c}_i-{t^p}_i-mt\right)\right|/m$ 公式1

其中， 公式2，m为检波器的级数；

步骤3)所述的初至匹配误差的相对大小按下步骤计算：

c).利用以上公式，分别计算出射孔点位置处和参考点位置处的初至匹配误差e_m和e^r _i；其中1≤i≤n,n为参考点的数目；

d).初至匹配误差的相对大小应用以下公式

$\mathrm{\λ}=n\×e_m/\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{e^r}_i$ 公式3

其中n为参考点的个数。

步骤4)中所述的速度模型遗传算法非线性反演包括以下步骤：

首先，步骤2)中建立的初始速度模型确定每一层速度模型的上下界以及层速度离散精度；

其次，确定遗传算法的种群个体数和遗传代数；

最后，应用遗传算法反演出最佳速度模型。

上述方案中所述的周围参考点是均匀位于以射孔点位置为中心的球面上的点。

本发明的基于相对初至匹配误差的微地震速度模型校正方法，利用微地震事件点位置正演的事件初至与拾取初至的匹配误差与其周围参考位置点的初至匹配误差的相对大小作为目标函数,对微地震速度模型进行校正，保证了校正后速度能够很好的归位射孔信号；用本发明方法校正的速度模型计算的初至匹配误差剖面在射孔点附近的相对优势更加明显，从而有利于下一步微地震事件的定位，校正后速度模型反演的微地震事件位置更加可靠，定位误差更小。同时在普通的微地震事件定位中也存在较大的优势。

附图说明

图1本发明处理流程图。

图2正演观测系统，包括检波器、射孔点、射孔点周围相对位置点和微地震事件点；标注1检波器。

图3正演观测系统在射孔点附近放大显示；标注2微地震事件点，标注3：射孔点周围相参考点，标注4：射孔点。

图4速度模型包括正演速度模型、初始速度模型和反演速度模型的上下界。

图5射孔信号初至。

图6速度模型，包括正演速度模型、本发明方法校正速度模型和常规方法校正速度模型。

图7利用本发明方法校正后速度模型在射孔点深度处水平剖面上计算得到的初至误差剖面。

图8利用常规速度模型校正方法校正后速度模型在射孔点深度处水平剖面上计算得到的初至误差剖面。

图9利用本发明方法校正后速度模型进行微地震事件定位结果和真实微地震事件位置；标注5，微地震事件定位位置标注6：微地震事件真实位置标注7：同一微地震事件定位结果与真实位置的连接线段。

图10利用常规速度模型校正方法校正后速度模型进行微地震事件定位结果和真实微地震事件位置；标注8，微地震事件真实位置标注9：微地震事件定位位置标注10：同一微地震事件定位结果与真实位置的连接线段。

图11不同速度模型微地震事件定位误差及微地震事件真实位置与射孔点距离。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。

结合图1所做的流程图作详细说明如下。

实施方案1、一种基于相对初至匹配误差的微地震速度模型校正方法,包括：

1)确定射孔点检波点的位置以及射孔信号的初至Arr_p(t^p ₁,t^p ₂...t^p _m)；

2)利用工区先验信息或是压裂段附近井的声波测井资料建立初始速度模型；

3)利用射孔点位置处初至匹配误差与其周围参考点位置处的初至匹配误差的相对大小建立目标函数；

4)速度模型遗传算法非线性反演。

进一步细化方案是：

步骤3)所述初至匹配误差按照下步骤计算：

a).利用已知速度模型计算射孔点或是参考点位置到m个检波点位置的初至Arr_c(t^c ₁,t^c ₂...t^c _m)；

b).该位置处的匹配误差e根据以下公式计算

$e=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\left|\left({t^c}_i-{t^p}_i-mt\right)\right|/m$ 公式1

其中， 公式2，m为检波器的级数；

步骤3)所述的初至匹配误差的相对大小按下步骤计算：

c).利用以上公式，分别计算出射孔点位置处和参考点位置处的初至匹配误差e_m和e^r _i；其中1≤i≤n,n为参考点的数目；

d).初至匹配误差的相对大小应用以下公式

$\mathrm{\λ}=n\×e_m/\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{e^r}_i$ 公式3

其中n为参考点的个数。

步骤4)中所述的速度模型遗传算法非线性反演包括以下步骤：

首先，步骤2)中建立的初始速度模型确定每一层速度模型的上下界以及层速度离散精度；

其次，确定遗传算法的种群个体数和遗传代数；

最后，应用遗传算法反演出最佳速度模型。

上述实施例中所述的周围参考点是均匀位于以射孔点位置为中心的球面上的点。

应用实施例2、本实施例中根据地面微地震情况建立正演数据，其检波器检波器位置如图2标注1所示，射孔点位置如图3标注4所示，微地震事件点如图3标注2所示，正演速度模型如图4所示，正演获得射孔点信号初至如图5所示。

本发明方法依据以下步骤进速度模型校正：

1)获取检波器射孔点位置(如图3标注4所示)以及射孔信号的初至(如图4所示)，为了模拟真实的情况每一道初至均存在1ms的随机误差；

2)根据正演速度建立初至速度模型(如图4所示)，为模拟真实情况，初始速度模型与正演速度模型在分界面深度以及层速度数值上均有不同程度的误差；

3)选取射孔点附近15米上的球面上16点作为参考点(如图3标注3所示)，根据公式3)建立反演目标函数；

4)设置遗传算法主要参数，其中各层速度的上下界(如图4所示)速度模型离散精度△V＝5m/s、种群个数NP＝40，遗传代数NG＝50；

5)应用遗传算法反演出速度模型如图6所示。

应用常规方法校正后的速度模型如图6所示。首先根据公式1利用两种校正后速度模型计算射孔点位置附近点的初至匹配误差，其在射孔点深度处水平剖面上的初至误差剖面如图7、8所示。对比图7图8可以看出利用本发明方法校正的速度模型计算的初至匹配误差剖面在射孔点附近的相对优势更加明显，从而有利于下一步微地震事件的定位。

进一步利用两种校正后速度模型对正演地震事件进行反演定位，其定位结果如图9、10所示，其定位误差统计结果如图11所示。从图11中可以看出利用本发明方法校正后速度模型反演的微地震事件位置更加可靠，定位误差更小。

Claims (4)

1.一种基于相对初至匹配误差的微地震速度模型校正方法,其特征在于包括以下步骤：

1)确定射孔点检波点的位置以及射孔信号的初至Arr_p(t^p ₁,t^p ₂...t^p _m)；

2)利用工区先验信息或是压裂段附近井的声波测井资料建立初始速度模型；

3)利用射孔点位置处初至匹配误差与其周围参考点位置处的初至匹配误差的相对大小建立目标函数；

4)速度模型遗传算法非线性反演。

2.如权利要求1所述的基于初至相对匹配误差的微地震速度校正方法，其特征在于步骤3)所述初至匹配误差按照下步骤计算：

a).利用已知速度模型计算射孔点或是参考点位置到m个检波点位置的初至Arr_c(t^c ₁,t^c ₂...t^c _m)；

b).该位置处的匹配误差e根据以下公式计算

$e=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\left|({t^c}_i-{t^p}_i-mt)\right|/m$ 公式1

其中，公式2，m为检波器的级数；

步骤3)所述的初至匹配误差的相对大小按下步骤计算：

c).利用以上公式，分别计算出射孔点位置处和参考点位置处的初至匹配误差e_m和e^r _i；其中1≤i≤n,n为参考点的数目；

d).初至匹配误差的相对大小应用以下公式

$\mathrm{\λ}=n\×e_m/\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{e^r}_i$ 公式3

其中n为参考点的个数。

3.如权利要求2所述的基于初至相对匹配误差的微地震速度校正方法，其特征在于步骤4)中所述的速度模型遗传算法非线性反演包括以下步骤：

首先，步骤2)中建立的初始速度模型确定每一层速度模型的上下界以及层速度离散精度；

其次，确定遗传算法的种群个体数和遗传代数；

最后，应用遗传算法反演出最佳速度模型。

4.如权利要求1或2、3所述的基于初至相对匹配误差的微地震速度校正方法，其特征在于步骤3)中所述的周围参考点是均匀位于以射孔点位置为中心的球面上的点。