CN107870354B - 微地震监测资料预处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微地震监测资料预处理方法及装置。该方法可以包括：通过分时窗将M道检波器记录的原始时间长度为T的观测记录S分割成N_win个子记录；计算每个子记录中每道信号的能量，并记录为N_win×M的二维数组E；基于所述二维数组E计算能量阈值th_e；将每个子记录中能量大于所述阈值th_e的道判断为存在强噪音干扰的道，标记为无效道，否则标记为有效道；以及将所述有效道用1表示，将所述无效道用0表示，并形成包含有效道与无效道信息的N_win×M的二维数组Temp。本发明的微地震监测资料预处理方法及装置不但可以消除强噪音干扰对微地震事件识别和定位处理结果的影响，同时能够提高微地震监测资料的处理效率。

Description

微地震监测资料预处理方法及装置

技术领域

本发明涉及微地震监测领域，具体地，涉及一种微地震监测资料预处理方法及装置。

背景技术

在石油开采领域，微地震监测技术的应用主要是通过监测水力压裂过程中产生的微震信号，可以监测压裂过程，评价压裂效果，进而指导优化工程参数。在北美地区，微地震监测技术已广泛应用于水力压裂裂缝监测、高压注入作业产生的油藏动态监测等业务领域，获得了石油工业界的高度认可，成为油气开发过程中一项信息丰富、精确、及时的监测技术，是非常规资源开发中进行水力压裂裂缝实时监测的重要手段之一。

在地面微地震监测过程中，为了保证微地震事件定位精度，检波器通常按放射状或网格状等均匀排列方式布设。因此，监测记录质量不可避免地会受地表工程作业以及工业生产活动等一些强干扰源的影响，导致监测记录中存在局部强噪音，对微地震事件的有效识别和精确定位处理造成很大的困难。处理人员在处理过程中通常采用振幅自动增益控制和道间能量均衡的方法，将这些局部异常强噪音能量压制到整个剖面的平均能量水平，然后再进行事件识别和定位。

发明人发现，由于存在强噪音干扰的道本身信噪比就极低，即使经过能量压制之后，这些道的信息仍然不但对事件识别和定位无益，还会给后续处理增加计算量。因此，有必要开发一种在资料处理前的预处理过程中将记录中存在强噪音干扰的道准确识别并标记的方法及装置。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明针对现有技术的缺点及不足，提出了一种消除强噪音干扰对微地震事件识别和定位处理结果的影响的地面微地震监测资料预处理方法及装置。

根据本发明的一方面，提出一种微地震监测资料预处理方法，该方法包括以下步骤：通过分时窗将M道检波器记录的原始时间长度为T的观测记录S分割成N_win个子记录；计算每个子记录中每道信号的能量，并记录为N_win×M的二维数组E；基于所述二维数组E计算能量阈值th_e；将每个子记录中能量大于所述阈值th_e的道判断为存在强噪音干扰的道，标记为无效道，否则标记为有效道；以及将所述有效道用1表示，将所述无效道用0表示，并形成包含有效道与无效道信息的N_win×M的二维数组Temp。

优选地，所述观测记录S以N×M的二维数组表示：

其中，s_ndt,m为第m道检波器在ndt时刻的记录值，dt为时间采样间隔，M为检波器数目，N为时间采样点数，N＝T/dt。

优选地，以长度为L_win的时窗将原始时间长度为T的观测记录S分割成N_win个子记录，N_win与L_win的关系式为：

N_win＝round(N/L_win)

其中，round()为取整函数。

优选地，所述二维数组E表示为:

其中，

优选地，能量阈值th_e的计算公式为：

其中，α为权系数。

根据本发明的另一方面，提出一种微地震监测资料预处理装置，该装置包括：用于通过分时窗将M道检波器记录的原始时间长度为T的观测记录S分割成N_win个子记录的单元；用于计算每个子记录中每道信号的能量，并记录为N_win×M的二维数组E的单元；用于基于所述二维数组E计算能量阈值th_e的单元；用于将每个子记录中能量大于所述阈值th_e的道判断为存在强噪音干扰的道，标记为无效道，否则标记为有效道的单元；以及用于将所述有效道用1表示，将所述无效道用0表示，并形成包含有效道与无效道信息的N_win×M的二维数组Temp的单元。

优选地，所述观测记录S以N×M的二维数组表示：

其中，s_ndt,m为第m道检波器在ndt时刻的记录值，dt为时间采样间隔，M为检波器数目，N为时间采样点数，N＝T/dt。

优选地，以长度为L_win的时窗将原始时间长度为T的观测记录S分割成N_win个子记录，N_win与L_win的关系式为：

N_win＝round(N/L_win)

其中，round()为取整函数。

优选地，所述二维数组E表示为:

其中，

优选地，能量阈值th_e的计算公式为：

其中，α为权系数。

本发明通过分时窗能量扫描并结合阈值判断的方法，在地面微地震监测资料预处理过程中识别并标记出记录中存在强噪音干扰的道，并根据标记结果筛选出有效道进行后续资料处理。本发明的微地震监测资料预处理方法及装置不但可以消除强噪音干扰对微地震事件识别和定位处理结果的影响，同时能够提高微地震监测资料的处理效率。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的微地震监测资料预处理方法的流程图。

图2示出了实际地面微地震监测记录的强噪音标记模板。

图3示出了一个地面微地震监测子记录及其强噪音干扰标记。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的一个实施例的微地震监测资料预处理方法的流程图。

在本实施例中，该方法具体包括以下步骤：

1)通过分时窗将观测记录S分割成N_win个子记录。

在水力压裂过程中，地表布设M道检波器进行微地震监测，监测时间长度为T，监测记录S可以N×M的二维数组表示：

其中，s_ndt,m为第m道检波器在ndt时刻的记录值，dt为时间采样间隔，N为时间采样点数，N＝T/dt。

在示例性实施例中，可以以长度为L_win的时窗将原始时间长度为T的观测记录S进行分割成N_win个子记录，N_win与L_win的关系式为：

N_win＝round(N/L_win) (2)

其中，round()为取整函数。

2)计算每个子记录中每道信号的能量，并记录为二维数组E。

计算每个子记录中每道信号的能量相当于计算观测记录S的每一列中连续L_win个元素的平方和，并记录为N_win×M的二维数组E。

所述二维数组E可以表示为：

其中，表示第i个子记录中的第j道信号的能量。

3)基于所述二维数组E计算能量阈值th_e。

所述能量阈值th_e的计算公式为：

其中，α为权系数，用于控制强噪音干扰能量的最低判断标准。

4)将每个子记录中能量大于所述阈值th_e的道判断为存在强噪音干扰的道，标记为无效道，否则标记为有效道。

具体地，将二维数组E中的元素e_i,j与th_e逐一作比较。若e_i,j≥th_e，则认为第i个子记录中的第j道存在强噪音干扰，并将此记录中的该道标记为无效道，否则标记为有效道。

5)将所述有效道用1表示，将所述无效道用0表示，并形成包含有效道与无效道信息的N_win×M的二维数组Temp。

Temp同样可以具有如下的类似形式：

在后续针对每一个子记录进行事件识别和定位处理时，根据Temp的计算结果，只利用标记为1的有效道的信息，标记为0的无效道的信息不予考虑。

本领域技术人员应当理解，可以将有效道和无效道标记为其他任意适当的形式。

应用示例

以下以某工区的压裂地面微地震监测资料为例来说明本发明的方法的有效性。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

从压裂地面微地震监测资料中选取监测时长为17260秒的记录，用5秒(2501个采样点)的时窗将该记录分割为3452个子记录，并用本发明方法对各子记录进行了强噪音识别和标记，图2所示为该记录的强噪音标记模板。图2中黑色是无效标记道，表示在该道存在强噪音干扰；白色为有效标记道，表示该道信号的信噪比相对较高，可以用于微地震事件的识别和定位。图3为选取的一个子记录及其强噪音干扰道的标记结果。从图3可以看出，标记结果与该记录中强噪音干扰的分布特征吻合很好，说明本发明方法是有效的。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种微地震监测资料预处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

通过分时窗将M道检波器记录的原始时间长度为T的观测记录S分割成N_win个子记录；

计算每个子记录中每道信号的能量，并记录为N_win×M的二维数组E；

基于所述二维数组E计算能量阈值th_e；

将每个子记录中能量大于所述阈值th_e的道判断为存在强噪音干扰的道，标记为无效道，否则标记为有效道；以及

将所述有效道用1表示，将所述无效道用0表示，并形成包含有效道与无效道信息的N_win×M的二维数组Temp。

2.根据权利要求1所述的微地震监测资料预处理方法，其中，所述观测记录S以N×M的二维数组表示：

其中，s_ndt,m为第m道检波器在ndt时刻的记录值，dt为时间采样间隔，M为检波器数目，N为时间采样点数，N＝T/dt。

3.根据权利要求1所述的微地震监测资料预处理方法，其中，以长度为L_win的时窗将原始时间长度为T的观测记录S分割成N_win个子记录，N_win与L_win的关系式为：

N_win＝round(N/L_win)

其中，N为时间采样点数，round()为取整函数。

4.根据权利要求1所述的微地震监测资料预处理方法，其中，所述二维数组E表示为:

其中，dt为时间采样间隔，L_win为时窗长度，s(((i-1)L_win+k)dt,j)为第j道检波器在((i-1)L_win+k)dt时刻的记录值。

5.根据权利要求4所述的微地震监测资料预处理方法，其中，能量阈值th_e的计算公式为：

其中，α为权系数。

6.一种微地震监测资料预处理装置，其特征在于，所述装置包括：

用于通过分时窗将M道检波器记录的原始时间长度为T的观测记录S分割成N_win个子记录的单元；

用于计算每个子记录中每道信号的能量，并记录为N_win×M的二维数组E的单元；

用于基于所述二维数组E计算能量阈值th_e的单元；

用于将每个子记录中能量大于所述阈值th_e的道判断为存在强噪音干扰的道，标记为无效道，否则标记为有效道的单元；以及

用于将所述有效道用1表示，将所述无效道用0表示，并形成包含有效道与无效道信息的N_win×M的二维数组Temp的单元。

7.根据权利要求6所述的微地震监测资料预处理装置，其中，所述观测记录S以N×M的二维数组表示：

其中，s_ndt,m为第m道检波器在ndt时刻的记录值，dt为时间采样间隔，M为检波器数目，N为时间采样点数，N＝T/dt。

8.根据权利要求6所述的微地震监测资料预处理装置，其中，以长度为L_win的时窗将原始时间长度为T的观测记录S分割成N_win个子记录，N_win与L_win的关系式为：

N_win＝round(N/L_win)

其中，N为时间采样点数，round()为取整函数。

9.根据权利要求6所述的微地震监测资料预处理装置，其中，所述二维数组E表示为:

其中，dt为时间采样间隔，L_win为时窗长度，s(((i-1)L_win+k)dt,j)为第j道检波器在((i-1)L_win+k)dt时刻的记录值。

10.根据权利要求9所述的微地震监测资料预处理装置，其中，能量阈值th_e的计算公式为：

其中，α为权系数。