CN109001814A - 井下微地震监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了井下微地震监测方法。包括前期施工设计，进行现场施工，数据采集，数据处理及到时拾取，微地震事件定位，裂缝解释及综合分析。本发明技术方案在确定压裂目的层后，选定合适的监测井，根据固井质量和监测井的位置，尽量把检波器放置在目的层深度上下，以便最有效的监测到由压裂释放的破碎能量，检波器接收到的能量返回到地面监测工作站后，送入处理软件接口进入数据处理，经过处理后就得到了压裂破碎的地下位置，所有压裂破碎事件都经过接收处理后，就得到了压裂期间地下地质体的破裂情况。井下微地震压裂监测主要优势是：采集数据信噪比高，可信度高。

Description

井下微地震监测方法
技术领域
本发明属于地震监测技术领域，涉及一种井下微地震监测方法。
背景技术
井下微地震监测技术是油气藏勘探开发过程中实现储层压裂监测最精确、最及时、信息最丰富的监测手段，在微地震资料信号分析、事件识别的基础上，对微地震震源进行定位，高可信度提取含油(气)储层裂缝属性参数，获得储层产能评价和指导油气藏工程所迫切需要的地球物理资料信息。
发明内容
本发明的目的在于提供井下微地震监测方法。
本发明所采用的技术方案是包括前期施工设计，进行现场施工，数据采集，数据处理及到时拾取，微地震事件定位，裂缝解释及综合分析。
进一步，施工设计步骤如下：
(1)资料收集，收集压裂井及其周围800m范围内的所有直井或斜井相关资料，为监测井选取及速度模型建立奠定基础；
(2)监测井选择，制定监测井选取原则，并结合压裂井、监测井相关资料进行监测距离预测；
(3)入井仪器设计，根据压裂井、监测井地质特征设计检波器级数、级间距、下入深度，保证下入的仪器串能够满足井下微地震数据采集要求；
(4)初始速度模型建立，依据压裂井或监测井的声波时差、偶极子测井和GR等测井数据建立压裂区域初始速度模型，保证初始速度模型精度；
(5)监测井作业，施工前按照要求进行监测井作业等相关施工准备工作；
(6)编制应急预案，结合施工HSE要求及现场踏勘情况制定井下微地震监测应急预案。
进一步，现场施工步骤如下：
(1)提前进行技术交底，让操作工理解作业流程，在井口组装多级检波器；
(2)在地面组装检查仪器；
(3)安装井口过程中，现场工程师保持检查仪器的响应，确保仪器工作正常；
(4)完成最后仪器安装，将电缆吊架垂直放在井口上；
(5)用吊车大钩吊起天地滑轮；
(6)提起仪器串并取掉电缆卡，在井口对零；
(7)下放仪器至井底前，对比测井曲线，校深；
(8)检查仪器深度，如果没有问题，调整仪器至设计的监测位置；
(9)开推仪器靠臂，下放1.5m电缆，用电缆卡将电缆固定放在井口；
(10)记录背景噪音至少30分钟；
(11)利用射孔来确认仪器三分量方位；
(12)整口井压裂作业过程中，仪器位置、方位不能改变，对压裂全过程实时监测。
进一步，数据采集是在压裂施工过程中，各检波器采集微地震数据通过电缆实时传输到地面采集仪器上，采集微地震数据格式为SG-Y格式，采样间隔为0.25ms，采集数据每10秒钟生成一个数据文件，12级三分量检波器采集接收井下微地震信号，并通过电缆上传至地面采集仪器WaveLab中，通过usb连接设备将数据互通至采集工作站和处理解释服务器上，实现了数据的实时采集与存储。
进一步，数据处理及到时拾取是由于原始数据量大，直接进行微地震事件识别与定位计算量大，因此利用前后时窗能量比值的方法进行有效数据抽取，在一定信噪比条件下，井下微地震记录在事件出现前后在能量上会出现比较明显的区别，依据此判断是否有有效信号出现，并将相应的微地震事件拾取出来，在应用过程中选择滚动时窗，即在某一时刻t0，在其前后以一定长度选取两个时窗，求取时窗内能量的平均值，利用这些平均能量值计算能量比：
在t0处后时窗BTA与前时窗FTA内能量值如下式所示：
R(t)＝FTA(t)/BTA(t)
其中：E(t)为t时刻的能量，BTA(t)为后时窗，范围为t0-t1；FTA(t)为前时窗，范围在t0-t2之间，R(t)为前后时窗的比值；R(t)用来区分短持续时间强能量噪声和长持续时间强能量有效信号。
进一步，微地震事件定位包括对微地震事件进行反演定位，为了得到精确的定位效果，采用P波极化分析计算震源向量，然后依据拾取的纵横波初至应用Geiger定位方法和网格搜索法进行微地震震源反演定位，定位过程中结合射线追踪正演，应用理论与实际纵横波的时间残值及震源向量的角度残值进行约束，最终得到精确的震源定位结果。
进一步，裂缝解释及综合分析包括微地震数据处理解释结果给出微地震事件位置、微震能量、发震时间参数，利用压裂过程中获得的微地震监测数据，基于Alpha-shape划分方法对压裂破裂面精准拟合并计算SRV值，并将解释结果与压裂施工曲线、区域断裂资料、砂体资料、岩石力学等进行结合，分析压裂裂缝延展特征及影响因素，为压裂方案的优化等提供依据。
本发明技术方案在确定压裂目的层后，选定合适的监测井，根据固井质量和监测井的位置，尽量把检波器放置在目的层深度上下，以便最有效的监测到由压裂释放的破碎能量，检波器接收到的能量返回到地面监测工作站后，送入处理软件接口进入数据处理，经过处理后就得到了压裂破碎的地下位置，所有压裂破碎事件都经过接收处理后，就得到了压裂期间地下地质体的破裂情况(几何特征)。井下微地震压裂监测主要优势是：采集数据信噪比高，可信度高。
附图说明
图1是井下微地震监测示意图；
图2是井下微地震数据采集流程示意图；
图3是能量比时窗分布示意图；
图4是井下微地震事件定位示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示是井下微地震监测示意图，本发明技术方案包括：
1、施工设计
(1)资料收集，收集压裂井及其周围800m范围内的所有直井或斜井相关资料，为监测井选取及速度模型建立奠定基础；
(2)监测井选择，根据以往同类储层施工经验制定监测井选取原则，并结合压裂井、监测井相关资料进行监测距离预测，优选最优的监测方案；
(3)入井仪器设计，根据压裂井、监测井地质特征设计检波器级数、级间距、下入深度，保证下入的仪器串能够满足井下微地震数据采集要求；
(4)初始速度模型建立，依据压裂井或监测井的声波时差、偶极子测井和GR等测井数据建立压裂区域初始速度模型，保证初始速度模型精度；
(5)监测井作业，施工前按照要求进行监测井作业等相关施工准备工作；
(6)编制应急预案，结合施工HSE要求及现场踏勘情况制定井下微地震监测应急预案。
2、现场施工
在各项施工准备工作完成后，开展检波器下井工作，检波器下入监测井井筒的施工流程以及施工注意事项如下：
(1)提前进行技术交底，如仪器组装等，让操作工理解作业流程，在井口组装多级检波器；
(2)在地面组装检查仪器；
(3)安装井口过程中，现场工程师保持检查仪器的响应，确保仪器工作正常；
(4)完成最后仪器安装，将电缆吊架垂直放在井口上；
(5)用吊车大钩吊起天地滑轮；
(6)提起仪器串并取掉电缆卡，在井口对零；
(7)下放仪器至井底前，对比测井曲线，校深；
(8)检查仪器深度，如果没有问题，调整仪器至设计的监测位置；
(9)开推仪器靠臂，下放1.5m电缆，用电缆卡将电缆固定放在井口；
(10)记录背景噪音至少30分钟；
(11)利用射孔来确认仪器三分量方位；
(12)整口井压裂作业过程中，仪器位置、方位不能改变，对压裂全过程实时监测。
3、数据采集
如图2所示，在压裂施工过程中，各检波器采集微地震数据通过电缆实时传输到地面采集仪器上，采集微地震数据格式为SG-Y格式，采样间隔为0.25ms，采集数据每10秒钟生成一个数据文件，12级三分量检波器采集接收井下微地震信号，并通过电缆上传至地面采集仪器WaveLab中，通过usb连接设备将数据互通至采集工作站和处理解释服务器上，实现了数据的实时采集与存储。
4、数据处理及到时拾取
微地震监测过程中，复杂的噪音环境会影响到有效信号的识别以及初至的准确拾取，因此需要对采集到的微地震数据进行预处理，以消除干扰因素，提高定位精度，数据预处理一般采用数据归一化、频谱分析及频率滤波等手段。
由于原始数据量大，直接进行微地震事件识别与定位计算量大，因此利用前后时窗能量比值的方法进行有效数据抽取，能量比法是一种基于时域的自动拾取方法，在一定信噪比条件下，井下微地震记录在事件出现前后在能量上会出现比较明显的区别，能量比法就是依据此原理判断是否有有效信号出现，并将相应的微地震事件拾取出来。在应用过程中选择滚动时窗，即在某一时刻t0，在其前后以一定长度选取两个时窗，求取时窗内能量的平均值，利用这些平均能量值计算能量比。
在t0处后时窗BTA与前时窗FTA内能量值如下式所示：
R(t)＝FTA(t)/BTA(t)
其中：E(t)为t时刻的能量，BTA(t)为后时窗，范围为t0-t1；FTA(t)为前时窗，范围在t0-t2之间，R(t)为前后时窗的比值。如图3所示为能量比时窗分布示意图。
R(t)用来区分短持续时间强能量噪声和长持续时间强能量有效信号。从R(t)的计算公式可以看出，FTA存在噪声的情况对R(t)的计算结果影响非常微弱，因为FTA窗口设想长度为噪声持续时间的几倍。但是当FTA内存在信号时R(t)将会大大增长，所以R(t)具有排除持续噪声的能力。
5、微地震事件定位
如图4所示，微地震监测数据处理的最终目标是对微地震事件进行反演定位，为了得到精确的定位效果，采用P波极化分析计算震源向量，然后依据拾取的纵横波初至应用Geiger定位方法和网格搜索法进行微地震震源反演定位。定位过程中结合射线追踪正演，应用理论与实际纵横波的时间残值及震源向量的角度残值进行约束，最终得到精确的震源定位结果。
6、裂缝解释及综合分析
微地震数据处理解释结果给出微地震事件位置、微震能量、发震时间参数，利用压裂过程中获得的微地震监测数据，基于Alpha-shape划分方法对压裂破裂面精准拟合并计算SRV值。并将解释结果与压裂施工曲线、区域断裂资料、砂体资料、岩石力学等进行结合，分析压裂裂缝延展特征及影响因素，为压裂方案的优化等提供依据。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.井下微地震监测方法，其特征在于：包括前期施工设计，进行现场施工，数据采集，数据处理及到时拾取，微地震事件定位，裂缝解释及综合分析。
2.按照权利要求1所述井下微地震监测方法，其特征在于：所述施工设计步骤如下：
(1)资料收集，收集压裂井及其周围800m范围内的所有直井或斜井相关资料，为监测井选取及速度模型建立奠定基础；
(2)监测井选择，制定监测井选取原则，并结合压裂井、监测井相关资料进行监测距离预测；
(3)入井仪器设计，根据压裂井、监测井地质特征设计检波器级数、级间距、下入深度，保证下入的仪器串能够满足井下微地震数据采集要求；
(4)初始速度模型建立，依据压裂井或监测井的声波时差、偶极子测井和GR等测井数据建立压裂区域初始速度模型，保证初始速度模型精度；
(5)监测井作业，施工前按照要求进行监测井作业等相关施工准备工作；
(6)编制应急预案，结合施工HSE要求及现场踏勘情况制定井下微地震监测应急预案。
3.按照权利要求1所述井下微地震监测方法，其特征在于：所述现场施工步骤如下：
(1)提前进行技术交底，让操作工理解作业流程，在井口组装多级检波器；
(2)在地面组装检查仪器；
(3)安装井口过程中，现场工程师保持检查仪器的响应，确保仪器工作正常；
(4)完成最后仪器安装，将电缆吊架垂直放在井口上；
(5)用吊车大钩吊起天地滑轮；
(6)提起仪器串并取掉电缆卡，在井口对零；
(7)下放仪器至井底前，对比测井曲线，校深；
(8)检查仪器深度，如果没有问题，调整仪器至设计的监测位置；
(9)开推仪器靠臂，下放1.5m电缆，用电缆卡将电缆固定放在井口；
(10)记录背景噪音至少30分钟；
(11)利用射孔来确认仪器三分量方位；
(12)整口井压裂作业过程中，仪器位置、方位不能改变，对压裂全过程实时监测。
4.按照权利要求1所述井下微地震监测方法，其特征在于：所述数据采集是在压裂施工过程中，各检波器采集微地震数据通过电缆实时传输到地面采集仪器上，采集微地震数据格式为SG-Y格式，采样间隔为0.25ms，采集数据每10秒钟生成一个数据文件，12级三分量检波器采集接收井下微地震信号，并通过电缆上传至地面采集仪器WaveLab中，通过usb连接设备将数据互通至采集工作站和处理解释服务器上，实现了数据的实时采集与存储。
5.按照权利要求1所述井下微地震监测方法，其特征在于：所述数据处理及到时拾取是由于原始数据量大，直接进行微地震事件识别与定位计算量大，因此利用前后时窗能量比值的方法进行有效数据抽取，在一定信噪比条件下，井下微地震记录在事件出现前后在能量上会出现比较明显的区别，依据此判断是否有有效信号出现，并将相应的微地震事件拾取出来，在应用过程中选择滚动时窗，即在某一时刻t0，在其前后以一定长度选取两个时窗，求取时窗内能量的平均值，利用这些平均能量值计算能量比：
在t0处后时窗BTA与前时窗FTA内能量值如下式所示：
R(t)＝FTA(t)/BTA(t)
其中：E(t)为t时刻的能量，BTA(t)为后时窗，范围为t0-t1；FTA(t)为前时窗，范围在t0-t2之间，R(t)为前后时窗的比值；R(t)用来区分短持续时间强能量噪声和长持续时间强能量有效信号。
6.按照权利要求1所述井下微地震监测方法，其特征在于：所述微地震事件定位包括对微地震事件进行反演定位，为了得到精确的定位效果，采用P波极化分析计算震源向量，然后依据拾取的纵横波初至应用Geiger定位方法和网格搜索法进行微地震震源反演定位，定位过程中结合射线追踪正演，应用理论与实际纵横波的时间残值及震源向量的角度残值进行约束，最终得到精确的震源定位结果。
7.按照权利要求1所述井下微地震监测方法，其特征在于：所述裂缝解释及综合分析包括微地震数据处理解释结果给出微地震事件位置、微震能量、发震时间参数，利用压裂过程中获得的微地震监测数据，基于Alpha-shape划分方法对压裂破裂面精准拟合并计算SRV值，并将解释结果与压裂施工曲线、区域断裂资料、砂体资料、岩石力学等进行结合，分析压裂裂缝延展特征及影响因素，为压裂方案的优化等提供依据。
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