CN109856677A - 一种震电联合获取裂缝信息的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水力压裂监测技术领域，具体而言，涉及一种震电联合获取裂缝信息的定位方法，该方法包括：利用微地震方法拾取的震源点阵列进行震源定位；利用井地电法的视差分电阻率差值的变化对裂缝进行成像；利用微地震方法拾取的震源点阵列和井地电法测量获得的裂缝成像结果进行融合得到异常信息。本发明利用两种不同的物探方法对同一对象进行测量，相互补充，完成具体裂缝成像，解决了单一地球物理探测方法的局限性和多解性。

Description

一种震电联合获取裂缝信息的定位方法

技术领域

本发明涉及水力压裂监测技术领域，具体而言，涉及一种震电联合获取裂缝信息的定位方法。

背景技术

目前水力压裂监测方法主要以单一的地球物理探测方法为主要研究方向，其中常用的技术为微地震检测技术，井地电法裂缝检测技术、地面测斜仪裂缝检测技术等。微地震检测技术主要有地面和井中两种监测方式，主要取决于检波器的摆放位置。对于井中微地震监测，虽然能够增强信号的强度，但要求在监测井中布设仪器，对于检波器与接收仪器带来了更高的要求；而对于地面微地震监测，由于接收仪器在地面布设，接收到的有效信号较弱并且环境中干扰较多，因此对于微地震的反演带来一定的偏差。另外，井地电法对于低电阻率很难获取裂缝的走向和形态。

随着油气勘探难度的增加，单一的地球物理勘探方法的水力压裂技术已经无法满足目前的勘探要求。例如，当压裂监测环境中干扰较多时，微地震方法无法获取准确的监测结果(定位信息)；而对于低电阻率储层压裂，由于储层和压裂液电阻率差异小，井地电法监测困难。因此，单一的地球物理探测方法存在一定程度的局限性和多解性，其仍然存在着各方面的不足。

相关技术中公开了一种水力压裂微地震震源定位的方法与装置，该方法包括：建立网格化速度模型，其中候选震源位置处于网格化速度模型的网格点上；利用所述网格化速度模型计算各个检波器上的旅行时时差，所述旅行时时差与候选震源位置和候选震源激发时间相关联；利用所述旅行时时差对相应的检波器上的地震信号进行动校正；对动校正后的各检波器上的地震信号进行叠加，得到叠加信号以及找到使得所述叠加信号最大的候选震源位置和候选震源激发时间，作为震源位置和震源激发时间。但是因水力压裂前后产生的地球物理参数信息是比较小的，因此当使用上述方法探测时会出现某些参数的预测偏差，无法达到理想的探测要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的第一目的在于提出一种震电联合获取裂缝信息的定位方法。

本发明是这样实现的，

一种震电联合获取裂缝信息的定位方法,其特征在于，该方法包括：

利用微地震方法拾取的震源点阵列进行震源定位；

利用井地电法的视差分电阻率差值的变化对裂缝进行成像；

利用微地震方法拾取的震源点阵列和井地电法测量获得的裂缝成像结果进行融合得到异常信息。

进一步地，所述利用微地震方法拾取的震源点阵列进行震源定位包括：

S1对微地震信号数据预处理；

S2建立速度模型，获取界面的深度和各层的初始速度，求取到理论到时，通过正演所求取的到时与理论到时进行逼近，直到满足精度要求，确定实际的各层的初始速度；

S3基于所述微地震信号，采用STA/LTA方法对微地震事件进行拾取，对微地震事件进行拾取，确定有效的地震时间；

S4基于微地震事件、实际的各层的初始速度和地质参数，利用震幅叠加法进行震源定位。

进一步地，所述步骤S2具体包括：

根据压裂地层的实际资料建立速度模型，获取界面的深度和各层的初始速度；

根据射孔位置和检波器的位置利用射线追踪方法求取每个检波器位置和理论到时；

利用正演求取的到时差与实际的到时差进行逼近，求取偏离方差和，若不满足探测精度要求，对速度值进行修正，修正后重新对实际到时差进行逼近，直到满足精度为止。

进一步地，所述步骤S4具体包括：

步骤S41：获取三维目标区域，根据震源定位精度将所述三维目标区域划分成N个体元；

步骤S42：对体元i到检波器j的距离进行计算，并根据地质参数和地震波的传播速度计算得到体元i到检波器j的走时δ_ij，i从1到N，j从1取到M；

步骤S43：将检波器j的数据按照对应体元i的走时沿逆时间轴方向进行移动，得到新的移动数据X_j(t-δ_ij)，i从1取到N，j从1取到M；

步骤S44：对于体元i，将所有移动后的采集数据进行叠加，得到数据Y_i(t)；

步骤S45：将i从1取到N，得到所有体元的叠加数据，所述叠加数据为所有体元到所有检波器的振幅叠加数据；

步骤S46：得到震幅叠加数据后，需对其进行扫描，获取四维数组(x,y,z,δ)，得到数组极大值，为能量最高值点，确定为微地震震源点。

进一步地，所述步骤S46中利用洪水填充发对极大值进行确认，判断真正震源点位置。

进一步地，利用井地电法的视差分电阻率差值的变化对裂缝进行成像包括：

S6对电法数据的滤波处理；

S7对电法数据进行数据地形校正，计算出纯地形和水平地形下均匀半空间的视差分电阻率；

S8基于所述视差分电阻率计算校正因子，基于所述校正因子分别对电阻率和电位梯度进行校正，计算得到电位梯度；

S9基于所述电位梯度计算出每个采集点的视差分电阻率值，基于所述视差分电阻率值获取对应的裂缝成像信息。

进一步地，所述步骤S6对电法数据的滤波处理包括：

S61采用低通滤波方法滤除谐波干扰；

S62采用向后差分的方法对对数据中的过冲或尖峰进行去除；

S63对数据的每个周期求取平均值，利用平均值构成一组一维数据并根据数据的特点进行最小二乘多项式拟合，从而获取偏置或基线漂移拟合曲线，然后将原始数据减去漂移拟合曲线获得校正后的电法数据；

S64采用多个周期叠加的方法，去除电法数据中的随机噪声干扰。

进一步地，电法数据通过布设为内圈、中圈、外圈的仪器采集得到，裂缝描绘有以下几种情况：

1)当某一方向上内圈、中圈、外圈的视差分电阻率变化量大时，说明此方向上裂缝的长度长，涉及到外圈；

2)当某一方向上内圈视差分电阻率变化大时，中圈视差分电阻率变化不大时，说明此方向上裂缝长度短，未涉及到中圈；若中圈视差分电阻率变化大，而外圈视差分电阻率变化不大时，说明裂缝涉及到中圈，但未涉及到外圈；

3)当某一方向上内圈、中圈视差分电阻率变化不大时，无论外圈视差分电阻率变化是否明显，该方向均没有裂缝产生。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明利用水力压裂中产生的微地震事件，与压裂前后电阻率的变化，采用震源定位技术与视差分电阻率成像方法，本发明通过微地震监测可以获得震源的具体位置和大小等信息，但是无法获取到裂缝的具体方向，井地电法监测与井地电法监测恰恰相反，利用两种不同的物探方法对同一对象进行测量，相互补充，完成具体裂缝成像，解决了单一地球物理探测方法的局限性和多解性，能够提高水力压裂的检测精度，反演储层更多参数信息，降低裂缝参数的估算误差，修正得到的裂缝几何模型。

附图说明

图1为震电联合获取裂缝信息的定位方法的流程图；

图2为利用微地震方法拾取的震源点阵列进行震源定位的流程图；

图3为确定实际的各层的初始速度的流程图；

图4为利用震幅叠加法进行震源定位的流程图；

图5为元素入栈出栈顺序和堆栈的变化；

图6为洪水填充算法的流程图；

图7为利用井地电法的视差分电阻率差值的变化对裂缝进行成像流程图；

图8为对电法数据的滤波处理流程图；

图9为震电联合获取裂缝信息的定位方法的具体流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1结合图9所示，一种震电联合获取裂缝信息的定位方法，该方法包括：

利用微地震方法拾取的震源点阵列进行震源定位；

利用井地电法的视差分电阻率差值的变化对裂缝进行成像；

利用微地震方法拾取的震源点阵列和井地电法测量获得的裂缝成像结果进行融合得到异常信息。

参见图2所示，利用微地震方法拾取的震源点阵列进行震源定位的流程图，具体包括：

S1对微地震信号数据预处理，利用小波变换的方法对微地震数据的噪声进行去除，利用地震信号和噪声在小波变换时表现出的差异，对微地震数据进行噪声压制，提高数据的信噪比。通过实验对比，可以看出在去噪前后能够明显压制数据中的噪声，提高了数据的信噪比，从信号中辨别出微震信号；

S2建立速度模型，获取界面的深度和各层的初始速度，求取到理论到时，通过正演所求取的到时与理论到时进行逼近，直到满足精度要求，确定实际的各层的初始速度；

参见图3所示，步骤S2具体包括：

根据压裂地层的实际资料建立速度模型，获取界面的深度和各层的初始速度，这里各层指的是当探测地下情况时，会经过许多的地层，例如砂岩层，油页岩层，每层的传播速度是不同的，而各层的初始速度是可以通过资料进行查询的；

根据射孔位置和检波器的位置利用射线追踪方法求取每个检波器位置和理论到时；

利用正演求取的到时差与实际的到时差进行逼近，求取偏离方差和，若不满足探测精度要求，对速度值进行修正，修正后重新对实际到时差进行逼近，直到满足精度为止，最后得到实际的地层的传播速度。

这里通过利用观测仪器GPS定位技术可得到检波器位置和射孔点坐标的具体位置。

本发明利用射线追踪的方法对速度模型进行校正，首先根据压裂地层的实际资料建立速度模型，获取界面的深度和各层的初始速度，再根据射孔位置和检波器的位置利用射线追踪方法，模拟地震波在介质中的传播路径，并计算改速度模型下，由射孔震源点到地面检波器地震波的理论走时。具体计算过程如下：震源点位置为(x_k，y_k，z_k)，则射线路径的理论到时t为

其中，为射线参数，可唯一确定一条射线追踪路径。h_i，v_i，θ_i分别为水平层状介质第i层的等效厚度、真实厚度，层速度及入射角。进而可以求取到。

S3基于所述微地震信号，采用STA/LTA方法对微地震事件进行拾取，对微地震事件进行拾取，确定有效的地震时间；利用STA/LTA方法对微震事件拾取,其基本原理是对地震信号上的一个测点来计算长时窗(LTA)和短时窗(STA)的能量比值来反映信号能量的变化，从而确定有效信号的到来，具体方法当存在微地震信号，定义i为测试点，其中Li为长时窗的窗长，Ls为短时窗的窗长。当有效的微地震事件到来时，STA与LTA的能量比值会突然地增加，当比值大于的预定的阈值时，即i为有有效的地震事件的初始点。

S4基于微地震事件、实际的各层的初始速度和地质参数，利用震幅叠加法进行震源定位。图4所示，步骤S4具体包括：

步骤S41：获取三维目标区域，根据震源定位精度将所述三维目标区域划分成N个体元((1........N))；此处，对于发生微地震区域主要集中在压裂井附近，区域和布置仪器而定，具体要看监测区域；

步骤S42：对体元i(1≤i≤N)到检波器j(1≤j≤M)的距离进行计算，并根据地质参数和地震波的传播速度计算得到体元i到检波器j的走时δ_ij，i从1到N，j从1取到M；

步骤S43：将检波器j(1≤j≤M)的数据按照对应体元i(1≤i≤N)的走时沿逆时间轴方向进行移动，得到新的移动数据X_j(t-δ_ij)，i从1取到N，j从1取到M；

步骤S44：对于体元i(1≤i≤N)，将所有移动后的采集数据进行叠加，得到数据Y_i(t)；即

步骤S45：将i从1取到N，得到所有体元的叠加数据，此数据是一个关于体元坐标(x,y,z)和到时δ的四维数组(x,y,z,δ),数组中的值是所有体元到所有检波器的振幅叠加数据。

步骤S46：得到震幅叠加数据后，需对其进行扫描，获取四维数组(x,y,z,δ)，得到数组极大值，为能量最高值点，确定为微地震震源点。δ为采集站接收到地震数据的时刻，数组中每一个值代表了(x，y，z)体元在δ时刻的震幅相加结果，即能量的大小。将这个四维的数组保存，即为反演三维空间区域所有时刻不同位置的能量聚焦表。然后通过能量聚焦表格判断微地震发生的空间和位置，如果在能量聚焦表格中出现多个局部极大值点，那么这些点有可能发生微地震事件。需要寻找大于设定阈值的局部极大值进行排序，通过洪水填充算法以判断其是否为真实的震源。

此时利用洪水填充发对极大值进行确认，判断真正震源点位置。洪水填充算法是计算机图像处理中的一种常用的算法：具体说明如下

其方法是知道一个联通空间内部的一个已知像素的位置，通过寻找相邻的像素找到空间内的所有像素。只有被寻找的区域是连通的才能实现洪水填充算法。可以通过堆栈结构来编写洪水填充算法判别的程序。其算法原理是将种子像素入栈，当栈非空时重复执行以下3步骤：

1)栈顶像素出栈。

2)将出栈像素置成填充色。

3)按照像素的前后左右顺序检查与出栈像素相邻的像素，若其中某个像素还是区域中原有颜色，或不为边界，则把该像素入栈。

图5为元素入栈出栈顺序和堆栈的变化。

图6为洪水填充算法的流程图。

参见图5结合图6所示，从图5可以看出种子像素1最先进入堆栈，然后出栈。然后种子像素1附近符合条件的像素5,2压入堆栈。然后像素5弹出栈，再把像素5附近符合条件的像素10,9压入堆栈。然后不断重复这个过程，直到堆栈为空时，所有出了栈的像素就是被寻找到的像素。洪水填充算法可以很快速的找到所有需要的像素。同理可得，将四维数组(x,y,z,t)中的局部极大值作为种子元素，设定一个局部极大值乘以百分比阈值作为目标区域的边界，使用洪水填充算法寻找这个区域内的所有点元。

通过洪水算法的搜索后，可以得到一个大于百分比阈值的能量包络。如果这个能量包络的直径小于一个阈值，则认为这个能量包络聚焦效果好，为一次有效的微地震事件。

参见图7所示，利用井地电法的视差分电阻率差值的变化对裂缝进行成像包括：

S6对电法数据的滤波处理，读取电法数据，对所述电法数据进行预处理以识别出校正的数据；在井地电法数据预处理部分，在野外采集到的电法数据存在工频干扰等噪声，不是正确的电法数据，因此要进行电法数据的滤波处理；参见图8对电法数据的滤波处理包括：

S61采用低通滤波方法滤除谐波干扰；

S62采用向后差分的方法对对数据中的过冲或尖峰进行去除，包括：每隔一段长度选取一个数，将相邻的两个数做差，由于接收的信号时方波信号，因此两个数据的差值理论上是很小的，如果两个数据的差值出现比较大的奇异值，即认为该点是数据中的尖峰。如此，找到数据中的所有尖峰干扰点，求取所有尖峰的平均值和有效点的平均值后，得到尖峰干扰的平均偏移量，将尖峰的值减去偏移量就可以得到尖峰校正后的数据。

S63对数据的每个周期求取平均值，利用平均值构成一组一维数据并根据数据的特点进行最小二乘多项式拟合，从而获取偏置或基线漂移拟合曲线，然后将原始数据减去漂移拟合曲线获得校正后的电法数据；

S64采用多个周期叠加的方法，去除电法数据中的随机噪声干扰。

S7对电法数据进行数据地形校正，计算出纯地形和水平地形下均匀半空间的视差分电阻率；

S8基于所述视差分电阻率计算校正因子，基于所述校正因子分别对电阻率和电位梯度进行校正，计算得到电位梯度；

本实施例中，采用比值法进行数据地形校正，比值法是通过正演，计算出纯地形和水平地形下均匀半空间的视差分电阻率得出校正因子，然后分别对电阻率和电位梯度进行校正，校正后的电阻率ρ_G的表达式为：

野外测量的到的电阻率为ρ_s，校正因子为ρ_D/ρ_P。

S9基于所述电位梯度计算出每个采集点的视差分电阻率值，基于所述视差分电阻率值获取对应的裂缝成像信息，电法数据经过滤波、尖峰干扰去除、偏移校正，数据平均、地形校正等数据预处理后，计算每个采集点的在压裂前后的电位差值根据如下公式可计算出每个采集点的视差分电阻率值

经过上述过程处理后，计算出每个采集点在压裂前后的电位差值，即可计算出每个采集点的视差分电阻率值，电法数据对裂缝成像是由每一圈的视差分电阻率值共同决定的，当仪器布设为三圈(内、中、外)时，电法数据通过布设为内圈、中圈、外圈的仪器采集得到，裂缝描绘有以下几种情况：

1)当某一方向上内圈、中圈、外圈的视差分电阻率变化量比较大时，说明此方向上裂缝的长度较长，涉及到外圈。

2)当某一方向上内圈视差分电阻率变化较大时，中圈视差分电阻率变化不大时，说明此方向上裂缝长度较短，未涉及到中圈。若中圈视差分电阻率变化较大，而外圈视差分电阻率变化不大时，说明裂缝设计到中圈，但为涉及到外圈。

3)当某一方向上内圈、中圈视差分电阻率变化不大时，无论外圈视差分电阻率变化是否明显，该方向均没有裂缝产生。

在上述实例中对于地震信号处理过程，采用决策层数据融合技术实现微地震与井地电法联合数据解释，解决了单一地球物理探测方法的局限性和多解性，能够提高水力压裂的检测精度，反演储层更多参数信息，降低裂缝参数的估算误差，修正得到的裂缝几何模型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种震电联合获取裂缝信息的定位方法，其特征在于，该方法包括：

利用微地震方法拾取的震源点阵列进行震源定位；

利用井地电法的视差分电阻率差值的变化对裂缝进行成像；

利用微地震方法拾取的震源点阵列和井地电法测量获得的裂缝成像结果进行融合得到异常信息。

2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于，所述利用微地震方法拾取的震源点阵列进行震源定位包括：

S1对微地震信号数据预处理；

S2建立速度模型，获取界面的深度和各层的初始速度，求取到理论到时，通过正演所求取的到时与理论到时进行逼近，直到满足精度要求，确定实际的各层的初始速度；

S3基于所述微地震信号，采用STA/LTA方法对微地震事件进行拾取，对微地震事件进行拾取，确定有效的地震时间；

S4基于微地震事件、实际的各层的初始速度和地质参数，利用震幅叠加法进行震源定位。

3.按照权利要求2所述的方法,其特征在于，所述步骤S2具体包括：

根据压裂地层的实际资料建立速度模型，获取界面的深度和各层的初始速度；

根据射孔位置和检波器的位置利用射线追踪方法求取每个检波器位置和理论到时；

利用正演求取的到时差与实际的到时差进行逼近，求取偏离方差和，若不满足探测精度要求，对速度值进行修正，修正后重新对实际到时差进行逼近，直到满足精度为止。

4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S41：获取三维目标区域，根据震源定位精度将所述三维目标区域划分成N个体元；

步骤S42：对体元i到检波器j的距离进行计算，并根据地质参数和地震波的传播速度计算得到体元i到检波器j的走时δ_ij，i从1到N，j从1取到M；

步骤S43：将检波器j的数据按照对应体元i的走时沿逆时间轴方向进行移动，得到新的移动数据X_j(t-δ_ij)，i从1取到N，j从1取到M；

步骤S44：对于体元i，将所有移动后的采集数据进行叠加，得到数据Y_i(t)；

步骤S45：将i从1取到N，得到所有体元的叠加数据，所述叠加数据为所有体元到所有检波器的振幅叠加数据；

步骤S46：得到震幅叠加数据后，需对其进行扫描，获取四维数组(x,y,z,δ)，得到数组极大值，为能量最高值点，确定为微地震震源点。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S46中利用洪水填充发对极大值进行确认，判断真正震源点位置。

6.按照权利要求1所述的方法,其特征在于，利用井地电法的视差分电阻率差值的变化对裂缝进行成像包括：

S6对电法数据的滤波处理；

S7对电法数据进行数据地形校正，计算出纯地形和水平地形下均匀半空间的视差分电阻率；

S8基于所述视差分电阻率计算校正因子，基于所述校正因子分别对电阻率和电位梯度进行校正，计算得到电位梯度；

S9基于所述电位梯度计算出每个采集点的视差分电阻率值，基于所述视差分电阻率值获取对应的裂缝成像信息。

7.按照权利要求6所述的方法,其特征在于，所述步骤S6对电法数据的滤波处理包括：

S61采用低通滤波方法滤除谐波干扰；

S62采用向后差分的方法对对数据中的过冲或尖峰进行去除；

S63对数据的每个周期求取平均值，利用平均值构成一组一维数据并根据数据的特点进行最小二乘多项式拟合，从而获取偏置或基线漂移拟合曲线，然后将原始数据减去漂移拟合曲线获得校正后的电法数据；

S64采用多个周期叠加的方法，去除电法数据中的随机噪声干扰。

8.按照权利要求6所述的方法,其特征在于，电法数据通过布设为内圈、中圈、外圈的仪器采集得到，裂缝描绘有以下几种情况：

1)当某一方向上内圈、中圈、外圈的视差分电阻率变化量大时，说明此方向上裂缝的长度长，涉及到外圈；

2)当某一方向上内圈视差分电阻率变化大时，中圈视差分电阻率变化不大时，说明此方向上裂缝长度短，未涉及到中圈；若中圈视差分电阻率变化大，而外圈视差分电阻率变化不大时，说明裂缝涉及到中圈，但未涉及到外圈；

3)当某一方向上内圈、中圈视差分电阻率变化不大时，无论外圈视差分电阻率变化是否明显，该方向均没有裂缝产生。