CN110716230B - 一种井地联合微地震定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井地联合微地震定位的方法，包括步骤1，向系统中输入井地联合监测的微地震数据，纵横波速度模型，以及初始化参数；步骤2，井地联合微地震事件识别与匹配；步骤3，井地微地震事件的P波、S波走时拾取；步骤4，井地联合微地震走时定位；步骤5，输出微地震事件定位结果。本发明的井地联合微地震定位方法联合井中地面微地震P波和S波走时信息，加权融合井中和地面数据不同的检波器数目、走时精度和定位优势，有利于提高微地震定位精度；本发明的方法中井地联合定位方程中消除发震时刻参数影响，提高定位方法的稳定性。

Description

一种井地联合微地震定位方法

技术领域

本发明涉及微地震资料处理领域，尤其是涉及一种井地联合微地震定位的方法。

背景技术

微地震监测技术是非常规油气资源特别是页岩气开发的关键技术之一。储层压裂改造是增加低渗油气田产能的主要手段，对非常规油气资源，压裂改造具有十分重要的作用。微地震监测技术通过对储层压裂引发的微地震事件进行定位成像，可以描述压裂裂缝体的长宽高及延伸方向等属性，有助于帮助油气藏开发人员监测压裂施工效果，优化压裂施工设计、调整开发及注水井网部署。微地震监测技术的发展和应用对非常规油气资源的开发具有重要作用。

微地震监测有井中微地震监测和地面微地震监测两大类。地面微地震监测和井中微地震监测各有优缺点。地面微地震数据事件定位结果在水平方向精度更高，深度方向定位精度低，但是，地面数据总体频率低，另外地面资料性信噪比低，微地震信号能量弱。地面微地震检波器在地面布设，易于施工。井中监测需要有可用的监测井。然而，井中微地震数据有更高的信噪比和频带宽度，经常伴随p波和s波共同出现。单井微地震事件定位深度方向精度高，但是水平方向误差大，并且，水平方向误差随事件距监测井距离增加而增加。

考虑到井中和地面微地震监测方式的各种影响因素，近年也出现了地面和井中联合微地震监测方式，以弥补井中和地面单一微地震监测方式的限制。井地联合微地震监测有其特有的优势——井中数据的固有敏感性能帮助确定地面微地震数据处理过程中的假事件，帮助提高地面微地震数据处理算法和流程，减少假事件数目；地面数据在水平方向精度高的特性，使得能够确定井中事件的方位何时是不准确的，并提高井中数据处理算法的水平方向定位精度。

本发明旨在提供一种井地联合微地震定位方法，提高微地震事件的定位精度及压裂裂缝空间分布整体精度，以满足工程需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种井地联合微地震定位方法，目的在于综合利用井中和地面微地震数据信息进行井地联合微地震定位，提高微地震事件的定位精度，进一步提高压裂裂缝空间分布整体精度，以满足工程需求。

本发明的井地联合微地震定位方法，包含以下几个步骤：

步骤1，输入井地联合监测的微地震数据，纵横波速度模型，以及初始化参数；

步骤2，井地联合微地震事件识别与匹配；

步骤3，井地微地震事件的P波、S波走时拾取；

步骤4，井地联合微地震走时定位；

步骤5，输出微地震事件定位结果。

进一步的，所述步骤2具体包括：

步骤2.1，分别对井中微地震数据和地面微地震数据进行动校正、静校正和叠加处理得到叠加数据道；

步骤2.2，分别在井中叠加数据道和地面叠加数据道得到微地震激发时刻和震级；

步骤2.3，根据相同微地震事件的激发时刻和震级相同的准则，在井中微地震数据和地面微地震数据中识别和匹配出相同的微地震事件。

进一步的，所述步骤1中输入的初始化参数包括初始震源位置及终止条件。

进一步的，所述步骤4具体包括：

步骤4.1，输入拾取的P波、S波走时和纵横波速度模型，初始震源位置及终止条件(其中，纵横波速度模型，初始震源位置及终止条件即步骤1中输入的参数)；

步骤4.2，利用两点射线追踪计算震源到检波器的P波、S波的理论走时；

步骤4.3，建立井地联合定位方程；

步骤4.4，求解所述井地联合定位方程，得到震源位置更新量；

步骤4.5，判断是否满足终止条件，如果是，则转入步骤4.6，如果否，则更新震源位置，然后返回步骤4.2；

步骤4.6，输出微地震震源位置；

步骤4.7，计算震源发震时刻。

进一步的，所述步骤4.1中，输入的终止条件包括最大迭代次数、震源位置更新量最小值，走时残差的最小值等参数。

进一步的，所述步骤4.3中，建立井地联合定位方程具体包括：

设井中或者地面单一震相的微地震走时定位方程为：

其中，

表示为微地震事件i到检波器k的旅行时残差，

分别为微地震事件i震源位置x、y、z方向的更新量，Δτⁱ为微地震事件i的发震时刻更新量，

表示微地震事件i在检波器k的旅行时对震源位置

的偏导数；

通过

对所有检波器k求均值得，

其中，<rⁱ>为所有检波器的旅行时残差的均值，

为微地震事件i在所有检波器的旅行时对震源位置

偏导数的均值；

两式相减得到消除发震时刻的微地震走时定位方程为，

根据步骤3提取的多种走时信息和消除发震时刻的微地震走时定位方程建立井地联合定位方程对微震事件定位，井地联合定位方程表示如下：

其中，d^s,d^w分别表示为地面走时残差和井中走时残差；G^s,G^w分别为地面定位核矩阵和井中定位核矩阵；Δx为震源位置x、y、z方向的更新量；

分别为地面和井中初至拾取精度加权系数；

分别为地面和井中检波器数目加权系数，

分别为地面/井中定位权重，

加大地面微地震数据对x、y方向的权重和

加大井中数据对z方向的权重。

进一步的，所述步骤3中，P波、S波的走时拾取可以通过人工拾取或自动拾取的方法拾取。

进一步的，所述步骤4.7中震源发震时刻的计算方法为：步骤3中拾取的走时减去步骤4.2中理论走时的均值。

与现有技术相比，本发明的井地联合微地震定位方法联合井中地面微地震P波和S波走时信息，加权融合井中和地面数据不同的检波器数目、走时精度和定位优势，有利于提高微地震定位精度；本发明的方法中井地联合定位方程中消除发震时刻参数影响，提高定位方法的稳定性。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明的井地联合微地震定位方法的流程示意图；

图2是本发明的井地联合微地震定位方法中步骤4的流程示意图；

图3是本发明的实施例中地面数据定位结果图；

图4是本发明的实施例中井地联合微地震定位方法的定位结果图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图1和图4示出了本发明的井地联合微地震定位方法步骤，包括，

步骤1，输入井地联合监测的微地震数据，纵横波速度模型，以及初始化参数，其中初始化参数包括初始震源位置、终止条件等参数，终止条件包括最大迭代次数、震源位置更新量最小值，走时残差的最小值等。

步骤2，井地联合微地震事件识别与匹配；

其中包括，步骤2.1，分别对井中微地震数据和地面微地震数据进行动校正、静校正和叠加处理得到叠加数据道；

步骤2.2，分别在井中叠加数据道和地面叠加数据道得到微地震激发时刻和震级；

步骤2.3，根据相同微地震事件的激发时刻和震级相同的准则，在井中微地震数据和地面微地震数据中识别和匹配出相同的微地震事件。

步骤3，井地微地震事件的P波、S波走时拾取，其中，P波、S波走时的拾取可采用人工拾取方法或自动拾取方法拾取。

步骤4，井地联合微地震走时定位，包括：

步骤4.1，输入拾取的P波、S波走时和纵横波速度模型，初始震源位置及终止条件，其中，纵横波速度模型，初始震源位置及终止条件即步骤1中输入的参数；

步骤4.2，利用两点射线追踪计算震源到检波器的P波、S波的理论走时；

步骤4.3，建立井地联合定位方程；

设井中或者地面单一震相的微地震走时定位方程为：

其中，

表示为微地震事件i到检波器k的旅行时残差(理论计算走时与实际拾取走时之差)；

分别为微地震事件i震源位置x、y、z方向的更新量；Δτⁱ为微地震事件i的发震时刻更新量；

微地震事件i在检波器k的旅行时对震源位置

的偏导数。

通过

对所有检波器k求均值得，

其中，<rⁱ>为所有检波器的旅行时残差的均值，

为微地震事件i在所有检波器的旅行时对震源位置

偏导数的均值；

与

两式相减得到消除发震时刻的微地震走时定位方程为，

根据步骤3中提取的多种走时信息和消除发震时刻的微地震走时定位方程建立井地联合定位方程对微震事件定位，得到井地联合定位方程表示如下：

其中，d^s,d^w分别表示为地面和井中走时残差；G^s,G^w分别为地面/井中定位核矩阵；Δx为震源位置x、y、z方向的更新量；

分别为地面和井中初至拾取精度加权系数(

为拾取走时精度的方差)；

分别为地面和井中检波器数目加权系数(w_rec＝1/N_rec，N_rec为检波器数目)，

分别为地面/井中定位权重，

加大地面微地震数据对x、y方向，即水平方向的权重，

加大井中数据对z方向，即深度方向的权重。

步骤4.4，求解步骤4.3中所得的井地联合定位方程，得到震源位置更新量。

步骤4.5，判断震源位置更新量或走时残差是否满足终止条件，如果是，则转入步骤4.6，如果否，则更新震源位置，然后返回步骤4.2；为防止系统进入死循环模式，若是迭代次数满足终止条件，也会转入步骤4.6，输出微地震震源位置。

步骤4.6，震源位置更新量或走时残差或迭代次数满足终止条件，输出微地震震源位置。

步骤4.7，计算震源发震时刻，即步骤3中拾取的走时减去步骤4.2中理论走时的均值。

步骤5，输出微地震事件定位结果。

根据本发明的井地联合微地震定位方法，通过理论数据对本方法进行了验证，取微地震事件真实位置(0m，0m，2500m)，P波和S波走时中加入随机误差(±2ms)，然后根据本发明的井地联合微地震定位方法重复进行50次定位，重复次数可以根据实际情况进行选择。图3为仅利用地面数据的定位结果的侧视图，图4为利用本方法得到的定位结果。通过对比发现，理论数据测试表明本发明的定位方法定位误差更小，有利于提高微地震定位精度。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明实时操作，但是，这并非要去或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤或者将一个步骤分成多个步骤执行。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种井地联合微地震定位方法，其特征在于，包含以下几个步骤：

步骤1，输入井地联合监测的微地震数据、纵横波速度模型，以及初始化参数；

步骤2，井地联合微地震事件识别与匹配；

步骤3，井地微地震事件的P波、S波走时拾取；

步骤4，井地联合微地震走时定位；包括：

步骤4.1，输入步骤3中拾取的P波、S波走时和纵横波速度模型，初始震源位置及终止条件；

步骤4.2，计算震源到检波器的P波、S波的理论走时；

步骤4.3，建立井地联合定位方程，

设井中或者地面单一震相的微地震走时定位方程为：

其中，

为微地震事件i到检波器k的旅行时残差，

分别为微地震事件i震源位置x、y、z方向的更新量，Δτⁱ为微地震事件i的发震时刻更新量，

为微地震事件i在检波器k的旅行时对震源位置x_l ⁱ的偏导数；

通过

对所有检波器k求均值得，

其中，<rⁱ>为所有检波器的旅行时残差的均值，

为微地震事件i在所有检波器的旅行时对震源位置

偏导数的均值；

两式相减得到消除发震时刻的微地震走时定位方程为，

根据步骤3提取的多种走时信息和消除发震时刻的微地震走时定位方程建立井地联合定位方程对微震事件定位，得到井地联合定位方程表示如下：

其中，d^s,d^w分别表示为地面走时残差和井中走时残差；G^s,G^w分别为地面定位核矩阵和井中定位核矩阵；Δx为震源位置x、y、z方向的更新量；

分别为地面初至拾取精度加权系数和井中初至拾取精度加权系数；

分别为地面检波器数目加权系数和井中检波器数目加权系数，

分别为地面定位权重和井中定位权重；

步骤4.4，求解所述井地联合定位方程，得到震源位置更新量；

步骤4.5，判断是否满足终止条件，如果是，则转入步骤4.6，如果否，则更新震源位置，然后返回步骤4.2；

步骤4.6，输出微地震震源位置；

步骤4.7，计算震源发震时刻；

步骤5，输出微地震事件定位结果。

2.根据权利要求1所述的井地联合微地震定位方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

步骤2.1，分别对井中微地震数据和地面微地震数据进行动校正、静校正和叠加处理得到叠加数据道；

步骤2.2，分别在井中叠加数据道和地面叠加数据道得到微地震激发时刻和震级；

步骤2.3，根据相同微地震事件的激发时刻和震级相同的准则，在井中微地震数据和地面微地震数据中识别和匹配出相同的微地震事件。

3.根据权利要求1所述的井地联合微地震定位方法，其特征在于，所述步骤1中输入的初始化参数包括初始震源位置及终止条件，终止条件包括最大迭代次数、震源位置更新量最小值及走时残差的最小值。

4.根据权利要求1所述的井地联合微地震定位方法，其特征在于，所述步骤3中，P波、S波的走时拾取通过人工拾取或自动拾取的方法拾取。

5.根据权利要求1所述的井地联合微地震定位方法，其特征在于，所述步骤4.2中的P波、S波的理论走时通过两点射线追踪算法计算得到。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的井地联合微地震定位方法，其特征在于，所述步骤4.7中震源发震时刻的计算方法为：步骤3中拾取的走时减去步骤4.2中理论走时的均值。

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