CN110727028A - 一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，包括确定研究区域、建立速度模型、微震事件定位、裂缝地质力学属性解析和绘制裂隙分布图。本发明的有益效果是：本发明提出的微震事件定位、裂缝尺度计算及地质力学性质解析方法进一步为储层渗透性评价提供了可能，且在实际应用中取得了理想的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种评价方法，具体为一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，属于微地震监测技术和煤储层特征评价技术领域。
背景技术
随着煤矿开采深度的增加，煤层瓦斯含量逐渐增加，要保证煤矿安全开采，提前预抽煤层瓦斯是一种行之有效且必不可少的技术手段，当前，煤矿瓦斯预抽主要包括地面和井下两种抽采方法，瓦斯高效抽采需要煤储层具备良好的渗透率(透气性系数)，而煤储层裂隙是煤层渗透率(透气性系数) 的主要贡献者，客观准确评价煤储层的裂隙发育特征一方面可以为储层改造措施提供基础参数，另一方面可以为瓦斯高效抽采工程设计提供必要支撑，当前，从地面评价煤储层渗透率的方法主要有试井法和高精度裂隙填图等方法；在煤矿井下测试煤层透气性系数的方法主要有压力测试法、示踪剂法等。
因此，则需要一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法来满足市面上基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法的需求，虽然目前市面上已经出现了多种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，但总的来看，却大多存在着一些通病，其一、现有的基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法采用试井方法测试渗透率一般每平方公里只有0.1-0.2点，高精度裂隙填图一般3-4线/平方公里，井下透气性系数测试一般每个工作面1-2组，而煤储层非均质性明显，导致渗透率的差异性极大，稀疏的测点难以满足储层精细评价技术要求，也难以满足瓦斯高效抽采的目标要求，是当前测试方法存在的主要问题，其二、现有的基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法试井方法和井下透气性系数测试法的测试周期一般较长，使用的设备及材料较多，需要的测试费用一般较高，其三、现有的基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法试井方法和井下透气性系数测试都是一项非常繁杂的系统工程，操作工艺非常复杂，需要专业技术人员完成。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，包括以下步骤：
步骤A：确定研究区域，根据作业设计采用3分量高精度微震监测仪完成野外监测作业；
步骤B：根据区内声波测井资料建立合适的速度模型；
步骤C：根据时差法确定完成裂缝空间定位；
步骤D：计算确定裂缝的地质力学属性；
步骤E：根据计算得出的地质力学属性，绘制储层裂隙评价结果的裂隙分布图。
优选的，为了满足瓦斯高效抽采的目标要求，所述作业设计包括台站布置方式、布设密度及监测时长等。
优选的，为了解决测点稀疏的问题，所述台站布置方式为菱形或矩形，台站布设密度不少于16台站/Km2，监测时间连续且不低于24h。
优选的，为了保证采样的时效性，所述3分量高精度微震监测仪的采样频率不低于1000次/S，仪器前端折算噪音不大于1μV rms。
优选的，为了最大限度的匹配合适的速度模型，所述合适的速度模型需根据地层特征合理划分模型层数，对于1000m以浅的监测区域，要求速度模型层数不少于10层。
优选的，为了保证裂缝定位的准确性，所述时差法裂缝定位主要通过如下公式确定：
h1tgαm1+h1tgαm1+...+hntgαmn＝rm
h1+h2+...+hn＝H
式中：m是监测台站数量，h1、h2…hn是自地层底部至地面的地层分层厚度，V1、V2…Vn是自地层底部至地面的地层分层速度，rm是震源至监测台站的水平距离，αmn是震源在第n个地层分层中的出射角。
优选的，为了对裂缝地质力学属性进行全方位的研究，所述裂缝地质力学属性包括裂缝尺度、裂缝方向和力学性质。
优选的，为了保证所测裂缝尺度的准确性，所述裂缝尺度通过如下公式确定：
式中：t2-t1是震源初动半周期，单位s；Vp是P波波速，单位m/s。
优选的，为了对裂缝方向和力学性质提供理论依据，所述裂缝方向和力学性质通过专利《一种利用微地震进行震源机制分析的方法》 (ZL201310002751.2)实现。
优选的，为了便于分析所绘制的裂缝分布图，所述裂隙分布图采用不同的图例在一张平面图中同时表示裂缝位置、尺度、方向及性质，且据此采用背景色的方式在图中标出储层裂缝发育区、欠发育区和不发育区等。
本发明的有益效果是：该基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法设计合理，发明提出的微震微震事件定位、尺度计算及力学性质解析方法进一步为储层渗透性评价提供了可能，且在实际应用中取得了理想的效果。
附图说明
图1为本发明中各井及监测台站的分布位置示意图；
图2为本发明中速度模型示意图；
图3为本发明中微地震信号波形示意图；
图4为本发明中有效微地震微震事件定位图；
图5为本发明中力学属性解析示意图；
图6为本发明中产气量和微震事件数量相关性分析示意图；
图7为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～7，一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，包括以下步骤：
步骤A：确定研究区域，根据作业设计采用3分量高精度微震监测仪完成野外监测作业；
步骤B：根据区内声波测井资料建立合适的速度模型；
步骤C：根据时差法确定完成裂缝空间定位；
步骤D：计算确定裂缝的地质力学属性；
步骤E：根据计算得出的地质力学属性，绘制储层裂隙评价结果的裂隙分布图。
所述作业设计包括台站布置方式、布设密度及监测时长等，满足瓦斯高效抽采的目标要求，所述台站布置方式为菱形或矩形，台站布设密度不少于 16台站/Km2，监测时间连续且不低于24h，解决测点稀疏的问题，所述3分量高精度微震监测仪的采样频率不低于1000次/S，保证采样的时效性，所述合适的速度模型需根据地层特征合理划分模型层数，对于1000m以浅的监测区域，要求速度模型层数不少于10层，最大限度的匹配合适的速度模型，所述时差法裂缝定位主要通过如下公式确定：
h1tgαm1+h1tgαm1+...+hntgαmn＝rm
h1+h2+...+hn＝H
式中：m是监测台站数量，h1、h2…hn是自地层底部至地面的地层分层厚度，V1、V2…Vn是自地层底部至地面的地层分层速度，rm是震源至监测台站的水平距离，αmn是震源在第n个地层分层中的出射角，保证裂缝定位的准确性，所述裂缝地质力学属性包括裂缝尺度、裂缝方向和力学性质，对裂缝地质力学属性进行全方位的研究，裂缝尺度通过如下公式确定：
式中：t2-t1是震源初动半周期，单位s；Vp是P波波速，单位m/s，保证所测裂缝尺度的准确性，所述裂缝方向和力学性质通过专利《一种利用微地震进行震源机制分析的方法》(ZL201310002751.2)实现，提供有效的理论支撑，所述裂隙分布图采用不同的图例在一张平面图中同时表示裂缝位置、尺度、方向及性质，且据此采用背景色的方式在图中标出储层裂缝发育区、欠发育区和不发育区等，以便于分析所绘制的裂缝分布图。
实例一
(1)高河能源是潞安集团主力矿井，生产能力600Mt/a，研究区位于高河井田北部，二岗山断层南2Km处，面积约1.2Km2，高河能源主采山西组 3#煤层，煤质为贫瘦煤，研究区内煤层厚度5.3-7.8m，埋藏深度493-531m，平均513m，煤层瓦斯含量10-12m3/t；
(2)高河能源公司3#煤层以低压低渗为主要特征，井田内前期实施各类煤层气井超过100口，实施试井或储层描述的参数井约9口，折合每平方公里的测点不足1个；
(3)高河能源公司前期各类生产井的平均单井产气量约200m3/t，远远达不到商业化开采的目标，主要原因是储层评价不到位，最根本的是储层非均质性强，裂隙发育不均匀，各向异性明显；
(4)针对上述实际情况，于2017年开始在研究区开展了地面为地震监测煤储层裂隙评价研究及试验；
(5)试验使用的设备为北京科若思技术开发股份有限公司生产的分布式无线微震采集站，传感器采用美国Geospace Technologies公司生产的 OMNI2400型高精度传感器，灵敏度为52VS/m，频带宽度15-1500Hz，设备采样率为1000，可以最低监测到-3级地震；
(6)试验方案及过程：试验采用多次覆盖的原则，10口井分别单独监测，结合250m的井间距，确定单井覆盖范围为井周125m半径，单井监测使用8台站，布站方式为星型，单次监测时间为2h，根据各井及监测台站的分布位置，建立速度模型；
(7)整理并分析计算试验采集的原始数据后，得到微地震信号波形，进一步的，通过数据分析确定10口井共采集到有效微地震事件870个，采用时差法对所有的有效微地震事件进行了定位。
(8)基于微地震监测采集的信号幅值和初动信号半周期计算了所有微地震事件的震源尺度。
(9)对所有870个有效微地震事件的力学属性进行了解析，走滑型裂缝512组，倾滑型裂缝253组，张性裂缝105组。
(10)进一步单独分析了10口井单井范围内的裂隙数量和性质，发现华高78井、82井、83井和86井的张性裂隙及总裂隙数量最多，可以推测该4口井的储层原生渗透率较高，预期产气量较好。
(11)对该10口井进行了20个月的排采作业，产气量从高到低排列顺序为华高83井、华高86井、华高85井、华高82井、华高78井、华高173 井、华高88井、华高87井、华高95井和华高79井，采用微地震监测结果预测的4口高产井在后期表现出了较好的产气效果，达到了较好的预测效果。
(12)进一步地，分析了单井产气量和其影响范围内的微地震事件数量关系，剔除3口异常井后，对研究区内剩余7口井的产气量和微震事件数量做了相关性分析，发现二者呈线性相关关系，相关性系数高达0.808。
(13)因此可以断定，对于煤储层来讲，采用地面微地震监测的方式可以有效评价其储层特征。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A：确定研究区域，根据作业设计采用3分量高精度微震监测仪完成野外监测作业；
步骤B：根据区内声波测井资料建立合适的速度模型；
步骤C：根据时差法确定完成裂缝空间定位；
步骤D：计算确定裂缝的地质力学属性；
步骤E：根据计算得出的地质力学属性，绘制储层裂隙评价结果的裂隙分布图。
2.根据权利要求1所述的一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：所述作业设计包括台站布置方式、布设密度及监测时长等。
3.根据权利要求2所述的一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：所述台站布置方式为菱形或矩形，台站布设密度不少于16台站/Km2，监测时间连续且不低于24h。
4.根据权利要求1所述的一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：所述3分量高精度微震监测仪的采样频率不低于1000次/S，仪器前端折算噪音不大于1μV rms。
5.根据权利要求1所述的一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：所述合适的速度模型需根据地层特征合理划分模型层数，对于1000m以浅的监测区域，要求速度模型层数不少于10层。
6.根据权利要求1所述的一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：所述时差法裂缝定位主要通过如下公式确定：
h1tgαm1+h1tgαm1+...+hntgαmn＝rm
h1+h2+...+hn＝H
式中：m是监测台站数量，h1、h2…hn是自地层底部至地面的地层分层厚度，V1、V2…Vn是自地层底部至地面的地层分层速度，rm是震源至监测台站的水平距离，αmn是震源在第n个地层分层中的出射角。
7.根据权利要求1所述的一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：所述裂缝地质力学属性包括裂缝尺度、裂缝方向和力学性质。
8.根据权利要求7所述的一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：所述裂缝尺度通过如下公式确定：
式中：t2-t1是震源初动半周期，单位s；Vp是P波波速，单位m/s。
9.根据权利要求7所述的一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：所述裂缝方向和力学性质通过专利《一种利用微地震进行震源机制分析的方法》(ZL201310002751.2)实现。
10.根据权利要求7所述的一种基于地面微地震监测的煤储层裂隙评价方法，其特征在于：所述裂隙分布图采用不同的图例在一张平面图中同时表示裂缝位置、尺度、方向及性质，且据此采用背景色的方式在图中标出储层裂缝发育区、欠发育区和不发育区等。
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