CN110865411A - 地面浅井微地震采集实时监控系统及快速定位事件方法 - Google Patents

地面浅井微地震采集实时监控系统及快速定位事件方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种地面浅井微地震采集实时监控系统及快速定位事件方法，属于地震勘探采集领域。该地面浅井微地震采集实时监控系统包括：检波点和云服务器；每个检波点分别赋予检波点号，每个检波点包括：一个检波器和与其连接的单点采集设备；所述检波器均埋设在地面浅井中，且均匀排布在水平井压裂段的两侧；所有单点采集设备通过无线方式与云服务器连接。利用本发明能够有效减少数据传输量，将数据传输效率提高90％以上，可在地面浅井微地震检测过程中快速对事件进行提取，提高数据采集处理的实时性，实时形成处理结果；本发明为油田动态监测提供一种有效的事件提取方式。

Description

地面浅井微地震采集实时监控系统及快速定位事件方法
技术领域
本发明属于地震勘探采集领域，具体涉及一种地面浅井微地震采集实时监控系统及快速定位事件方法。
背景技术
地面浅井微地震采集作为一种新型的采集技术，具有一定优势：检波器埋置在地面浅井中，有效减少了地表层对微地震弱信号的衰减，避免了环境噪声的干扰，从而提高了微地震弱信号的能量和信噪比；采用三分量检波器接收，可以更完整地接收纵横波信号，通过三分量合成和偏振分析，能更好地获得和区分的纵横波压裂微地震信息，有利于提高定位精度和资料解释。但其应用还存在一定问题，主要是针对压裂的实时性，由于稀疏布设且间隔距离较远，使用有线传输较为困难，使用无线传输存在速率受环境制约严重及数据量大(耗时耗电大)等问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种地面浅井微地震采集实时监控系统及快速定位事件方法，有效解决地面浅井微地震在实际应用中的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种地面浅井微地震采集实时监控系统，包括：检波点和云服务器；
每个检波点分别赋予检波点号，每个检波点包括：一个检波器和与其连接的单点采集设备；
所述检波器均埋设在地面浅井中，且均匀排布在水平井压裂段的两侧；
所有单点采集设备通过无线方式与云服务器连接。
所述系统包括n*4+4个检波器，所述n是采用水平井压裂段的公里数/2后向上取整得到的整数；
从水平井压裂段的左端端点到右端端点依次设置n个均布的点，n个均布的点将水平井压裂段平均分成n-1段，每一段的长度为L；
过每个点做一条与水平井压裂段垂直的直线，在该直线上设置4个检波器，其中2个检波器位于水平井压裂段的上侧，2个检波器位于水平井压裂段的下侧，同一条直线上的4个检波器对称分布在水平井压裂段的上、下两侧；
在水平井压裂段的左端端点的外侧设置有2个检波器，2个检波器对称分布在水平井压裂段的左端延长线的上、下两侧；
在水平井压裂段的右端端点的外侧设置有2个检波器，2个检波器对称分布在水平井压裂段的右端延长线的上、下两侧。
位于水平井压裂段的左端端点的外侧的2个检波器之间的距离、位于水平井压裂段的右端端点的外侧的2个检波器之间的距离、位于与水平井压裂段垂直的同一条直线上的相邻2个检波器之间的距离均为1-2公里；
位于水平井压裂段的左端端点的外侧的2个检波器的连线与水平井压裂段的左端延长线的交点到水平井压裂段的左端端点的距离为L；
位于水平井压裂段的右端端点的外侧的2个检波器的连线与水平井压裂段的右端延长线的交点到水平井压裂段的右端端点的距离为L。
所述检波器采用三分量检波器；
所有检波器的埋深为：40-100m；
所述单点采集设备包括：
GPS：用于在存储数据时提供GPS时间；
AD转换器：将检波器采集到的模拟信号转换为数字信号；
大容量存储：用于存储经过AD转换器转换后的数字信号；
3G/4G无线传输模块：用于实现检波点与云服务器之间的数据互通。
利用上述系统实现的一种快速定位事件方法，包括：
(1)每个检波点的设备进行初始化；
(2)每个检波点进行环境噪音监测，获得环境噪音数值；利用所述环境噪音数值定义事件起始数值；
(3)每个检波点进行数据采集，根据事件起始数值判断是否为一次事件确认，如果是，则该检波点向云服务器发送事件确认消息，所述事件确认消息包括：UTC时间值和检波点号；在发送完事件确认消息后的R秒内不再重复发送事件确认消息；然后转入步骤(4)；如果否，则返回步骤(3)；
(4)云服务器对接收到的所有事件确认消息进行记录和分析，判断是否为一个微地震事件，如果是，则转入步骤(5)，如果否，则返回步骤(4)
(5)云服务器端触发一次微地震事件数据回收：云服务器向所有检波点发送P秒内接收到的最早的UTC时间值；
(6)所有检波点根据所述云服务器发送来的最早的UTC时间值向云服务器传送以所述最早的UTC时间值为起始时间的采集时间段内采集的数据：
(7)云服务器将所有检波点发来的数据进行组合：将所有检波点发来的数据按照检波点号由小至大组合成标准的SEGD文件。
所述步骤(1)的操作包括：
每个检波点的检波器和单点采集设备上电初始化后，依靠单点采集设备的GPS秒脉冲进行数据采集和时间校准；
根据GPS时间的每1秒生成一个文件用于存储数据；
所述文件的文件名为：UTC时间+检波点号
所述步骤(2)中的所述每个检波点进行环境噪音监测，获得环境噪音数值的操作包括：
每个检波点对环境监测时间段内所有采样点采集到的数值取平均值，将该平均值作为该检波点的环境噪音数值；
所述步骤(2)中的利用所述环境噪音数值定义事件起始数值的操作包括：
将所述环境噪音数值的N倍定义为所述事件起始数值。
所述步骤(3)的所述每个检波点进行数据采集，根据事件起始数值判断是否为一次事件确认的操作包括：
每个检波点进行数据采集，当该检波点监测到连续M个采样点采集到的数值大于所述事件起始数值时，则认定为是一次事件确认，否则，认定为不是一次事件确认。
所述步骤(4)中的所述判断是否为一个微地震事件的操作包括：
判断在P秒内是否接收到Q个以上的检波点发来的事件确认消息，如果是，则判定为一个微地震事件，如果否，则判定为不是一个微地震事件。
所述环境监测时间段的数值、采集时间段的数值、N的值、M的值、P的值、Q的值、R的值均由云服务器进行设置；
所述N的值根据信噪比或者事件数量进行设置；
所述P的值根据检波器的埋深、波组速度、在沿与水平井压裂段平行的直线上相距最远的两个检波点之间的距离进行设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用本发明能够有效减少数据传输量，将数据传输效率提高90％以上，可在地面浅井微地震检测过程中快速对事件进行提取，提高数据采集处理的实时性，实时形成处理结果；本发明为油田动态监测提供一种有效的事件提取方式。
附图说明
图1水平井压裂段检波点布设方法；
图2浅井微地震事件采集流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
区别于常规微地震采集，本发明通过设计一种面向水平井压裂段的地面浅井微地震实时监控系统及快速定位事件方法，有效减少数据传输量(可减少90％以上无效数据量)，提高数据采集处理的实时性，并且为油田动态监测提供一种有效的事件提取方式。
本发明中主要针对水平井压裂段地面浅井微地震数据采集过程，检波器采用三分量，埋深为40-100m，由(n*4+4)个检波点组成，n为水平井压裂段公里数/2向上取整。以图1所示一段水平井压裂段为例，图1中的n为5,5个均布的点将水平井压裂段均分成4段。图1中设有24个检波点，分别赋予的检波点号为1-24，其中1、2号检波点位于水平井压裂段的左端端点的外侧，且对称分布在水平井压裂段的左端延长线的上、下两侧，23和24号检波点位于水平井压裂段的右端端点的外侧，且对称分布在水平井压裂段的右端延长线的上、下两侧，3、4、5、6号检波点位于与左端端点(即第一个点)垂直的直线上，且对称分布在水平井压裂段的上、下两侧，7、8、9、10号检波点位于与第二个点垂直的直线上，且对称分布在水平井压裂段的上、下两侧，11、12、13、14检波点位于与第三个点垂直的直线上，且对称分布在水平井压裂段的上、下两侧，15、16、17、18号检波点位于与第四个点垂直的直线上，且对称分布在水平井压裂段的上、下两侧，19、20、21、22号检波点位于与右端端点(即第五个点)垂直的直线上，且对称分布在水平井压裂段的上、下两侧。
设计检波器布设时尽量保证整个布设能够涵盖整个压裂段并且检波点平均排布在压裂段两侧。每个检波器点之间间隔1-2公里。每个检波点配备一个单点采集设备，该采集设备采用现有的采集设备加上3G/4G无线传输模块即可，其具有GPS、AD转换、大容量存储、3G/4G无线传输功能，所有检波点通过无线通讯由一个云服务器进行控制。
具体流程如图2所示，检波点设备上电初始化后依靠GPS秒脉冲进行数据采集和时间校准，所有数据存储按照GPS(UTC+检波点号组合成文件名)时间以秒为单位文件进行，即每个GPS时间的1秒的时间段内的数据形成一个文件，该文件的名称是UTC时间+检波点号。
检波点在开始采集前自动进行一个30s秒(此参数通过云服务器进行重新设置)的环境噪音分析，对30s内所有采样点(根据检波器的采样率确定)的数值取平均值，此数值为该检波点的环境噪音。当该检波点后续采样值超过该环境噪音的N倍(此参数可通过云服务器进行重新设置)，定义为事件起始数值，具体数值示具体信噪比而定(信噪比高则数值可设置大，信噪比低则设置小一些，也可根据事件数量多少进行调整，如事件过少可降低该数值以获取更多可能存在的小信号事件)。当该检波点监测到连续3个(此参数通过云服务器进行重新设置)采样点数值大于事件起始数值则认定为一次事件确认，该检波点向云服务器发送事件确认消息，所述事件确认消息包括：UTC时间值+检波点号，发送一次事件确认消息后3s(此参数可通过云服务器进行重新设置)内不再重复发送。云服务器将对收到的所有UTC时间值+检波点号进行记录和分析，如果在1s(此参数可通过云服务器进行重新设置，该时间主要根据检波器的埋深、波组速度(主要指压裂地层到检波器埋设地层的平均速度，p波和s波都要考虑)、检波点最远距离(在沿与水平井压裂段平行的直线上相距最远的两个检波点之间的距离)进行设定，该时间的最大值理论上应该为检波点最远距离除以P波和S波中速度值较小的速度。)内收到3个(此参数可通过云服务器进行重新设置)以上检波点发来的事件确认消息，则认定为一个微地震事件，云服务器端触发一次微地震事件数据回收，云服务器向所有检波点发送该时间段内最早的UTC时间值，所有检波点根据该UTC时间值向云服务器传送该时间值为起始时间的5s(此参数可通过云服务器进行重新设置)采集数据。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种地面浅井微地震采集实时监控系统，其特征在于：所述地面浅井微地震采集实时监控系统包括：检波点和云服务器；
每个检波点分别赋予检波点号，每个检波点包括：一个检波器和与其连接的单点采集设备；
所述检波器均埋设在地面浅井中，且均匀排布在水平井压裂段的两侧；
所有单点采集设备通过无线方式与云服务器连接。
2.根据权利要求1所述的地面浅井微地震采集实时监控系统，其特征在于：所述系统包括n*4+4个检波器，所述n是采用水平井压裂段的公里数/2后向上取整得到的整数；
从水平井压裂段的左端端点到右端端点依次设置n个均布的点，n个均布的点将水平井压裂段平均分成n-1段，每一段的长度为L；
过每个点做一条与水平井压裂段垂直的直线，在该直线上设置4个检波器，其中2个检波器位于水平井压裂段的上侧，2个检波器位于水平井压裂段的下侧，同一条直线上的4个检波器对称分布在水平井压裂段的上、下两侧；
在水平井压裂段的左端端点的外侧设置有2个检波器，2个检波器对称分布在水平井压裂段的左端延长线的上、下两侧；
在水平井压裂段的右端端点的外侧设置有2个检波器，2个检波器对称分布在水平井压裂段的右端延长线的上、下两侧。
3.根据权利要求2所述的地面浅井微地震采集实时监控系统，其特征在于：位于水平井压裂段的左端端点的外侧的2个检波器之间的距离、位于水平井压裂段的右端端点的外侧的2个检波器之间的距离、位于与水平井压裂段垂直的同一条直线上的相邻2个检波器之间的距离均为1-2公里；
位于水平井压裂段的左端端点的外侧的2个检波器的连线与水平井压裂段的左端延长线的交点到水平井压裂段的左端端点的距离为L；
位于水平井压裂段的右端端点的外侧的2个检波器的连线与水平井压裂段的右端延长线的交点到水平井压裂段的右端端点的距离为L。
4.根据权利要求1-3任一所述的地面浅井微地震采集实时监控系统，其特征在于：所述检波器采用三分量检波器；
所有检波器的埋深为：40-100m；
所述单点采集设备包括：
GPS：用于在存储数据时提供GPS时间；
AD转换器：将检波器采集到的模拟信号转换为数字信号；
大容量存储：用于存储经过AD转换器转换后的数字信号；
3G/4G无线传输模块：用于实现检波点与云服务器之间的数据互通。
5.利用权利要求1-4任一所述的地面浅井微地震采集实时监控系统实现的快速定位事件方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)每个检波点的设备进行初始化；
(2)每个检波点进行环境噪音监测，获得环境噪音数值；利用所述环境噪音数值定义事件起始数值；
(3)每个检波点进行数据采集，根据事件起始数值判断是否为一次事件确认，如果是，则该检波点向云服务器发送事件确认消息，所述事件确认消息包括：UTC时间值和检波点号；在发送完事件确认消息后的R秒内不再重复发送事件确认消息；然后转入步骤(4)；如果否，则返回步骤(3)；
(4)云服务器对接收到的所有事件确认消息进行记录和分析，判断是否为一个微地震事件，如果是，则转入步骤(5)，如果否，则返回步骤(4)
(5)云服务器端触发一次微地震事件数据回收：云服务器向所有检波点发送P秒内接收到的最早的UTC时间值；
(6)所有检波点根据所述云服务器发送来的最早的UTC时间值向云服务器传送以所述最早的UTC时间值为起始时间的采集时间段内采集的数据：
(7)云服务器将所有检波点发来的数据进行组合：将所有检波点发来的数据按照检波点号由小至大组合成标准的SEGD文件。
6.根据权利要求5所述的快速定位事件方法，其特征在于：所述步骤(1)的操作包括：
每个检波点的检波器和单点采集设备上电初始化后，依靠单点采集设备的GPS秒脉冲进行数据采集和时间校准；
根据GPS时间的每1秒生成一个文件用于存储数据；
所述文件的文件名为：UTC时间+检波点号。
7.根据权利要求6所述的快速定位事件方法，其特征在于：所述步骤(2)中的所述每个检波点进行环境噪音监测，获得环境噪音数值的操作包括：
每个检波点对环境监测时间段内所有采样点采集到的数值取平均值，将该平均值作为该检波点的环境噪音数值；
所述步骤(2)中的利用所述环境噪音数值定义事件起始数值的操作包括：
将所述环境噪音数值的N倍定义为所述事件起始数值。
8.根据权利要求7所述的快速定位事件方法，其特征在于：所述步骤(3)的所述每个检波点进行数据采集，根据事件起始数值判断是否为一次事件确认的操作包括：
每个检波点进行数据采集，当该检波点监测到连续M个采样点采集到的数值大于所述事件起始数值时，则认定为是一次事件确认，否则，认定为不是一次事件确认。
9.根据权利要求8所述的快速定位事件方法，其特征在于：所述步骤(4)中的所述判断是否为一个微地震事件的操作包括：
判断在P秒内是否接收到Q个以上的检波点发来的事件确认消息，如果是，则判定为一个微地震事件，如果否，则判定为不是一个微地震事件。
10.根据权利要求9所述的快速定位事件方法，其特征在于：所述环境监测时间段的数值、采集时间段的数值、N的值、M的值、P的值、Q的值、R的值均由云服务器进行设置；
所述N的值根据信噪比或者事件数量进行设置；
所述P的值根据检波器的埋深、波组速度、在沿与水平井压裂段平行的直线上相距最远的两个检波点之间的距离进行设置。
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