CN111175815A - 油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统 - Google Patents

油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，该方法包括：步骤1、获取时间域的观测微地震波形数据；步骤2、建立油藏改造区域的三维速度模型；步骤3、获取微地震信号纵波与横波的能量比；步骤4、根据贝叶斯公式，通过训练样本计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的概率密度函数；步骤5、根据计算得到的概率密度函数，利用纵波与横波能量比判定微地震事件的震源性质，进行微地震事件的震源机制求解。该油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统通过油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法，可以确定人工裂缝是张性破裂或剪切破裂，从而有效描述人工裂缝的准确特征。

Description

油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统
技术领域
本发明涉及石油天然气油藏改造微地震监测技术领域，特别是涉及到一种油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统。
背景技术
水力压裂、注水、注气、稠油热采等油藏改造作业会诱发微地震事件，而这些微地震活动对于各类非常规油气田的勘探开发具有重要的作用。非常油气资源取得了巨大的进步，水力压裂等油藏改造技术离不开相关配套技术的支撑，微地震监测是评价油藏改造效果和优化改造工艺的最有效技术之一。目前，常规震源机制分析方法是利用纵波(P波)初动信息来估算震源机制解，是一种比较直接的反推震源性质及破裂过程的技术手段，但常规方法对微地震检波器记录数据的品质要求较高，并需要有足够多的检波器记录到微地震波形，要求具有信噪比较高的初至波动信号。另外，通过微地震信号P波初动信息进行震源机制求解，具有计算效率低、目标函数要求高的不足，在实际推广应用中难以发挥作用。为此我们发明了一种新的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法，可以确定人工裂缝是张性破裂或剪切破裂，从而有效描述人工裂缝的准确特征的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法，该油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法包括：步骤1、获取时间域的观测微地震波形数据；步骤2、建立油藏改造区域的三维速度模型；步骤3、获取微地震信号纵波与横波的能量比；步骤4、根据贝叶斯公式，通过训练样本计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的概率密度函数；步骤5、根据计算得到的概率密度函数，利用纵波与横波能量比判定微地震事件的震源性质，进行微地震事件的震源机制求解。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，获取时间域的观测微地震波形数据，在观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，观测微地震波形是通过布设在井中或地面检波器记录得到的。
在步骤1中，信噪比预设值为3.0，即对信噪比大于3.0的微地震波形数据进行震源机制求解；波形频段即对时间域微地震波形数据进行信噪比分析，选取大于预设值3.0的频段范围，其余频段范围不进行计算；井中或地面检波器记录，即是在井中或地面布设检波器，通过硬件设备进行连续采集，获取微地震监测数据。
在步骤2中，建立油藏改造区域的三维速度模型，利用稳健射线追踪方法计算微地震波离源角、微地震波方位角、纵波与横波的波速比。
在步骤2中，建立的三维速度模型是由油藏改造区域侧井资料、三维地震资料、地质资料、油藏资料联合建立的。
在步骤3中，能量比值是根据波形的速度积分计算得到的，通过以下公式计算纵波与横波的能量比：
Figure BDA0002356357320000021
Figure BDA0002356357320000022
其中：Ep是纵波能量；Es是横波能量；ρ是介质密度；Vp是纵波速度；Vs是横波速度；Jcp是纵波的能通量；Jcs是横波的能通量；rp和rs是震源到检波器的距离；tp是纵波的波形长度；ts是横波的波形长度；Wpi是纵波波形幅度的微分值；Wsi是横波波形幅度的微分值；i是检波器序号，N是检波器个数。
在步骤4中，点震源性质即为微地震监测裂缝的开启和滑移特征；通过以下公式计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的关系函数
Figure BDA0002356357320000031
具体公式如下：
Figure BDA0002356357320000032
Figure BDA0002356357320000033
其中：U(x,t)是时间域里时间t在点x处所产生的位移；r是震源到检波器的距离；α和β分别是纵横波的平均速度；Mij(t)是微地震的矩张量；Fi由地震波方位角和离源角计算得到；i是微地震矩张量矩阵的行；j是微地震矩张量矩阵的列；Rp和Rs是无量纲的辐射图案，在均匀介质中，是由同一观测点x处t时刻S波和P波的振幅比计算得到，并与断层走向ξ、倾角δ、滑动角λ、地震波离源角i、地震波方位角
Figure BDA0002356357320000034
和波速比有关。
在步骤5中，纵波与横波能量比的大小反映裂缝震源性质，在概率密度函数中具有一一对应的关系；
通过以下公式计算概率密度函数：
Figure BDA0002356357320000035
其中：A是纵波与横波能量比值小于a的事件，区间[0,+∞)；B是裂缝震源性质，区间为[0,1]；P(Bi|A)是纵波与横波能量比值小于a的事件中震源性质是Bi的概率；P(A|Bi)是震源性质是Bi的事件中纵波与横波能量比值小于a的概率。
本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解系统，该油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解系统包括：波形获取模块，获取时间域的观测微地震波形，在观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，观测微地震波形是通过井中或地面检波器记录得到的；速度模型建立模块，利用稳健射线追踪方法计算微地震波离源角、微地震波方位角和纵横波波速比；关键参数计算模块，获取微地震信号的纵波与横波能量比，该能量比值是根据波形的速度积分计算得到的；分类器模块，根据贝叶斯公式，通过训练样本计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的概率密度函数；震源机制判决模块，根据计算得到的概率密度函数，利用纵波与横波能量比判定微地震事件的震源性质，进行微地震信号的震源机制求解。
本发明中的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，首先计算微地震信号的纵波与横波能量比，根据贝叶斯公式计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的概率密度函数，实现微地震信号的震源机制求解，从而确定人工裂缝是张性破裂或剪切破裂，并具有运算效率高、抗噪性强的优点。该油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，解决现有技术的不足，利用微地震信号P波和S波的能量比，计算微地震震源机制解，最终通过纵波与横波能量比值来判定人工裂缝是剪切性破裂还是拉张性破裂。
附图说明
图1为本发明的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解系统的一具体实施例的结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的油藏改造微地震震源机制求解方法的流程图。
在步骤101，获取时间域的观测微地震波形数据，在观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，观测微地震波形是通过布设在井中或地面检波器记录得到的。
所述信噪比预设值为3.0，即对信噪比大于3.0的微地震波形数据进行震源机制求解。所述波形频段即对时间域微地震波形数据进行信噪比分析，选取大于预设值3.0的频段范围，其余频段范围不进行计算。所述井中或地面检波器记录，即是在井中或地面布设检波器，通过硬件设备进行连续采集，获取微地震监测数据。
在步骤102，建立油藏改造区域的三维速度模型，利用稳健射线追踪方法计算微地震波离源角、微地震波方位角、纵波与横波的波速比。
建立的三维速度模型是由油藏改造区域侧井资料、三维地震资料、地质资料、油藏资料联合建立的。所述稳健射线追踪方法即解决了常规方法误差大的难题，能够更好地适应三维复杂模型，计算的微地震波离源角、微地震波方位角、纵波与横波的波速比等信息更加准确。
在步骤103，获取微地震信号纵波与横波的能量比，该能量比值是根据波形的速度积分计算得到的。
通过以下公式计算纵波与横波的能量比：
Figure BDA0002356357320000051
Figure BDA0002356357320000052
其中：Ep是纵波能量；Es是横波能量；ρ是介质密度；Vp是纵波速度；Vs是横波速度；Jcp是纵波的能通量；Jcs是横波的能通量；rp和rs是震源到检波器的距离；tp是纵波的波形长度；ts是横波的波形长度；Wpi是纵波波形幅度的微分值；Wsi是横波波形幅度的微分值；i是检波器序号，N是检波器个数。
在步骤104，根据贝叶斯公式，通过训练样本计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的概率密度函数。所述点震源性质即为微地震监测裂缝的开启和滑移特征。
通过以下公式计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的关系函数
Figure BDA0002356357320000061
具体公式如下：
Figure BDA0002356357320000062
Figure BDA0002356357320000063
其中：U(x,t)是时间域里时间t在点x处所产生的位移；r是震源到检波器的距离；α和β分别是纵横波的平均速度；Mij(t)是微地震的矩张量；Fi由地震波方位角和离源角计算得到；i是微地震矩张量矩阵的行；j是微地震矩张量矩阵的列；Rp和Rs是无量纲的辐射图案，在均匀介质中，是由同一观测点x处t时刻S波和P波的振幅比计算得到，并与断层走向ξ、倾角δ、滑动角λ、地震波离源角i、地震波方位角
Figure BDA0002356357320000064
和波速比有关。
在步骤105，根据计算得到的概率密度函数，利用纵波与横波能量比判定微地震事件的震源性质，实现微地震事件的震源机制求解。
纵波与横波能量比的大小能够反映裂缝震源性质，在概率密度函数中具有一一对应的关系。
通过以下公式计算概率密度函数：
Figure BDA0002356357320000065
其中：A是纵波与横波能量比值小于a的事件，区间[0,+∞)；B是裂缝震源性质，区间为[0,1]；P(Bi|A)是纵波与横波能量比值小于a的事件中震源性质是Bi的概率；P(A|Bi)是震源性质是Bi的事件中纵波与横波能量比值小于a的概率。
一种油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解系统，该系统如图2所示，包括：
波形获取模块201用于获取时间域的观测微地震波形，在观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，观测微地震波形是通过井中或地面检波器记录得到的；
速度模型建立模块202利用稳健射线追踪方法计算微地震波离源角、微地震波方位角和纵横波波速比；
关键参数计算模块203获取微地震信号的纵波与横波能量比，该能量比值是根据波形的速度积分计算得到的；
分类器模块204根据贝叶斯公式，通过训练样本计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的概率密度函数；
震源机制判决模块205根据计算得到的概率密度函数，利用纵波与横波能量比判定微地震事件的震源性质，实现微地震信号的震源机制求解。
本发明的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，以解决现有技术中P波初动信噪比低无法判定极性，进行震源机制求解时存在结果精度差、可靠性低的技术问题。本发明提出了采用纵横波能量比来判定震源性质，不需要对纵波初动性质进行判别，对噪音干扰不敏感，提高了微地震监测裂缝震源机制判决结果的可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法，其特征在于，该油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法包括：
步骤1、获取时间域的观测微地震波形数据；
步骤2、建立油藏改造区域的三维速度模型；
步骤3、获取微地震信号纵波与横波的能量比；
步骤4、根据贝叶斯公式，通过训练样本计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的概率密度函数；
步骤5、根据计算得到的概率密度函数，利用纵波与横波能量比判定微地震事件的震源性质，进行微地震事件的震源机制求解。
2.根据权利要求1所述的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，其特征在于，在步骤1中，获取时间域的观测微地震波形数据，在观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，观测微地震波形是通过布设在井中或地面检波器记录得到的。
3.根据权利要求2所述的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，其特征在于，在步骤1中，信噪比预设值为3.0，即对信噪比大于3.0的微地震波形数据进行震源机制求解；波形频段即对时间域微地震波形数据进行信噪比分析，选取大于预设值3.0的频段范围，其余频段范围不进行计算；井中或地面检波器记录，即是在井中或地面布设检波器，通过硬件设备进行连续采集，获取微地震监测数据。
4.根据权利要求1所述的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，其特征在于，在步骤2中，建立油藏改造区域的三维速度模型，利用稳健射线追踪方法计算微地震波离源角、微地震波方位角、纵波与横波的波速比。
5.根据权利要求4所述的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，其特征在于，在步骤2中，建立的三维速度模型是由油藏改造区域侧井资料、三维地震资料、地质资料、油藏资料联合建立的。
6.根据权利要求1所述的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，其特征在于，在步骤3中，能量比值是根据波形的速度积分计算得到的，通过以下公式计算纵波与横波的能量比：
Figure FDA0002356357310000021
Figure FDA0002356357310000022
其中：Ep是纵波能量；Es是横波能量；ρ是介质密度；Vp是纵波速度；Vs是横波速度；Jcp是纵波的能通量；Jcs是横波的能通量；rp和rs是震源到检波器的距离；tp是纵波的波形长度；ts是横波的波形长度；Wpi是纵波波形幅度的微分值；Wsi是横波波形幅度的微分值；i是检波器序号，N是检波器个数。
7.根据权利要求1所述的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，其特征在于，在步骤4中，点震源性质即为微地震监测裂缝的开启和滑移特征；通过以下公式计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的关系函数
Figure FDA0002356357310000023
具体公式如下：
Figure FDA0002356357310000024
Figure FDA0002356357310000025
其中：U(x,t)是时间域里时间t在点x处所产生的位移；r是震源到检波器的距离；α和β分别是纵横波的平均速度；Mij(t)是微地震的矩张量；Fi由地震波方位角和离源角计算得到；i是微地震矩张量矩阵的行；j是微地震矩张量矩阵的列；Rp和Rs是无量纲的辐射图案，在均匀介质中，是由同一观测点x处t时刻S波和P波的振幅比计算得到，并与断层走向ξ、倾角δ、滑动角λ、地震波离源角i、地震波方位角
Figure FDA0002356357310000026
和波速比有关。
8.根据权利要求1所述的油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解方法及系统，其特征在于，在步骤5中，纵波与横波能量比的大小反映裂缝震源性质，在概率密度函数中具有一一对应的关系；
通过以下公式计算概率密度函数：
Figure FDA0002356357310000031
其中：A是纵波与横波能量比值小于a的事件，区间[0,+∞)；B是裂缝震源性质，区间为[0,1]；P(Bi|A)是纵波与横波能量比值小于a的事件中震源性质是Bi的概率；P(A|Bi)是震源性质是Bi的事件中纵波与横波能量比值小于a的概率。
9.油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解系统，其特征在于，该油藏改造微地震监测裂缝震源机制求解系统包括：
波形获取模块，获取时间域的观测微地震波形，在观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，观测微地震波形是通过井中或地面检波器记录得到的；
速度模型建立模块，利用稳健射线追踪方法计算微地震波离源角、微地震波方位角和纵横波波速比；
关键参数计算模块，获取微地震信号的纵波与横波能量比，该能量比值是根据波形的速度积分计算得到的；
分类器模块，根据贝叶斯公式，通过训练样本计算纵波与横波能量比和点震源性质之间的概率密度函数；
震源机制判决模块，根据计算得到的概率密度函数，利用纵波与横波能量比判定微地震事件的震源性质，进行微地震信号的震源机制求解。
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