CN112464143A - 地下煤炭原位气化边界的识别方法及装置 - Google Patents

地下煤炭原位气化边界的识别方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种地下煤炭原位气化边界的识别方法及装置，其中该方法包括：获取目标区域的煤炭气化信号；对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。通过采用微地震监测的方法对地下煤炭原位气化微地震事件波及范围进行求解，从而对地下煤炭气化边界范围进行识别；通过对微地震事件进行精准定位，以准确确定气化腔边界范围，从而提高气化腔边界范围的准确性。

Description

地下煤炭原位气化边界的识别方法及装置
技术领域
本发明涉及地球物理勘探中微地震数据处理解释方法技术领域，尤其涉及一种地下煤炭原位气化边界的识别方法及装置。
背景技术
近年来深层煤地下气化发展迅速，深层煤燃烧气化运移过程中，气化腔边界的控制直接影响气化腔的安全性。
许多学者对地下煤炭原位气化的气化腔几何形态进行了大量的研究。主要集中在以下2个方面：①煤炭地下气化气化腔形态扩展现场探测与理论分析，如Oliver、Jerald、wilk、Mellors、Najafi等利用现场实测及理论分析方法研究了地下气化气化腔形态；②煤炭地下气化气化腔形态扩展模拟研究，如Daggupati、Prabu、Nourozieh等利用数值模拟及物理方法研究了地下气化腔形态。
气化过程中，气化腔横截面大多近似为矩形。空腔内部在气化剂喷入点上部覆盖着一层具有多孔特性的灰层，而在空腔顶部和灰层之间形成自由流动区。根据上述气化腔特点，G.Perkins等建立了基于计算流体力学(CFD)的二维轴对称气化腔物理模型，用于研究带有灰床的气化腔状况，其中，气化剂注入点位于底部中心位置，气化腔被假定为圆柱形状。Sateesh等利用CFD模型模拟了大尺度煤块气化腔的发育情况，研究地下煤气化初期气化腔发展，并形成同时在竖直与水平2个方向的气化腔扩展物理模型，得到了气化腔的长、宽、高三维几何尺寸。Wilk等建立了薄煤层地下气化气化腔发育模型以及通道气化模型，假设煤层气化分为2个区域，由煤灰包围着的进气口的低渗透区域和靠近气化通道壁面的高渗透性区域。Kuyper等在此模型的基础上模拟薄煤层地下气化过程中气化腔的发育及进气口周围的线性发展形状。但上述方法均无法对地下煤炭原位气化边界进行识别，无法确定气化腔边界范围。
发明内容
本发明实施例提供一种地下煤炭原位气化边界的识别方法，用以对地下煤炭原位气化边界进行识别，准确确定气化腔边界范围，该方法包括：
获取目标区域的煤炭气化信号；
对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；
根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；
按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。
本发明实施例还提供一种地下煤炭原位气化边界的识别装置，用以对地下煤炭原位气化边界进行识别，准确确定气化腔边界范围，该装置包括：
信号获取模块，用于获取目标区域的煤炭气化信号；
震源确定模块，用于对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；
震级确定模块，用于根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；
边界识别模块，用于按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述地下煤炭原位气化边界的识别方法。
本发明实施例也提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述地下煤炭原位气化边界的识别方法的计算机程序。
本发明实施例中，通过获取目标区域的煤炭气化信号；对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。通过采用微地震监测的方法对地下煤炭原位气化微地震事件波及范围进行求解，从而对地下煤炭气化边界范围进行识别；通过对微地震事件进行精准定位，以准确确定气化腔边界范围，从而提高气化腔边界范围的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中地下煤炭原位气化边界的识别方法的示意图。
图2为本发明具体实施例中步骤104的具体实现方法示意图。
图3为本发明一具体应用实施中的微地震定位的结果示意图。
图4为本发明一具体应用实施中的微地震事件的显示界面示意图。
图5为本发明一具体应用实施中识别并确定的气化腔边界三维示意图。
图6为本发明实施例中地下煤炭原位气化边界的识别装置的示意图。
图7为本发明具体实施例中边界识别模块604的结构示意图。
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。
本发明实施例提供了一种地下煤炭原位气化边界的识别方法，用以对地下煤炭原位气化边界进行识别，准确确定气化腔边界范围，如图1所示，该方法包括：
步骤101：获取目标区域的煤炭气化信号；
步骤102：对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；
步骤103：根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；
步骤104：按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。
由图1所示流程可以得知，本发明实施例中，通过获取目标区域的煤炭气化信号；对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。通过采用微地震监测的方法对地下煤炭原位气化微地震事件波及范围进行求解，从而对地下煤炭气化边界范围进行识别；通过对微地震事件进行精准定位，以准确确定气化腔边界范围，从而提高气化腔边界范围的准确性。
具体实施时，首先获取目标区域的煤炭气化信号。接着，对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标。具体实施时，对目标区域的煤炭气化信号，利用纵横波时差定位算法，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标。
其中，纵横波时差定位算法能够充分利用清晰有效信号，较准确的对微地震事件进行定位处理，其原理是，对三分量信号进行极化旋转，通过P波的振动方向来确定微地震事件发生方位，再利用P、S波时差和速度模型确定微地震事件的空间位置。
设第k个事件震源位置坐标为Qk(xqk,yqk,zqk)，第i个检波器坐标为Pi(xpi,ypi,zpi)，则震源与观测点之间的距离为：
Figure BDA0002739696000000041
式中dki表示震源与第i个检波器之间的距离，单位m；xqk,yqk,zqk分别表示第k个事件震源位置在三维空间x、y、z轴上的坐标，单位m；xpi,ypi,zpi分别表示第i个检波器在三维空间x、y、z轴上的坐标，单位m。
已知纵横波传播速度vp和vs，则pi点的记录到微地震信号纵横波走时时差ΔTki可用如下公式表示，即：
Figure BDA0002739696000000042
则：
Figure BDA0002739696000000043
式中ΔTki表示pi点记录到的震源坐标为Qi(xqk,yqk,zqk)，微地震信号纵横波走时时差。
当接收信号的检波器个数大于3个，则可通过求解上式，得到微地震震源坐标。
得到微地震震源坐标后，根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级。具体实施时，按照如下公式进行计算：
Figure BDA0002739696000000051
其中，Mw代表微地震事件震级；v代表地震波传播速度；r代表微地震震源至检波器的距离；Ω0代表微地震震源谱的零频极限值；F代表地震波平均传播系数，纵波的传播系数F为0.52，横波的传播系数F为0.63。
得到微地震事件震级后，按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。具体实施过程，如图2所示，包括：
步骤201：按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，得到微地震事件的显示界面；
步骤202：在微地震事件的显示界面中，根据边界面存在的震级阶梯和突变，识别并确定气化腔边界范围。
具体实施例中，对地下煤炭气化边界范围进行识别后，还可基于该结果对气化腔边界范围进行识别与研究，从而指导气化运行控制，提高气化效率，为煤炭地下原位气化安全提供技术保障。
下面给出一具体实例说明本发明实施例如何进行地下煤炭原位气化边界的识别。
首先对目标区域的煤炭气化信号，利用纵横波时差定位算法，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标。如图3所示，为微地震定位的结果图，横坐标为模型X坐标(单位：m)；纵坐标为模型Y坐标(单位：m)。
根据微地震震源坐标，按照如下公式对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级：
Figure BDA0002739696000000052
其中，Mw代表微地震事件震级；v代表地震波传播速度；r代表微地震震源至检波器的距离；Ω0代表微地震震源谱的零频极限值；F代表地震波平均传播系数。
按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，得到微地震事件的显示界面，如图4所示，横坐标为东西X坐标(单位：m)；纵坐标为南北Y坐标(单位：m)，上下为深度Z坐标(单位：m)，微地震事件由中间到四周代表事件发生先后顺序。
在微地震事件的显示界面中，根据边界面存在的震级阶梯和突变，识别并确定气化腔边界范围。从图4中可以看出，在边界面存在震级阶梯和突变，以此识别并确定气化腔边界范围，如图5所示，为依据震级属性平滑后确定的气化腔边界三维示意图，横坐标为东西X坐标(单位：m)；纵坐标为南北Y坐标(单位：m)，上下为深度Z坐标(单位：m)，微地震事件由中间到四周代表事件发生先后顺序。
上述具体应用的实施仅为举例，其余实施方式不再一一赘述。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种地下煤炭原位气化边界的识别装置，由于地下煤炭原位气化边界的识别装置所解决问题的原理与地下煤炭原位气化边界的识别方法相似，因此地下煤炭原位气化边界的识别装置的实施可以参见地下煤炭原位气化边界的识别方法的实施，重复之处不再赘述，具体结构如图6所示：
信号获取模块601，用于获取目标区域的煤炭气化信号；
震源确定模块602，用于对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；
震级确定模块603，用于根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；
边界识别模块604，用于按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。
具体实施例中，震源确定模块602具体用于：
对目标区域的煤炭气化信号，利用纵横波时差定位算法，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标。
具体实施时，震级确定模块603具体用于：
按照如下公式，根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级，包括：
Figure BDA0002739696000000061
其中，Mw代表微地震事件震级；v代表地震波传播速度；r代表微地震震源至检波器的距离；Ω0代表微地震震源谱的零频极限值；F代表地震波平均传播系数。
具体实施例中，边界识别模块604的结构如图7所示，包括：
排列显示单元701，用于按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，得到微地震事件的显示界面；
边界识别单元702，用于在微地震事件的显示界面中，根据边界面存在的震级阶梯和突变，识别并确定气化腔边界范围。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述地下煤炭原位气化边界的识别方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有执行上述地下煤炭原位气化边界的识别方法的计算机程序。
综上所述，本发明实施例提供的地下煤炭原位气化边界的识别方法及装置具有如下优点：
通过获取目标区域的煤炭气化信号；对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。通过采用微地震监测的方法对地下煤炭原位气化微地震事件波及范围进行求解，从而对地下煤炭气化边界范围进行识别；通过对微地震事件进行精准定位，以准确确定气化腔边界范围，从而提高气化腔边界范围的准确性。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (10)

1.一种地下煤炭原位气化边界的识别方法，其特征在于，包括：
获取目标区域的煤炭气化信号；
对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；
根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；
按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标，包括：
对目标区域的煤炭气化信号，利用纵横波时差定位算法，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式，根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级，包括：
Figure FDA0002739695990000011
其中，Mw代表微地震事件震级；v代表地震波传播速度；r代表微地震震源至检波器的距离；Ω0代表微地震震源谱的零频极限值；F代表地震波平均传播系数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围，包括：
按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，得到微地震事件的显示界面；
在微地震事件的显示界面中，根据边界面存在的震级阶梯和突变，识别并确定气化腔边界范围。
5.一种地下煤炭原位气化边界的识别装置，其特征在于，包括：
信号获取模块，用于获取目标区域的煤炭气化信号；
震源确定模块，用于对目标区域的煤炭气化信号，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标；
震级确定模块，用于根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级；
边界识别模块，用于按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，根据微地震事件的显示界面识别并确定气化腔边界范围。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述震源确定模块具体用于：
对目标区域的煤炭气化信号，利用纵横波时差定位算法，进行微地震事件定位，得到微地震震源坐标。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述震级确定模块具体用于：
按照如下公式，根据微地震震源坐标，对微地震事件震级属性进行提取，得到微地震事件震级，包括：
Figure FDA0002739695990000021
其中，Mw代表微地震事件震级；v代表地震波传播速度；r代表微地震震源至检波器的距离；Ω0代表微地震震源谱的零频极限值；F代表地震波平均传播系数。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述边界识别模块，包括：
排列显示单元，用于按照微地震事件震级的规模显示微地震事件，得到微地震事件的显示界面；
边界识别单元，用于在微地震事件的显示界面中，根据边界面存在的震级阶梯和突变，识别并确定气化腔边界范围。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至4任一所述方法的计算机程序。
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