CN113031061B - 一种气化腔边界识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气化腔边界识别方法，包括以下步骤：S1、多波联合定位算法进行微地震事件定位；S2、提取微地震事件能量属性；S3、地下原煤气化腔边界识别。本发明提供的一种气化腔边界识别方法，可以对煤炭燃烧气化产生的微地震事件波及范围进行求解，并对气化边界范围进行识别，基于该结果可以对气化腔体空间边界范围进行识别与研究。

Description

一种气化腔边界识别方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探中微地震数据处理的方法，具体为一种气化腔边界识别方法。

背景技术

近年来煤炭地下气化得了有效发展，煤炭在燃烧过程中形成的气化空间的边界确定是重点，气化腔边界的确定不仅关系到气化腔的大小，而且边界的控制还会影响气化腔的有效性和安全性。

Mellors、Jerald等学者对煤炭地下气化气化腔形态扩展进行了理论分析，并利用现场实测和理论分析相结合的方法对气化腔形态进行了研究；Nourozieh、Prabu等学者对煤炭地下气化气化腔形态扩展进行了理论模拟研究，利用数值模拟和物理方法研究了气化腔形态。G.Perkins等假设气化腔为圆柱形状，建立了基于流体力学(CFD)的二维轴对称气化腔物理模型。Sateesh利用CFD模型在理论上模拟了大尺度煤块在燃烧时形成的气化腔体，得到了腔体的几何尺寸。Wilk等假设气化腔体分为2个空间，一个是由煤炭燃烧后产生的煤灰包围的靠近注气井的区域空间，该空间属于低渗透性格区域，另外一个是气化腔体边界的空间，该空间属于高渗透性区域，基于该假设建立了气化腔模型。调研表明，国外学者都是以理论模型为基础的研究和模拟，得出的气化腔体太理想化，并且存在误差，利用微地震监测技术可以实时有效的刻画真实的气化腔形态，国内尚无利用微地震事件属性识别气化边界的研究成果。

发明内容

本发明提供一种气化腔边界识别方法，可以对煤炭气化信号进行实时定位，最终在三维空间确定气化腔边界和气化腔体体积。目的在于利用微地震事件能量属性识别气化腔边界，指导气化运行控制参数，为煤炭地下气化安全提供技术保障。

本发明具体的技术方案为：

一种气化腔边界识别方法，包括以下步骤：

S1、多波联合定位算法进行微地震事件定位；

S2、提取微地震事件能量属性；

S3、地下原煤气化腔边界识别。

具体的，步骤S1具体的方法为，利用校正炮信号对三分量检波器进行定向调整，并对三分量信号进行极化旋转，首先通过P波的振动方向来确定微地震事件的方位，其次利用P、S_h、S_v波时差和校正后的速度模型确定煤炭燃烧时产生的微地震事件的空间位置。

步骤S2、提取微地震事件能量属性：

其中，ρ为岩石介质的密度，v地震波传播速度，t为采样时间，r为震源至检波器的距离，W_rms为均方根振幅，K为采样点数。

步骤S3、地下原煤气化腔边界识别，包括以下子步骤：

(1)应用步骤S1对煤炭气化信号进行微地震事件定位；

(2)应用步骤S2对微地震事件能量属性进行提取；

(3)按能量大小显示微地震事件，在边界面存在能量的阶梯和突变界面，通过该界面识别并确定气化腔边界范围。

本发明提供的一种气化腔边界识别方法，可以对煤炭燃烧气化产生的微地震事件波及范围进行求解，并对气化边界范围进行识别，基于该结果可以对气化腔体空间边界范围进行识别与研究。

本发明有效解决了识别煤炭气化腔体边界的问题，基于微地震监测技术识别煤炭气化信号，并精准定位事件，对气化腔体进行安全有效监控，预防煤层顶板塌陷等风险，意义重大。

附图说明

图1为实施例的微地震定位结果图；横坐标为模型X坐标(单位：m)；纵坐标为模型Y坐标(单位：m)。

图2为实施例的依据能量属性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)。

图3为实施例的依据能量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)，微地震事件点的大小代表能量的大小。

具体实施方式

本发明的目的在于通过有效定位的微地震事件，提取微地震事件能量属性，并进行量化，最终识别原煤地下气化的边界范围。具体实施方式如下。

S1、多波联合定位算法进行微地震事件定位

多波联合定位算法是利用高信噪比信号对微地震事件进行实时定位，工作原理为利用校正炮信号对三分量检波器进行定向调整，并对三分量信号进行极化旋转，首先通过P波的振动方向来确定微地震事件的方位，其次利用P、S_h、S_v波时差和校正后的速度模型确定煤炭燃烧时产生的微地震事件的空间位置。

设第k个事件震源位置坐标为Q_k(x_qk，y_qk，z_qk)，第i个检波器坐标为P_i(x_pi，y_pi，z_pi)，则震源与观测点之间的距离为：

式中d_ki表示震源与第i个检波器之间的距离，单位m；x_qk，y_qk，z_qk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；x_pi，y_pi，z_pi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v_p和v_s，则p_i点的记录到微地震信号纵横波走时时差ΔT_ki可用公式(2)表示，即：

则：

式中ΔT_ki表示p_i点记录到的震源坐标为Q_i(x_qk，y_qk，z_qk)，微地震信号纵横波走时时差。

当接收信号的检波器个数i≥3时，则可通过求解上式，得到微地震事件空间位置。

微地震定位结果如图1所示，为地下煤炭在燃烧过程中因破裂产生的微地震事件定位成果侧视图，单个微地震事件代表燃烧破裂时的地震波信息，随着煤炭是不断燃烧，不间断的产生微地震事件，利用定位出的微地震事件刻画气化腔的形态。

S2、提取微地震事件能量属性：

其中，ρ为岩石介质的密度，ν地震波传播速度，t为采样时间，r为震源至检波器的距离，W_rms为均方根振幅，K为采样点数。

S3、地下原煤气化腔边界识别

(1)应用步骤1)对煤炭气化信号进行微地震事件定位；

(2)应用步骤2)对微地震事件能量属性进行提取，见图2；图2为地下煤炭在燃烧过程中因破裂产生的微地震事件定位成果三维图，图中的微地震事件为按照震级显示，气化腔边界区域的事件能量比气化腔里面的微地震事件能量大。

(3)按能量大小显示微地震事件，在边界面存在能量的阶梯和突变界面，通过该界面识别并确定气化腔边界范围，见图3。

该方法可以对煤炭燃烧气化产生的微地震事件波及范围进行求解，并对气化边界范围进行识别，基于该结果可以对气化腔体空间边界范围进行识别与研究。

Claims (1)

1.一种气化腔边界识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、多波联合定位算法进行微地震事件定位；

步骤S1具体的方法为，利用校正炮信号对三分量检波器进行定向调整，并对三分量信号进行极化旋转，首先通过P波的振动方向来确定微地震事件的方位，其次利用P、S_h、S_v波时差和校正后的速度模型确定煤炭燃烧时产生的微地震事件的空间位置；

S2、提取微地震事件能量属性；

其中，ρ为岩石介质的密度，ν地震波传播速度，t为采样时间，r为震源至检波器的距离，W_rms，i为均方根振幅，K为采样点数；

S3、地下原煤气化腔边界识别；包括以下子步骤：

(1)应用步骤S1对煤炭气化信号进行微地震事件定位；

(2)应用步骤S2对微地震事件能量属性进行提取；

(3)按能量大小显示微地震事件，在边界面存在能量的阶梯和突变界面，通过该界面识别并确定气化腔边界范围。

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