專利名稱：一種基于射孔約束的EnKF微地震事件位置反演方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油天然氣地震勘探領(lǐng)域，主要應(yīng)用于石油地震勘探的微地震監(jiān)測，具體地說，本發(fā)明涉及一種能夠更精確地確定微地震事件位置的反演方法。
背景技術(shù)：
在微地震壓裂中，我們可以得到每一個檢波器接收到的每一個事件的P波和S波的初至旅行時。通過三分量檢波器，事件的方位角可以從矢量圖中得到。P波和S波旅行時包含了從事件位置到檢波器之間的距離信息，比如事件發(fā)生時間。由矢量圖得到的方位角給出了事件位置的方位信息。這里我們用向量CUs來代表測量數(shù)據(jù)向量，包括每一檢波器接收到的每一事件的縱橫波旅行時和方位角。在微震監(jiān)測中需要確定的參數(shù)包括每個事件的位置(x，y，z)和發(fā)生時間Utl)。假設(shè)有Nr個檢波器和N個事件點，則參數(shù)向量X的維數(shù)為4XN，如X = [Xi，yi; Zi， Μ]τ，其中i = 1,2,…，N。如果P波和S波的旅行時以及方位角都是可用的，那么測量數(shù)據(jù)向量最大維數(shù)為3 XNrJnd= [P」，S」，Α」]τ，其中j = 1，2，…，Nr。以前的文獻(xiàn)中，地震定位是基于位置參數(shù)和不同接收點的初至旅行時之間是線性關(guān)系的，其表達(dá)形式如下面的式I:Ak Δ Xk+1+Sk+1 = ATk................................................式 I其中T是剩余旅行時，即對每一個接收器計算得到的旅行時與觀測到的旅行時之間的差異，可能包括P波或者S波旅行時之一,或者兩者都包括。向量X包括所有事件的位置參數(shù)(X，1，Z)和事件的起始時間h。矩陣A是敏感性矩陣，由第k次迭代預(yù)測得到的事件位置參數(shù)計算的旅行時得到。向量S包含由錯誤的速度結(jié)構(gòu)引起的校正參數(shù)，向量S可以用不同的算法來處理得到，比如靜態(tài)位置關(guān)系法(ST)，特定震源位置關(guān)系法(SSST)。當(dāng)向量S是用靜態(tài)位置關(guān)系法得到時，每一個檢波器接收的信號s值與事件位置無關(guān)。當(dāng)向量S是用特定震源位置關(guān)系法得到時，校正關(guān)系是接收器位置與事件位置間的一個方程。在兩種相關(guān)定位方法中，都至少需要用迭代方法來求解χκ+1和sK+1中的一個。每一次迭代，事件位置參數(shù)都用下面加入了校正關(guān)系S的式2進(jìn)行更新Xk+1 = Xk+ Δ Xk+1......................................................式 2用更新后的新的位置向量X，我們進(jìn)行正演模型得到旅行時，重新計算T。Sk+1通過求解方程I得到。上述的校正關(guān)系可以減少由不精確的速度模型反演得到的微地震事件位置的不確定性范圍。然而，其也對更多參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，因此增加了反演問題的不適定性，例如，其使最優(yōu)化問題趨于擁有多解性。因此上述方法可能會使計算得到的微地震事件位置遠(yuǎn)離真實的事件位置，即異常值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供了一種能夠減少傳統(tǒng)定位方法的不確定性，以更精確地確定微地震事件位置的基于射孔約束的EnKF微地震事件位置反演方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種基于射孔約束的EnKF微地震事件位置反演方法包括下述步驟(I)建立速度場；(2)選擇第k個事件點；(3)通過求解程函方程得到第j個檢波器(其中，j = 1，…，Nr, Nr表示檢波器的總個數(shù))接收到的該事件點的初至旅行時；(4)應(yīng)用集合卡爾曼濾波方法將步驟(3)中計算得到的初至旅行時與第j個檢波器實際接收到的初至旅行時進(jìn)行擬合；(5)檢查每一個檢波器所接收到的該事件點的旅行時是否全部擬合，如果檢查結(jié)果為否，則返回到步驟(3)，并使變量j增1，以對第j+Ι個檢波器進(jìn)行擬合，如果檢測結(jié)果為是，則完成事件定位。根據(jù)本發(fā)明的一方面，可通過計算聲波測井和射孔時間數(shù)據(jù)來建立速度場。根據(jù)本發(fā)明的一方面，步驟(4)可包括下述步驟在貝葉斯框架下定義目標(biāo)函數(shù)；應(yīng)用集合卡爾曼濾波來進(jìn)行事件定位，首先隨機(jī)生成Ne個事件位置的實現(xiàn)；對第j個檢波
器接收到的微震事件初至旅行時進(jìn)行擾動，生成Ne個觀測數(shù)據(jù)向量<4.,., i = I. . . Ne ；通過擬合第j個檢波器接收到的事件的初至旅行時來更新事件位置向量X ;使變量j增1，重復(fù)上述過程以對第j+Ι個檢波器接收到的事件初至旅行時進(jìn)行擬合。根據(jù)本發(fā)明的一方面，Ne個事件位置的實現(xiàn)可為50-100個事件位置的實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，目標(biāo)函數(shù)可由下式表示
I /........Wt_Λ I(ΗΧ)^ψ-Χη C；!{X~X")+^(d^-dnJ其中，O(X)表示為確定微地震事件位置所建立的目標(biāo)函數(shù)，通過迭代使本目標(biāo)函
數(shù)的變化達(dá)到某一收斂條件ε。(如ε。= IO-5)或I (如I = 10)。如[丨丨/、 - ，
hh+io--、
I為迭代次數(shù)，X表示事件位置向量，P表示上次迭代所更新的數(shù)據(jù)的平均值，第一次計算
ο ο ol
OO O
時為射孔位置參數(shù)，Cx是位置參數(shù)誤差協(xié)方差矩陣Cjr= Λ "淇中
OO Oz O.
ο ο ο 4 j
是事件位置參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，其由裂縫大小計算得到，CUs表示觀測數(shù)據(jù)，CU1。表示正演計
Γσ,2 ο ο —
算得到的預(yù)測數(shù)據(jù)，Cd表示測量誤差協(xié)方差矩陣，Oj= O ·■, O f其中<7^是觀測數(shù)據(jù)
Lo ° 心 Γ
的標(biāo)準(zhǔn)偏差，其中，k = 1，…，Nobs, Nobs為測量數(shù)據(jù)維數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，隨機(jī)生成Ne個事件位置的實現(xiàn)的步驟可由下式表示Xf =J7+ (f ΖΛ = I,…，Ne，其中，向量Z是(0，1)內(nèi)的一組服從高斯分布的隨機(jī)數(shù)組成的隨機(jī)偏移向量。^表示上次迭代所更新的數(shù)據(jù)的平均值，在本方法中，由于是用射孔點約束來確定微地震事件位置，所以在第一次運(yùn)算時，^為射孔位置參數(shù)。Cx是位置參數(shù)誤差協(xié)方差矩陣
權(quán)利要求
1.一種基于射孔約束的EnKF微地震事件位置反演方法，包括下述步驟 (1)建立速度場； (2)選擇第k個事件點； (3)通過求解程函方程得到第j個檢波器接收到的該事件點的初至旅行時rfi，其中，j=I, . . . , Nr, Nr表示檢波器的總個數(shù)； (4)應(yīng)用集合卡爾曼濾波方法將步驟(3)中計算得到的初至旅行時與第j個檢波器實際接收到的初至旅行時進(jìn)行擬合； (5)檢查每一個檢波器所接收到的該事件點的旅行時是否全部擬合，如果檢查結(jié)果為否，則返回到步驟(3)，并使變量j增1，以對第j+Ι個檢波器進(jìn)行擬合，如果檢測結(jié)果為是，則完成事件定位。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，通過計算聲波測井和射孔時間數(shù)據(jù)來建立速度場。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，步驟(4)包括下述步驟 在貝葉斯框架下定義目標(biāo)函數(shù)； 應(yīng)用集合卡爾曼濾波來進(jìn)行事件定位，首先隨機(jī)生成Ne個事件位置的實現(xiàn)； 對第j個檢波器接收到的微震事件初至旅行時#:進(jìn)行擾動，生成Ne個觀測數(shù)據(jù)向量^nhsj，其中，i = I. · · Ne ; 通過擬合第j個檢波器接收到的事件的初至旅行時來更新事件位置向量X; 使變量j增1，重復(fù)上述過程以對第j+Ι個檢波器接收到的事件初至旅行時進(jìn)行擬合。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，Ne個事件位置的實現(xiàn)為50-100個事件位置的實現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述目標(biāo)函數(shù)由下式表示
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，隨機(jī)生成Ne個事件位置的實現(xiàn)的步驟由下式表示
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，對第j個檢波器接收到的微震事件初至旅行時進(jìn)行擾動，生成Ne個觀測數(shù)據(jù)向量c/Ι,的步驟包括 對Ne個實現(xiàn)中的每一個進(jìn)行微震事件正演模擬，以得到Ne個預(yù)測的數(shù)據(jù)向量，該步驟由下式表示，
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，更新事件位置向量X的步驟由下式表示
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，協(xié)方差矩陣Cx,D和CD,D由下式表示
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，F(xiàn)和^7分別由下式表示
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于射孔約束的EnKF微地震事件位置反演方法，該方法包括(1)建立速度場；(2)選擇第k個事件點；(3)通過求解程函方程得到第j個檢波器接收到的該事件點的初至旅行時；(4)應(yīng)用集合卡爾曼濾波方法將步驟(3)中計算得到的初至旅行時與第j個檢波器實際接收到的初至旅行時進(jìn)行擬合；(5)檢查每一個檢波器所接收到的該事件點的旅行時是否全部擬合，如果檢查結(jié)果為否，則返回到步驟(3)，并使變量j增1，以對第j+1個檢波器進(jìn)行擬合，如果檢查結(jié)果為是，則完成事件定位。
文檔編號G01V1/00GK102879801SQ201210313570
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者尹陳, 劉鴻, 李亞林, 何光明, 巫芙蓉, 陳愛萍, 康亮, 巫駿 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司