一種水力壓裂裂縫震源機制的反演方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油藏開發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及一種水力壓裂裂縫震源機制的反演方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石油開采領(lǐng)域，微地震監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用主要是通過監(jiān)測水力壓裂過程中產(chǎn)生的 微震信號來監(jiān)測壓裂過程、評價壓裂效果，進而指導(dǎo)優(yōu)化工程參數(shù)。
[0003] 在北美地區(qū)，微地震監(jiān)測技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水力壓裂裂縫監(jiān)測、高壓注入作業(yè)產(chǎn) 生的油藏動態(tài)監(jiān)測等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，并獲得了石油工業(yè)界的高度認(rèn)可，成為油氣開發(fā)過程中一 項信息豐富、精確、及時的監(jiān)測技術(shù)。微地震監(jiān)測技術(shù)是非常規(guī)資源開發(fā)中進行水力壓裂裂 縫實時監(jiān)測的重要手段之一。
[0004] 國外方面，例如美國微地震公司（MSI)提出了水力壓裂裂縫成像技術(shù)（HFM)，該技 術(shù)用于裂解裂縫尺寸、幾何形狀以及其復(fù)雜性，為改善鉆井和完井工程提供參考。這其中就 包括以震源定位、震源機制反演、裂縫幾何尺寸計算以及有效壓裂體積（SRV)計算為代表 的一套微地震資料處理解釋技術(shù)方法。Global公司的TFI技術(shù)同樣也提供震源機制的反 演，其中包括復(fù)雜裂縫和應(yīng)力場的反演。該震源機制的反演通過矩張量分解對裂縫的性質(zhì) 進行描述，計算微地震事件的標(biāo)量地震矩，進而估計微地震事件大小。布拉格的Charles大 學(xué)研究了微地震中普遍存在的張剪型裂縫震源機制，通過P波和S波的初動記性及P、S波 振幅比，能夠有效識別張裂型裂縫。
[0005] 參照國外先進的理論和技術(shù)方法，國內(nèi)許多油田引入和開發(fā)了微地震監(jiān)測技術(shù)， 為油田解決了一些亟待解決的問題。例如，東方地球物理勘探公司依靠多年沉淀的VSP技 術(shù)，剖析微地震井中監(jiān)測原理，對微地震事件識別、自動篩選、偏振分析、事件定位等一系列 關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)。該技術(shù)在吉林、吐哈、長慶、西南等油氣田的水力壓裂過程監(jiān)測及壓裂 效果評價中都取得了比較好的應(yīng)用效果。
[0006] 但是，縱觀整個油氣勘探與開發(fā)領(lǐng)域，并沒有關(guān)于水力壓裂裂縫震源機制反演的 相關(guān)方法研究以及應(yīng)用實例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種高效、實用的水力壓裂裂縫震源 機制的反演方法及系統(tǒng)。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種水力壓裂裂縫震源機制的反演方法， 該方法包括：步驟一，根據(jù)地面各檢波器的水平坐標(biāo)計算各檢波器相對于水力壓裂裂縫震 源的方位角；步驟二，利用壓裂井的聲波時差測井?dāng)?shù)據(jù)建立水平層狀速度模型；步驟三，在 由聲波時差測井?dāng)?shù)據(jù)得到的水平層狀速度模型、對前期微地震資料處理得到的微地震事件 的震源定位結(jié)果以及檢波器坐標(biāo)位置的基礎(chǔ)之上，利用射線追蹤方法，計算得到每個檢波 器相對于震源的離源角；步驟四，將各記錄道的P波震相疊加得到標(biāo)準(zhǔn)道，根據(jù)各記錄道與 標(biāo)準(zhǔn)道的相關(guān)系數(shù)確定P波初動的極性；步驟五，以所得到的各檢波器的方位角和離源角、 以及P波初動極性作為輸入，采用格點搜索的方法，對斷層的三個空間參數(shù)進行全空間搜 索，得到最小矛盾符號比對應(yīng)的斷層的節(jié)面解，其中，這三個空間參數(shù)包括方位角、傾角和 滑動角。
[0009] 在一個實施例中，在所述步驟一中，利用以下公式來計算各檢波器相對于水力壓 裂裂縫震源的方位角Θ:
[0010]
[0011] 其中，GX、GY為檢波器的水平坐標(biāo)，SX、SY為水力壓裂裂縫震源的水平坐標(biāo)。
[0012] 在一個實施例中，在所述步驟二中，利用聲波時差與聲波速度的轉(zhuǎn)換關(guān)系來建立 水平層狀諫度樽型,其中，聲波時差與聲波速度的換算關(guān)系為：
[0013]
[0014] 其中，Vp為聲波速度，At為聲波時差。
[0015] 在一個實施例中，在所述步驟四中，利用如下公式來計算各記錄道與標(biāo)準(zhǔn)道的相 關(guān)系數(shù)R ·
[0016]
[0017] 其中，η為記錄的采樣點數(shù)，X1和yi分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道在第i個采樣點的值， 無和？ :分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道所有樣點值的平均值；在相關(guān)系數(shù)大于〇時確定P波初動的 極性為正極性，在相關(guān)系數(shù)小于〇時確定P波初動的極性為負(fù)極性。
[0018] 在一個實施例中，所述矛盾符號比定義為：
[0019]
[0020] Ψ是任一斷層參數(shù)組合（Φ，δ，λ )的函數(shù)：Ψ = f((J)，δ, λ)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種水力壓裂裂縫震源機制的反演系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括：方位角計算模塊，其根據(jù)地面各檢波器的水平坐標(biāo)計算各檢波器相對于水力壓裂 裂縫震源的方位角；模型建立模塊，其利用壓裂井的聲波時差測井?dāng)?shù)據(jù)建立水平層狀速度 模型；離源角計算模塊，其在由聲波時差測井?dāng)?shù)據(jù)得到的水平層狀速度模型、對前期微地震 資料處理得到的微地震事件的震源定位結(jié)果以及檢波器坐標(biāo)位置的基礎(chǔ)之上，利用射線追 蹤方法，計算得到每個檢波器相對于震源的離源角；P波初動極性確定模塊，其將各記錄道 的P波震相疊加得到標(biāo)準(zhǔn)道，根據(jù)各記錄道與標(biāo)準(zhǔn)道的相關(guān)系數(shù)確定P波初動的極性；節(jié)面 解計算模塊，其以所得到的各檢波器的方位角和離源角、以及P波初動極性作為輸入，采用 格點搜索的方法，對斷層的三個空間參數(shù)進行全空間搜索，得到最小矛盾符號比對應(yīng)的斷 層的節(jié)面解，其中，這三個空間參數(shù)包括方位角、傾角和滑動角。
[0022] 在一個實施例中，所述方位角計算模塊利用以下公式來計算各檢波器相對于水力 壓裂裂縫震源的方位角θ:
[0023]
[0024] 其中，GX、GY為檢波器的水平坐標(biāo)，SX、SY為水力壓裂裂縫震源的水平坐標(biāo)。
[0025] 在一個實施例中，所述模型建立模塊利用聲波時差與聲波速度的轉(zhuǎn)換關(guān)系來建立 水平層狀速度模型，其中，聲波時差與聲波速度的換算關(guān)系為：
[0026]
[0027] 其中，Vp為聲波速度，At為聲波時差。
[0028] 在一個實施例中，所述P波初動極性確定模塊利用如下公式來計算各記錄道與標(biāo) 準(zhǔn)道的相關(guān)系數(shù)R :
[0029] ? ?·:<
、:<->
[0030] 其中，η為記錄的采樣點數(shù)，X1和yi分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道在第i個采樣點的值， 無和:? 7分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道所有樣點值的平均值；
[0031] 在相關(guān)系數(shù)大于0時確定P波初動的極性為正極性，在相關(guān)系數(shù)小于0時確定P 波初動的極性為負(fù)極性。
[0032] 在一個實施例中，所述矛盾符號比定義為：
[0033]
[0034] Ψ 是任一斷層參奴迅 η、ψ，u，a / μ.洲m :-丄、ψ，-，~ 〇
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點：
[0036] 綜上所述，本發(fā)明提出了一種利用P波初動信息對水力壓裂裂縫震源機制進行反 演的方法，根據(jù)本發(fā)明所建立的地層速度模型和所拾取的P波初動極性，建立了一套高效、 實用的利用P波初動信息進行水力壓裂裂縫震源機制反演的處理流程。
[0037] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利 要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0038] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0039] 圖1是剪切斷層的地面極性分布示意圖；
[0040] 圖2是震源球上的極性分布示意圖；
[0041] 圖3是斷層的節(jié)面解與極性關(guān)系TK意圖；
[0042] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的水力壓裂裂縫震源機制的反演方法的流程示意圖；
[0043] 圖5是檢波器與震源水平方向的位置分布圖；
[0044] 圖6A和圖6B分別是聲波時差測井曲線和速度模型的示意圖；
[0045] 圖7是檢波器與震源的離源角示例圖；
[0046] 圖8是斷層空間取向的參數(shù)示意圖；
[0047] 圖9是地面微地震監(jiān)測記錄的示例圖；
[0048] 圖10是震源機制解的震源球的表示圖；
[0049] 圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的水力壓裂裂縫震源機制的反演系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實施方式】
[0050] 以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明 的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0051] 另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系 統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處 的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。
[0052] 第一實施例
[0053] 需要說明的是，本發(fā)明的實施例提供了一種針對水力壓裂地面微地震監(jiān)測資料的 震源機制反演方法，并建立一套可靠、實用、高效的微地震震源機制反演流程。所謂"震源機 制"是從天然地震領(lǐng)域引入的一個概念，其是指震源區(qū)在地震發(fā)生時的力學(xué)過程。
[0054] 本實施例的方法主要是利用P波初動的信息來進行水力壓裂裂縫震源機制的反 演。其理論基礎(chǔ)是：斷層在地下發(fā)生純剪切錯動時，在地面接收到的P波震相具有其初動極 性為四象限分布的特性。圖1給出了剪切錯動斷層模型及其地面極性分布的示意圖。如圖 1所示，AA'為斷層共軛的節(jié)面，靠近A方向的節(jié)面的初至運動方向為反向，其P波初動極性 為負(fù)極，靠近A'方向的節(jié)面的初至運動方向為正向（如圖中▲所示），其P波初動極性為 正極。將P波初動極性投影到以斷層（可看做一個點源模型）為中心、半徑很小的一個球 面上（如圖2所示），這時可以看到這個球面被兩個正交的節(jié)面分為四部分，每一部分內(nèi)部 P波初動極性的符號都是相同的。這兩個節(jié)面一個為斷層面（例如AA'），另一個稱為輔助 面（BB'）。為了更加直觀地顯示，通常將震源球面上極性分布投影到震源球的赤平面上（如 圖3所示），這時兩個節(jié)面的投影（節(jié)面1和節(jié)面2)同樣將圓面分為了正負(fù)相間的四部分。 在利用P波初動極性進行震源機制反演時，將地面檢波器接收的P波初動的極性投影到震 源球的赤平面上，然后根據(jù)極性分布反演出兩個節(jié)面的位置，即斷層的節(jié)面解。
[0055] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的水力壓裂裂縫震源機制的反演方法的流程示意圖， 下面參考圖4來詳細(xì)說明本實施例的各個步驟。
[0056] 步驟S110