水力壓裂微地震震源機(jī)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)明涉及石油開(kāi)采領(lǐng)域,尤其涉及一種水力壓裂微地震震源機(jī)制的反演方法及 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 水力壓裂是一種用水壓將巖石層壓裂,從而釋放出其中的天然氣或石油的方法, 廣泛應(yīng)用于石油開(kāi)采領(lǐng)域,特別是低滲透油藏等非常規(guī)資源的開(kāi)發(fā)中。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)主 要是通過(guò)監(jiān)測(cè)水力壓裂過(guò)程中產(chǎn)生的微震信號(hào),對(duì)壓裂過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)壓裂效果進(jìn)行評(píng) 價(jià),進(jìn)而指導(dǎo)優(yōu)化工程參數(shù)的一項(xiàng)技術(shù),在微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)方面,國(guó)外發(fā)展的比較早并且技 術(shù)比較成熟。
[0003] 美國(guó)微地震公司(MSI)提出了水力壓裂裂縫成像技術(shù)(HFM),用于裂解裂縫尺寸、 幾何形狀W及其復(fù)雜性,為改善鉆井和完井提供參考。送其中就包括W震源定位、震源機(jī)制 反演、裂縫幾何尺寸計(jì)算W及有效壓裂體積(SRV)計(jì)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)同樣提供震源機(jī)制的反演,包括復(fù)雜裂縫和應(yīng)力場(chǎng)的反 演,通過(guò)矩張量分解對(duì)裂縫的性質(zhì)進(jìn)行描述,計(jì)算微地震事件的標(biāo)量地震矩,用于估計(jì)微地 震事件大小。布拉格的化arles大學(xué)研究了微地震中普遍存在的張剪型裂縫震源機(jī)制,通 過(guò)P波和S波的初動(dòng)記性及P、S波振幅比,有效識(shí)別張裂型裂縫。參照國(guó)外先進(jìn)的理論和 技術(shù)方法。
[0004] 國(guó)內(nèi)許多油田也引入和開(kāi)發(fā)了微地震監(jiān)測(cè)技術(shù),為油田解決了一些亟待解決的問(wèn) 題。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(cè)原理,針對(duì)微地 震事件識(shí)別、自動(dòng)篩選、偏振分析、事件定位等一系列關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。該技術(shù)在吉林、吐 哈、長(zhǎng)慶、西南等油氣田的水力壓裂過(guò)程監(jiān)測(cè)及壓裂效果評(píng)價(jià)中都取得了比較好的應(yīng)用效 果。但是,在國(guó)內(nèi)的整個(gè)油氣勘探與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域,水力壓裂裂縫震源機(jī)制反演的相關(guān)方法研究 尚處于起步階段,也缺少成功的應(yīng)用實(shí)例。
[0005] 綜上,亟需一種易于實(shí)施的對(duì)水力壓裂地面微地震監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行處理的方法,W 推動(dòng)理論的應(yīng)用和促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是需要提供一種易于實(shí)施的對(duì)水力壓裂地面微 地震監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行處理的方法。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種水力壓裂微地震震源機(jī)制的反演方 法,包括W下步驟;P波振幅曲線的拾取步驟,分別截取各道檢波器監(jiān)測(cè)到的水力壓裂微地 震事件的初至P波波形,并從所述各初至P波波形上分別提取最大絕對(duì)振幅對(duì)應(yīng)的振幅值, 由所提取到的振幅值組成P波振幅曲線;P波振幅曲線的校正步驟,利用振幅校正因子對(duì)所 述P波振幅曲線進(jìn)行校正;P波振幅曲線的平滑處理步驟,采用中值濾波算法對(duì)所述P波振 幅曲線進(jìn)行平滑處理;斷層節(jié)面解的反演提取步驟,W經(jīng)過(guò)校正和平滑處理后的P波振幅 曲線作為輸入來(lái)選取目標(biāo)函數(shù),采用格點(diǎn)搜索的方法在參數(shù)空間中對(duì)斷層的H個(gè)參數(shù)進(jìn)行 搜索,將目標(biāo)函數(shù)取最大值時(shí)的H個(gè)參數(shù)提取為斷層節(jié)面解。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中,振幅校正因子根據(jù)W下方法得到;根據(jù)前期定位處理的定位結(jié) 果和由聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得到的水平層狀速度模型建立地層模型,并基于所述地層模型, 利用射線射線追蹤算法和Zoeppritz方程計(jì)算所述振幅校正因子。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中,根據(jù)W下表達(dá)式計(jì)算所述振幅校正因子F :
[0011] 式中,n為速度層數(shù),Ii為利用射線追蹤算法計(jì)算得到的地震波在第i層介質(zhì)中的 傳播路徑長(zhǎng)度;Tpp (Qi)為通過(guò)Zoeppritz方程計(jì)算得到的第i層介質(zhì)中透射角為Qi時(shí)對(duì) 應(yīng)的透射系數(shù)。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中,根據(jù)W下表達(dá)式對(duì)所述P波振幅曲線進(jìn)行平滑處理:
[001 引 g (X)二 med If (x-k),化 E W)}
[0014] 式中,f (X)為拾取的或經(jīng)過(guò)校正的P波振幅曲線,g(x)為濾波后得到的P波振幅 曲線,W為一維模版,W的長(zhǎng)度為中值濾波算子的長(zhǎng)度。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中,將拾取到的P波振幅曲線與理論P(yáng)波振幅曲線的相關(guān)系數(shù)R選 取為所述目標(biāo)函數(shù),根據(jù)W下表達(dá)式計(jì)算:
[0017] 式中,n為觀測(cè)道數(shù);Xi和友分別為從第i道檢波器記錄中拾取并經(jīng)過(guò)校正和平滑 處理之后的P波振幅曲線及其平均值;和歹分別為第i道檢波器處的理論P(yáng)波振幅曲線 及其平均值。
[0018] 另一方面,還提供了一種水力壓裂微地震震源機(jī)制的反演系統(tǒng),包括W下模塊;P 波振幅曲線的拾取模塊,其分別截取各道檢波器監(jiān)測(cè)到的水力壓裂微地震事件的初至P波 波形,并從所述各初至P波波形上分別提取最大絕對(duì)振幅對(duì)應(yīng)的振幅值,由所提取到的振 幅值組成P波振幅曲線;P波振幅曲線的校正模塊,其利用振幅校正因子對(duì)所述P波振幅曲 線進(jìn)行校正;P波振幅曲線的平滑處理模塊,其采用中值濾波算法對(duì)所述P波振幅曲線進(jìn)行 平滑處理;斷層節(jié)面解的反演提取模塊,其W經(jīng)過(guò)校正和平滑處理后的P波振幅曲線作為 輸入來(lái)選取目標(biāo)函數(shù),采用格點(diǎn)搜索的方法在參數(shù)空間中對(duì)斷層的H個(gè)參數(shù)進(jìn)行搜索,將 目標(biāo)函數(shù)取最大值時(shí)的H個(gè)參數(shù)提取為斷層節(jié)面解。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中,P波振幅曲線的校正模塊根據(jù)W下方法得到振幅校正因子;根 據(jù)前期定位處理的定位結(jié)果和由聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得到的水平層狀速度模型建立地層模 型,并基于所述地層模型,利用射線射線追蹤算法和Zoeppritz方程計(jì)算所述振幅校正因 子。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中,P波振幅曲線的校正模塊根據(jù)W下表達(dá)式計(jì)算振幅校正因子F :
[0022] 式中,n為速度層數(shù),Ii為利用射線追蹤算法計(jì)算得到的地震波在第i層介質(zhì)中的 傳播路徑長(zhǎng)度;Tpp (Qi)為通過(guò)Zoeppritz方程計(jì)算得到的第i層介質(zhì)中透射角為Qi時(shí)對(duì) 應(yīng)的透射系數(shù)。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中,P波振幅曲線的平滑處理模塊根據(jù)W下表達(dá)式對(duì)所述P波振幅 曲線進(jìn)行平滑處理:
[0024] g (X) = med {f (x-k),化 E W)}
[002引式中,f (X)為拾取的或經(jīng)過(guò)校正的P波振幅曲線,g(x)為濾波后得到的P波振幅 曲線,W為一維模版,W的長(zhǎng)度為中值濾波算子的長(zhǎng)度。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中,斷層節(jié)面解的反演提取模塊將拾取到的P波振幅曲線與理論P(yáng) 波振幅曲線的相關(guān)系數(shù)R選取為所述目標(biāo)函數(shù),根據(jù)W下表達(dá)式計(jì)算:
[002引式中,n為觀測(cè)道數(shù);Xi和X分別為從第i道檢波器記錄中拾取并經(jīng)過(guò)校正和平滑 處理之后的P波振幅曲線及其平均值;和J分別為第i道檢波器處的理論P(yáng)波振幅曲線 及其平均值。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,上述方案中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可W具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效 果:
[0030] 本發(fā)明通過(guò)建立振幅校正因子和中值濾波算子,對(duì)拾取到的P波振幅曲線進(jìn)行處 理,并通過(guò)使用格點(diǎn)搜索算法反演壓裂裂縫震源機(jī)制。該方法穩(wěn)定、高效,對(duì)水力壓裂地面 微地震監(jiān)測(cè)資料處理技術(shù)的發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。
[0031] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述,并且部分地從說(shuō)明書(shū)中變得 顯而易見(jiàn),或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要 求書(shū)W及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解,并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分,與本發(fā)明的實(shí) 施例共同用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0033] 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的水力壓裂微地震震源機(jī)制的反演方法的流程圖;
[0034] 圖2是剪切震源P波福射花樣曲線示意圖;
[0035] 圖3是地震波傳播射線路徑與透射角示意圖;
[0036] 圖4是斷層空間取向參數(shù)示意圖;
[0037] 圖5是地面微地震監(jiān)測(cè)記錄圖;
[0038] 圖6是P波振幅相對(duì)大小的實(shí)際值與理論值的結(jié)果對(duì)比圖;
[0039] 圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的水力壓裂微地震震源機(jī)制的反演系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
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