井下微地震監(jiān)測方法研究.pdf

1、微地震監(jiān)測是近年來一種主要用于油氣田開發(fā)的新的地震方法。水力壓裂過程中巖石破裂產生的地震波信號可以被放置在井中或地表的檢波器接收。我們可以根據檢波器所接收到的信息進行微地震事件定位，從而監(jiān)測裂縫的發(fā)育過程以及評估壓裂的效果。因此，微地震定位是微震監(jiān)測中非常重要的環(huán)節(jié)。井下單井監(jiān)測是最常見的微地震監(jiān)測方式，其特點是事件角度覆蓋較差，檢波器個數有限，信號質量比地面監(jiān)測好等。在井下監(jiān)測時，由于壓裂井和監(jiān)測井之間的距離不是很遠，因此我們可以使用

2、一維層狀速度模型來做震源定位。本文的主要研究內容是單井監(jiān)測的微地震震源定位方法研究以及聯合反演速度模型和震源位置，包括以下幾個研究部分:
　　1.微震事件相對定位方法
　　雙差定位方法(DD)被廣泛應用于檢波器分布在地表的天然地震事件群的重定位中。近年來，這種方法也被用在多井監(jiān)測的水力壓裂過程中的產生的微地震事件定位。通過理論分析，雙差算法同時包含相對位置信息和絕對位置信息。但是決定絕對位置信息的系數在量級上比相對位置小很多

3、。因此，當數據有拾取誤差時，雙差算法只能反演出相對位置，而絕對位置將依賴于初始位置的質心。雙差算法中使用了事件對相同震相的走時差，我們提出了一種交叉雙差的定位方法(CDD)，利用事件對的不同震相的走時差信息（即一個事件的P波和另一個事件的S波走時差）。相比于雙差算法，交叉雙差算法增加了絕對位置信息的同時保存了相對位置信息，因此可以同時反演出相對和絕對位置。我們使用理論數據和實際數據論證了交叉雙差方法可以為微震事件群提供合理的相對和絕對位

4、置。
　　2.基于偏移方法的微震事件定位
　　基于偏移的微地震定位方法由于其可以避免走時拾取誤差以及可以實現自動化定位等優(yōu)點被廣泛應用。這種方法沿著走時曲線對接收到的波形信息進行疊加，計算效率高。微震事件的波形極性影響著定位結果的精度，本文中我們用卷積神經網絡來預測波形的極性。首先，用已知極性的理論和實際波形作為訓練數據，然后用卷積神經網絡提取波形和極性之間的關系，最后用得到的模型預測其他波形的極性。理論和實際數據的結果表明

5、卷積神經網絡有很好的預測波形極性的能力。傳統的偏移定位方法需要搜索發(fā)震時刻，震源位置就是所有搜索的時間剖面中疊加能量的最大值。為了避免搜索發(fā)震時刻，我們還討論了用波形自相關和互相關方法分別求取的S-P到時差和檢波器之間的到時差作為核函數的偏移定位方法。結果表明這種方法省去了搜索發(fā)震時刻，但是在信噪比較差時的定位結果精度比傳統方法低。
　　3.震源參數和速度模型聯合反演
　　影響定位效果的主要因素是速度模型，而地下構造是未知的

6、。一般的做法是首先從聲波測井數據中提取一維速度模型，然后用已知震源位置的射孔事件來進行模型校正，但是這種方法只能更新射孔事件射線覆蓋區(qū)域之內的速度模型。而有些事件可能發(fā)生在這些區(qū)域之外。速度位置聯合反演方法可以同時得到所有微震事件分布區(qū)域的速度模型以及震源位置。由于速度和位置之間的耦合以及單井監(jiān)測時事件角度覆蓋少，反演結果不穩(wěn)定。所以我們同時使用微震事件和射孔事件進行聯合反演，其中微震事件用來同時更新速度模型和震源參數，而射孔事件只用來

7、約束速度模型。這里使用交叉雙差算法，從而可以得到較好的相對和絕對位置。
　　4.多參數反演方法的研究
　　在地球物理問題中，速度模型和震源位置之間是耦合在一起的。由于數據對不同的參數的敏感度不同，敏感度矩陣的數值存在不同的量級，從而導致整個反演問題是病態(tài)的?；诰挛⒄鸨O(jiān)測系統，我們用理論測試討論了幾種同時更新一維速度模型和震源位置的方法，它們包括:(1)同時反演速度模型和震源位置;(2)交互更新速度模型和震源位置;(3)聯

8、合鄰近算法和網格搜索方法來更新速度模型和震源位置。研究表明由于速度和位置之間的耦合以及震源-檢波器分布的限制，導致同時反演方法問題是病態(tài)的，因此一個好的初始模型對同時反演方法非常重要。而交互更新方法將速度模型和震源位置單獨反演，穩(wěn)定性比同時反演好，但是只能得到一個近似解。只有聯合鄰近算法和網格搜索方法不依賴于初始模型，能夠得到一個穩(wěn)定的解。但是計算量隨著參數的增加而遞增。經過以上的測試結果，我們提出一種新的反演流程將方法(1)和方法(2