利用相邻监测井中3分量检波器观测系统自动检测和定位水力压裂所诱发的微地震事件

文中介绍了开发水力压裂微地震事件定位算法的思路以及所开发软件的应用效果，简要讨论了各向异性对压裂微地震事件定位精确度的影响。基于射孔点和早期的压裂微地震事件定位资料，开发了确定检波器水平分量的方法。所开发的软件具有实时和自动的特点。     

物探专利技术选登

专利名称：监测微地震方法 本发明介绍了一个监测压裂作业或其他油气井中的微地震事件的微地震方法。该方法首先从一个邻近压裂或地震事件的监测井中获得多分量信号，然后旋转观测到的信号，使信号至少有一个代表震源机理的力矩张量的分量独立，接着对旋转后的信号进行反演来确定其他的分量。     

采用自适应F—K滤波器改善非人工震源地震资料的信噪比

自适应F-K滤波器可以改善非人工震源地震资料的信噪比。这种方法综合了独特的地面地震组合样式和水力压裂诱发的微地震事件的分布。在合成数据和现场数据上的应用结果都表明，这种方法能够明显改善地面地震记录中微地震事件的可识别性。与包络叠加（envelop stacking）结合使用，这种方法可以有效地确定不同震源机制（focal mechanism）的微地震事件的位置。     

基于循环神经网络的微地震有效信号自动识别

微地震地面实时监测时,代表压裂主要信息的有效信号能量弱,常淹没在噪声中,这将直接影响微地震事件的识别和震源定位的效果,因此,采用准确、快速的方法从微地震数据中自动识别有效信号尤为关键.文中采用长短时记忆网络(LSTM)的循环神经网络模型,通过综合微地震有效信号的能量特征、频谱特征、统计特征等属性来进行模型训练,并加入ReLU激活函数和L2正则化的损失函数来进行模型参数调优.将文中训练好的模型应用到实际微地震数据的结果表明,循环神经网络模型识别效果良好,充分压制了噪声,优化了数据成像.     

利用LoFS永久地面传感器排列检测诱发的地震活动

这里我们使用“现场地震寿命”（LoFS）地面排列所获得的数据并结合一种偏移形式的方法，对Valhall油气田6．5小时水力压裂作业过程的微地震事件进行了定位。该方法完全是自动的，而且所需的用户输入数据很少。这使它应用于LoFS这样的地面排列数据十分理想，因为单一检波器的记录无法检测各个微地震事件的信号。我们首先在偏移结果中确定了1111个事件，其中包括震源在储层内部及其上方的一个重要事件组，它形成了一个倾角近于垂直的平面形态。应用聚类分析将形成这一平面的361个事件从原始数据组中分离了出来。在整个压裂注水过程中都记录了微地震事件，同时在大约4．75小时之后出现了一个很大地震活动高峰，它与井底压力的增加是同步的。利用各种合成测试检查了所得出结果的分辨率和可靠性。用于定位微地震事件的三维速度模型的适度干扰（±5％），主要使微地震事件的深度产生了静态移动。但使用一个均质模型会使成像能力有相当大的下降。为了确定微地震事件检测所要求的最低信噪比，我们还做了一系列半合成测试（有真实噪声的合成数据）。我们的检测方法可以检测出信噪比大于0．25的事件，此极限值与数据的相干噪声性质有关。双偶震源的实验显示，我们的研究步骤不可能检测到与平面事件分布一致的断层运动。因此我们认为观测到的震源不具有与平面分布一致的机理，同时／或者它们含有明显的非双偶分量。这些事件的一种可能解释是，井下激发的弹性或压力波前在储层内和附近排列的断层上引发了微地震活动，而那里的原地应力已接近于破裂所要求的水平。     

井中微地震监测记录强背景干扰信号压制方法

井中微地震监测过程中因压裂施工、井筒噪声和仪器噪声等因素可能产生持续的强能量背景干扰信号。这些干扰信号严重影响了有效微地震事件的识别与初至拾取,它们具有时变非平稳随机信号特点,常规时域或频域滤波的预处理方法对其压制效果并不理想,过度滤波则可能对有效微地震信号造成损害。针对上述问题,以井中微地震监测三分量记录信号之间的同步与相关分析为基础,提出了基于多维经验模态分解的微地震监测记录中背景干扰信号的识别与压制方法。该方法通过对三分量微地震监测记录进行多维经验模态分解,获得不同阶次的本征模态函数分量,然后根据偏振属性的变化从中识别并去除与背景干扰信号对应的成分,以达到净化监测记录的目的。实际资料处理结果表明,与常规预处理方法相比,此方法能够有效识别和压制持续背景干扰信号,显著降低监测记录的噪声水平,有助于改善弱信噪比微地震信号的识别及初至拾取的效果。     

微地震裂缝监测

储集层中无源井筒微震活动产生的原因是应力和压力的变化，这些微震活动被监测并中的三分量检波器串监视记录。微地震监测的应用包括测绘水力压裂处理时的裂缝范围、断层作图和协助恢复生产时跟踪气体或水前缘。微地震监测已有40年了，在最近10年中，因为现在许多服务公司都提供这一服务而恢复活动。80年代中期发表的文章，讨论了在进行水力压裂处理的同一井筒里，用放置的三分量检波器监视记录水力压裂。现代技术通常利用两口井：一口处理井和一口监测井，三分量检波器串放在监测井监视记录水力压裂。 为了评估水力压裂建模和水力压裂过程，必须知道已经产生的水力压裂的范围，包括方向、长度、高度和生长过程。微震压裂监测能够提供这种信息。通常用纵波和横波的到达时间及它们之间的时间差计算从监测井到微震事件起源点的距离。微震事件的方向由时距曲线计算。 监测系统的主要部件包括接收器、遥控系统和大量数据的自动处理。本文概述微震压裂监测过程的物理学、数学和不确定性，还讨论了解释方法和存在问题，举例说明了重要结果。特别是，微地震监测仪中的关键部分，有关速度模型的开发和证明，以及从8到12个三分量检波器的连续数据流中发现微震事件。每个单项事件都由事件定位器记住事件的时间和空间，它被装入事件档案并自动处理。在处理过程中，也决定了事件位置的不确定性。最后，绘制在时间上与处理有关的全部事件以及监测井的所有的二维三维事件，水力压裂的生长过程就可以用裂缝的方向、长度、高度和生长历史来确定。所有这些关键部分都将在文中用例子说明。     

地面微地震有源噪声自动识别与匹配压制方法

微地震监测技术通过对非常规储层压裂改造引发的震源点进行成像,实时提供压裂施工过程中产生的裂隙高度、长度、宽度和方位角等信息,为致密储层压裂提供指导,以提高油气采收率。在地面布设站点进行监测时,因微地震信号传播距离较远、近地表吸收衰减严重、地面有源噪声较多,微地震数据具有信号能量弱、噪声干扰强和信噪比低等特点,严重制约微地震事件的定位精度。噪声源多分布于地表,根据有源噪声与由储层向上传播的微地震事件在能量、频率、传播速度和源位置等方面的差异,本文提出微地震有源噪声自动识别与匹配方法。综合长短时窗能量比与微地震量板方法,自动识别有源噪声干扰,并进行噪声源位置和传播速度的三维最优并行搜索;利用同时确定的最优噪声源位置和传播速度对微地震数据进行动校正处理,得到噪声标准道,通过能量自适应匹配处理压制有源噪声。正演模拟数据和实际微地震数据去噪效果证明,本文方法能有效压制有源噪声,显著提高微地震数据品质,为后续微地震事件精确定位奠定了基础。     

微地震有效事件自动识别与定位方法

微地震有效事件自动识别与定位是进行微地震实时监测的关键。自动识别的准确性对随后的震源定位精度有很大影响。本文在讨论长短时窗能量比(STA/LTA)法基础上,讨论了基于特征值分析且抗噪能力较强的识别方法。结合多道检波器相互位置及有效信号的空间相关关系,根据P、S波的传播特征,通过研究有效微地震信号在相邻道之间及多道之间的变化特征,形成了多级检波器微地震有效事件的自动识别方法。在对初至有效波进行拉平的基础上,利用叠加能量和相关特性,采用跟踪分量方法进行扫描叠加,并以非均-化互相关准则作为初至校平的判断依据,建立了微地震事件的自动扫描定位方法。应用该方法对实际资料进行有效微地震事件的识别与定位,结果与实际情况基本吻合。该方法可克服以往微地震人工识别和定位的缺陷,提高微地震监测的效率。     

卷积神经网络微地震事件检测

常规的微地震事件检测方法主要基于信号的特征计算,事件检测准确性依赖于算法的参数设置,受信号特征和信噪比变化的影响较大。为此,提出了一种基于卷积神经网络的微地震事件检测方法。该方法首先使用实际的油井水力压裂多站点微地震监测信号构建神经网络的样本数据集,样本数据包含有效事件信号和无效背景信号及其分类,然后用样本数据对神经网络进行训练和测试,得到微地震事件识别准确性最高的神经网络模型。使用训练好的神经网络模型对不同信噪比的合成微地震信号以及川渝地区多口油气井压裂微地震监测信号进行微地震事件检测。数据处理结果表明,训练好的卷积神经网络模型能有效自动检测微地震事件,且具有较好的抗噪性和泛化能力。     

利用连续的微地震记录研究水力裂缝及其破裂机理

连续微地震记录的利用是一项全新的技术,可用于更好地认识水力压裂过程中裂缝网络发育的力学机理,并对微地震资料进行深入的评价和分析。为了提高油气产量和开采速度,在完井中广泛应用水力压裂增产处理技术。现在微地震监测已经发展成为一种常规的监测方法,用于在压裂过程中评价水力裂缝的位置及其发育过程,主要手段是确定微地震的震源位置,并结合压裂作业的范围（treatment volume）及作业条件（project infrastructure）实现震源位置的可视化。连续的微地震振幅记录包括检波器所记录的岩石对地震能量响应的整个过程。实例研究说明,这项技术能够辅助微地震事件的定位,有助于更好地了解裂缝的发育过程和确定给定数据集的质量,改善不连续微地震事件的处理效果。     

一种改进的相邻道互相关函数法地面微地震信号压噪研究

油气田射孔作业引发的微地震事件频率高、持续时间短、能量小,地面采集时很容易被周围的环境噪声淹没。在进行微地震信号特征分析前必须首先进行微地震信号的滤波处理,由于微地震事件能量低,使用常规的滤波方法难以检测出地面检波器采集的微地震信号。因此,提出了一种基于随机信号统计理论的互相关函数检测方法,该方法不仅在衰减环境噪声方面有良好的效果,而且也能够检测出地面检波器采集的各种信号。     

井中微地震监测质量控制与微地震事件筛选方法

为保证井下微地震监测观测系统设计的准确性与数据采集质量,以松辽盆地一口实际水平井的水力压裂井下微地震监测为例,应用微地震监测数据采集观测系统设计,检波器旋转、速度模型校正、初至拾取和事件定位等关键环节质量控制方法,保证微地震监测结果的准确性;综合测井数据、三维地震数据和压裂施工数据对微地震事件进行综合分析与评价;运用数据信噪比统计图、震级距离图与时间距离图对微地震事件进行筛选,获得了能客观反映压裂造缝的数据集。综合判断认为,H1井压后分段求产产量不理想,进一步证实地质条件下不宜控制同一段两个射孔点的同时起裂和造缝。在相邻的另一口水平井压裂设计优化时,缩短段间距,每一段只射一个孔进行造缝,取得良好的应用效果。该微地震事件筛选工作可在优化压裂设计中发挥重要作用。     

井下微地震监测技术在公003-H16井水力压裂中的应用

井下微地震监测技术是目前国际上公认的最先进的裂缝监测技术,利用该技术对公003-H16井水力压裂裂缝形态进行了监测。井下微地震监测结果与压裂施工曲线进行紧密结合后,对及时优化压裂参数、实时调整施工方案提供了重要依据。井下检波器监测到的最远微地震事件信号距离检波器达到950m,监测结果清晰地反映了压裂井地层地应力方向与大小,地层非均质性,水力压裂产生的裂缝方位、缝长、缝高、缝宽等参数,为该区块以后油井的部署与储层改造提供了重要参考。     

剪张型微地震震源机制与振幅分布特征

水力压裂诱发的微地震事件中有很多为非双力偶源,表明岩石可能发生了剪张破裂。与纯剪切型震源相比,剪张型震源在震源特征以及记录振幅方面存在诸多差异。本文研究了剪张源微地震震源机制,分析了剪张源微地震信号的辐射花样和能量传播特征,通过数值计算获得了地表接收的不同震相的振幅分布。主要内容包括： 1水力压裂微地震中剪张破裂被认为是较为合理的震源模型,可以采用走向角、倾角、滑动角和张裂角表示其源张量,结合介质参数可获得矩张量; 2剪张源包含双力偶（DC）成分和非双力偶（Non-DC）成分,非DC成分包括补偿线性偶极子（CLVD）和各向同性（ISO）成分,各成分的百分比可采用Hudson图和钻石图等进行研究; 3剪张型震源辐射能量会随张裂角而发生变化,地面接收的信号振幅分布与震源机制、模型参数和检波器位置等有关。研究剪张型微地震震源机制与振幅分布特征,可以更清楚地认识微地震震源特征及其信号分布规律。     

利用残差网络和地震发射层析成像的微地震事件检测

地震发射层析成像(Seismic emission tomography,SET)是一种适用于地面微地震监测的震源定位方法,该方法利用地面众多站点监测的信号对储层特定范围分层成像,通过图像判定微地震事件并确定震源坐标。传统处理方法通常采用人工看图判断一段信号的SET是否包含有效微地震事件。然而人工判别方法难以完成对海量监测数据的全部处理,无法充分发挥SET方法的优势。针对此问题,采用残差网络对微地震监测数据的SET数据进行处理,实现微地震事件自动识别。首先,利用合成数据和实际油井的水力压裂地面微地震监测数据进行SET,构建SET图像样本数据集;然后对残差网络进行训练和测试,得到事件识别准确率最高的残差网络模型;再使用训练好的残差网络对不同信噪比的合成信号,以及多口油气井的地面微地震监测信号的SET数据进行事件检测。测试结果表明,基于残差网络和SET的方法能够有效检测微地震事件,且具有较强的抗噪能力和泛化能力。     

斯伦贝谢推出新型微地震地表采集系统

<正>斯伦贝谢近日推出了其研制的新型微地震地表采集系统,可在地表和近地表条件下对水力压裂作业的微地震事件进行监测。斯伦贝谢在该系统中使用了其专利检波器加速器和超低噪电子配件,有效扩大了微地震信号探测范围,较常规系统能采集到更多微地震波,可更好了解水力压裂作业情况。公司在美国得克萨斯州页岩区     

地面微地震监测技术在川南页岩气井压裂中的应用

水力压裂是页岩气储层改造的重要手段,压裂时岩石破裂过程会伴随产生强度较弱的"微地震"波。地面微地震监测技术即在地面布设检波器排列对压裂作业进行实时监测,具有施工方便、监测方位角度大的优点。在威远构造H井进行水力压裂时,应用基于偏移叠加的四维能量聚焦地面微地震成像技术,提高了弱信号识别能力和定位精度,准确描述了压裂诱导裂缝的位置、方位和大小及复杂程度,指导了实时压裂和压裂效果评价。     

地面阵列式微地震监测关键技术研究

微地震监测技术通过对储层压裂改造引发的震源点进行成像,可实现压裂过程监控和井网布局优化等。相对井中微地震监测而言,地面微地震监测数据具有信号能量弱、噪音干扰强及事件定位困难等特点,严重制约着微地震事件定位精度和监测结果的可靠性。针对地面微地震数据特征,利用微地震数据联合去噪、能量聚焦精确定位和压裂裂缝联合解释等关键技术,考虑不同噪音特征进行噪音压制,基于能量聚焦叠加原理确保微地震事件定位精度,并采用多类信息联合解释提高裂缝预测的可靠性,从而为储层压裂改造提供依据。在实际地面微地震监测应用中,监测结果与压裂井油藏开发数据吻合程度较高,证实了联合解释等关键技术的有效性和实用性。地面阵列式微地震监测技术在致密油气藏储层压裂改造中具有广阔的应用前景。     

数字检波器地震资料高保真宽频带处理技术

与模拟检波器接收地震资料相比,数字检波器地震资料具有频带宽、振幅保真度高、噪声大的特点。本文基于喇嘛甸工区数字检波器接收的三维三分量地震数据,应用纵波资料开展针对高含水开发后期精细砂体描述的高分辨率处理技术研究,主要研发了4项关键技术,即不同处理阶段的噪声逐次压制技术、数据驱动振幅校正技术、反褶积之前的Q值相位校正与振幅补偿技术、地表一致性脉冲反褶积技术。通过井震结合精细砂体识别与描述,结果证实数字检波器数据的处理成果能够清晰刻画砂体边界。