水力压裂微地震震源定位与震源机制联合反演研究

传统地面微地震监测资料处理流程中通常先进行震源定位然后进行震源机制反演,这样做会将震源定位误差引入到震源机制反演中去;而采用同时离散位置与震源机制空间的反演方法由于搜索格点太多而影响计算效率。介绍了一种迭代的震源定位与震源机制联合反演方法,在迭代过程中利用P波初动震源机制反演结果校正定位的目标函数,校正定位后采用P波辐射花样约束反演震源机制。该方法在提高震源定位和震源机制反演精度的同时大大降低了计算量。理论模型和四川盆地某压裂井微地震地面监测应用结果表明,该方法在实际应用中稳定、可靠且高效。     

水力压裂微地震监测的震源机制反演方法应用研究

微地震监测是了解井下水力压裂效果的重要手段,震源机制的矩张量反演是了解压裂过程中裂缝破裂情况的主要工具。采用广义反透射系数方法正演理论地震记录,用矩张量描述震源属性,求解观测记录和矩张量的线性方程组,反演出震源机制解,并得到水力压裂所产生裂缝的方位和倾角等参数,为压裂裂缝的解释和压裂效果评价提供依据。理论模型和实际微地震资料的正、反演结果证明了方法的有效性。     

P波初动震源机制解在水力压裂微地震监测中的应用

微地震监测技术是水力压裂过程监测及压裂效果评价的重要手段。P波初动震源机制解是研究震源参数的有效工具。基于格点搜索算法求解水力压裂裂缝的P波初动震源机制解,进而得到其方位参数——方位角、倾角和滑动角,为压裂裂缝的解释和压裂效果评价提供有效依据。简单介绍了利用P波初动极性信息反演水力压裂裂缝参数的方法原理,并通过水力压裂裂缝模型对该方法的应用效果进行了测试,最后将该方法应用于四川某页岩气压裂井的实际地面微地震监测资料,得到了合理的单裂缝解释结果。     

水力压裂诱发的剪张型微地震震源机制矩张量反演方法

受井中接收器数量的限制以及井中监测张角小且方位单一等因素的影响,井中微地震监测信号的震源定位和震源机理分析结果有时不够准确。为此,研究了利用地表接收的P波初动振幅信息反演压裂裂缝震源机制解的方法原理,首先利用点源在均匀弹性介质中P波和S波的质点运动方程计算格林函数,然后通过理论模型计算振幅信息,最后测试、分析矩张量反演方法的应用效果,得到以下认识：①采用全矩张量反演时各向同性（ISO）分量相对补偿线性矢量偶极（CLVD）分量对误差不敏感,这是由于在矩张量分解时,ISO分量是矩张量特征值的线性函数,而CLVD分量是非线性函数;②观测系统对非双力偶（非DC）分量的反演结果非常重要,合适的观测系统可增加地震矩张量DC和非DC分量分析的可信度;③辐射花样可观测破裂面的几何分布和破裂机制类型,不同震源类型的辐射花样间存在差异,因此有限的震源球覆盖导致反演多解性。     

微地震震源矢量反演

为了提高微地震定位的精度,利用观测的三分量数据,从震源的矩张量分析开始,研究了微地震震源矢量反演方法。主要包括:1利用简化的高斯束射线追踪方法进行微地震震源矢量场的格林函数正演;2改进了走时距离反演,将常规网格搜索方法改进为黄金分割网格搜索方法;3在对数域进行走时正演和反演迭代计算,提高了径向距离对走时的敏感性。通过分析震源矢量、地层响应矢量及检波器响应矢量特性,结合检波器三分量坐标系标定不准确问题,研究并提出了震源矢量、检波器方位角同时反演的策略。在反演过程中加入了同一个震源事件绝对方位角相等的约束条件,提高了反演结果的可靠性。通过模型和实际资料分析,验证了上述方法的正确性和有效性。     

压裂诱发的微地震震源机制及信号传播特性

随着仪器、处理和解释技术的进步,微地震在描绘储层内的压裂和断裂系统方面的应用愈来愈广,在储层管理上发挥了越来越大的作用。本文分析了压裂产生的脆性变形以及微地震产生机制,探讨了裂隙动态变化及产生的微地震响应特性,分析了利用微地震数据研究裂隙时空分布规律的可能性。主要内容包括:裂纹的产生诱发微地震,在水力压裂过程中裂纹尖端效应和漏泄效应是产生微地震的主要原因;微地震震源矩张量釆用特征值分解法可以分解为双力偶成分、补偿线性矢量极偶成分和各向同性成分;通过有限差分正演模拟分析了微地震信号的传播特性,微地震源特性和速度模型会显著影响微地震波形。     

利用单井微地震波形能量反演震源机制

微地震震源机制包含关于储层以及裂缝特征信息,对于评价水力压裂储层改造效果具有十分重要意义。在单井井中观测条件下,采用传统S/P波振幅比方法求解微地震震源机制,受观测方位角单一、张角有限的影响,效果往往不理想。本文探讨了微地震事件P、S波能量与裂缝破裂面参数之间的联系,发现微地震事件能量对裂缝破裂面参数较敏感。在已知震源位置及标量地震矩的前提下,采用微地震事件P、S波能量作为反演特征参数,利用加权K最近邻算法建立目标函数,反演求解微地震震源机制。模型测试表明,在监测数据不含噪声的情况下,使用该方法反演的震源机制解准确率高达97%;在有噪声情况下,当信噪比较高时,本文方法与S/P波振幅比方法效果相当,当信噪比较低时,本方法反演精度优于S/P波振幅比方法。将该方法应用于实际微地震监测资料,取得了较好的应用效果。     

基于三分量的微地震震源反演方法与效果

微地震检测的关键是确定微震源的位置。本文讨论了利用井下多级三分量检波器资料反演微震源位置的新方法。首先用射孔直达纵波水平分量确定检波器的方位角;再在三维空间逐点对检波器组计算直达波旅行时并通过沿直达纵波时距曲线进行能量叠加,反演得到微地震震源位置的分布范围;针对微震源反演存在的多解性问题,利用微地震直达纵波水平检波器分量变换和震—检地理方位角的关系确定微震源的方位角;最后采用两种空间点集的统计方法确定微震源点的位置坐标。在均匀介质、斜井直线观测系统的三分量微地震正演模拟记录上所作的微震源反演试验表明,在信噪比较低的情况下,利用这些方法可以有效与稳定地反演微震源的位置。     

地面微地震资料震源定位的贝叶斯反演方法

针对地面微地震资料信噪比低、初至拾取不准、速度模型难以准确建立等问题,以及地面微地震资料多条测线测量和浅地表地层速度变化复杂特点,研究了地面微地震资料震源定位的贝叶斯反演方法,把所有测线反演结果设定为一个全概率事件,每条测线反演问题设定为一个划分,讨论利用贝叶斯最大后验方法反演震源位置。在反演时浅部采用横向变速模型,中深部采用水平横向均匀速度模型模型。对目标函数的后验概率密度函数、加权函数后验密度函数、速度参数方差的后验概率密度函数进行理论模型拟合,并取拟合后结果作为估计概率密度。采用极快速模拟退火方法加网格法的混合算法作为搜索方法,以网格算法为先导使搜索落入最优解所在的凸区间,再利用极快速模拟退火算法搜索最优解,这样既可以防止算法收敛于局部极值点,又极大地提高了算法的收敛速度。通过理论模型和实际资料验证了该方法的应用效果,即对随机跳动误差较大初至反演能够保证反演结果的精度。     

剪张源约束下的单井微地震震源机制反演

水力压裂微地震监测数据中包含震源机理信息,可以用于描述裂缝破裂类型及工区应力状态,对压裂效果评价及后续压裂方案制定具有重要指导意义。单井观测系统监测张角小、方位单一,全矩张量反演难以进行。为此,将震源约束为“剪切—张裂”模式,综合利用压裂射孔、测井及定位资料,设计了一种基于三分量微地震记录各道P、S波波形能量和初至极性匹配的目标函数,进行全空间网格搜索的单井微地震震源机制反演方法。合成数据测试结果表明：无噪声条件下,该方法的各参数反演准确率均超过81%,10dB噪声条件下反演准确率也高于51%,且各参数抗噪能力依次为：张裂角 > 倾角 > 走向角 > 滑动角。最后将该方法应用于实际页岩压裂微地震资料,反演结果表明该段压裂的微地震事件主要由岩体受一对力偶或两对大小不同力偶的破裂和滑移形成,且岩石受挤压破裂而形成的闭合型裂缝要多于因扩张破裂形成的张开型裂缝。     

剪张源约束的井中微地震震源机制反演方法

通过水力压裂微地震数据能够估算矩张量,对于研究裂缝的方位和细节特征、描绘储层内部的断裂系统具有重要作用。矩张量反演采用线性反演方法,由单井数据反演全部矩张量是不充分的,因此需要考虑附加的约束、近场资料或者简化的震源模型。为此,研究了剪张源约束反演,采用非线性反演方法,将矩张量限制为描述剪张源的矩张量,减少了反演参数,鲁棒性更强。首先介绍了基于剪张源约束的微地震震源机制信赖域反演原理,然后通过不同张裂角条件下的单井、双井和三井理论模型记录测试了方法的应用效果。结果表明：当测试数据不含噪声时,基于三井数据的矩张量反演与剪张源约束反演均取得较好结果,当井数较少时矩张量反演无法获得合理的结果;当测试数据含噪声时,剪张源约束反演抗噪性较好,且三井反演效果好于单井;剪张源反演的振幅数据选择性更大。     

井下震源和阵列震源的远场辐射花样

本文详细研究了充流体井中由不同类型轴对称震源激发的弹性波低频远场辐射花样。轴对称源包括:①井轴上的点膨胀源和点膨胀阵列源;②井壁上的径向应力源和径向应力阵列源:③井壁上的切向应力源和切向应力阵列源。文中对使用的源频率范围进行了讨论.并对不同类型震源激发的纵波和横波的辐射花样作了数值计算。研究结果表明;低频远场近似的方法可适用于井眼半径为10cm,源频率低于700Hz的井下震源;井轴上的点膨胀源和井壁上的径向应力源在井内激发管波,在地层中激发纵波和横波;而井壁上的切向应力源在井内不激发管波.仅在地层中激发纵波和橫波;阵列震源能使辐射强度大大提高。     

基于稀疏反演的同步震源地震数据分离方法

同步震源混合地震数据的有效分离方法是同步震源采集技术得到广泛应用的关键之一。为此,在时间随机抖动的混合采集框架下,提出了一种同步震源混合地震记录分离方法。首先将未混合的共炮点记录作为训练样本,基于字典学习,得到学习型字典;然后基于稀疏反演构造分离混合地震记录的反问题表达式,并将待分离记录基于学习型字典的稀疏表示作为约束项,利用交替迭代策略进行求解。复杂模型数据和实际资料算例表明,与基于局部离散余弦变换的稀疏反演结果相比,利用字典学习能够有效提高分离结果的精度,为后续的地震信号处理提供高质量的数据。     

P波资料反演裂缝方法及实例

本文根据Grechka和Tsvankin(1998)导出的非均匀各向异性介质与 NMO速度的方向关系式,对介质裂缝进行了预测。首先,在实验室进行了模型观测,观测结果表明在裂隙介质层上方的NMO速度方位变化呈椭圆状,长轴方向代表裂隙走向,长短轴之比正比于裂隙发育密度。然后,将本文方法应用于塔里木盆地北部A区有限方位的三维地震资料中,所预测的裂隙发育带展布方位与成像测井揭示的结果一致,取得了较好的应用效果。这表明用本文方法识别裂缝方向和密度是可行的。     

椭圆各向异性微地震震源定位方法研究

微地震监测在非常规油气开发中起重要作用,其关键技术之一是震源定位,准确定位是地质及工程解释的前提。目前震源定位常采用各向同性速度模型、时差定位方法,这种处理结果与实际介质情况误差较大。本文首先探讨了一种水平层状椭圆各向异性介质情况下准确、快速的射线追踪方法,可以快速精确地计算初至时间,用于提高震源定位精度。椭圆各向异性介质的速度主要包括纵向速度和横向速度,相比强各向异性介质更易建模。纵向速度可从声波测井获得,横向速度可从测井、射孔或导爆索信号反演获得。最后采用经典Geiger定位方法进行理论试算,同时对比了强各向异性介质情况下各向同性模型近似和椭圆各向异性模型近似的定位精度。试算结果表明,强各向异性介质情况下的椭圆各向异性模型近似,能够获得比各向同性介质近似更精确的定位结果。     

微地震矩张量反演方法及其应用

微地震资料的解释通常是以微地震事件的空间分布为基础,结合地震、地质等资料对储层改造效果进行定性解释,但难以对岩石破裂属性进行定量分析。本文通过矩张量反演方法试验,模拟数据噪声分析测试了反演方法的适用性和稳定性。以储层改造中微地震监测实际数据为例,通过微地震事件的定位及全矩张量震源参数反演,定量分析了微地震事件的破裂属性(走向角、倾向角、滑动角),破裂类型各向同性(ISO)分量、双力偶(DC)分量和补偿线性偶极子(CLVD)分量;分析人工造缝过程中岩石破裂的震源类型、储层物性和储层改造施工参数之间的关联参数,更合理地提出优化储层改造施工方案。     

纵横波联合反演方法研究及应用

 本文利用Aki Richards提出的近似公式,对PP波和PS转换波的联合反演方法进行了研究。利用PS波反射系数公式消去PP波反射系数公式中的密度项,并给出一种利用奇异值分解来求解的反演方法。与单独利用PP波的反演方法相比,采用两组独立的PP波和PS波数据的联合反演方程组更加稳定。理论试算和实际资料的应用表明,此种纵横波联合反演方法的准确性和抗噪性比单独的PP波反演方法有明显的提高。     

微地震同步压裂监测技术研究与应用

储层压裂改造主要针对低渗透性储层,通过压裂来提高储层渗透率,增大孔隙度和泄油半径,最终达到油井上产的目的。近几年开展的同步压裂对微地震监测技术要求越来越高,在实时评估同步压裂效果时,对如何优化压裂参数和改善压裂效果提出了更高的要求。对于断层和天然裂缝带发育的致密砂岩储层,在裂缝检测时存在"多解性",文章主要针对压裂微地震同步监测提出一些认识,通过微地震事件属性特征分析断层和天然裂缝带对储层改造的影响,为油田储层改造过程中压裂方案设计与调整及施工过程质量控制提供依据。     

基于微地震裂缝参数反演的解释与应用研究

微地震监测技术是水力压裂中监测裂缝发育情况的有效地震方法,但在实际应用中仍存在诸多问题。为此,开展了地面微地震震源机制反演及裂缝解释技术在四川盆地页岩气藏勘探中的应用研究。根据地面观测的微地震数据,采用矩张量反演获得微地震事件的震源机制;基于震源机制结果计算微地震事件震级以及裂缝的地质参数;在统计的裂缝地质参数上解释裂缝发育情况,为油藏描述提供有效的信息。四川盆地页岩气实际资料的应用结果表明,研究区水平井的压裂设计合理,发育裂缝为高角度缝;根据统计的裂缝方位角度和实际的地下应力状况,建立了走滑型剪切裂缝模型;在裂缝模型上了解局部最大、最小水平应力方向,建议井布置方位在现有方位上调整为北偏西约10°。     

非常规油气层压裂微地震监测技术及应用

介绍了微地震监测技术的原理和处理流程,分析了微地震监测技术在非常规油气储层压裂改造过程中的具体作用,实例应用表明,微地震监测技术在大型水平井多级压裂过程中发挥了非常重要的指导作用。