水力压裂微地震监测质量监控方法研究

微地震监测是评价油气井水力压裂效果的一种重要方法,在非常规油气田水力压裂效果评价中得到广泛应用。针对如何保证微地震监测质量这一问题,从微地震波形特征、理论合成数据处理、射孔信号定位及微地震事件时空分布特征等方面研究了微地震监测质量监控方法,现场应用表明,研究所取得的成果基本符合实际情况,保证了微地震监测结果应用于压裂评价的可靠性。     

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。     

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。     

毫微地震监测填补了微地震网络与无源地震之间的空白

本文描述了毫微地震（nanoseismic）监测概念,这项技术是作为微地震网络与无源地震之外的第三种方法介绍的,以记录上部地壳或表面层的裂缝信号,并从时间、空间上对其进行定位。低信噪比的震后监测最初是用于对核武器的控制,并对它的方法和潜在价值进行了验证。     

基于跟踪分量扫描的井中微地震定位方法

常规的井中微地震定位方法主要利用的是初至旅行时和偏振信息,如果信噪比较低则方法不再适用。理论研究表明,各检波器X分量和Y分量记录在其水平面内沿着任意方向可合成为一个新的向量,当该向量为质点振动的跟踪分量时,其能量最强且在各检波器间波形一致性最好。根据三分量微地震记录的这一性质,将地面微地震定位常用的叠加能量扫描方法引入井中微地震定位中,将检波器X和Y分量记录在水平面内沿着假想震源与检波器连线方向进行合成,对所有检波器的合成向量经时差校正后进行波形叠加计算能量值E₁,再计算各检波器合成向量的能量值并求和得到能量值E₂,以E₁+E₂作为目标函数,通过网格搜索方法得到累加能量最大的网格即为震源位置。该方法不需要拾取初至信息,通过模型数据和实际资料验证了该方法的定位精度和抗噪能力,可用于信噪比较低的井中微地震事件定位。     

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。     

微地震监测在地震地质工程一体化中的应用

随着全球经济发展对油气需求的持续增长以及勘探开发技术的不断提高,非常规油气藏正逐步成为接替资源及勘探开发热点。在储层甜点预测技术、水平井钻完井技术、储层改造增产技术以及微地震监测技术日渐成熟的背景下,中国石油集团东方地球物理公司在理论研究与实际应用中总结出一套涉及多学科的综合地震地质工程一体化技术思路。本文主要描述了在四川盆地昭通页岩气示范区等地开展的基于微地震监测技术的地震地质工程一体化实践,取得了良好的应用效果,同时也证明该套技术具有推广价值。     

微地震事件解释实例

微地震事件是储层对水力压裂的响应,其分布特征与压裂工艺、储层性质、区域构造应力等密切相关。因此,微地震事件解释须结合地质、油藏、工程等信息才能全面、准确地理解水力压裂裂缝延伸过程,提高压裂改造效果评价的可靠性及对储层和压裂工艺的认识,以指导井位部署和压裂设计。针对辽河探区Q1块和S268块三个微地震事件监测实例,利用微地震联合测井岩性分层、三维地震剖面以及三维地震数据相干体属性,探讨了影响微地震事件分布特征的因素,得到以下认识：1天然裂隙是影响微地震事件分布的重要地质因素,储层天然裂隙发育表现为微地震事件重叠,易于形成复杂的裂缝网络,储层天然裂隙不发育表现为微地震事件不重叠且集中分布,也可实现造长裂缝的目的,形成对称缝网;2对致密砂岩储层进行水力压裂时可将在全区稳定分布的煤层作为稳定隔挡层,控制缝高,提高改造效果;3进行井位部署时,要考虑邻近井的影响,采用合理的井间距和压裂工艺,最大限度地降低邻近井对压裂造成的影响;4地层变形形成的局部高应力区域可对水力压裂裂缝形成阻挡,影响改造效果,结合地震资料综合解释有助于微地震监测识别地层变形对压裂的影响。     

高阶矩有效微地震事件拾取处理方法

常规的长/短时窗能量比方法对于低信噪比记录的有效事件漏拾率较高.在高阶矩理论分析的基础上,把原来利用长/短时窗比拾取有效事件的方法改进为高阶矩时窗比方法;针对微地震记录的变化特点,对计算结果进行取对数处理,并把固定窗口改进为自适应变化窗口,利用相关分析结果进行事件的拾取;最后通过实际资料处理效果分析,验证了高阶矩有效微地震事件拾取方法的效果.     

页岩气压裂微地震监测中的裂缝成像方法

微地震监测是页岩气储层水力压裂改造过程中的关键配套技术,但目前国内微地震监测技术还不能直观描绘水力压裂改造储层的裂缝网络。为此,将地面微地震层析成像和细化算法相结合,提出了一种人工压裂裂缝反演方法——细化地震发射层析成像方法 (TSET),即将图像处理中的骨架提取算法引入到地面微地震监测结果中,提取能量最强位置的骨架结构来反演压裂裂缝的位置及形态。将该方法应用于河南中牟页岩气区块MY1井的水力压裂微地震监测:(1)对原始微地震数据进行滤波,应用基于Semblance算法的地震发射层析成像(SET)技术对微地震数据进行处理,得到压裂区域储层的能量叠加结果 ;(2)采用克里格网格化将能量图插值为连续的图像,并对网格化结果进行奇异值分解降噪(SVD);(3)应用细化算法提取叠加能量图的骨架结构,得到能直观显示的水力压裂裂缝或裂缝带成像结果。结论认为:(1)水力压裂活动可以改变天然裂缝的应力状态,即激活天然裂缝并在远离作业井段部位诱发破裂,在压裂液无法到达的部位形成新的诱发破裂裂缝;(2)当压裂裂缝与天然裂缝方向平行或近于平行时,天然裂缝对人工压裂裂缝会产生延伸诱导作用,反之则产生屏障阻隔作用。     

地面微地震监测资料静校正方法研究

针对地面微地震监测缺乏近地表速度资料和由于信噪比较低使得各条测线上初至走时拾取不全的问题,研究了利用射孔资料、声波测井资料及微地震事件监测资料进行地面微地震资料静校正的方法.讨论了初至拾取方法,对于不连续道的初至拾取,提出了用引导道方法拾取射孔事件和射孔点附近强微地震事件在各条测线的初至;通过声波测井资料建立基准面以下地层的初始速度模型,计算射孔事件的理论走时,进而求取初始静校正量;针对浅部和深部地层速度变化对初至影响程度的不同,设计了浅部二维速度模型和深部一维速度模型,根据射孔事件的实际初至运用反演方法校正初始速度模型,再用反演校正后的速度模型来正演射孔事件理论走时,求取总静校正量.最后,通过实际资料处理验证了静校正方法的应用效果.     

基于微地震定位和速度成像的页岩气水力压裂地面微地震监测

在非常规油气开发中,水力压裂技术可以极大地提高油气开采的效率。在压裂过程中,伴随着新的裂缝产生或已经存在裂缝的重新激活,会诱发大量微地震事件。对我国西南地区某垂直页岩气井水力压裂地面微地震监测数据进行了处理和分析。与常规微地震数据处理过程相比,在进行微地震事件定位的同时,利用微地震信号对储层由于压裂导致的速度变化进行了成像分析。采用双差地震成像算法,利用绝对到时和波形互相关得到的相对到时数据联合反演速度结构及震源位置。反演结果显示,微地震定位精度与传统网格搜索法相比有较大改善。对于不同的压裂深度,微地震空间分布和速度异常呈现出不同的特点。整体上由于裂缝的存在,微地震位于低v_P区域。而对于v_S来说,在深部微地震位于低速异常区域,但在浅部则位于高速异常区域。结合岩石物理实验结果和波形分析,推测在浅部微地震和高v_S关联是由于该区域天然裂缝发育并且气体处于饱和状态。研究结果表明,综合微地震定位和速度成像可以更加全面地刻画页岩气水力压裂过程和裂缝分布。     

高噪声背景中微地震事件的自动识别方法

从噪声比较大的水力压裂监测（HFM）数据中自动识别微地震事件并不容易。主要原因有二：其一大多数数据处理都不得不在没有监督的情况下完成,其二不同试验之间的信噪比相差很大,而且会非常低。这些为识别隐藏在噪声中的信号带来了困难。此外,噪声中通常还包含空间上相关的分量,例如来自泵噪声的井筒模式（borehole modes）,它们类似于裂缝生长产生的微地震事件,这进一步增加了识别真正的压裂微地震事件的难度。为了解决这个问题,开发出了把信号和噪声信息结合起来的统计方法,用于自动且准确地识别高噪声背景中微弱的微地震事件。利用这种基于新型统计测试的方法,可识别多分量检波器组合中各分量和检波器的包含相干初至波的时窗,并确定检测结果的置信度。这种方法在真实的油田数据中得到了应用,结果证实它有效的。     

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。     

基于井中微地震监测方法的压裂效果评价——以吉林探区Y22井为例

储层水力压裂效果评价对指导油气田精细开发具有重要意义,为准确评价压裂效果,提出了一套井中微地震监测压裂效果评价方法,在准确定位微地震事件基础上,分析微地震事件时空分布特征,剔除无效事件,利用有效事件定量描述缝网长、宽、高、走向、改造体积等,再结合储层性质、压裂施工参数等解释裂缝产生的原因,客观地评价压裂效果。该方法在吉林探区Y22井的应用结果表明：压裂裂缝走向与其周边小断层或天然裂隙走向一致;测井解释成果和微地震监测结果具有相关性,测井解释好的压裂段储层改造体积相对较大、微地震事件数量相对较多、裂缝复杂度更高;压裂过程中产生的离散微地震事件为压力传导造成低应力区应力释放产生的事件,不是由压裂窜层造成;Y22井周边的生产井因前期压裂改造和后期油气排采引起的地层能量亏空,造成了压裂裂缝的不对称性。该研究成果在解释微地震事件时空分布特征,提高对压裂和储层性质认识,客观、准确地评价压裂效果等方面具有指导作用。     

基于强事件约束的微地震剩余静校正量估算方法

针对低信噪比条件下微地震剩余静校正量估算困难的问题,研究了射孔事件数据道间的两两相关信息与强微地震事件同相轴光滑性约束条件相结合的微地震剩余静校正量估算方法。该方法不仅利用了射孔事件的任意两道相关信息,增加微地震剩余静校正量估算时的信息量;还利用了剩余静校正后强微地震事件同相轴的光滑性约束信息,实现提高低信噪比条件下剩余静校正量估算精度的目的。模型资料和实际资料的测试结果表明,该方法对低信噪比数据的剩余静校正估算具有适应性强、效果好的特点。     

应用残差网络的微地震事件五分类检测方法

常规的微地震事件检测方法通常需要人工选取阈值,在处理大量连续记录数据时效率较低,难以适应实时监测的需求。为此,提出一种基于残差网络的微地震事件五分类检测方法,将样本分为噪声、完整的微震事件、只含有P波、只含有S波以及多个微震事件五类。该方法只需将连续记录的波形数据等分,并通过时窗调整获得完整的微震记录。通过一系列数据增广方法实现小规模实际数据样本集的模型训练,模型精度高达99%。将该方法与二分类方法同时应用于微地震监测数据检测,并通过P波、S波到时拾取和震源定位评估检测效果。研究结果表明,基于残差网络的五分类检测方法检测到了更多数量的微震事件,且具有较高的运算效率,满足实时监测的需求。     

基于井中微地震监测方法的压裂效果评价——以延安探区YP5-1井为例

为了能够实时精确监测页岩气水平井水力压裂裂缝空间形态及储层改造体积,针对压裂过程中无法定量描述人工裂缝扩展形态,无法研究压裂裂缝扩展影响因素的问题,运用井中微地震监测技术,对宝塔南YP5-1井第1～第13压裂段压裂全过程进行了裂缝监测,结果表明：1)对比分析微地震事件纵横波差异,表明受储层天然裂缝发育影响,压裂裂缝出现不对称发育现象;2)人工裂缝FCL为0.32～0.71,裂缝复杂程度较高,SRV重合性较低,单层压裂裂缝重复交叉较少,表明储层改造效果比较好;3)微地震监测成果与测井显示结果密切相关,物性条件较好的压裂层段微地震事件比较多,裂缝复杂程度较高,储层改造效果更好。以上成果对分析微地震事件空间展布,研究储层物性,客观准确评价储层改造效果等具有一定指导与借鉴作用。     

海上拖缆地震勘探质量控制方法研究

拖缆地震勘探具有成本低、速度快、采集量大、作业效率高等优点。在地震勘探项目开工的过程进行有效的质量控制,是最大限度降低质量风险,保证整个工区地震采集数据质量的关键。通过对拖缆地震勘探作业从准备到首条测线完成的全程进行研究分析,结合国内外地震勘探作业经验,探讨对拖缆地震勘探作业中系统时间同步、震源配置及近场数据分析、导航定位数据、仪器设备及地震采集数据等进行检查,完成对拖缆地震勘探作业有效质量监控,为国内外地震勘探作业质量控制提供参考。