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页岩气井水力压裂微地震监测技术

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页岩 气井 水力 压裂微 地震 监测 技术
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页岩气井水力压裂微地震监测技术岩石破裂会伴随产生强度较弱的地震波,称为“微地震”。微地震事件发生在裂隙之类的断面上,裂隙范围通常只有 1~10m。地层内地应力呈各向异性分布,剪切应力自然聚集在断面上。通常情况下这些断裂面是稳定的。然而,当原来的应力受到生产活动干扰时,岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围地区就会出现应力集中、应变能增高;当外力增加到一定程度时,原有裂缝的缺陷地区就会发生微观屈服或变形、裂缝扩展,从而使应力松弛,储藏能量的一部分以弹性波(声波)的形式释放出来产生小的地震,即所谓微地震。注入作业期间引发的微地震事件在空间和时间上的分布是复杂的,但不是随机的,可以在 1围内用适当的灵敏仪器检测到。大多数微地震事件频率范围介于 50~1500间,持续时间小于 1s,通常能量介于里氏+1 级。在地震记录上微地震事件一般表现为清晰的脉冲;越弱的微地震事件,其频率越高,持续时间越短;能量越小,破裂的长度就越短。因此微地震信号很容易受其周围噪声的影响或遮蔽。另一方面在传播当中由于岩石介质吸收以及不同的地质环境,也会使能量受到影响。 微地震监测技术就是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动之影响、效果及地下状态的地球物理技术。其基本做法是:通过在井中或地面布置检波器排列接收生产活动所产生或诱导的微小地震事件;并通过对这些事件的反演求取微地震震源位置等参数;最后,通过这些参数对生产活动进行监控或指导。目前该方法主要用于油田低渗透储层压裂的裂缝动态成像和油田开发过程的动态监测,主要是流体驱动监测。微地震监测分为地面监测和井中监测两种方式。地面监测就是在监测目标区域(比如压裂井)周围的地面上,布置若干接收点进行微地震监测。井中监测就是在监测目标区域周围临近的一口或几口井中布置接收排列,进行微地震监测。由于地层吸收、传播路径复杂化等原因;与井中监测相比,地面监测所得到的资料存在微震事件少、信噪比低、反演可靠性差等缺点。微地震监测主要包括数据采集、数据处理(震源成像) 和精细反演等几个关键步骤。 数据采集系统一般由传感器、前置放大器,后置放大器、滤波器、记录器,传输电路以及电池等构成。传感器应埋置于地面下数米深,多个监测设备根据监测实施环境合理设置布站以提高监测精度。数据处理系统一般有相关滤波、初始波识别、速度模型、定位算法以及傅里叶变换、频谱分析、聚类分析、三维显示等功能。精细反演上述成像方法通常都假设速度场是均匀的、已知的,但实际情况并非完全如此。速度场的扰动是客观存在的,有时也是较大的,要想精确定位微地震源、并了解速度场的精细变化,微地震反演是必要的。反演的基本思路与 相同,但在具体做法上有所不同:a)必须提供 3D 或 2D 初始速度模型,不同层位的速度扰动量作为自变量出现;b)用射线追踪方法计算理论到时和偏导数;c)采用多次迭代法逐步求取模型修正量,直到满足误差要求;d)必须有足够多的观测点和微地震事件;e)为了降低震源—速度联合反演的多解性,需要对模型施加一定的约束条件。回归分析大量微地震源点在空间的分布,构成了一个在宏观上反映震源区域某种生产/地质信息的有一定统计分布规律的几何散点图。回归分析是对微地震监测结果进行定量解释的重要工具之一。微地震监测的一般过程:1)根据监测目的,确定监测方式;2)根据地震、声测井、资料建立工区 2D 或 3D 速度模型;3)设计观测系统,确定相关参数,实现数据采集;4)检测微地震事件,根据各测点 P 波时差计算震源到测点的距离;5)用基于 2D 或 3D 射线追踪的高精度震源反演技术,确定震源的准确位置,提供相关层位的高分辨率高覆盖速度参数;6)通过微地震事件数、震源参数(震级、静应力降、震源分布等) 、压裂参数(泵压、泵率、泵量等)等随时间的变化规律分析,向用户提供其所需要的有用信息,指导下一步的生产开发活动。
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