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微地震技术_图文

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地震 技术 图文
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油气井加砂压裂裂缝地面微地震监测本文档请勿随意外传F 研究概况2. 水力压裂微地震监测原理3. 现场监测和数据处理方法4. 总结F 研究概况年度 项目 单位 /施工地点 项目工作2007地震监测压裂效果试验 中石化先导项目第 2代微震监测系统开发2008 气井压裂人工裂缝监测 中石化西南分公司 6口井2008 大牛地气田气井压裂人工裂缝监测 中石化华北分公司 9口井2008代系统及处理方法研究2009 加砂压裂水力裂缝监测 四川 3口直井2010 压裂裂缝监测 四川 2口井,包括 1口页岩气井2010 庆 2口斜井2010 宁 201井压裂裂缝监测 四川 1口页岩气井课题组近年完成相关项目F 研究概况 自主开发了微地震监测系统,第 3代系统有 19个监测站点,注册 2项实用新型专利。正在开发第 4代微地震监测系统,更易使用,站点个数更多( 50~100个) 自主开发了基于层析成像法震源定位的数据处理软件,已经注册软件版权 自 2007年以来,完成 2个省部级研究项目,多个横向应用项目 《 近地面微地震监测系统开发及应用 》 于 2008年 12月 31日通过山东省科技厅组织的专家鉴定,成果达到国际先进水平课题组主要研究成果F 研究概况2. 面微地震监测与层析成像3. 现场监测和数据处理方法4. 总结F 地震及应用气采出水力压裂注水注蒸汽等油气田开发过程中微地震产生原因微地震监测系统组成高性能检波器:作为传感器信号采集器:现场微震信号采集与数据存储数据处理软件:数据分析处理,震源计算,三维显示等F 力压裂过程裂缝监测可以确定裂缝方向、长度、高度等参数,可描述裂缝破裂过程,评价压裂效果2)油藏动态监测(采油、注水、注蒸汽等)可动态获得油藏状态、水驱前缘等气藏低频异常信号分析通过微地震信号的低频信号分析,判断是否有油气藏F 力压裂微地震监测( 1)井下微震监测在目标井附近的井中布置检波器优点 :靠近震源,能接受到更多信号,测量准确性高缺点: 使用条件苛刻,需要停井 操作复杂,有风险 成本高,难以大面积广泛应用该方法比较成熟,多家公司有成套的硬件和软件系统代表公司 :美国 拿大 F 2)地面微震监测在目标井附近的地面埋置检波器节约成本,施工条件要求简单,无伤害井筒的风险缺点 :距离震源远,接收信号少;对检波器和采集器要求信噪比高;对数据处理技术要求高 ;要求站点数量多F 源定位方法微地震数据处理的关键是求出震源位置,根据对震源位置计算方法的不同,分为两种方法:(1)方程求解定位法 :根据多个站点的 用到时差定位计算公式计算一个震源的位置坐标井下微地震监测采用此方法,因为信号信噪比高(2)层析成像法 :利用各站点接收同一震源信号有相似性的原理,对地质体能量发射强度成像,发射强度最大的区域就认为是震源地面微地震监测采用此方法,因为信号信噪比低,通过站点个数来弥补信号的劣势F ) 方程求解定位法根据多个站点的 用定位计算公式计算一个震源的精确位置坐标 )微震事件比较明显,可以精确提取地震波初至时间2)初至时间必须提取准确,否则对计算结果准确性影响很大3)采用自动算法实现初至时间自动拾取误差大,可信度低F ) 层析成像法层析成像并不根据某个具体的微震事件进行计算,而是根据一个时间窗内信号的相似性计算监测介质的信号发射能量,绘制能量分布图逐个深度进行层析成像,就可以得到三维图像F 面微地震监测与层析成像微地震数据处理的关键是求出震源位置,地面微地震监测一般使用层析成像方法基本原理当传输距离比较短时,从一个震源点释放的地震波被各地面站点接收后波形变化比较小,具有相似性,各站点接收到的地震波有时差具体方法1)对监测目标区域进行网格划分F 算每个格点到地面各接收点的走时,对实际接收到的信号进行偏移叠加F 算出每个格点的成像值,绘制出图像,图像中成像值最大的点就认为是震源逐个深度进行层析成像,就可以得到三维图像F 过确定一些列微地震事件的震源点,绘制震源点的空间分布,即可查看裂缝形态,计算裂缝参数F 研究概况2. 水力压裂微地震监测原理3. 析成像数值模拟4. 总结F 测设备自主开发的微地震监测系统,包括 19个微地震监测数据采集站点和 1个 ) 1个高精度、低噪声、低功耗的 24位采集器,包括大容量电池和 1个 1个高灵敏度的检波器F ) 24位 有 样率从 1~2000 集时使用 10000使用精度为 1 用 1000 0分钟时,采样误差不超过 1个采样点3)电路综合噪声最低 1信噪比达到 110波器灵敏度 200V/m/真度 )在一个电池盒供电情况下可连续采集 12个小时F 测施工方法提前 1~ 2天勘测现场布点,用地钻和洛阳铲打孔 1~于斜井,在选点时就记录 绘制站点分布图,保证站点分布合理检波器严格压实,保证与地层的耦合,并减少地面噪声干扰至少在压裂施工开始前 1小时开始监测,压裂结束后继续监测至少 1小时F 据处理软件自主开发的微地震数据处理软件F 软件功能软件功能分为三大部分:( 1)项目基本信息管理项目基本信息设置监测站点 部坐标系建立速度资料管理监测目标区域网格定义计算或导入目标区域各网格点到地面站点的走时数据层位定义井斜数据管理F 软件功能( 2)文件预处理采集器文件检查,剔除错误文件采集器文件转换为 站点 并后有 19个道,且时间是严格一致的文件分割、道提取、道删除,信号的去直流、滤波、频谱分析、时频分析、小波分析等( 3)震源计算与裂缝显示层析成像反演求速度数据扫描层析成像提取微震事件震源坐标事件序列的三维显示和裂缝参数计算F F )坐标系建立1)采集器的文件记录了所在位置的 次 用多个文件分析统计求平均确定最准确的 面误差小于 2米。多文件 F )坐标系建立2)根据井口、靶点和各监测站点的 换为绝对坐标数值,并以井口为原点建立坐标系,计算各点的相对坐标局部坐标系定义站点坐标管理窗口F )目标区域网格化定义目标区域中心点,网格边长,东西、南北、上下扩展网格数 ,利用平均速度计算走时等目标区域网格网格定义窗口F )文件格式转换将采集器的 检查 常情况下一个文件存 20分钟数据,采样误差不超过 1毫秒。转换时根据设置将一个 般 60秒一个 F )各站点文件同步合并单个站点的 个道,按照时间同步合并所有道,合并后的 8道F )形显示,文件分割与道提取,信号去除直流、滤波、频谱分析、时频分析、小波分析等功能很丰富,可以参考软件使用手册F ) 层析成像确定震源逐个文件、逐个时间窗内的数据扫描成像,以确定微地震事件和震源坐标。F )数据扫描层析成像成像添加事件原始波形F ) 裂缝三维显示裂缝三维显示窗口F 析成像数值模拟利用理想介质模拟地震数据,数值模拟方法F ) 坐标系建立和监测站点设置设置 30个监测站点,假设直井,以井口为中心F 角平面站点显示30个监测站点覆盖区域:东西 ± 600米,南北 ± 400米(1) 坐标系建立和监测站点设置F ) 网格化与走时计算东西 41格,南北 41格,边长 10米;垂直 21格,步长 10米F ) 网格化与走时计算东西 41格,南北 41格,边长 10米;垂直 21格,步长 10米中心坐标( S,=(0,0,1500)监测目标区域:南北: +200米东西: +200米垂直: 1400米 ~1600米计算量:垂直分层 =21层每层格点数 =41*41=1681每格点走时数据= 30个单层走时记录= 1681*30=50430全部走时记录= 21*50430=1059030F ) 网格化与走时计算速度选择 :以深度所在平均速度作为速度,假设理想介质走时数据存储 :以 以导入其他软件计算的走时数据文件复杂速度模型的走时计算可采用专业的正演算法和软件计算F ) 波形模拟根据计算的走时,假设某一个格点发射地震波,模拟出地面各站点接收到的波形数据,并保存为 F ) 层析成像对一个时间窗内的波形数据层析成像,确定是否有事件,及震源坐标F 数值模拟对比对比不同站点个数、噪声水平情况下的成像效果(1)相同信号,相同网格划分, 10、 20、 30、 48站点的比较(2)30站点时,有事件和无事件的比较(3)30站点时,噪声不同的比较假设 用相同的子波模拟从格点( 11,10,15)发出的信号,叠加方差为 F 同个数站点的比较(1) 方差 定调色板10站点 20站点30站点 48站点F 定调色板(站点越多,震源点越突出)10站点 20站点30站点 48站点不同个数站点的比较F ) 方差 动调色板 (站点越多,聚焦性越好 )10站点 20站点30站点 48站点不同个数站点的比较F ) 方差 动调色板 (站点越多,聚焦性越好 )10站点 20站点30站点 48站点不同个数站点的比较F ) 无噪声,固定调色板 (站点越多,聚焦性越好 )10站点 20站点30站点 48站点不同个数站点的比较F 30个站点 ,有无事件的对比(1) 方差 事件自动调色板,有明显的极点F 有无事件的对比(2) 方差 事件自动调色板,无明显极点F ) 方差 事件,信号几乎被噪声淹没自动调色板,有明显极点,虽然 有无事件的对比F 30个站点 ,定调色板,噪声有影响(实际处理中先滤波)F )计算量很大(2)站点个数越多,成像效果越好(3)水平分辨率较好,垂直分辨率较差,易出现垂直定位误差(4)如果各站点噪声不存在相关性,即使信号被噪声淹没也可以成像,实现所谓噪声成像F 研究概况2. 水力压裂微地震监测原理3. 现场监测和数据处理方法4. 四下层裂缝监测结果5. 总结提纲F 裂与微地震监测基本情况第 1段监测时间: 7: 30~ 12: 00,未进行有效压裂第 2段监测时间: 15: 30~ 22: 30压裂监测时间测试压裂: 18: 41~ 18: 59缝网压裂: 19: 37~ 20: 02主压裂: 20: 29~ 21: 44须四上压裂时间测试压裂: 15: 33~ 15: 50缝网压裂: 16: 33~ 16: 53主压裂: 17: 14~ 18: 04须四下压裂时间两层压裂,每层有测试压裂、缝网压裂和主压裂,施工较复杂其他须四下段(测深 1810~1818m)须四上段(测深 1621~1634m)压裂层位2010年 10月监测日期构造位置重庆地理位置开发井 /定向井井 类 型F 87°(14,480~148963488°(66,595~1600818S,深测深层位两个靶点位置的高斯平面图通过井斜数据确定靶点位置F 8个站点,由于地形限制,在南边的站点多F 四下层微震监测数据处理( 1)测试压裂过程 : 15:33~ 13:50之间,持续 1压裂过程( 2)缝网压裂过程 : 16:33~ 16:53,持续 20分钟( 3)主压裂时间: 17:14~18:04,持续时间 50分钟F 2 区分各种波形( 1)安静背景18点 21分时的安静背景,信号压裂设备停止工作,环境比较安静,各站点附近也没有干扰F 2)地面干扰9点 44分时的信号,压裂设备停止工作, 11号站点受到很强的干扰,11号附近几个站点没有明显的受到干扰,地面干扰传播距离短F 3分,多个站点都有干扰, 9,10,19站点相互之间距离比较近,也都有干扰,但不是同一个干扰源,没有相似性。这进一步说明地面的干扰传播距离很短,不会同时影响多个站点。F 3)压裂设备干扰16点 53分,压裂设备停止工作前后,影响较明显,使每个站点背景噪声都增强,靠井场近的干扰很强F 压裂干扰时信号的幅频特性有、无压裂干扰时信号的幅频特性F 4)有效微地震信号压裂时,有干扰 压裂停止后,没有干扰F 干扰 压裂停止后,没有干扰F 3 信号滤波与去噪( 1)数字滤波数字滤波器设计窗口基于频带特性的滤波器,如低通、高通、带通、带阻可灵活设计各种F 40通滤波滤波前的原始信号 40通滤波后F 40通滤波滤波前的原始信号 40通滤波后F 018#低频还有强信号,属于低频干扰带干扰的微地震信号滤波前后的频谱F 2) 别是 18号站点F 是变换后形态更集中,且没有相位信息,常用于信号压缩第 18号站点的 线为阈值 70)压裂设备干扰是单一频率附近的持续干扰, 除这部分能量就可以大大削弱压裂干扰( 2) F 波后信号能量保留率( 2) F 3)小波去噪小波分析窗口小波是信号处理的一种有效方法,可以用于去噪F 3)小波去噪F 4 微地震信号识别与统计( 1)测试压裂过程15:33~ 13:50之间,注入量 38立方米15:39微地震事件信号(经过数字滤波与 图原始信号中 4,13,15三个站点靠近一个砖瓦厂,受到比较严重的干扰什么是有效的微地震信号 :信号不一定强,但是要被几乎所有站点接收到,信号初至跳变明显F 2)缝网压裂过程 : 16:33~ 16:53之间16:35微地震信号 15:39微地震事件信号F 3)主压裂过程 : 17:14~ 18:04之间 微地震事件比较多主压裂期间的事件文件列表(部分)F 图的信号比较强,右图的 19道受到比较强的地面干扰 ,直接剔除了 19道F 格划分与等效速度求取层析成像法震源定位的基本原理 :将监测目标区域的地层进行网格划分 , 计算每个网格到地面站点的理论走时 , 然后用理论走时数据对接收到的信号进行偏移叠加 , 计算成像值网格划分和网格到地面站点地震波的示意图F 西中心: 北中心: 166•垂直中心: 1598•网格水平边长: 10米•网格垂直边长: 5米•东西网格个数: 61个•南北网格个数: 61个•垂直分层数: 11个已计算须四下压裂井段的中心点( 66, 1598)定义了 11层网格,垂直深度范围 1573~1623米,水平方向 600米 × 600米,每层有 61*61=3721个网格( 1)网格划分F 6 成像计算( 1) 16:35信号段16:35信号段 16:35信号段最佳成像从第 6层成像图上取得成像中心点坐标是( 56,1598),这是以井口为中心点的坐标,以须四下中心点进行坐标平移。后平面坐标是( 10)F 2)弱信号成像这段信号比较弱,周围没有异常干扰,成像效果比较好。从成像图上取得成像中心点坐标是( 46,1593),偏移后( 0)17:22信号段17:22信号段最佳成像计算量很大, 8秒钟数据计算 11层需要 3分钟F 3)停止压裂后的一段信号18:04已经停止压裂,图像中心点是( 46,1588),偏移后坐标是( 20)。F 5: 33~ 15: 50,持续 17分钟确定震源的只有 2个点,是 15:39和 15:59,震源点在压裂井段的井筒附近测试压裂期间两个事件点的分布F 6: 33~ 16: 53,持续 20分钟,确定震源位置比较好的有 8个点,与测试压裂期间的点叠加在一起显示测试压裂和缝网压裂事件点显示(红色:测试压裂;蓝色:缝网压裂)F 3全部事件点分布三段压裂所有事件点平面显示(红色:测试压裂,蓝色:缝网压裂,绿色:主压裂)F 色:测试压裂,蓝色:缝网压裂,绿色:主压裂)F 4须四下监测结果30~40米裂缝高度主裂缝北偏西 10度左右,有西向分支裂缝方位150米西翼西向缝长220米西翼北向缝长170米东翼南向缝长监测计算结果项目监测到的有效微地震信号比较多,确定震源的事件点多,裂缝扩展形态比较明显,有缝网形态F 研究概况2. 水力压裂微地震监测原理3. 现场监测和数据处理方法4. 总结提纲F 1 第 3代系统应用效果2009和 2010年我们应用自主开发的第 3代微地震监测系统进行了 10井次的压裂裂缝监测,取得比较好的应用效果。主要的优点在于: 系统有 19个监测站点,对于监测目标区域的覆盖比较全面,即使一两个站点出现故障也不影响总体的监测效果 每个站点独立采集和存储,采用 于野外施工和后期数据同步 检波器灵敏度高,埋置深度 1米左右可以采集到明显的微地震信号 数据处理软件功能比较完善,震源定位的层析成像法理论完善,数据处理结果比较准确第 3代微地震监测系统实际应用比较成功第 3代微地震监测系统主要在易用性方面需要改进F 代微地震监测系统,功能增强( 1)采集器增加无线通讯功能,可以现场实时监测采集器状态,可以无线传输数据文件( 2)增加 以现场测试检波器信号( 3)站点个数达到 50个左右,根据需要也可以增加到 100个,达到更好的监测效果( 4)进一步增强完善数据处理软件功能5. 2 第 4代微地震监测系统功能F
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