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微地震裂缝监测技术研究ppt

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地震 裂缝 监测 技术研究 ppt
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微震监测方法与技术桂志先引言微震产生机理数据采集数据处理正演地质建模反演定位压裂效果解释微地震压裂监测技术是近年来在低渗透油气藏压裂改造领域中的一项重要新技术。该项技术通过在邻井中的检波器来监测压裂井在压裂过程中诱发的微地震波来描述压裂过程中裂缝生长的几何形状和空间展布。它能实时提供压裂施工产生裂隙的高度、长度和方位角,利用这些信息可以优化压裂设计、优化井网或其他油田开发措施,从而提高采收率。引言微地震监测主要包括数据采集、数据处理、精细反演等几个关键技术。高压泵监测井岩石破裂压裂作业井微地震事件十二级接收器引言压裂事件空间计算图国滨州岩石力学实验室开始声发射和微震研究 , 称为 1973年:首次开始现场试验工作 , 这次现场试验研究是目的层为含气致密砂岩 , 深约 2440m。 当时人们沿袭传统的地震勘探数据采集方法 , 采用布置在地面的检波器排列来监测水力压裂裂缝的发展 。 由于地面噪音太高而诱发微震的水平很低 , 加之那时的记录仪器及数据处理方法水平都不高 ,无法从这种低信噪比的记录中识别出微震信号来 。 试验没有成功 。引言随后 , 1976年美国著名国家实验室桑地亚国家实验室在 试验用地面地震观测方式记录水力压裂诱发微震 。 试验结果表明 , 由于水力压裂诱发微震的能量 , 频率等特点 ,以及地层吸收因素等 , 在地面是不能可靠检测到的 ,因而也就不能用地面观测的方法确定水力裂缝方位和几何形状 , 而是 应该在靠近这种裂缝附近记录诱发微震 。引言从 1973年以来的一系列试验的失败中 , 终于摆脱了几十年来地面地震勘探方法的影响 , 确立了水力压裂诱发微震的井下观测方法 。 同时改进和发展了井下记录仪器 , 以及相关的资料处理和解释方法 。约在 20世纪 70年代末 , 用水力压裂诱发微震研究裂缝方法的可行性得到了人们的承认 。此后 , 更多的石油公司和大学 、 科研单位陆续加入这项研究 , 使这一技术得到持续 、 稳定的发展 ,并逐渐实用化 。引言微震观测设备 的关键部分是井下观测仪器 。 由于诱生微震能量非常弱 , 频率很高 ( 约为100∽ 1500, 传播方向复杂 , 以及井下高温 、 高压 、 高腐蚀性的恶劣环境 , 要求微震监测用井中检波器是高灵敏度 、 高频 、 体积小的三分量检波器 , 其本身及有关连接件 、 信号传输线等应具有耐高温 、 高压和耐腐蚀的性能 。引言• 20世纪 70年代 普通井中检波器或 技术性能低。• 20世纪 90年代 发展到高性能多级检波器串,即每口观测井中可一次安置多个三分量检波器。• 今天 多级检波器串,记录主频可达 1000耐 150℃ ,承受 69下检波器的连接件和电缆或光缆可满足多级(如 50级)三分量检波器同时观测的高速数据流(的要求。引言数据处理和解释方法-- 经历了单粗糙的纵横波时差法 , 到现在的多种精细处理解释方法 。在 20世纪 90年代后期 , 微震绝对定位误差仅为 12∽ 40m, 裂缝走向方位角精度为 2° ∽ 6° 。在 21世纪初 , 绝对定位误差已降到 10 并可从微震能量 、 频谱 、 波形特征等参数 , 以及微震位置时空变化等数据得到有关微震发震机制 、 水力压裂裂缝发育过程的可靠信息 ,促进了水力压裂理论和技术的发展 。 但是 , 水力压裂裂缝成像技术还不是很成熟 , 其软硬件的商业化程度还不高 。引言C – 模拟无裂缝的均匀介质中 波的传播 .(图中小圆圈为接收点 ,星号为震源 右图 :模拟有裂缝时的波传播情况 ( a. 40毫秒时 b. 75毫秒时 . 波的速度从外部岩石向裂缝内部明显下降 )检波器检波器裂缝垂直速度比垂直速度比(无裂缝时 )垂直速度比垂直速度比(有裂缝时 )左图 :在一个裂缝中由 10个微地震所产生的导波在 400毫秒时的传播情况右图 :有一个微地震时在低速裂缝带附近波的传播情况 (图中虚线为裂缝边界缝监测的结果面图谷所作的压裂裂缝检测试验采用 48级 ,三分量井下检波器在采用了主波组 ,相对成像技术后得到的震源位置原来的 ,绝对确定的震源位置微震产生机理数据采集数据处理正演地质建模反演定位压裂效果解释1、微震的产生机理地震 地球介质的一种声发射现象 . 岩石变形时,局部地区应力集中,可能会发生突然的破坏,从而向周围发射出弹性波,这就是岩石的声发射现象 . (陈颙等, 1984)。1、微震的产生机理水力压裂时,大量高粘度高压流体被注入储层 ,使孔隙流体压力迅速提高 ,高孔隙压力以剪切破裂和张性破裂两种方式引起岩石破坏。岩石破裂时发出地震波,储存在岩石中的能量以波的形式释放出来。诱发微震以剪切破裂为主要诱因。1、微震的产生机理压裂示意图• 滑动产生 波(压缩波和剪切波 )• 速度不同P 波 > S 波• 可用三分量检波器接收(((波器震的产生机理三分量检波器记录的原始数据,经简单处理后可得到微震记录,其中每个微震都是 们都有三个分量 ;一个垂直分量( V),两个水平分量( 2)。1、微震的产生机理微地震裂缝监测的数据 __裂缝监测图与侧视图1、微震的产生机理微震产生机理数据采集数据处理正演地质建模反演定位压裂效果解释地面记录系统地面记录系统: 续监测、事件触发数据格式: 3s(连续监测数据)、 发事件数据)监测窗口: 256据采集10检波器 2检波器 3检波器 4检波器 5检波器 6检波器 7电缆头607级(采用 10放增益: 42下采集仪器2、数据采集压裂 作业曲线老22斜- 5压裂施工曲线(20 08- 12- 7)0102030405060700 10 20 30 40 50 60 70时间(分钟)压力/砂比()m3/力套压砂比排量2、据采集射孔记录2、数据采集微震产生机理数据采集数据处理正演地质建模反演定位压裂效果解释微震事件能量弱、频率高、持续时间短,因此容易受周围噪声影响或遮蔽。鉴于微震资料的这些特点,为了可以精确的进行初至拾取和震源定位,故需要对微震资料进行一系列处理。首先通过预处理和合理滤波,使过滤背景噪音的微震信号显示一致;然后选择有利的微震事件做极化分析和初至拾取,获取相对震源的方位角和纵横波时差,同时依据纵横波时差建立速度模型,从而达到震源精确定位的目的 。3、压裂监测处理方法微地震的频谱频率超过 1500裂监测处理方法• 数据处理的困难 :▼ 微震能量弱、频率高、持续时间短,因此容易受周围噪声影响或遮蔽。▼不知微震绝对能量 ; ▼ 速度场测不准 :裂 缝带及其周围膨胀区 地震波速度 降低 ,其 速度分布随时间 变化 裂监测处理方法微 震 资 料 处 理微地震资料预处理频域相关时间空间域极化滤波微地震信号裂监测处理方法方位角校正3、压裂监测处理方法方位角校正结果3、压裂监测处理方法谱分析3、压裂监测处理方法带通滤波器设计3、压裂监测处理方法带通滤波后效果分析3、压裂监测处理方法低通滤波器设计3、压裂监测处理方法低通滤波后效果分析3、压裂监测处理方法高通滤波器设计3、压裂监测处理方法高通滤波后效果分析3、压裂监测处理方法带阻滤波设计3、压裂监测处理方法带阻滤波后效果分析3、压裂监测处理方法微震产生机理数据采集数据处理正演地质建模反演定位压裂效果解释层状均匀介质模型假设介质呈水平层状分布,每一层内介质均匀分布,同层速度每个方向上都是相同的。利用测井,地震以及其它方法获得目标地质体的详细速度分布, 确定层状均匀模型的地层深度 H,以及相对应地层 、正演地质建模演地质建模 旅 行 时 t 1旅 行 时 t 5旅 行 时 t 3旅 行 时 t 2旅 行 时 t 4地 层 界 面旅行时求取示意图4、正演地质建模介 质 模 型 的 建 立P 波 路 线 追 踪P 波 旅 行 时 的 求 取 S 波 旅 行 时 的 求 取S 波 路 线 追 踪P 波 , S 波 记 录 合 成合 成 记 录 输 出正演模拟流程图4、正演地质建模微震波形组合及初至排列时距曲线成双曲线状4、正演地质建模正演特征分析微震产生机理数据采集数据处理正演地质建模反演定位压裂效果解释5、反演定位方法研究)(])()()[(21222纵横波时差法当记录上同时存在同一微地震事件的足够高信噪比的纵波信号和横波信号,而且纵、横波速度都已知时,可采用此方法。设点 Qk(第 第 ),,( 演定位方法研究同型波时差法),,( 波和 不同测点的 波到时可以确定时(以 也可以得到求解 Qk(基本方程组:)(])()()[(])()()[(12121212121222当测点数大于 4时,可由上述方程组求得 Qk(。5、反演定位方法研究,( 加上测量误差和速度场扰动,其解通常是不稳定的。通常的做法是对方程组进行近似和简化,得到一组近似解,然后再用 到震源坐标的精确解。 步,首先利用 标和 /或到时)修正量的线性方程组:                 12111 1 12111 1 11211 1 11. 已知量; a, b, 是已知量; σ x、 σ y 、 σ z 、是待求的震源参数修正量。下一步利用最小二乘原理,令 而建立下列线性方程组:5、反演定位方法研究• 反射线追踪定位的基本原理在均匀各向同性介质假设下,微震的 检波器位置),其质点运动的矢量平行于波的传播方向,即平行震源到观测点的径向矢量 r,通过极化分析,故我们可以知道震源与 X,Y,我们知道可以计算出以检波器为原点,以平行于震源到检波器的径向矢量为方向的射线(如下图) 。5、反演定位方法研究层状介质中反射线定位模型5、微震定位方法研究1、以检波器坐标( xi,yi,(i=1,2,3,4,5,6,7)为起点, 以一个采样间隔为步长,沿该事件的极化方向为方向,延长该射线。2、记录每个步长点上的射线点( X,Y,Z)坐标。3、理论上讲, 7条射线必交于一点,故取 7条射线之间 射线追踪交汇法的基本思路 : 5、反演定位方法研究微震产生机理数据采集数据处理正演地质建模反演定位压裂效果解释显示工区范围6、压裂效果解释显示震源的空间位置6、压裂效果解释显示旋转6、压裂效果解释显示破裂的主断面6、压裂效果解释微地震裂缝监测的数据 __裂缝监测图与侧视图6、压裂效果解释谢 谢!
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