一种多井联合监测的微地震定位方法及系统

技术领域

本发明属于微地震资料处理领域，具体涉及一种多井联合监测的微地震定位方法及系统。

背景技术

微地震压裂监测技术现在已经成为致密储层油气田开发中一项常用的监测技术，其最主要的应用是水力压裂裂缝分布的监测，也用于对油气开采或注水、注气等二次开采产生裂缝的监测。微地震技术早在20世纪七、八十年代就已成为矿山灾害监测、地热开发等领域内的一种常用方法。进入21世纪以来，由于非常规油气，尤其是页岩气开发的快速发展，微地震技术在优化压裂方案和开发井网部署方面起到重要作用，使油气田开发中的微地震监测技术得以快速发展。

微地震监测有井中微地震监测和地面微地震监测两大类。地面微地震监测和井中微地震监测各有优缺点。地面监测方式在压裂井段上方地面布设若干接收点或测线进行微地震监测。与井中监测相比，由于地面环境噪声干扰多、地层吸收衰减较大、传播路径复杂等原因，地面监测资料信号能量弱、信噪比低，但地面检波器布设容易，布设范围广，并且不需要观测井，避免了无观测井等因素的限制。井中监测方式在监测目标区域周围的邻井中布设检波器串进行微地震监测。井中检波器位于井下，微地震信号衰减小、接收到的微地震信号强，环境噪声干扰小，信噪比高；但是，单井监测微地震事件水平方向定位精度受监测距离的影响大，水平方向误差随事件距监测井距离增加而增加。随着超长水平井压裂的逐步普及，单井微地震监测的监测距离大大增加，对压裂裂缝的刻画精度已不能有效满足工程的需求。

中国专利公开文献CN103105622A公开了一种基于数据库技术的同型波时差定位方法，其涉及一种地球物理勘探微地震监测技术，更具体地讲，涉及一种结合数据库技术，在保证计算精度的情况下，极大地提高计算效率的同型波时差定位方法，其方法主要包括如下步骤：(1)微地震发生空间区域的建立及网格剖分；(2)利用射线追踪算法将每个网格的P波或S波正演结果写入数据库；(3)结合实际微地震发生空间的方位角，判断第i个网格Volume

但是上述专利中公开的方法存在以下不足：

(1)利用井中或地面单一微地震数据；

(2)单井微地震监测定位精度较低。

考虑到单井微地震监测的限制，近年也出现了多井联合微地震监测方式，以弥补单一井中微地震监测方式的在长水平井压裂监测中的应用限制。多井联合微地震监测有其特有的优势，多井监测提高了微地震事件的检测能力；另外，多井监测增加了观测张角，提高了微地震事件的定位精度。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种多井联合监测的微地震定位方法及系统，综合利用多口井的微地震数据信息进行多井联合微地震定位，提高微地震事件的定位精度，进一步提高压裂裂缝空间分布整体精度，以满足工程需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个方面，提供了一种多井联合监测的微地震定位方法，所述方法利用多口井的微地震数据进行多井联合微地震定位，获得微地震事件的定位结果。

本发明的进一步改进在于：

所述方法包括：

(1)，输入多口井的微地震数据、纵横波速度模型以及初始化参数；

(2)，多井微地震事件识别与匹配；

(3)，多井微地震事件的P波、S波走时拾取；

(4)，获得多井微地震事件在每个检波器的P波偏振角；

(5)，多井联合微地震定位获得微地震事件的定位结果；

(6)，输出微地震事件的定位结果。

本发明的进一步改进在于：

所述步骤(1)中输入的初始化参数包括：震源定位空间的范围、空间离散化间隔大小和加权系数λ。

本发明的进一步改进在于：

所述步骤(2)的操作包括：

(21)，分别对每口井的微地震数据进行动校正和叠加处理得到叠加数据道；

(22)，分别从每口井的叠加数据道中获得微地震激发时刻和震级；

(23)，将所有井中的激发时刻和震级均相同的微地震事件搜索出来，作为识别出来的微地震事件。

本发明的进一步改进在于：

所述步骤(3)的操作包括：

对步骤(2)得到的识别出来的微地震事件分别拾取P波走时、S波走时。

本发明的进一步改进在于：

所述步骤(4)的操作包括：

对步骤(2)得到的识别出来的微地震事件分别进行偏振分析，获得微地震事件在每个检波器的P波偏振角。

本发明的进一步改进在于：

所述步骤(5)的操作包括：

建立多井联合微地震定位目标函数，利用多井联合微地震定位目标函数获得微地震事件的定位结果。

本发明的进一步改进在于：

所述步骤(5)中建立的多井联合微地震定位目标函数为：

F＝F

其中，F

其中，

其中，θ

本发明的进一步改进在于：

所述加权系数λ为大于0的数；

如果不偏重走时和角度任一项，则加权系数的值取1；

如果需要偏重走时，则加权系数的取值小于1；

如果需要偏重角度，则加权系数的取值大于1。

本发明的进一步改进在于：

所述步骤(5)中利用多井联合微地震定位目标函数获得微地震事件的定位结果的操作包括：

(51)，输入步骤(3)、(4)得到的微地震事件的P波走时、S波走时和P波偏振角、纵横波速度模型和初始化参数；

(52)，进行震源定位空间离散化得到离散震源点；

(53)，计算离散震源点到每一个检波器的P波理论走时、S波理论走时和理论偏振角；

(54)，计算多井联合微地震定位的目标函数值；

(55)，重复步骤(53)-(54)，获得所有离散震源点对应的目标函数值；

(56)，将目标函数值进行排序，最小的目标函数值对应的离散震源点的坐标即为该微地震事件的定位结果。

本发明的第二个方面，提供了一种多井联合监测的微地震定位系统，所述系统包括：

输入单元：用于输入多口井的微地震数据、纵横波速度模型以及初始化参数；

识别单元：与所述输入单元连接，用于进行多井微地震事件的识别与匹配；

走时拾取单元：与所述识别单元连接，用于进行多井微地震事件的P波、S波走时拾取；

偏振角获取单元：与所述识别单元连接，用于获得多井微地震事件在每个检波器的P波偏振角；

定位单元：与所述输入单元、走时拾取单元、偏振角获取单元分别连接，用于进行多井联合微地震定位获得微地震事件的定位结果；

输出单元：与所述定位单元连接，用于输出微地震事件的定位结果。

本发明的第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行上述多井联合监测的微地震定位方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)，多井联合定位增加了多口井资料的走时和偏振信息，有利于提高微地震定位的精度；

(2)，多井联合定位提高了识别微地震事件的可靠性和微地震定位方法的稳定性

附图说明

图1本发明方法的步骤框图；

图2本发明方法中的步骤(5)的流程图；

图3单井定位结果图；

图4本发明方法定位结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明提供了一种多井联合监测的微地震定位方法，所述方法利用多口井的微地震数据进行多井联合微地震定位，获得微地震事件的定位结果。

如图1所示，本发明方法的实施例如下：

【实施例一】

所述方法包括：

(1)，输入多口井的微地震数据、纵横波速度模型以及初始化参数；

所述步骤(1)中输入的初始化参数包括：震源定位空间的范围，空间离散化间隔大小和加权系数λ：

震源定位空间范围包括：Xmin,Ymin,Zmin,Xmax,Ymax,Zmax，分别代表震源定位空间的X，Y，Z方向的最小值和最大值；

空间离散化间隔大小包括：dx,dy,dz，分别代表X，Y，Z方向离散网格大小。

(2)，多井微地震事件识别与匹配，具体如下：

(21)，分别对每口井的微地震数据进行动校正和叠加处理得到叠加数据道。该步骤采用现有技术实现即可，在此不再赘述。

(22)，分别从每口井的叠加数据道中获得微地震激发时刻和震级。该步骤采用现有技术实现即可，在此不再赘述。

(23)，根据相同微地震事件的激发时刻和震级相同的准则，在多口井的数据中识别和匹配出相同的微地震事件，即将所有井中的激发时刻和震级均相同的微地震事件搜索出来，作为识别出来的微地震事件。

后面的步骤(3)到(6)都是对利用步骤(2)识别出来的时刻相同、震级相同的微地震事件进行处理。

(3)，多井微地震事件的P波、S波走时拾取：对步骤(2)得到的识别出来的微地震事件分别拾取P波、S波走时(又称为旅行时)；该步骤采用现有技术实现即可，在此不再赘述。

(4)，对步骤(2)得到的识别出来的微地震事件分别进行偏振分析，获得微地震事件在每个检波器的P波偏振角。该步骤采用现有技术实现即可，在此不再赘述。

(5)，多井联合微地震定位，具体如下：

建立多井联合微地震定位目标函数，利用多井联合微地震定位目标函数获得该微地震事件的定位结果：

微地震事件在多口井中的数据均有记录，利用步骤(3)和步骤(4)获得的P波、S波走时和P波偏振角建立多井联合微地震定位目标函数。

建立的多井联合微地震定位目标函数可表示为：

F＝F

其中，F

λ为加权系数，用来调节角度目标函数的权重，具体如下：

加权系数λ为大于0的数；

如果不偏重走时和角度任一项，则加权系数的值可以取1；

如果需要偏重走时，则加权系数的取值小于1；

如果需要偏重角度，则加权系数的取值大于1。

加权系数的取值具体可根据微地震数据的走时和偏振角度的精度进行多次测试后给定。

其中，

其中，θ

如图2所示，所述步骤5的具体步骤如下：

(51)，输入步骤(3)、(4)得到的微地震事件的P、S波走时和偏振角度，纵横波速度模型和初始化参数；

(52)，进行震源定位空间离散化得到离散震源点s

/>

(53)，计算离散震源点s

(54)，计算多井联合微地震定位的目标函数值；

(55)，重复步骤(53)-(54)，获得所有离散震源点对应的目标函数值；

(56)，将目标函数值进行排序，最小的目标函数值对应的离散震源点的坐标即为该微地震事件的定位结果。

目标函数值最小时，离散震源点到检波器的旅行时、偏振角和实际拾取的旅行时、偏振角最接近，理论上两者的差值应该为零，实际上只能是差值最小，因此最小的目标函数值对应的离散震源点的坐标即为定位结果。

步骤6，输出微地震事件的定位结果。

本发明的应用实施例如下：

【实施例二】

根据本发明的多井联合微地震定位方法，利用理论数据对本方法进行验证，取微地震事件真实位置(0m，0m，2400m)，P波和S波走时中加入随机误差(±2ms)，偏振角加入随机误差(±1度)，然后根据本发明的多井联合微地震定位方法重复进行50次定位，每次定位时的走时误差和偏振误差不同。也就是说相当于对50个理论位置相同的微地震事件进行定位。

为了测试方法，本实施例在理论计算的微地震事件的走时和偏振角中加入随机误差作为实际的走时和实际偏振角(每次加入的具体随机数值不同，但随机数值的范围保持一致)。没有随机误差时，50次定位都应该定位到同一个真实的位置，但是有走时、偏振角随机误差，定位就应该在理论位置附近的一定范围内，定位方法的效果越好，对应的范围就越小。

图3为仅利用单井数据的定位结果的俯视图，图4为利用本方法得到的定位结果。通过对比图3和图4可以发现，图4的范围更小，因此理论数据测试表明本发明的定位方法定位误差更小，有利于提高微地震定位精度。

本发明还提供了一种多井联合监测的微地震定位系统，所述系统的实施例如下：

【实施例三】

所述系统包括：

输入单元：用于输入多口井的微地震数据、纵横波速度模型以及初始化参数；

识别单元：与所述输入单元连接，用于进行多井微地震事件的识别与匹配；

走时拾取单元：与所述识别单元连接，用于进行多井微地震事件的P波、S波走时拾取；

偏振角获取单元：与所述识别单元连接，用于获得多井微地震事件在每个检波器的P波偏振角；

定位单元：与所述输入单元、走时拾取单元、偏振角获取单元分别连接，用于进行多井联合微地震定位获得微地震事件的定位结果；

输出单元：与所述定位单元连接，用于输出微地震事件的定位结果。

具体的，所述输入单元中输入的初始化参数包括：震源定位空间的范围，空间离散化间隔大小和加权系数λ：

震源定位空间范围包括：Xmin,Ymin,Zmin,Xmax,Ymax,Zmax，分别代表震源定位空间的X，Y，Z方向的最小值和最大值；

空间离散化间隔大小包括：dx,dy,dz，分别代表X，Y，Z方向离散网格大小。

所述识别单元进行以下处理：

(21)，分别对每口井的微地震数据进行动校正和叠加处理得到叠加数据道。该步骤采用现有技术实现即可，在此不再赘述。

(22)，分别从每口井的叠加数据道中获得微地震激发时刻和震级。该步骤采用现有技术实现即可，在此不再赘述。

(23)，根据相同微地震事件的激发时刻和震级相同的准则，在多口井的数据中识别和匹配出相同的微地震事件，即将所有井中的激发时刻和震级均相同的微地震事件搜索出来，作为识别出来的微地震事件。

所述走时拾取单元进行以下处理：

对识别单元得到的识别出来的微地震事件分别拾取P波、S波走时。

所述偏振角获取单元进行以下处理：

对识别单元得到的识别出来的微地震事件分别进行偏振分析，获得微地震事件在每个检波器的P波偏振角。

所述定位单元进行以下处理：

利用走时拾取单元、偏振角获取单元得到的P波、S波走时和P波偏振角建立多井联合微地震定位目标函数；

进行震源定位空间离散化得到离散震源点；

计算离散震源点到每一个检波器的理论走时和理论偏振角；

获得所有离散震源点对应的目标函数值；

将目标函数值进行排序，最小的目标函数值对应的离散震源点的坐标即为该微地震事件的定位结果。

本发明综合利用多井资料的微地震事件的P波和S波走时信息实现了微地震事件的高精度定位。

最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。