基于微地震監(jiān)測(cè)檢波器布局優(yōu)化研究

西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 陳偉時(shí) 唐 莉

基于微地震監(jiān)測(cè)檢波器布局優(yōu)化研究

西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 陳偉時(shí) 唐 莉

在水力壓裂作業(yè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)品質(zhì)的評(píng)估，就要進(jìn)行微地震監(jiān)測(cè)。通過(guò)布置在作業(yè)區(qū)域的檢波器網(wǎng)接收這種微地震波，根據(jù)接收到的信息得到微震源的位置。而影響微地震定位精度的因素主要是P波波速和P波初至?xí)r間。為了降低這些因素對(duì)定位精度的影響，在定位之前應(yīng)該得到最優(yōu)的檢波器布設(shè)方案。本文使用D值理論建立檢波器布局優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，使用模擬退火算法（SA）進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的求解，最后將得到的最優(yōu)布局結(jié)合走時(shí)反演進(jìn)行誤差評(píng)估。

微地震監(jiān)測(cè)；布局優(yōu)化；SA；牛頓迭代

由于能源緊缺，高滲油氣田資源的開(kāi)采也已經(jīng)進(jìn)入末期。在油田上，實(shí)現(xiàn)油井產(chǎn)量的增產(chǎn)，大多數(shù)采用水力壓裂方式對(duì)低滲油氣田儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂。要保證水力壓裂作業(yè)在技術(shù)上的可行性與在經(jīng)濟(jì)上的合理性，對(duì)水力壓裂進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及解釋是最關(guān)鍵性方法。而進(jìn)行水力壓裂監(jiān)測(cè)的重要方法通常是進(jìn)行微地震監(jiān)測(cè)。檢波器布局是影響微地震監(jiān)測(cè)精度的主要因素。因此本文針對(duì)檢波器布局進(jìn)行優(yōu)化，利用模擬退火求解優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，提高微震監(jiān)測(cè)定位精度。

1 布局優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的建立

布局優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)OBJ是根據(jù)D值優(yōu)化理論建立的。設(shè)某個(gè)微震事件的震源參數(shù)為，檢波器空間坐標(biāo)為為微震源與編號(hào)為i的檢波器之間的距離，為微震發(fā)震時(shí)刻，地層速度v0為常數(shù)，為編號(hào)為的檢波器的P波初至?xí)r間。那么為震源H到第個(gè)檢波器的走時(shí)：

其中k為常數(shù)。該協(xié)方差可以采用置信橢球體進(jìn)行圖形解釋，協(xié)方差矩陣的特征值即構(gòu)成橢圓的主軸長(zhǎng)度。求解檢波器測(cè)站優(yōu)化就要使得該橢球體體積最小，又因?yàn)樵摍E球體體積與協(xié)方差矩陣的特征值之積成比例，所以目標(biāo)函數(shù)就要使得協(xié)方差矩陣特征值之積最小，即對(duì)該微震事件，其目標(biāo)函數(shù)就為：

2 目標(biāo)函數(shù)SA算法求解流程

圖1 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法流程圖

圖1中，首先根據(jù)D值理論建立目標(biāo)函數(shù)OBJ，再用模擬退火算法求取目標(biāo)函數(shù)的最小值，得到最優(yōu)的臺(tái)網(wǎng)布設(shè)方式。結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行微震監(jiān)測(cè)時(shí)，考慮兩種因素對(duì)微震定位結(jié)果干擾比較大。所以在進(jìn)行定位的時(shí)候，給P波波速和P波初至?xí)r間施加一定大小的隨機(jī)干擾。在本文中，假設(shè)P波波速方差以及P波初始到時(shí)方差，根據(jù)微震定位理論，結(jié)合牛頓迭代法進(jìn)行微震源的反演，得到反演出的微震源空間坐標(biāo)。最后對(duì)反演出的微震源與震源點(diǎn)集合中的震源求取定位誤差，并進(jìn)行誤差分析。

3 運(yùn)行結(jié)果