水力壓裂微地震監(jiān)測(cè)有效事件野外識(shí)別方法的研究

摘要：從噪聲比較大的壓裂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中識(shí)別微地震事件很不容易。主要原因是壓裂監(jiān)測(cè)信號(hào)信噪比相差很大，而且會(huì)非常低。這些為識(shí)別隱藏在噪聲中的信號(hào)帶來(lái)了困難。此外，噪聲通常還包含空間上相關(guān)的分量，例如來(lái)自泵噪聲的井筒模式，它們類似于裂縫生長(zhǎng)產(chǎn)生的微地震事件，這進(jìn)一步增加了野外識(shí)別真正的壓裂微地震事件的難度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們總結(jié)出了準(zhǔn)確地在原始資料中識(shí)別高噪聲背景中微弱的微地震事件的方法。

關(guān)鍵詞：微地震；壓裂監(jiān)測(cè)；有效事件

1 前言

在水力壓裂微地震監(jiān)測(cè)過(guò)程中所記錄的微地震波形一般為復(fù)雜的波組，包含有強(qiáng)振幅噪聲以及地面泵誘發(fā)的井筒波。致使難于識(shí)別隱藏在噪聲中的微弱振幅有效事件信號(hào)，結(jié)果，很多微弱的有效事件被錯(cuò)過(guò)。目前，我們已經(jīng)總結(jié)出了可用于有效地識(shí)別隱藏在高噪聲中微地震有效事件的方法。對(duì)真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明這種方法是有效的。

2噪聲分析

水力壓裂微地震監(jiān)測(cè)資料信噪比要遠(yuǎn)低于其他井間地震資料，這使得對(duì)有效事件的識(shí)別面臨的噪聲干擾更為嚴(yán)重。為了更好的進(jìn)行微地震有效事件的識(shí)別，對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行分析非常必要。

2.1背景噪聲

水力壓裂微地震監(jiān)測(cè)記錄的背景噪聲中各道都受到低頻噪聲的干擾，而且各道低頻噪聲能量不同且主頻并不完全相同，并且沒(méi)有一定的出現(xiàn)規(guī)律，這種噪聲的產(chǎn)生可能是由鉆井液的擾動(dòng)或是大地背景噪音引起的。

2.2強(qiáng)能量擾動(dòng)

水力壓裂微地震監(jiān)測(cè)資料中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)強(qiáng)烈的擾動(dòng)信號(hào)，頻率較高，一般僅僅出現(xiàn)在某一道上。這種噪聲的產(chǎn)生原因目前還未完全弄清，有可能與儀器噪聲或電纜波有關(guān)，這種波頻率較高，頻帶一般與井中微地震監(jiān)測(cè)的有效信號(hào)重合。這種噪音經(jīng)常見到。

2.3井筒波

井筒波是影響最大的一種相關(guān)噪聲，難以去除而且容易對(duì)微地震有效信號(hào)識(shí)別產(chǎn)生影響。他是沿井柱流體傳播的波，在監(jiān)測(cè)記錄上能夠發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)有：強(qiáng)度高，振幅隨傳播衰減很小，頻譜寬，與有效信號(hào)P，S波頻譜重疊，視速度低，能量集中在橫向分量上，水平分量能量較弱。在微地震記錄中會(huì)出現(xiàn)兩種井筒波，分別為上行井筒波與下行井筒波。

3識(shí)別方法的研究

微地震有效事件的識(shí)別本質(zhì)上是對(duì)微地震有效事件信號(hào)進(jìn)行特征分析。一般來(lái)說(shuō)，在復(fù)雜環(huán)境中單純應(yīng)用一種識(shí)別方法無(wú)法穩(wěn)定、精確的拾取所有有效地震信號(hào)。

1.采集系統(tǒng)中事件識(shí)別門檻值的設(shè)置

為識(shí)別有效微地震事件，需要在采集軟件設(shè)定一個(gè)門檻值，當(dāng)數(shù)據(jù)響應(yīng)大于這個(gè)門限值時(shí)，則自動(dòng)出現(xiàn)事件信號(hào)。門檻值法基本能夠識(shí)別出大部分的微地震有效事件。如果門檻值較高，會(huì)漏掉一部分信噪比較低的有效事件；而如果選擇的門檻值較低，能夠識(shí)別出的微地震有效事件會(huì)增多，但一些與有效事件特征相似的噪音也被識(shí)別為有效事件。

2.頻率分析

對(duì)壓裂監(jiān)測(cè)而言，由于微地震有效信號(hào)頻率較高，可達(dá)到150-2000Hz，在頻率上有效信號(hào)與低頻噪聲有比較明顯的區(qū)別。

3.能量分析

能量分析是應(yīng)用最廣泛的一種識(shí)別方法。大部分微地震有效事件振幅強(qiáng)、延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而噪音振幅較弱，延續(xù)時(shí)間短。

4 初至波斜率計(jì)算

目前，壓裂監(jiān)測(cè)檢波器級(jí)間距是10m，兩井之間的距離最長(zhǎng)在400m，地層速度都在3500m/s以上，檢波器串沉放的深度和壓裂層段基本在一個(gè)層位，這樣我們就能算出事件到達(dá)相鄰兩支檢波器的時(shí)間：

400/3500=0.114s 410/3500=0.117s

這樣相鄰兩檢波器初至波到達(dá)時(shí)間差為0.003s，在5s紀(jì)錄長(zhǎng)度的監(jiān)視記錄中，微地震有效事件初至波斜率非常的小，幾乎為一條直線。

4識(shí)別方法的應(yīng)用

首先進(jìn)行噪聲分析，根據(jù)噪音特點(diǎn)選取合適的準(zhǔn)則和方法識(shí)別和判斷有效事件。監(jiān)測(cè)記錄的噪聲主要有2種：背景噪聲和井筒波。然后根據(jù)壓裂監(jiān)測(cè)有效事件識(shí)別方法就行識(shí)別。

記錄中的背景噪聲頻帶很寬，頻譜中與有效信號(hào)存在著重疊，在整個(gè)剖面中分布比較雜亂，可歸為隨機(jī)噪聲。

從圖1、圖2可看出，井筒波主頻與有效信號(hào)相近，呈現(xiàn)了道間的相關(guān)性和偏振特性。根據(jù)井筒波傳播速度偏低，從視速度方面把它與有效信號(hào)區(qū)別開來(lái)。

結(jié)論

通過(guò)分析壓裂監(jiān)測(cè)中噪聲的種類和特點(diǎn)，根據(jù)有效信號(hào)的性質(zhì)，結(jié)合井下三分量檢波器的施工方法，總結(jié)出了監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)資料有效事件野外識(shí)別方法，通過(guò)室內(nèi)解釋處理，驗(yàn)證了有效事件野外識(shí)別方法的準(zhǔn)確性。但是在連續(xù)記錄資料中還有一些有效信號(hào)信噪比較低，波組特征不明顯，連續(xù)性不好，不能通過(guò)野外識(shí)別找到它，必須經(jīng)過(guò)室內(nèi)解釋處理才能識(shí)別。

參考文獻(xiàn)

[1]馬建林，王建江，高炎，王磊等. 井下微地震裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)在井網(wǎng)調(diào)整中的應(yīng)用.《新疆石油科技》，2013

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作者簡(jiǎn)介：張清森，男，出生年月：1981.10.26，籍貫（精確到省市）四川省閬中市。

畢業(yè)院校：西南石油大學(xué)

研究方向：VSP測(cè)井，井中微地震壓裂監(jiān)測(cè)和井間地震技術(shù)

（作者單位：中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司）