基于微地震監測檢波器布局優化研究

西南石油大學機電工程學院 陳偉時 唐 莉

基于微地震監測檢波器布局優化研究

西南石油大學機電工程學院 陳偉時 唐 莉

在水力壓裂作業過程中，實現對作業品質的評估，就要進行微地震監測。通過布置在作業區域的檢波器網接收這種微地震波，根據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波初至時間。為了降低這些因素對定位精度的影響，在定位之前應該得到最優的檢波器布設方案。本文使用D值理論建立檢波器布局優化目標函數，使用模擬退火算法（SA）進行目標函數的求解，最后將得到的最優布局結合走時反演進行誤差評估。

微地震監測；布局優化；SA；牛頓迭代

由于能源緊缺，高滲油氣田資源的開采也已經進入末期。在油田上，實現油井產量的增產，大多數采用水力壓裂方式對低滲油氣田儲層進行壓裂。要保證水力壓裂作業在技術上的可行性與在經濟上的合理性，對水力壓裂進行實時監測及解釋是最關鍵性方法。而進行水力壓裂監測的重要方法通常是進行微地震監測。檢波器布局是影響微地震監測精度的主要因素。因此本文針對檢波器布局進行優化，利用模擬退火求解優化目標函數，提高微震監測定位精度。

1 布局優化目標函數的建立

布局優化目標函數OBJ是根據D值優化理論建立的。設某個微震事件的震源參數為，檢波器空間坐標為為微震源與編號為i的檢波器之間的距離，為微震發震時刻，地層速度v0為常數，為編號為的檢波器的P波初至時間。那么為震源H到第個檢波器的走時：

其中k為常數。該協方差可以采用置信橢球體進行圖形解釋，協方差矩陣的特征值即構成橢圓的主軸長度。求解檢波器測站優化就要使得該橢球體體積最小，又因為該橢球體體積與協方差矩陣的特征值之積成比例，所以目標函數就要使得協方差矩陣特征值之積最小，即對該微震事件，其目標函數就為：

2 目標函數SA算法求解流程

圖1 網絡優化算法流程圖

圖1中，首先根據D值理論建立目標函數OBJ，再用模擬退火算法求取目標函數的最小值，得到最優的臺網布設方式。結合實際情況，進行微震監測時，考慮兩種因素對微震定位結果干擾比較大。所以在進行定位的時候，給P波波速和P波初至時間施加一定大小的隨機干擾。在本文中，假設P波波速方差以及P波初始到時方差，根據微震定位理論，結合牛頓迭代法進行微震源的反演，得到反演出的微震源空間坐標。最后對反演出的微震源與震源點集合中的震源求取定位誤差，并進行誤差分析。

3 運行結果