水力壓裂微地震監測有效事件野外識別方法的研究

摘要：從噪聲比較大的壓裂監測數據中識別微地震事件很不容易。主要原因是壓裂監測信號信噪比相差很大，而且會非常低。這些為識別隱藏在噪聲中的信號帶來了困難。此外，噪聲通常還包含空間上相關的分量，例如來自泵噪聲的井筒模式，它們類似于裂縫生長產生的微地震事件，這進一步增加了野外識別真正的壓裂微地震事件的難度。為了解決這個問題，我們總結出了準確地在原始資料中識別高噪聲背景中微弱的微地震事件的方法。

關鍵詞：微地震；壓裂監測；有效事件

1 前言

在水力壓裂微地震監測過程中所記錄的微地震波形一般為復雜的波組，包含有強振幅噪聲以及地面泵誘發的井筒波。致使難于識別隱藏在噪聲中的微弱振幅有效事件信號，結果，很多微弱的有效事件被錯過。目前，我們已經總結出了可用于有效地識別隱藏在高噪聲中微地震有效事件的方法。對真實現場數據進行了測試，結果表明這種方法是有效的。

2噪聲分析

水力壓裂微地震監測資料信噪比要遠低于其他井間地震資料，這使得對有效事件的識別面臨的噪聲干擾更為嚴重。為了更好的進行微地震有效事件的識別，對環境噪聲進行分析非常必要。

2.1背景噪聲

水力壓裂微地震監測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，并且沒有一定的出現規律，這種噪聲的產生可能是由鉆井液的擾動或是大地背景噪音引起的。

2.2強能量擾動

水力壓裂微地震監測資料中會經常出現強烈的擾動信號，頻率較高，一般僅僅出現在某一道上。這種噪聲的產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，這種波頻率較高，頻帶一般與井中微地震監測的有效信號重合。這種噪音經常見到。

2.3井筒波

井筒波是影響最大的一種相關噪聲，難以去除而且容易對微地震有效信號識別產生影響。他是沿井柱流體傳播的波，在監測記錄上能夠發現的特點有：強度高，振幅隨傳播衰減很小，頻譜寬，與有效信號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。在微地震記錄中會出現兩種井筒波，分別為上行井筒波與下行井筒波。

3識別方法的研究

微地震有效事件的識別本質上是對微地震有效事件信號進行特征分析。一般來說，在復雜環境中單純應用一種識別方法無法穩定、精確的拾取所有有效地震信號。

1.采集系統中事件識別門檻值的設置

為識別有效微地震事件，需要在采集軟件設定一個門檻值，當數據響應大于這個門限值時，則自動出現事件信號。門檻值法基本能夠識別出大部分的微地震有效事件。如果門檻值較高，會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，能夠識別出的微地震有效事件會增多，但一些與有效事件特征相似的噪音也被識別為有效事件。

2.頻率分析

對壓裂監測而言，由于微地震有效信號頻率較高，可達到150-2000Hz，在頻率上有效信號與低頻噪聲有比較明顯的區別。

3.能量分析

能量分析是應用最廣泛的一種識別方法。大部分微地震有效事件振幅強、延續時間長，而噪音振幅較弱，延續時間短。

4 初至波斜率計算

目前，壓裂監測檢波器級間距是10m，兩井之間的距離最長在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層位，這樣我們就能算出事件到達相鄰兩支檢波器的時間：

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

這樣相鄰兩檢波器初至波到達時間差為0.003s，在5s紀錄長度的監視記錄中，微地震有效事件初至波斜率非常的小，幾乎為一條直線。

4識別方法的應用

首先進行噪聲分析，根據噪音特點選取合適的準則和方法識別和判斷有效事件。監測記錄的噪聲主要有2種：背景噪聲和井筒波。然后根據壓裂監測有效事件識別方法就行識別。

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

從圖1、圖2可看出，井筒波主頻與有效信號相近，呈現了道間的相關性和偏振特性。根據井筒波傳播速度偏低，從視速度方面把它與有效信號區別開來。

結論

通過分析壓裂監測中噪聲的種類和特點，根據有效信號的性質，結合井下三分量檢波器的施工方法，總結出了監測監測資料有效事件野外識別方法，通過室內解釋處理，驗證了有效事件野外識別方法的準確性。但是在連續記錄資料中還有一些有效信號信噪比較低，波組特征不明顯，連續性不好，不能通過野外識別找到它，必須經過室內解釋處理才能識別。

參考文獻

[1]馬建林，王建江，高炎，王磊等. 井下微地震裂縫監測技術在井網調整中的應用.《新疆石油科技》，2013

[2]宋維琪，陳澤東，毛中華；水力壓裂裂縫微地震監測技術[M]；北京：中國石油大學出版社，200

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

畢業院校：西南石油大學

研究方向：VSP測井，井中微地震壓裂監測和井間地震技術

（作者單位：中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司）