一种地面微地震监测台站分布设计方法

摘要

本发明涉及一种地面微地震监测台站分布设计方法，主要解决现有地面微地震监测技术中台站分布设计缺少依据的问题。本发明根据工区已有的三维地震资料和钻井资料建立三维精细地质模型，对地区以往井中监测到的微地震信号进行统计得到理论微地震信号波形，通过三维波动方程正演模拟计算出理论微地震信号传播到地表的能量分布，以能量分布为依据结合工区实际地表条件设计台站分布范围和位置，使台站尽可能分布在能量值较大处。该技术减小了地面微地震监测中台站布设的盲目性，增强了地面监测微地震信号的能力，可用于水力压裂地面微地震监测的工业生产中。

说明书

技术领域

本发明涉及水力压裂微地震监测领域，特别是涉及地面微地震监测信号采集设计方面。

背景技术

水力压裂技术是提高页岩油气等非常规油气储层采收率的主要途径，微地震监测是是通过采集水力压裂致岩石破碎产生的信号,对破裂位置进行定位，从而指导压裂施工并对压裂结果进行评价。由于岩石破裂产生的信号极其微弱，加之实际记录的数据中存在各种环境噪声，如何合理的布置台站以更有利于微地震信号的监测具有重要意义。

在现有的地面微地震信号采集设计中，台站的布设主要是室内设计遵循尽量避开噪音源、以井口为中心环形分布的原则，实际施工中再根据工区地表条件进行调整。梁北援等在《微地震压裂监测技术研发进展》（地球物理学进展,2015,30(1):401-410）一文中指出台站的布设应尽量覆盖观测目标，并避开地表的噪声源，使各台站处于测量的安静点。王维波在《地面微地震监测SET震源定位特性研究》（中国石油大学学报（自然科学版），2012，36（5）:46-50）一文中对台站的几种几何分布对定位结果的影响进行了分析，并分析了如何确定合理的台站个数。

关于台站的分布范围及位置如何确定，未见相关文献发表，实际应用中也大都根据经验确定，缺少科学合理的依据，具有较大的盲目性，因此往往导致布设的部分台站接收不到微地震信号或接收到的微地震信号太弱无法满足定位要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种科学、合理的地面微地震监测台站分布设计方法，其包括如下步骤：

1）确定工区范围，获取层位数据、测井数据、压裂数据；

2）通过层位数据和测井数据的插值和网格化，建立三维地质模型；

3）对工区范围内的地表进行网格划分；

4）对地下空间进行网格划分；

5）以某一地下空间网格作为震源位置，以工区以往井中监测的微地震信号作为震源信号，利用波动方程正演模拟出震源信号传播到地表各网格的能量；

6）对地下空间所有网格逐个重复步骤5，最终对地表同一网格能量进行叠加，做为该地面网格的叠加能量；

7）以彩色平面图显示地面网格的叠加能量，结合实际地表情况设计台站范围和位置。

上述方案进一步包括：

进一步，所述步骤（1）中，获取的层位数据是来源于工区最新的三维地震资料解释成果，测井数据是工区内所有井的测井资料解释的层位信息。

进一步，所述步骤（2）中，在进行三维地质建模时，是以测井解释的层位和速度对三维地震解释的层位和速度进行约束完成的。

进一步，所述步骤（3）中，地表网格是长、宽均为5m的正方形。

进一步，所述步骤（4）中，地下空间网格的是长、宽、高均为5m的立方体，地下空间的范围以压裂位置为中心或以水平井轨迹为中轴，向周围展开一定范围,该范围根据储层地质压裂规模确定。

进一步，所述步骤（5）中，微地震信号是综合同一地区以往在井中监测到的典型水力压裂微地震信号得到的，波动方程正演是基于步骤2所建立的三维地质模型。

进一步，所述步骤（7）中，地面网格的叠加能量值是以不同颜色区分显示的。

本发明中的地面微地震监测台站布设方法依靠接近真实的地下三维地质模型、典型微地震信号和高精度的数值算法，较为真实地模拟压裂产生的微地震信号传播过程，所得到的地表网格叠加能量分布用于台站范围和位置的确定具有科学性和合理性。

附图说明

附图1为依据地震资料和测井资料建立的三维地质模型。

附图2为地面和地下网格划分示意图。

附图3为根据以往井中监测到的微地震信号波形。

附图4为计算的地表网格叠加能量分布及站点分布设计。

附图5为实际监测到的微地震信号。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

（1）确定工区范围，获取层位数据、测井数据、压裂数据；

（2）通过层位数据和测井数据的插值和网格化，建立如图1所示的三维地质模型；

（3）以长、宽均为5m的正方形对工区范围内的地表进行网格划分；

（4）长、宽、高均为5m的立方体对地下空间进行网格划分，地下空间的范围以压裂位置为中心水平方向展开300m,上下各展开100m，形成一个长600m、宽600m、高200m的立方体空间。

（5）以某一地下空间网格作为震源位置，图3所示的工区以往监测到的实际井中微地震信号作为震源信号，利用波动方程正演模拟出震源信号传播到地表各网格的能量。

（6）对地下空间所有网格逐个重复步骤5，最终对地表同一网格能量进行叠加，做为该地面网格的叠加能量。

（7）以彩色平面图显示地面网格的叠加能量，根据采集施工能力及成本投入16个台站进行微地震监测，结合实际地表情况设计台站范围和位置，如图4所示。

（8）最后在压裂期间记录到了如图5所示的微地震信号。