微地震技术
微震监测方法与技术
引言
C – SeisPTTM微地震监测解释软件 声发事件的探测 声发事件的分析 微地震的定位 压裂裂缝绘制
左图:模拟无裂缝的均匀介质中P波和S波的传播.(图中小圆圈为接收点,星号为震 源-小裂缝) 右图:模拟有裂缝时的波传播情况( a. 40毫秒时 b. 75毫秒时. P波和S波的速度从 外部岩石向裂缝内部明显下降)
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5、反演定位方法研究
R为实测到时与初始参数计算到时之差，是已知 量；a，b，c为时距函数在初始点的偏微分，也是已知 量；e是二次以上的高截误差；σx、σy 、σz 、是待 求的震源参数修正量。下一步利用最小二乘原理，令e 的平方和最小化，从而建立下列线性方程组：
nT n aix n biy n ciz n Ri
引言
随后，1976年美国著名国家实验室桑地亚国家 实验室在Wattenberg油田做了大量工作，试验用地 面地震观测方式记录水力压裂诱发微震。试验结果 表明，由于水力压裂诱发微震的能量，频率等特点， 以及地层吸收因素等，在地面是不能可靠检测到的， 因而也就不能用地面观测的方法确定水力裂缝方位 和几何形状，而是应该在靠近这种裂缝附近记录诱 发微震。
微地震监测技术及其在油田中的应用
过程中产生的微地震 ， 如图３ 。当然 ， 如果在压裂井旁
有 深井 可 供观 测 ， 并在 观测 井 中放 置 多级 井下 检 波器 与浅 井 监测 同 时 进 行 观 测 ， 或 在压 裂 前后 进 行 一 次 ３ Ｄ３ Ｃ ＶＳ Ｐ ， 可 以更 好 地 提 高 裂 缝 监 测 的 成 果 质 量 。
微地震监测技术及其在油田中的应用
・ １ ３ ・
２ ． ３地面微地震 监测技术
成立于 ２ ０ ０ ３ 年 的美 国 Ｍｉ ｃ ｒ ｏ Ｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ （ ＭＳ Ｉ ） 公 司是 地 面微 地 震 监 测 技 术 的 积极 开 发 和 推 广 者 。它 是 在
●Ｉ
监 测 目标 区域 地 面 上 布 置 大量 监 测 站 点进 行 微 地 震 监测（ 见 图２ ） ， 通 过 监 测 数据 确 定微 地震 事 件及 其 震
图 ２ 地 面微地 震 监测 示意 图
地 面 监测 方式 可 直接 获 得微 地震 源 的二 维坐 标 ，
对 于准确描绘储层 中压裂缝的位置形态是非常有利 的， 这 是 地而 监’ ？ 贝 ４ 方 式 的一个 优 势 。 由于微地 震 的 能 量很小 ， 若 被压 裂 的储 层很 深 ， 则微 地 震 波 的信 号 就 很难被布置于地而的传感器识别 ， 所以地面监测方式 适合于较浅的压裂储层。
水平井 ， 压 裂 施工 形 成 的人 工 裂缝 形 态较 为简 单 ， 无 需 采取 特殊 技术 措施 即可保证 压裂 施工 的成 功 ， 对 于 井 眼方 位 角较 大 的水 平 井 ， 压 裂形 成 的人工 裂缝 扭 曲 严重 ， 导 致 近 井 人工 裂缝 形 态 复 杂 ， 极 大地 增 加 了压 裂 施 工 难度 。 因此 根据 地 应 力 的方 向优化 钻 进 轨迹 设计 ， 对钻 井与压 裂 改造意 义重 大 。
土木工程中的微地震监测技术研究
土木工程中的微地震监测技术研究引言在土木工程领域中，地震是一个重要的考量因素。
地震能够造成严重的破坏和危害，因此对于土木工程项目的地震监测和预警是至关重要的。
近年来，微地震监测技术逐渐成为土木工程领域的研究热点。
微地震监测技术可以实时、准确地监测土木工程中的地震活动，从而保证工程的安全性和稳定性。
本文将介绍土木工程中的微地震监测技术研究的进展和应用。
微地震监测技术的原理和应用微地震监测技术是一种基于地震波信号的地震监测方法。
它利用传感器对土木工程所在地区的地震波进行实时监测和记录。
传感器可以记录下微小地震波信号的强度、频率和方向等参数，从而提供有关地震发生的信息。
通过对这些信息的分析和处理，可以进一步了解土木工程项目所在地区的地震活动情况，并做出相应的预警或处理措施。
微地震监测技术主要应用于以下几个方面：1. 土木工程结构监测：微地震监测技术可以用于对土木工程结构进行实时监测，以评估工程结构的安全性和稳定性。
通过对微地震信号的分析和处理，可以了解土木工程结构受到的地震影响，提供有关结构损伤的信息。
2. 地质灾害监测：微地震监测技术也可以用于对地质灾害的监测和预警。
例如，在山区地质灾害多发的地区，通过对微地震信号的监测和分析，可以提前发现地质灾害的迹象，从而采取相应的应对措施。
3. 岩土工程监测：在岩土工程中，微地震监测技术可以用于监测土层的变形和破坏情况。
通过监测微地震信号，可以了解土层中的应力分布和运动状态，从而评估工程的稳定性和安全性。
微地震监测技术的研究进展近年来，土木工程领域的研究者对微地震监测技术进行了广泛的研究。
研究人员致力于开发更加高精度和高效的微地震监测系统，并改进数据处理和分析方法。
首先，研究人员发展了各种各样的微地震传感器。
这些传感器可以用于不同环境下的微地震监测，包括陆地、水下和深部等。
传感器的智能化程度也得到了提高，可以实现自动化监测和数据采集。
其次，研究人员还提出了许多高效的微地震数据处理和分析方法。
微地震监测技术
微地震监测技术矿山微地震监测技术共分为三类：第一类是矿井地震监测系统，用于监测矿震，特点是监测大震级破裂事件，定位精度500米左右，主要采用地震行业的技术和设备；第二类是分布式微地震监测系统，用于监测小型矿震，特点是可监测小震级破裂事件，定位精度50-100米左右。
一般适合采区尺度的震动监测。
第三类是高精度微地震监测系统，用于监测小震级冲击地压和岩层破裂，定位精度达到10米以内，适合采掘工程尺度。
微地震是一种小型的地震（mine tremor or microseismic）。
在地下矿井深部开采过程中发生岩石破裂和地震活动，常常是不可避免的现象。
由开采诱发的地震活动，通常定义为，在开采坑道附近的岩体内因应力场变化导致岩石破坏而引起的那些地震事件(Cook，1976)。
开采坑道周围的总的应力状态．是开采引起的附加应力和岩体内的环境应力的总和。
岩爆是岩石猛烈的破裂，造成开采坑道的破坏(Cook，1976；Ortlepp，1984)，只有那些能够引起矿区附近的地区都受到破坏的地震事件才叫做冲击地压或煤爆、“岩爆”。
对地下开采诱发的地震活动性的研究表明，矿震不一定全都发生在开采的地点，且不同地区的最大震级也不相同，但矿震深度一般对应于开采挖掘的深度。
每年在一些矿区的地震台网能记录到几千个地震事件，只有几个是岩爆。
在由开采引起的地震事件的大的系列里，岩爆只是其中很小的一个分支。
对矿山地震、微地震及冲击地压的观测具有一致性，但应用到实际生产中必须区别对待。
第一个监测地震活动的台网，20年代末期建在上西里西亚(上西里西亚煤盆的德国一侧，现属于波兰)。
台网由四个子台组成，其中一个子台放在Rozbark煤矿的井下，装有Mainka水平向地震仪。
这个台网不断改进，坚持运转直到二战以后(Gibowicz，1963)，直到60年代中期，被安装在地表和地下的现代化地震台站代替。
在南非，于1939年设计并布设了五个机械式地震仪，在地面组成台阵，主要为矿震定位(Gane等，1946)。
微地震反演技术介绍
微地震技术概况
技术类型 微地震监测 Tiltmeters Fracture Model RA Tracer Temp. Log Well Testing
主要的专业服务公司
法国Magnitude公司 美国MicroSeismic公司 美国Pinnacle公司
■裂缝监测技术对比
裂缝高度 裂缝长度 裂缝对称性 探测范围 Far Far Far Wellbore Wellbore Far
微地震技术概况
■
简
介
近几年来，随着物探装备的发展，以高分辨率地震、高精度3D地震、叠前 偏移成像、山地地震、高精度重磁等为代表的勘探地球物理技术，以约束反演、 属性分析、4D地震、井中地震、多波多分量地震等为代表的油藏地球物理技术 正跃上新的台阶。高精度采集和3D空间成像归位技术以其精确、灵活显示等优 点，在国内外已卓有成效地用于查明各种复杂构造油气藏和隐蔽油气藏。约束反 演、属性分析、VSP、井间地震技术，在油田滚动勘探与开发的储层描述、
◆ 基本布设方式
邻近井布设
■
采集技术
压裂井布设
微地震监测分为地面监测和井中监测两种方式：
●地面监测就是在监测目标区域(比如压裂井)周围的地面上,布置若干接收点 进行微地震监测。 ●井中监测就是在监测目标区域周围临近的一口或几口井中布置接收排列,进 行微地震监测。 由于地层吸收、传播路径复杂化等原因,与井中监测相比,地面监测所得到的资 料存在微震事件少、信噪比低、反演可靠性差等缺点。
微地震技术需求
◆微地震定位技术
■
资料处理技术
● 震源-速度联合反演
由于微震是水力压裂引起的，因此速度结构实际上是随数据采集时间而变化的。为了减小这种变化 的影响。
国内外微地震检测技术现状与应用
国内外微地震检测技术现状与应用一、国内技术应用现状基于微震监测的裂缝评价技术正发展成为油层压裂生产过程中直观而又可靠的技术。
近几年来，国内众多油气田纷纷投入人力、物力和资金，积极开展该技术的应用与研究工作，广泛用于油气勘探开发工作。
1、2011年，东方物探公司投入专项资金，积极开展压裂微地震监测技术研究，压裂微地震监测技术水平得到快速提升。
截止2011年11月，东方物探公司已成功对11口钻井实施了压裂微地震监测。
2、同年，华北油田物探公司针对鄂尔多斯工区大力推广水平井分段压裂技术、不断提高储量动用率及单井产量的要求，2011年年初就对微地震检测技发展状况进行调研，并对检波器、记录仪器、处理软件进行实际考察。
他们与科研院校合作，在鄂南工区富县牛东4井与洛河4井开展微地震监测裂缝评价技术攻关，采用微地震技术对储层压裂进行监测，结果与人工电位梯度方法(ERT)监测结果一致。
该公司还通过组建微地震监测项目组，加强相关专业知识的培训和学习，并与科研院校“高位嫁接”，开发微地震检测特色技术，打造差异化竞争优势。
3、近年来，胜利油田积极开展微地震压裂检测技术应用研究，并把它作为油气勘探开发的重要技术手段和技术储备。
据了解，“十二五”期间，非常规油气藏将成为胜利油田的一个重要接替阵地，而微地震压裂检测技术是非常规油气藏勘探领域中的一项重要新技术。
通过开展对国内外微地震压裂检测技术现状、微地震压裂检测采集方法、数据处理及裂缝预测方法、目前成熟的处理反演软件、微地震压裂检测技术应用实例分析等方面调查研究，全面了解和掌握微地震压裂检测技术的技术特点、技术关键、技术实用性及其发展方向，为胜利油田下一步开展非常规油气资源的勘探开发工作提供先进的技术支持，更好地为油气藏勘探开发工作服务。
二、国外技术研究与应用在20世纪40年代，美国矿业局就开始提出应用微地震法来探测给地下矿井造成严重危害的冲击地压，但由于所需仪器价格昂贵且精度不高、监测结果不明显而未能引起人们的足够重视和推广。
微地震监测技术介绍
1-C or 3-C 检波器 8~16 线, 800~1000道 准备时间: 5~10 天
2023年11月5日7时34分
100~600 3-C 检波器 适合于多井多段 准备时间: 2~4 周
微地震的监测方式
三．微地震监测主要方法
配套软件
GeoEast-VSP
32
2023年11月5日7时34分
配套软件
目
录
一．概 述
二．微地震监测的应用
三．微地震监测主要方法
1，井中监测 2，地面监测 3，浅井监测 4，方法对比 5，微地震监测的工作经验
四．结束语
30
2023年11月5日7时34分
三．微地震监测主要方法
井中监测
地面监测
浅井长期埋置
12~30 级 3-C 检波器 监测距离: 100~800m 准备时间: 2-3 天
15
2023年11月5日7时34分
Well B Well A
位置和相对时间
二．微地震监测的应用
3、验证和优化井间隔的设计
通过微地震监测标定的裂缝模型可以用于估计支撑层位的具体位置， 然后根据油气藏模型选择排采模式。 井距太远可能会导致资源被绕过。另一方面，井距太近会增大井的 密度，因而导致成本增大，而由于邻井排采重迭区间之间井的干扰， 可能进一步导致减产。
11
2023年11月5日7时34分
前言
二．微地震监测的应用
1、裂缝尺度描述
5m 42m
监测 结果
12
某压裂微地震事件俯视图和东西向剖面图
裂缝网络长
西翼
东翼
231
142
裂缝网 络宽
66
裂缝网络高 井轨迹上 井轨迹下
微地震技术与压裂效果评价
微地震技术与压裂效果评价摘要:本文就油田不同开发阶段,利用微地震监测技术对水力压裂人工裂缝实时监测,根据裂缝监测结果应用科学的评价方法,定量计算水力压裂措施前后渗流阻力及产量,是一项十分必要评价压裂效果的可靠方法。
关键词:微地震;监测;油气藏;地应力;储层;评价目前提高低渗透油藏单井产量最有效的方法是对油层进行水力压裂改造。
通过微地震监测技术,监测压裂人工裂缝形成过程中所诱发的微地震事件,通过对微地震事件反演及震源定位,就可以了解裂缝的产状,进而客观的描述压裂裂缝的再生作用导致的应力改变,以有效地提高油田开发水平。
1.微地震监测技术微震动(包括微地震)监测技术是20世纪90年代发展起来的一项地球物理勘探新技术,应用于油气藏勘探开发、煤矿“三带”(冒落带,裂缝带和沉降带)监测,矿山断裂带监测,地质灾害监测等多个领域。
目前微地震监测技术在国内外油气田勘探开发中的应用已经比较普遍。
1.1监测原理油气水井新井投产或后期改造进行水力压裂时,在射孔位置,当迅速升高的井筒压力超过岩石抗压强度,岩石遭到破坏,形成裂缝,裂缝扩展时,必将产生一系列向四周传播的微震波,微震波被布置在压裂井周围的多个监测分站接收到,根据各分站微震波的到时差,会形成一系列的方程组,求解这一系列方程组,就可确定微震震源位置,进而计算出裂缝分布的方位、长度、高度及地应力方向等地层参数;同时结合井口压力监测可获得闭合压力、液体滤失系数、液体效率、裂缝宽度等参数。
1.2压裂效果评价方法根据目前国际上通常评价系统,水力压裂前后几何渗流阻力(ΩrP)、产油量(q ) 、渗流阻力下降率(V )分别为:2.微地震监测技术在青海柴达木地乌南油田应用实例2.1乌南油田基本概况乌南油田位于青海省柴达木盆地西部南区,为柴达木盆地茫崖坳陷区昆北断阶亚区乌北-绿草滩断鼻带上的一个三级构造,构造面积130km2 ,构造整体为一由东南向北西方向倾没的鼻状构造,构造轴向为北西向,构造西南翼地层倾角较大,东北翼地层倾角相对较小,主体部位轴向330度。
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(2) 网格化与走时计算
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东西41格，南北41格，边长10米；垂直21格，步长10米
(2) 网格化与走时计算
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东西41格，南北41格，边长10米；垂直21格，步长10米
中心坐标（EW,NS,UD）=(0,0,1500) 监测目标区域： 南北：-200米～+200米 东西：-200米～+200米 垂直：1400米~1600米 计算量： 垂直分层=21层 每层格点数=41*41=1681 每格点走时数据＝30个 单层走时记录＝1681*30=50430 全部走时记录＝21*50430=1059030
设备主要性能指标： 1）24位ADC，具有Sinc+FIR数字 滤波器，采样率从1~2000 SPS可 选，采集时使用1000SPS 2）GPS授时精度50ns(RMS)，使 用精度为1 ppm的高精度晶振， 使用1000 SPS采样20分钟时，采 样误差不超过1个采样点
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《近地面微地震监测系统开发及应用》于2008年12月31 日通过山东省科技厅组织的专家鉴定，成果达到国际先 进水平
提纲
1. 研究概况
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2. 水力压裂微地震监测原理
2.1 2.2 2.3 2.4 微地震及应用 水力压裂微地震监测 震源定位方法 地面微地震监测与层析成像
2.3 震源定位方法
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微地震数据处理的关键是求出震源位置，根据对震源位 置计算方法的不同，分为两种方法：
(1）方程求解定位法:根据多个站点的P波、S波的精确到时， 利用到时差定位计算公式计算一个震源的位置坐标
井下微地震监测采用此方法，因为信号信噪比高 (2）层析成像法:利用各站点接收同一震源信号有相似性的原 理，对地质体能量发射强度成像，发射强度最大的区域就认为 是震源 地面微地震监测采用此方法，因为信号信噪比低，通过站点个 数来弥补信号的劣势
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项目
微地震监测压裂效果试验 气井压裂人工裂缝监测 大牛地气田气井压裂人工裂 缝监测 低渗透油田注水压裂微裂缝 监测系统开发及应用 加砂压裂水力裂缝监测 压裂裂缝监测 X4井压裂监测 宁201井压裂裂缝监测
单位/施工地点
中石化先导项目 中石化西南分公司 中石化华北分公司 2007年山东省科技发展 计划项目 四川 四川 重庆 四川
3. 现场监测和数据处理方法 4. X4井监测处理实例
5. 总结
2.1 微地震及应用
油气田开发过程中微地震产生原因
油气采出 水力压裂 注水 注蒸汽等 微地震监测系统组成
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OYO
高性能检波器：作为传感器 信号采集器：现场微震信号采集与数据存储 数据处理软件：数据分析处理，震源计算，三维显示等
(2) 层析成像法
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层析成像并不根据某个具体的微震事件进行计算，而是根据一 个时间窗内信号的相似性计算监测介质的信号发射能量，绘制能量 分布图
逐个深度进行层析成像，就可以得到三维图像
2.4 地面微地震监测与层析成像
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4. X4井监测处理实例
5. 总结
3.1 监测设备
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自主开发的微地震监测系统，包括19个微地震监测数据采集 站点和1个GPS坐标采集站
每个采集站包括的设备： 1）1个高精度、低噪声、低 功耗的24位采集器，包括大 容量电池和U盘 2）1个GPS天线 3）1个高灵敏度的检波器
油气井加砂压裂裂缝
地面微地震监测
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提纲
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1. 研究概况 2. 水力压裂微地震监测原理 3. 现场监测和数据处理方法 4. X4井监测处理实例 5. 总结
1. 研究概况
课题组近年完成相关项目
年度 20072008
2008 2008 20082009 2009 2010 2010 2010
微地震数据处理的关键是求出震源位置，地面微地震监测 一般使用层析成像方法 基本原理 当传输距离比较短时，从一个震源点释放的地震波被各地面 站点接收后波形变化比较小，具有相似性，各站点接收到的地震 波有时差 具体方法 1）对监测目标区域进行网格划分
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3）电路综合噪声最低1uV(RMS)，信噪比达到110dB以上 4）检波器灵敏度200V/m/s左右，失真度0.03%～0.05% 5）在一个电池盒供电情况下可连续采集12个小时
3.2 监测施工方法
提前1～2天勘测现场布点，用 地钻和洛阳铲打孔1~1.5米深 对于斜井，在选点时就记录GPS 坐标，并绘制站点分布图，保证 站点分布合理 检波器严格压实，保证与地层 的耦合，并减少地面噪声干扰 至少在压裂施工开始前1小时开 始监测，压裂结束后继续监测至 少1小时
TerraScience蒸汽驱微震监测
2.2 水力压裂微地震监测
（1）井下微震监测 在目标井附近的井中布置检波器
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优点：靠近震源，能接受到更多信 号，测量准确性高
缺点： 使用条件苛刻，需要停井
操作复杂，有风险
成本高，难以大面积广泛应用 该方法比较成熟，多家公司有成套的硬件和软件系统 代表公司:美国Pinnacle公司，加拿大Weir-Jones公司等
(1) 坐标系建立和监测站点设置
设置30个监测站点，假设直井，以井口为中心
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(1) 坐标系建立和监测站点设置
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30个监测站点覆盖区域：东西±600米，南北±400米
高斯平面站点显示
直角平面站点显示
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裂缝三维显示窗口
3.4 层析成像数值模拟
3.4.1 数值模拟方法
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利用理想介质模拟地震数据，测试层析成像震源成像效果 处理流程 1.网格化 2.走时计算 3.模拟数据
4.层析成像 5.切片成像
目标区域网格
网格定义窗口
(3)文件格式转换集器的GW1格式文件转换为SEGY格式文件，可检查GW1文 件采样率是否正确。正常情况下一个文件存20分钟数据，采样误 差不超过1毫秒。转换时根据设置将一个GW1文件分割为多个SEGY 文件，一般60秒一个SEGY文件。
功能很丰富，可以参考软件使用手册
(7) 层析成像确定震源
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逐个文件、逐个时间窗内的数据扫描成像，以确定微地 震事件和震源坐标。
(7)数据扫描层析成像
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成像
原始波形
添加事件
(8) 裂缝三维显示
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3.3 数据处理软件
自主开发的微地震数据处理软件
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3.3.1 软件功能
软件功能分为三大部分： （1）项目基本信息管理 项目基本信息设置 监测站点GPS坐标提取和转换 局部坐标系建立 速度资料管理 监测目标区域网格定义
微震监测的应用 1) 水力压裂过程裂缝监测
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可以确定裂缝方向、长度、高度等参数，可描述裂缝破裂过 程，评价压裂效果
2)油藏动态监测（采油、注 水、注蒸汽等）
可动态获得油藏状态、 水驱前缘等 3)油气藏低频异常信号分析 通过微地震信号的低频 信号分析，判断是否有油气 藏
(1)坐标系建立
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1）采集器的文件记录了所在位置的GPS坐标，单次GPS坐标有误 差，采用多个文件分析统计求平均确定最准确的GPS坐标，平面 误差小于2米。
多文件GPS坐标分析窗口
(1)坐标系建立
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数据扫描层析成像
提取微震事件震源坐标 事件序列的三维显示和裂缝参数计算
3.3.2 数据处理流程
1.坐标系建立 4.文件格式转换
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2.目标区域网格化
5. 文件同步合并
3.走时计算或导入
6.SGY文件处理
7.层析成像确定事件及震源
8.裂缝三维显示与参数计算
2）根据井口、靶点和各监测站点的GPS坐标，转换为绝对坐标数 值，并以井口为原点建立坐标系，计算各点的相对坐标
局部坐标系定义
站点坐标管理窗口
(2)目标区域网格化
定义目标区域中心点，网格边长，东西、 南北、上下扩展网格数,利用平均速度计 算走时等
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项目工作 第2代微震监测系 统开发
6口井 9口井 第3代系统及处理 方法研究 3口直井 2口井，包括1口 页岩气井 2口斜井 1口页岩气井
1. 研究概况
课题组主要研究成果
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