微地震裂缝监测技术讲解
压裂监测技术简介1
•
微地震来自地下介质质点的位移，只要 质点间发生相对移动，就会出现微地震。 微地震发生不仅是破裂过程。微地震信号 强度对我们的仪器水平提出要求，达不到 要求就记不到微地震。
2.微地震发生与强度
• 用微地震波确定油田压裂裂缝走向、形态， 有三个基本假定：(1)裂缝扩展是间歇的、 脉冲式的，可以形成众多的、分立的、分 布在裂缝面上的微震震源。(2)这些微震震 源的定位结果，这些震源的排列趋势可以 反映裂缝的走向、长度和高度。(3)压裂裂 缝优先沿着破裂强度最低的方向。
5.先进的微地震信号识别、定位技术正演网格搜索信号识别、定位技术
把被监测空间切 分成三维网格， 把每个网格节点 模拟为震源，进 行时间偏移、叠 加。叠加后波形 清晰、可见的节 点为震源点。
图8.正演网格搜索识别、定位技术示意图
（1）.技术关键
• 用速度模型计算出各节点至各台站的走时 及彼此间的走时差。 • 用时间偏移对齐来自某一指定节点的地震 信号；叠加这些信号，寻找经叠加信号明 显增强的那些节点，该节点即为震源。 • 网格节点依据压裂控制区设计，来自节点 的的地下信号是压裂形成的微地震。
图1.油田微地震强度、频度示意图
Frequency of Occurrence, log10
2
micro-earthquakes micro-seismicity earthquakes
0
-4
-3
-2
-1
ML
0
1
2பைடு நூலகம்
3
2.记到微地震-微地震信号强度
•
• 发展质量更高的监测系统是微地震技术发展 的必然趋势。记不到微地震，一切分析技术均没 有用武之地。 油田水力压裂形成的微地震分布在-1至-5级， 地下微地震信号的强度可以由下式估计，依据古 登堡的体波震级理论【3】： (3) M lg 3 A。 +Q( H , r ) 可以估算测点微地震幅度： =0.72*10-4 (4) 式中，单位是微米。
微地震裂缝监测技术与煤层气井应用实例
微地震裂缝监测技术与煤层气井应用实例作者：陈恩尧来源：《世界家苑·学术》2017年第05期摘要：压裂是低渗透煤层气井储层改造的重要手段和必要手段。
压裂后形成的裂缝长度、高度、渗透率和导流能力是影响压后效果最直接和最重要的因素，通过对煤层气井压裂进行微地震裂缝监测，可以认识裂缝方位及扩展规律，对评价压裂效果，压裂工艺的改进，井间距的调整及井网布置提供合理依据。
关键词：煤层气井；压裂；微地震；裂缝监测一、微地震裂缝监测技术原理及简介微地震监测技术就是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动之影响、效果及地下状态的地球物理技术。
其基础是声发射学和地震学。
声发射是指材料内部应变能量快速释放而产生的瞬态弹性波现象。
1956年，德国学者J.Kaiser发现，声发射活动对材料载荷历史的最大载荷值具有记忆能力，这一现象被称为Kaiser效应。
1963年，Goodman发现岩石材料也具有一定的Kaiser效应。
地下岩石因破裂而产生的声发射现象又称为微地震事件。
Kaiser效应是微地震监测技术的理论基础。
注入作业期间引发的微地震事件在空间和时间上的分布是复杂的，但不是随机的，可以在1Km范围内用适当的灵敏仪器检测到。
压裂井微地震实时监测评价技术是建立在微地震监测技术基础上的一项油田生产动态监测技术。
微地震监测技术自上世纪七十年代来，已在国内外进行了广泛的研究和实践，应用该项技术，已在油田生产工作中取得了很多实际效果，诸如可利用该项技术监测压裂井的裂缝空间形态、有效缝长、缝高及地应力分布情况，为完善压裂工艺、评价压裂效果、对压裂井进行压后产能分析和井网布置提供有力的依据。
压裂井微地震实时监测也是在这一已有的技术基础上，利用压裂时产生的微地震，使用现场监测系统及计算机和其相应的解释系统，解释、分析现场监测实时数据。
对压裂的范围、裂缝发育的方向、大小进行追踪、定位，客观评价压裂工程的效果，对下一步的生产开发提供有效的指导，降低开发成本。
最新微地震技术提供可靠裂缝监测手段
会 图或重 映射值 ；输入测井 曲线、
偏差 曲线和标记 的数学公式；并提 供更灵活 的跟踪处理器 ，可在一个
线备份 可以发起报警信号 ，启动断
条件下的一个５ ＿ ｍ（ １ ６ 一 ｆ ｔ ）范围内。
它 适用 于 各 种各 样 的 水下 应用 程
开源处理系统。
该 平 台 可确 保准 确 地 图 的 呈
现 。它还提供 了Ｑ Ｃ 功能 ，如增强道 头工具提取值形成地平线；创建交
移 动 无 线 水 下 调 制解 调 器
Ｗ Ｆ Ｓ 技术公 司研 制 的Ｓ ｅ ａ ｔ ｏ ｏ ｔ ｈ
Ｓ Ｉ Ｏ ０ ，一种移动无线水下调制解调 器 ，它可 以提供数字无线通信链接 或采集设备，直到具有挑战性深水
开紧急程序或者 阀门控制 。它配有 标准的数据通信接 口，这使它适合 传感器和水下设备应用程序 。据介 绍，该技术有助于 降低成本 ，决策
运行的可用数据大幅增加。 田
打摩对车支奢任霄谭埝ｔ脯 ．—冀●件歪 ：
选项卡进行方便分组 ，采用 自定义 执行顺序 ，能够应用多次 。水平线 的的副本能够创建和操作， 四维地
为石油行业提供常规和３ Ｃ 陆上地震
探测性 、空 间定位 ，以全面了解裂 缝的形成过程 ，从而可 以使压裂作
了高噪音区域，在相邻 的监测井 中
使用 窄光束扫 描 （ Ｎ Ｂ Ｓ ）得 到 了大
量准确的裂缝监测数据 。 目前该技
业者优化压裂方案，最大限度地形
成有效裂缝 。 现场应用 时，在压裂 目标 区域 附近布 置若干数量 的检波器 ，可以
满足裂缝监测的要求。 田
微地震裂缝监测技术
第一章 1.2 微地震人工裂缝监测原理
该监测系统采用6分站,无线传输,主站分析实时定位系统. 监测压裂或高压注水时出现的微震点分布,用微震点分布描述 裂缝形态.
微地震震源以走时方法定位,假定自震源发出的微地震信 号以直线传入地震检波器,把弧线传播途径拉直为一条直线,以 方便油田使用.这一假设是测试误差的主要来源.
该项工作于2001年1月份启动,2001年6月份进入 现场,2001年10月份取得第一次成功观测,提出项目的改 进目标.2001年10月至2001年12月份根据观测中发现的 问题改进硬件,2002年2月份改进后的软件观测成功.之 后,完善软件功能,2002年6月分项目完成,2002年8月分 项目通过评审验收,整个项目研制历时二十个月项目验 收评委及意见见附录1、2.
Aα=ADΦ,θ / 4πρrα3·u´3t-r/α·S
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A2DΦ,θ=λcos4θ+λ2sin4θcos4φ+ λ+2μ2sin4θsin4φ +2λ2cos2θsin2θcos2φ+2λλ+2μsin2θcos2θsin2φ+2λ
λ+2μ2 sin4θcos2φsin2φ
14
第二章 2.1 裂缝扩展机制
前言
经历时二十个月,紧跟国际先进水平的攻关研究, 双方认为,该项研究达到了预期目标,完成了自动识 别,实时监测和后自动处理压裂和高压注水所形成的 人工裂缝的完整硬﹑软件系统.
该系统于2001年12月进入现场,经6个月的磨合 与改进,通过实时监测与后自动处理对比；同一口高 压注水井连续二次监测结果的对比相隔仅一小时； 监测结果与现场其它资料的对比；监测结果与开发 效果的对比.我们认为：该系统监测结果可靠,重复 性好.研究达到了国外同类研究的水平.
HAL压裂裂缝监测技术说明
哈里伯顿压裂裂缝微地震监测说明2015年4月1.微地震数据采集方式井下微地震裂缝监测理论源于研究天然地震的地震学，主要为利用在水力压裂过程中储层岩石被破坏会产生岩石的错动（微地震）来监测裂缝形态的技术。
井下微地震监测法将三分量地震检波器（图1）,以大级距的排列方式，多级布放在压裂井旁的一个或多个邻井的井底中（图2）。
三分量微地震检波器在压裂井的邻井有两种放置方式：一种是放置在邻井中的压裂目的层以上，用于邻井压裂目的层已射孔生产情况，由于收集微地震信号的检波器非常灵敏；为防止监测井内的液体流动对监测造成井内噪音，必须在射孔段之上下入桥塞封隔储层，然后将检波器仪器串下入到桥塞之上的位置。
另一种方法是将检波器放置在邻井中的压裂目的层位置上，这种情况检波器和水力裂缝都位于相同的深度和储层，此时声波传播距离最近、需要穿过的储层最少，属于最佳的观测位置，这种方式用于邻井的目的层未实施射孔生产的情况。
图1 三分量地震检波器图2 三分量地震检波器下井施工现场图3显示一个由5级检波器组成的仪器串在压裂井的邻井下入的两种布局方式：图中左边表示邻井已射孔的情况下，射孔段以上经过桥塞封堵，检波器仪器串放置在该井的目的层以上；图中右边表示邻井为新井的情况下，目的层未实施射孔，检波器仪器串放置在该井的压裂目的层位置上。
井下微地震压裂测试使用的三分量检波器系统检波器以多级、变级距的方式，通过普通7-芯铠装电缆或铠装光缆放置在压裂井的邻井中。
哈里伯顿使用采样速率为0.25ms的光缆检波器采集系统采集和传输数据。
常规的电缆一方面数据传输速率低，另一方面对于低频震动信号易受电磁波的干扰大。
采用铠装光纤进行数据传输不但传输速度快，并且允许连续记录高频事件，提高了对微小微地震事件的探测能力同时对微地震事件的定位更加准确，监测到的裂缝形态数据最为可靠。
图3 多级检波器系统在邻井的两种放置方式另外，由于检波器非常灵敏，井筒中的油气流动会很大程度的影响监测微地震事件的信噪比，如果监测井为已经射孔的生产井，需要在射孔段以上20米的位置下入桥塞，检波器仪器串底部下入到距离桥塞10米的位置。
页岩气井水力压裂微地震监测技术
页岩气井水力压裂微地震监测技术岩石破裂会伴随产生强度较弱的地震波,称为“微地震”。
微地震事件发生在裂隙之类的断面上，裂隙范围通常只有1~10m。
地层内地应力呈各向异性分布，剪切应力自然聚集在断面上。
通常情况下这些断裂面是稳定的。
然而，当原来的应力受到生产活动干扰时,岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围地区就会出现应力集中、应变能增高；当外力增加到一定程度时，原有裂缝的缺陷地区就会发生微观屈服或变形、裂缝扩展，从而使应力松弛，储藏能量的一部分以弹性波（声波）的形式释放出来产生小的地震，即所谓微地震。
注入作业期间引发的微地震事件在空间和时间上的分布是复杂的，但不是随机的，可以在1Km范围内用适当的灵敏仪器检测到。
大多数微地震事件频率范围介于50~1500Hz之间，持续时间小于1s，通常能量介于里氏-3到+1级。
在地震记录上微地震事件一般表现为清晰的脉冲；越弱的微地震事件，其频率越高，持续时间越短；能量越小，破裂的长度就越短。
因此微地震信号很容易受其周围噪声的影响或遮蔽。
另一方面在传播当中由于岩石介质吸收以及不同的地质环境，也会使能量受到影响。
微地震监测技术就是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动之影响、效果及地下状态的地球物理技术。
其基本做法是：通过在井中或地面布置检波器排列接收生产活动所产生或诱导的微小地震事件；并通过对这些事件的反演求取微地震震源位置等参数；最后，通过这些参数对生产活动进行监控或指导。
目前该方法主要用于油田低渗透储层压裂的裂缝动态成像和油田开发过程的动态监测，主要是流体驱动监测。
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。
裂缝监测方案
裂缝监测方案裂缝是建筑结构中常见的问题，特别是在地震频发地区。
及早发现和监测裂缝的变化对于预防建筑安全事故具有重要意义。
本文将介绍一种裂缝监测方案，以帮助工程师和建筑师在日常监测中提供有效的解决方案。
1. 概述裂缝监测的重要性建筑结构中的裂缝是结构可能存在问题的早期信号。
通过及时发现和监测裂缝的变化，可以避免潜在的安全隐患，并采取相应的措施来修复和加固建筑结构。
2. 使用传感器技术进行裂缝监测传感器技术是一种广泛应用于裂缝监测的方法。
传感器可以安装在建筑结构的关键部位，通过感知和记录裂缝的形成和变化来提供实时数据。
例如，应力传感器可以测量裂缝周围的应变，而倾斜传感器可以检测结构的倾斜程度。
3. 无线传输数据为了方便地获取裂缝监测数据，将传感器与无线通信技术相结合是一个可行的选择。
通过使用无线传感器网络，监测数据可以实时传输到数据采集系统，工程师和建筑师可以远程获取重要的监测数据并作出相应的决策。
4. 数据分析和预警系统对裂缝监测数据进行有效的分析和处理是一个关键问题。
借助数据分析算法和人工智能技术，可以实现对裂缝监测数据的实时分析，以便快速识别潜在的安全风险并及时采取措施。
5. 采取措施修复和加固裂缝监测不仅仅是为了获取数据，更重要的是采取相应的措施来修复和加固结构。
通过对监测数据的分析，可以确定裂缝的产生原因，并设计出相应的修复和加固方案，并监测这些措施的效果。
6. 结论裂缝监测方案是建筑安全管理的重要组成部分。
通过利用传感器技术和无线传输数据，可以实现对裂缝的实时监测和数据分析。
这种方案可以帮助工程师和建筑师及早发现和解决潜在的安全问题，确保建筑结构的稳定和安全。
通过以上的裂缝监测方案，工程师和建筑师可以更有效地进行日常监测和管理工作。
对于地震频发地区，裂缝监测更是不可或缺的一项工作。
只有通过及早发现和监测裂缝的变化，才能尽早采取措施，避免潜在的安全隐患。
裂缝监测方案应该得到广泛的推广和应用，以保障建筑结构的稳定和安全。
水力压裂微地震裂缝监测技术及其应用
水力压裂微地震裂缝监测技术及其应用发布时间：2022-07-20T06:00:18.770Z 来源：《科学与技术》2022年30卷第5期第3月作者：杨慧慧[导读] 微震监测技术是一种通过观测微震事件来监测生产活动的地球物理技术。
该技术通过分析计算裂缝网络杨慧慧宁夏回族自治区地震局宁夏银川市 750001摘要：微震监测技术是一种通过观测微震事件来监测生产活动的地球物理技术。
该技术通过分析计算裂缝网络的几何特征，即方位、长度、高度等信息，实时评价压裂效果，了解压裂增产过程中的人工压裂情况，从而指导下一步压裂方案的优化，达到提高采收率的目的。
该技术的理论基础是声发射、莫尔-库仑理论和断裂力学准则。
与常规地震勘探技术相比，微地震监测技术的不同之处在于它要求震源的位置、时间和震级。
关键词：水力压裂；渗透率；裂缝监测：微地震；低渗透油藏；一、原理及数据处理1．原理。
水力压裂是向储层注入高黏度的高压流体．并配以适当比例的砂子和化学物质，使储层岩石形成裂缝，从而顺利开采储层中的油气。
水力压裂时．大量高黏度、高压流体被注入储层，使孔隙流体压力迅速提高。
高孔隙压力以剪切破裂和张性破裂2种方式引起岩石破坏：当高孔隙流体压入储层时，高孔隙流体压力使有效围应力降低，导致剪切裂缝产生；当孔隙流体压力超过最小围应力和整个岩石抗张强度之和时．岩石会形成张性裂缝。
水力压裂形成裂缝可看成是声发射事件。
岩石破裂会发出地震波．储存在岩石中的能量以波的形式释放出来，即诱发微地震。
根据摩尔．库仑准则，水力压裂或高压注水时，由于地层压力升高，沿着进水边缘会发生微地震。
这种地震波能量包括纵波和横波，类似于地震勘探中的震源，但其频率相当高，在100～2 000 Hz范围内变化，能量相当于一2~_5级地震。
其波形特征与储层、地层剖面有关，也与注水和压裂的过程及参数有关。
绝大多数微地震发生在注水过程中．当地层受到的压力大于历史上承受的最高压力时．微震开始明显发生；注水压力越高，微震发生率越高，注入流体量越大，微震发震次数就越多。
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第一章 1.1 人工裂缝监测方法
人工裂缝监测有多种方法：示踪剂方法、电位法、 地倾斜方法等等。 示踪剂方法滞后，可靠性受监测井的周围分布井 所在位置限制；电位法受气候、深度限制，且需较多 的测点，测区范围局限；地倾斜方法也受深度限制， 且与覆盖层厚度、品质有关，需较多的测点，测区范 围局限；只有微地震方法即时，控制范围大，适应面 广，近年来在国际上得到广泛的应用。使用微地震方 法，近年来取得了一些令人瞩目的成就。我们参照国 际上的先进经验，发展了自己独立的观测系统，在不 同领域的应用中，也取得了可观的成绩。
5.8 二氧化碳压裂监测
第六章 可靠性检验
6.1 复测井监测结果 6.2 本技术可靠的最直接证明 6.3 对比监测实例
附 录
附录1 附录2 附录3 附录4 附录5
电路原理图 电路图 程序使用说明 设备外观图
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前 言
在现有研发水平上，参照国际先进水平，研发人 工裂缝实时监测系统。该系统的研究目标是：参照国际 上的最新研究成果，以监测微地震方法，现场即时给出 人工裂缝形态(方位，长度，参考性高度，产状)及延伸 过程。为油田压裂设计，压裂质量判断，注水前缘分析 提供及时依据。 该项工作于2001年1月份启动，2001年6月份进入 现场，2001年10月份取得第一次成功观测，提出项目 的改进目标。2001年10月至2001年12月份根据观测中 发现的问题改进硬件，2002年2月份改进后的软件观测 成功。之后，完善软件功能，2002年6月分项目完 成,2002年8月分项目通过评审验收,整个项目研制历时 二十个月(项目验收评委及意见见附录1、2)。
前 言
经历时二十个月，紧跟国际先进水平的攻关研 究，双方认为，该项研究达到了预期目标，完成了 自动识别，实时监测和后自动处理压裂和高压注水 所形成的人工裂缝的完整硬﹑软件系统。 该系统于2001年12月进入现场，经6个月的磨 合与改进，通过实时监测与后自动处理对比；同一 口高压注水井连续二次监测结果的对比(相隔仅一小 时)；监测结果与现场其它资料的对比；监测结果与 开发效果的对比。我们认为：该系统监测结果可靠， 重复性好。研究达到了国外同类研究的水平。
第一章 1.2 微地震人工裂缝监测原理
摩尔-库伦准则可以写为：
Τ≥ τ0 +(S1+S2-2 P0)/2+(S1–S2)cos(2φ)/2
(1)
(2)
τ= (S1–S2)sin(2φ)/2
(1)式左侧不小于右侧时发生微地震。式中，τ是作用在裂缝 面上的剪切应力；τ0 是岩石的固有无法向应力抗剪断强度， 数值由几兆帕到几十兆帕，沿已有裂缝面错断，数值为零； S1，S2 分别是最大，最小主应力；P0是地层压力；φ是最大 主应力与裂缝面法向的夹角。由式(1)可以看出，微震易于沿 已有裂缝面发生。 这时τ0为零，左侧易于不小于右侧。P0增 大，右侧减小，也会使右侧小于左侧。这为我们观测注水， 压裂裂缝提供了依据。
目 录
前 言
第一章 人工裂缝监测原理
第二章 地震波传播理论 第三章 裂缝尺度讨论与置信度分析
第四章 实际应用领域
第五章 应用实例 第六章 可靠性检验
第七章 吐哈油田注水、压裂监测
第八章 结语 附 录
第一章 人工裂缝监测原理
1.1 人工裂缝监测方法 1.2 微地震人工裂缝监测原理 1.3 微地震源定位
第一章 1.2 微地震人工裂缝监测原理
该监测系统采用6分站，无线传输，主站分析实时定位 系统。监测压裂或高压注水时出现的微震点分布，用微震点 分布描述裂缝形态。 微地震震源以走时方法定位，假定自震源发出的微地震 信号以直线传入地震检波器，把弧线传播途径拉直为一条直 线，以方便油田使用。这一假设是测试误差的主要来源。 由于随深度的减小，波速降低，近地表的地震波传播途 径与地面趋于垂直。由于P波的振动方向沿传播途径，S波的 振动方向与传播途径垂直。因此，P波的振动方向垂直于地面， S波的振动方向平行于地面。 有的油田地层松软，S波不稳定。本系统检波器垂直放 置，对沿传播途径振动的P波敏感；垂直于传播途径振动的S 波衰减大，只记录分析P波。
第一章 1.2 微地震人工裂缝监测原理
压裂或高压注水时，由于地层压力的升高，根据摩尔库伦准则，沿着裂缝边缘会发生微地震。实际微地震的 频段从几十到几百周，相当于-2至-5级地震。一般来说， 震级越小，频率越高。我们仪器的工作频段为 50-200 周， 仅取较大的微地震(-2级)。记录这些微地震，并根据微地 震走时进行震源定位，由微地震震源的空间分布可以描 述人工裂缝轮廓。微地震震源空间分布在柱坐标系三个 坐标面上的投影，可以给出裂缝的三视图 (俯视图、侧视 图、前视图)，分别描述人工裂缝的长度、方位、产状及 参考性高度。与其它方法相比，该方法即时，方便，适 应性强，为国际上的同行广泛使用。
第二章 地震波传播理论
2.1 裂缝扩展机制 2.2 微地震信号强度预测 2.3 微地震信号识别 2.4 软件功能
第三章 裂缝尺度讨论与置信度分析
3.1 测试裂缝与进水裂缝比较 3.2 置信度分析
第四章 实际应用领域
自本系统开发成功以后，我们在不同领域成功地应用了这项技术。
4.1 人工裂缝监测 4.2 人工裂缝转向监测 4.3 注水前缘监测
前 言
整个项目包括: 深井、深埋式、嵌入式的硬件 系统;电路及无线传输系统，计算机分析记录系统； 及配套软件(附录3、4、5、6)。 该系统可以在井下几百米进行深井监测，也可 以在地面监测。 在现场实时监测，显示裂缝监测结果的同时， 记录下全部原始波形数据。原始波形数据可以由自 动识别程序再分析，分析结果可以与实时监测结果 对比，检测分析结果的重复性。也可以以不同速度 复现监测结果，再分析微地震出现过程。
4.4 采油波及区监测
4.5 对井井底连通监测
4.6 核废料处理过程中的微地震监测
第五章 实例应用
5.1 辽河曙2-3-33井人工裂缝监测结果及分析
5.2 中原油田卫357井压裂转向监测
5.3 华北油田注水监测 5.4 对井井底连通实例
5.5 核废料处理监测
5.6 堵水、调剖前后的微地震监测 5.7 爆破压裂监测