微地震监测技术介绍课件
微地震裂缝监测技术
精选ppt
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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。
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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)
τ= (S1–S2)sin(2φ)/2
(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。
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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。
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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)。
微地震(压裂)监测技术
PLAN VIEW
900
NORTH-SOUTH
MWX -3
Treatment Well
Monitor Well
-300 -700 0 500
WEST-EAST SIDE VIEW
3700 Treatment Well
DEPTH
4900 -600
0
600
ALONG FRAC AZIMUTH FracTrac Service Mesa Verde Sand Piceance Basin TREATING PRESSURE AND MICROSEISMS
PINNACLE
Fracture Diagnostics
FracTrac® Service Microseismic Fracture Mapping
Enables real-time monitoring of fracture treatments for optimized results.
FracTrac microseismic fracture mapping service enables real-time monitoring of these key parameters: • Fracture height and length • Fracture azimuth • Fracture asymmetry • Fracture growth vs. time Pinnacle offers FracTrac microseismic fracture mapping service, a diagnostic technique that measures created hydraulic fracture dimensions and azimuth. is diagnostic information enables optimization of fracture treatments and well placement/field development strategies. Pinnacle is the world leader in this technology, performing more than 90% of this type of frac mapping. How It Works Microseism theory is rooted in earthquake seismology. Like earthquakes, microseisms emit elastic waves—compressional (“p-waves”) and shear (“s- waves”), but they occur at much higher frequencies and generally fall within the acoustic frequency range of 200 Hz to more than 2000 Hz. A hydraulic fracture induces an increase in the formation stress proportional to the net fracturing pressure as well as an increase in pore pressure due to fracturing fluid leakoff. Large tensile stresses are formed ahead of the crack tip, which create large amounts of shear stress. Both mechanisms, pore pressure increase and formation stress increase, affect the stability of planes of weakness (such as natural fractures and bedding planes) surrounding the hydraulic fracture causing them to undergo shear slippage. ese shear slippages are analogous to small earthquakes along faults, hence the name “microseism” or “micro-earthquake.” Field Operation Microseisms are detected with multiple receivers (transducers) deployed on a wireline array in one or more offset wellbores. With the receivers deployed in several wells, the microseism locations can be triangulated as is done in earthquake detection.
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 。
微地震监测技术及应用
微地震监测技术及应用摘要微地震监测工艺包括近震硏究的定位与地壳构架成像，微地震监测各类定位手段需创建不同II标函数，地震定位悄况的实质为求得II标函数的极小值。
NA拥有不依靠于模型初始值选用，不会收敛与部分极小值，比以往线性近似手段有更大的精度与稳定性。
经过地震信息的震相硏究，走时拾取反演能够得到地震干扰区的地震波速度系统，当前已推行使用在石油、气田勘察开发和页岩开发领域；矿山开挖中矿震、岩爆，煤和瓦斯突出，承压水突水检测；水利项H 施工坝址、边坡可靠性以及天然滑坡检测等诸多方面。
关键词微地震；监测方法；运用；研究1微地震具体定位手段微震监测方法是在地震监测方法的前提下发展起来的，其在原理上和地震监测、声发射监测方法一样，是依靠岩体受力损坏阶段破裂的声、能原理。
近震3D空间微地震定位忽视深度后能视为平面微地震定位情况，使用三点定位儿何手段，在已知三个测量点坐标与地层介质传递速度基础上，经过三点到时就能够明确震源部位［1］。
00是坐标原点，以R, R+AR1, R+AR2分别是半径作圆，三圆交点就是震源，如图1所示。
天然微地震出现频率相对偏低，地震震相容易区别，常体现出单事件特点。
精确的定位手段均是创建在3D空间前提下，常见的微地震震源定位基本手段包括Geiger法、网格检索手段等线性优化途径；还有遗传算法、模拟退火以及邻近算法等非线性优化手段［2］。
2微地震监测运用2」矿山安全开挖微地震监测伴随开挖深度增大，地压、瓦斯以及地下承压水等安全情况突出，微地震监测技术起到关键的作用。
冲击地压属于矿山内损坏行最大的地压问题，出现时大小不同的煤块以较大的速度飞向巷道，对矿山设备以及人员生命的威胁较大，因此对其研究具有重要作用［3］。
统计结构显示，大概50%的矿震是因为沙砾岩等重点层损害造成的，僅有少数矿震造成了冲击地圧情况，表示矿震和冲击地压的差异。
冲击地压与地震一样均是和地球中物理损坏相关联的岩体可黑性现象，其出现时均表现为较短时间内散发大量的应变能。
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)。
微地震监测【精选】
采空区 应力
回采区 应力
构造 应力
外界 触发力
挤压力 水
煤岩体
挤压力 气
涌水量 增大
渗水 突水
形变 微破裂 大破裂
渗气 气突出
瓦斯浓 度增加
冲击
崩塌垮 落
火源
爆炸 燃烧
震
撞击磨 擦升温
设备损坏
电火花外 泄
Байду номын сангаас人为 因素
此色是灾害 此色有破坏 此色表示各种力 黑色或灰色表示煤岩体
应 力
监测 预警 原理
AB
岩石破裂过程中产生微地震事件的原理
支承 压力
微震 事件
岩层 运动
岩体 破裂
微震监测技术是以岩体破裂的被动监测 作为监测目标，通过定位和能量计算得到岩 体破裂的位置和破裂尺度，为各种应用提供 基础数据。
冲击地压监测的对象：支承压力分布特征
控制冲击地压根本：岩层运动规律
飞机的定位原理
检波器
数据采集软件 定位软件
微地震监测结 果分析软件
微地震监测结果分析系统
北京科技大学
微震事件定位过程 修改当日工作面位置
修改当日检波器坐标
拾取到时
定位计算
检波器布置方式
内场定位 3～8m
近场定位 5～10m
外场定位 10～50m
国外设备检波器布置方式
国内设备检波器布置方式
两种布置方式对比 国外：监测范围广、搬家次数少、精度低
适合于监测大能量事件，如矿震
国内：监测范围小、搬家次数多、精度高 适合于监测冲击地压、岩体破裂
检波器的选取 依据：监测目的
微震事件震动能量一般为10^2～10^10J，频 率一般为0～150Hz。微震事件能量越大，频 率越小。
微震监测
微震监测技术在地下工程中的应用摘要：微震监测技术是一种高科技信息化的地下工程动力监测技术。
随着设备硬件技术、信号处理技术和数字化技术的快速发展，微震监测技术的应用在国际上也越来越多，目前国内出现了对该技术的应用研究热。
本文介绍了微震技术的特点及微震技术在地下工程安全监测中的作用。
根据微震监测技术在国内外的应用，概括了该技术在地下工程安全监测和防灾减灾监测的若干方面的应用。
0 引言微地震监测技术(Microseismic Monitoring Technique，简称MS)基于声发射学和地震学，现已发展成为一种新型的高科技监控技术。
它是通过观测、分析生产活动中产生的微小地震事件，来监测其对生产活动的影响、效果及地下状态的地球物理技术。
当地下岩石由于人为因素或自然因素发生破裂、移动时，产生一种微弱的地震波向周围传播，通过在破裂区周围的空间内布置多组检波器并实时采集微震数据，经过数据处理后，采用震动定位原理，可确定破裂发生的位置，并在三维空间上显示出来。
1 微震监测在工程中的应用历史[2]微地震监测技术在地下工程中的应用最早始于上世纪初的南非约翰内斯堡地区的金矿开采诱发的地震监测。
南非对微地震的早期监测是采用常用的地震监测仪器，20多年后，60年代大规模的矿山微震研究在南非各主要金矿山展开，并随之在l970-1980年代以来各采金矿山先后建立了矿山微震监测台站。
到上世纪中叶，在波兰、美国、前苏联、加拿大等采矿大国都先后开展了矿山地震研究，且随着电子技术和信号处理技术的发展，多通道的微地震监测技术也开始得到应用，最突出的有以美国斯波坎的Electrolab公司为代表研制和生产多通道微震监测技术和设备，并在美国的金属矿山得到应用，微震监测技术在非矿山行业之外的核能、地下油气存储库、地下隧道工程等领域也得到应用，如加拿大原子能地下实验室就采用了微震监测系统口。
近年来，利用微震监测技术进行地下灾害救助等方面，也得到应用。
KJ551煤矿微地震监测系统简介和技术参数
KJ551 煤矿微地震监测系统简介KJ551煤矿微地震监测系统是北京科技大学与北京安科兴业科技有限公司自主研发的高精度微地震监测系统，适用于煤矿、金属矿的矿震、冲击地压（岩爆）、煤与瓦斯突出、底板突水、顶板溃水、煤（矿）柱破裂等矿山灾害的监测和预警。
KJ551微地震监测系统采用了先进的光纤传输技术，最满足大型矿井的信号传输要求，监测范围也大大增加。
该系统可监测到三维破裂场，采用专用软件，即可对监控对象任意切片，不仅能提供矿岩破裂程度的各种参数，还能提供即时图像，实现了实时监测的CT 功能，为工程技术人员提供可靠有价值的信息。
KJ551煤矿微地震监测系统结构示意图一、主要技术参数1、系统组成微震监测系统包含用于采集和记录井下震动信息的硬件和软件，其中硬件包含微震监测主站（KJ551-F）、微震监测子站（KJ551-F1）、矿用本安型拾震传感器（GZC60）、地面监控主机、数据处理计算机、工控机、信号传输电缆、信号传输光缆、本安装置、井下不间断电源等；软件包含微震数据采集软件、微震数据定位和能量计算软件、微震信号分析软件（可实现滤波、频谱计算、去噪、小波分析）、微震结果三维展示软件、远程监控软件等。
2、系统功能（1）岩体震动信号的采集、记录和分析；（2）微震信号的定位和能量计算；（3）波形分析，包括对采集信号的滤波、去噪、小波分析、微积分等分析；（4）多通道显示和对比分析；（5）基于INTERNET的远程监控与数据处理（微震数据处理中心提供数据分析和处理服务）；（6）微震结果三维展示，可实现微震定位结果的平面、剖面、空间的精确显示，实现基于时间范围、能量范围、区域范围的各种筛选展示，实现微震数据结果的各种统计分析。
3、系统特点KJ551微震监测系统为具有完全自主知识产权的新一代微震监测系统，具有以下特点：（1）基于以太网的信号传输模式监测信号的传输采用非常成熟的以太网技术，基于IP/TCP协议，保证了传输速度和传输质量，且井下主机可直接并入工业环网，不必铺设专用信号电缆和光缆，节省初期投资；（2）可扩展性强KJ551微震监测系统的井下监测分站可以实现多级并联同时工作的方式，每台分站12通道，最多可扩展至10台级联，共120通道，完全满足了大型矿山的监测需求；（3）可靠的拾震传感器拾震传感器选用无源自感应震动传感模块，灵敏度达到180V·m/s，可感受到微弱的震动信号，保证了记录信息的真实性和可靠性；（4）丰富的软件系统配备了微震数据采集软件、微震数据定位和能量计算软件、微震信号分析软件（可实现滤波、频谱计算、去噪、小波分析）、微震结果三维展示软件、远程监控软件等软件，每个软件自成体系，人机界面友好，操作简单。
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2022年3月23日7时43分
微地震压裂监测的发展历程
一．概述
微地震监测：利用水力压裂、油气采出，或常规注水、注气以及热 驱等石油工程作业时引起地下应力场变化，导致岩层裂缝或错断所 产生地震波，进行水力压裂裂缝成像，或对储层流体运动进行监测 的方法.
微地震监测技术是一门新的地球物理技术，它通过监测微震事 件产生的地震波，确定微震坐标、发震时刻及烈度的技术。
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2022年3月23日7时43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
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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
5
42
裂缝网络 走向
北偏东71°
微地震事件 数目
272
2022年3月23日7时43分
位置
通过现场处理微地震监测的数据可以实时获得裂-19缝00 位置，结合地质剖面图，在裂 缝即将进入已知断层前，提醒压裂工程师优化调整压裂设计，降低成本。
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2022年3月23日7时43分
位置和相对时间
二．微地震监测的应用
2、验证和优化压裂设计（指导压裂工程师调整压裂液）
oil pressure
压力
排液量
一．概述
➢随着油气田大量开发，低渗致密油气藏已经变得越来越重要。但 是，低渗透油气藏储层物性差，储量丰度低，开发效益相对较差。 因此，提高低渗透油气藏储量的动用程度，是低渗透油气藏高效开 发的关键。 ➢油田开发后期，油气井的采收率较低，通常采用水驱或热驱提高 采收率，如何准确了解和掌握剩余油气去向是提高产能的重要问题。
二．微地震监测的应用
2013 年 1 月 和 3 月 ， SEG 和 EAGE 分 别 召 开 了 微 地 震 监 测 Workshop，会议均高度肯定了微地震监测技术在在非常规油气开 发中的重要地位，提出了目前进入微地震时代（Microseismic Comes of Age）的口号。
结合页岩、致密砂岩、碳酸盐岩、煤岩以及直井、斜井、丛 式井、水平井的监测经验，总结微地震监测作用如下：
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，也分
微地震的特性
目
录
一．概 述
微地震事件发生的1，位置、
二．微地震监测的应用
2，数量、
3，时间和
4，强度
三．微地震监测主要方法
四．结束语
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2022年3月23日7时43分
通过对监测的数据现场处理，获得微地震 事件发生位置及其变化趋势，实时监控人 工裂缝空间位置和走向，防止人工裂缝延 伸至断层，为压裂工程师对压裂工程做出 现场调整提供数据参考。
携砂液 顶替液
30.8-33.5 3.8-4.2 184 165
33.1-34.0 3.8-4.5
12
12
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2022年3月23日7时43分
体积（m³）
Mpa
m³/min 实际
计划
Stage2 前置液（一
型液）
Stage3 前置液（二
型液）
Stage4 前置液（一
型液）
前置液（基 液）
38.3-62.9 48.2-62.7 36.1-62.8 28.9-33.4
3.2-8.3 4.3-5.1 4.7-8.1 3.8-4.6
1000 1000 460 1800 260 2600 60 60
微地震监测技术
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2022年3月23日7时43分
目
录
一．概 述
二．微地震监测的应用
三．微地震监测主要方法
四．结束语
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2022年3月23日7时43分
一．概 述
目
录
1，微地震监测的发展历程 2，微地震监测的定义 3，微地震监测的特性
二．微地震监测的应用
三．微地震监测主要方法
四．结束语
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2022年3月23日7时43分
二．微地震监测的应用
DA21-11
DA23-13
2、验证和优化压裂设计（实时监控压DA21裂-9 裂DA缝23-1走1 向）
- 1 9 20
DA25-13
DA23-9
DA25-17
- 1900
DA21-1 - 1920
裂缝位置离已知断层 380 m
DA29-1
观测井
D21
DA31-5
-192 0 92 0
剪切滑动
P S
YX 检波器
S(t1) P(t1)
S(t2) P(t2)
一般来说，采用三分量检波器对微地震信号进行记录， 在三分量检波器记录上，每个分量上P波和S波成对出现并且 三个分量上的P波波至时间和S波波至时间分别相同。
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微地震的特性
一．概述
大多数微地震事件频率范围介于 200～1500Hz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 的长度也就越短。
与地震勘探相反，微地震监测中震源的位置、发震时刻、震源 强度都是未知的，确定这些因素是微地震监测的首要任务。
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2022年3月23日7时43分
微地震监测的定义
一．概述
微地震事件发生在裂隙之类的断面上，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。
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2022年3月23日7时43分
微地震的形成机制
一．概述
位置和时间
二．微地震监测的应用
2、验证和优化压裂设计（段间隔）
a. 3口井按照ABC的顺序依次
进行压裂；
b. 对压裂A井的监测成果进
行分析；
Well C
c. 根据A井的压裂监测结果
及其分析指导B和C井的压
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引言
一．概述
1973年，压裂/微地震监测技术始于地热开发行业 80年代初，采集水力压裂地面监测微震信号试验失败（信噪比太低
）；随后，水力压裂井下监测微震信号获得成功，并确定水力压裂 裂缝监测方式为井下监测； H.R.Hardy成功地运用声发射技术进行了地下水压裂缝的定位研究， 井下观测方式得以快速商业化发展； 2003年，压裂/微震地面监测开始走向商业化。