微地震监测技术(公开)
微地震监测技术
北京阳光杰科科技有限公司 2012年6月
GNT International Inc.
内容提要
? 微地震技术三种数据采集方法 ? 微地震数据处理 ? 微地震解释与应用 ? 微地震应用实例
GNT International Inc.
https://www.360docs.net/doc/e02147783.html,
微地震监测技术
微地震监测技术是采集地下岩石破裂所产生的地震波，通过处理、解释以 了解地下岩石破裂的位置、破裂程度、破裂的几何形态等的技术；可用于 石油工业的压裂监测，以及矿山、大坝、地下结构等的长期监测
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微地震监测的三种探测方法 微地震技术三种数据拾取方法
井下 地表 埋置
井下探测区域 地表系统探测区域
井下系统探测装置 系统设计 (平坦地形 ) 系统设计 (多山地形 )
预警系统监测区域
? 地震检波器串 ?径向排列系统, 8-16 臂, 1000 道 ?井筒中储层段放置10-50 个3-C 地震检波器 ?采取初至处理 ?监测井距压裂井距小于200米 ?可用于观测多井压裂 ?用于标定地表系统 ?灵活和快速的探测
大面积油藏监测系统
?埋于100-300英尺（约30-90米） 的3-C 检波器 ?每个排列配备80 – 100个检波器
?由客户数据建立速度模型 ?标定速度模型 ?事件可能发生区域的数据叠加 ?在叠加数据中搜寻裂缝事件 ?按时间和空间输出事件位置
?大面积覆盖 ?长期监测的最佳商业和技术选择
预备埋入的3C地震检波器
3C 井下地震检波器
准备井下系统
用于调配的四轮摩托 为直升机调 配准备的地 震检波器和 电缆
录音舱
直升机调配
用于系统 部署的直 升机
进行中的浅孔钻探
埋入式3C地震检波器站
埋入式 3C 地震检波器站
在靠近作业井较近距离内，井下监测具有较高的精度
用于短期微地震震监测的灵活技术
用于长期和大范围监测的最具经济有效的方法
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井下监测方法
? 井筒中靠近储层段放置10-20 个3-C 地震检波器 ? 采取初至处理 ? 监测井距压裂井距小于200米 ? 可用于观测多井压裂 ? 用于优化地表排列系统
近距离井下监测具有较高的精度
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地面排列方法
? 地震检波器串 ? 径向排列系统, 8-16 臂, 1000 道 ? 灵活和快速的探测
用于短期微地震监测的灵活技术
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地面排列方法
地面排列设计方案
Typical Well Number of Wells Monitored Days of Data Recording Total Frac Stages Average Hours per Stage Hours of Frac Data Processed Depth of Imaging Length of Horizontal Section(s) Number of Geophone Channels Number of Arms in Array Length of Longest Arm in Array Channel Spacing Geophones per Channel 1 2 4 2 8 (estimated) 623 m 395 m 801 10 1350 m 10 m 12
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地下埋置方法
? 埋于100-300英尺（约30-90米） 的3-C 检波器 ? 每个排列配备80 – 100个检波器 ? PSET? 数据处理 ? 大面积覆盖 ? 长期监测的最佳商业和技术选择
用于长期和大面积监测的最经济有效的方法
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地表稀疏分布
布设原则：
? ? ? ? 约1000-2000m左右的圆环内。也不必太远毕竟离压裂段越近越好； 全部台不在同心圆上，离散分布； 尽量避开当地环境噪音源（道路、生产井、人员、树林<有风时>、…）； 斜井、水平井时适当调整。
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三分量地震仪 ? 宽频：5Hz--几百Hz ? 采样间隔：0.5--4ms ? 独立不间断工作 ? 高灵敏度；
BGT-10型微地震仪及检波器
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三种采集方法对比
主要代表 Shapiro 2008 Pinnacle Microseismic Inc 监测类型 1-2井中直阵 处理类型 传统定位 （xyz, t, M） 解释类型 裂缝时空分布 优缺点 精度高。成本较 高。施工限制条 件多，时间长。 精度高。成本较 高。施工限制条 件多，时间长。 精度较高。成本 高。施工时间 长。 精度较高。成本 低。施工简单。
1-2井中直阵
传统定位 （xyz, t, M）
裂缝时空分布
地表阵列
传统定位 （xyz, t, M, m） 偏移或叠加 （xyz, t，E） 破裂能量分布 （xyz, t, E, m）
裂缝时空分布 及震源机制
微破裂向 量扫描
地表稀疏分布
裂缝时空分布 及震源机制
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微地震资料 处理技术
微地震处理困难：①能量弱、频率高、持续时间短，被环境噪音所淹没； ②绝对能量是未知数；③速度模型不精确； 处理时通过各种合理滤波和能量扫描，选择微地震事件进行极化分析和初至 拾取，获取相对震源的方位角和纵横波时差，同时依据纵横波时差建立速度 模型，从而达到微地震事件精确定位的目的。
地表观测：M<-1
井下邻近观测： M≤0
震级M=-2
-1
0
1
2
压裂破裂的震级
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地震勘探爆炸的震级
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微地震资料 处理技术
? 建立速度模型 ? 速度模型标定与校正 ? 事件可能发生位置的数据叠加 ? 叠加数据扫描，确定（岩石）破 裂事件 ? 按时间和空间输出（岩石破裂） 事件位置
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微地震资料 处理技术
三分量微地震记录
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微地震资料 处理技术
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检验炮校验速度模型
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检验炮校验速度模型
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未作校正的检验炮初至（ AGC ）
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速度模型校正（速度2450m/s）
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校正后的检验炮初至（ 速度2450m/s ）
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速度模型校正（静校正）
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校正后的检验炮初至（ 速度模型和静校正 ）
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校验炮能量叠加
Increasing Offset
Increasing Time
PSET 成像位置
-带通滤波 -AGC
实际炮点
地震能量叠加有效提高了初至的信噪比
井筒
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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。 近10年来，地球物理学的进展，特别是数字化地震监测技术的应用，为小范围内的、信号较微弱的微地震研究提供了必要的技术基础。为了验证和开发微地震监测技术在地下岩石工程(如地热水压致裂、水库大坝、石油、核废料处理等)中所具有的巨大潜力，国外一些公司的研究机构和大学联合，进行了一些重大工程应用实验。如1997年，在美国德州东部的棉花谷进行了一次全面而深入的水压致裂微地震成像现场实验，以验证微地震成像技术的实用价值。该实验取得了巨大成功，证明微地震成像技术相对于其它技术来讲，分辨率高、覆盖范围广、经济实用及可操作性强，很有发展潜力。 美国之所以成为目前世界上页岩油气开发的领跑者，就是因为它已经熟练掌握了利用地面、井下测斜仪与微地震检测技术相结合先进的裂缝综合诊断技术，可直接地测量因裂缝间距超过裂缝长度而造成的变形来表征所产生裂缝网络，评价压裂作业效果，实现页岩气藏管理的最佳化。该技术有以下优点： ①、测量快速，方便现场应用； ②、实时确定微地震事件的位置； ③、确定裂缝的高度、长度、倾角及方位；
微地震检测技术简介
微地震监测技术及应用 随着非常规致密砂岩气、页岩气藏的开采开发，压裂技术在储层改造中起着举足轻重的作用，而微地震监测技术是评价压裂施工效果的关键且即时的技术之一。根据微地震监测处理高精度地反演微震位置，从而预测压裂裂缝的发展趋势及区域，对压裂施工效果进行跟踪及评判，同时也为后期油气藏的开采和开发提供技术指导。 第一节微地震监测技术原理与发展 微地震监测技术是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动的影响、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。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,确定这些因素恰恰是微地震监测的首要任务。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。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。 一、技术背景 岩爆是岩石猛烈的破裂，造成开采坑道的破坏，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。 二、微地震技术的发展 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。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
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。区内断裂发育,大小断裂20余条,
微地震监测技术(公开)
微地震监测技术
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微地震监测技术
微地震监测技术是采集地下岩石破裂所产生的地震波，通过处理、解释以 了解地下岩石破裂的位置、破裂程度、破裂的几何形态等的技术；可用于 石油工业的压裂监测，以及矿山、大坝、地下结构等的长期监测
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微地震监测的三种探测方法 微地震技术三种数据拾取方法
井下 地表 埋置
井下探测区域 地表系统探测区域
井下系统探测装置 系统设计 (平坦地形 ) 系统设计 (多山地形 )
预警系统监测区域
? 地震检波器串 ?径向排列系统, 8-16 臂, 1000 道 ?井筒中储层段放置10-50 个3-C 地震检波器 ?采取初至处理 ?监测井距压裂井距小于200米 ?可用于观测多井压裂 ?用于标定地表系统 ?灵活和快速的探测
大面积油藏监测系统
?埋于100-300英尺（约30-90米） 的3-C 检波器 ?每个排列配备80 – 100个检波器
?由客户数据建立速度模型 ?标定速度模型 ?事件可能发生区域的数据叠加 ?在叠加数据中搜寻裂缝事件 ?按时间和空间输出事件位置
?大面积覆盖 ?长期监测的最佳商业和技术选择
预备埋入的3C地震检波器
3C 井下地震检波器
准备井下系统
用于调配的四轮摩托 为直升机调 配准备的地 震检波器和 电缆
录音舱
直升机调配
用于系统 部署的直 升机
进行中的浅孔钻探
埋入式3C地震检波器站
埋入式 3C 地震检波器站
在靠近作业井较近距离内，井下监测具有较高的精度
用于短期微地震震监测的灵活技术
用于长期和大范围监测的最具经济有效的方法
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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研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目标函数，地震定位情况的实质为求得目标函数的极小值。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研究，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；水利项目施工坝址、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，使用三点定位几何手段，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]。O0是坐标原点，以R，R+ΔR1，R+ΔR2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 2.1 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压情况，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靠性现象，其出现时均表现为较短时间内散发大量的应变能。 使用弹性波和岩体破裂的相关观念和技术，探究地下采空区不明水体的蓄积与成灾过程，研究显示，在突水问题前存在明确的弹性波波束比低值异常、振幅比高值异常、振动主频低值异常、波形变异和隔水岩墙破裂出现前的微震频度异常。
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