微破裂四维向量扫描压裂裂缝监测技术

1、技术核心
二、微破裂四维影像技术核心及精度分析
2、监测精度分析
纵波速度从地表到2Km大致为1.5到 2.５km/s。微震的频率范围一般为（ 10Hz，40Hz）。那么，纵波最小纵向 分辨率的长度为:

min / 4 V / f / 4 2000 / 40 / 4m 12.4m p max
纵横波波形特性： 纵波：具有振幅小、速度较快的特点。 横波：具有振幅较大、速度较慢的特点。 在离开震源的相同距离，横波振幅高于纵波振幅3-5 倍。
二、微破裂四维向量扫描影像技术原理
C、资料处理方法（相关体计算） 参见《微破裂向量扫描技术原理》
在地表观测微破裂地震波，由于地层高频滤波和 信号衰减作用及强背景噪音等原因，监测信号无法识 别微破裂产生的纵横波的准确到时和微破裂高频有效 信号。运用微破裂矢量叠加网格扫描技术，在时空上 即可辨别出破裂产生的方位及形态。其具体方法是： 1）选定需监测的空间三维立方体范围(如距井中心 X1000M*Y1000M*Z3000M)，其顶面为地表最高点海拔的 平面,监测的目的层为对应Z坐标距顶面的深度值。同 时按一定网格（如10M*10M*10M）将空间体划分为多个 扫描单元。 2）根据声波测井资料计算出空间体的各扫描单元网格 节点的地震波（纵、横波）速度。 3）进行射线追踪，计算出各网格节点到地面各检波点 的射线方向（入射角方位与倾角）和最小旅行时值。
三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程
B、资料处理部分 资料处理技术流程
初始数据组织与格式转换：运用CONVERSION软件 将12台采集站数据转换为SEG-Y标准地震资料格式。 据三 显分 示量 ，微 进地 行震 道 编连 辑续 记 录 数 4D 线区 追域 踪速 创度 建模 旅型 行建 时立 表， 运 用 射
静听地球脉动、透视储层变化
微破裂四维向量扫描压裂裂缝监测技术
华北石油三恩油气工程公司
2011年1月
内
容
一、前言 二、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术 --方法原理 三、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术 --工艺流程 四、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术 --监测成果 五、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术 --解决问题 六、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术 --指导意义 七、微破裂四维向量扫描影像压裂裂缝监测技术 --在海洋石油开发中应用
按监测设计方案，根据GPS卫星定位仪的引导，在野外找到12个仪器 系统放置点。
按监测施工要求，即远离井场（大于100米）和高压输电线路（大于50 米）等噪音源，调整各放置点仪器监测系统的具体位置。 按埋置三分量检波器要求，即深度大于1.5米和三分量北、东方位角度 正确。在12仪器放置点各放置一套监测仪器系统。 仪器操作员调整仪器参数，连接电源电池和三分量检波器、GPS卫星 授时定位信号线缆，启动监测软件，监测开始。 资料员在仪器监测过程中要及时填写原始记录。及时收集油藏注水生产 制度改变相关资料。
集单 站井 的压 地裂 面监 摆测 布 方套 式采 压单 裂台 井采 至集 少站 一距 离 12
KM
二、微破裂四维向量扫描影像技术方法
B、监测采用的软硬件--数据采集站阵列
数据采集仪器阵 列:由12套四维（4D）
数据采集站系统分布在 监测区形成采集仪器阵 列。每套系统包括：三 分量检波器、四维（4D ）数据采集站、GPS接 受机、电源组。 三分量检波器 的内视图，每 个轴向有5个单 元，每单元灵 敏度为33V/m/s.
数据格式转化界面
数据排序界面
百度文库
数据检查界面
按10分钟转换数据
按1小时转换数据
按1分钟转换数据
数据编辑界面
2200m
数据删除低信噪比采集道界面
900m
700*700m
2200m
750m
原点
计算处理原点及旅行时范围
输出台站文件
建立速度模型
产生P波速度
产生S波速度
产生旅行时文件
三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程
二、微破裂四维向量扫描影像技术原理
B、纵、横地震波的传播路径和特性
P B A
C
F E tn …
D
ti
(X,Y,Z,t0)
微破裂产生的纵横波(P/S)波传播路径
地面采用的三分量检波器方向示意
二、微破裂四维向量扫描影像技术原理
B、纵、横地震波的传播路径和特性
P S
sin 1 sin 1 sin 2 sin 2 V p1 Vp 2 Vs1 Vs 2
由于 V p
Vs

2(1 ) 1 2
0.25
Vp / Vs 1.73
横波最小纵向分辨率会更低<7.2m。 另外，由于横波的振幅较大，受背 景噪音影响较小，全波接收监测计算 成果稳定、可靠。
二、微破裂四维影像技术核心及精度分析
2、监测精度分析
巴18-2水平井压裂11：28分深度 1455米能量分布切片图
一、前
言
一、前
言
“四维”的定义----三维空间域和一维时间域
时间2D 能量切 片图
汶川8.0级地震位于 龙门山断裂带，破裂 时间88秒，破裂长度 216km
时间3D 能量数 据体
二、微破裂四维向量扫描影像技术方法
A、技术思路
微破裂四维向量扫描影像裂缝监测 技术是通过在监测区近地表布置12套数 据采集站系统形成采集仪器阵列，共同 接收地下油储层液体流动压力引起的岩 石微破裂所产生全体体波--纵波 (P波) 和横波(S波)；利用多波属性分析、相 干振幅体向量叠加扫描、三维可视化技 术、描述裂缝三维形态。并通过仪器内 置GPS卫星授时系统，在时间域上解释 裂缝的演变过程。 监测数据运用美国GEOIMAGE地像资 料处理系统,得到一维时间域和三维空 间域的四维成果资料。
二、微破裂四维影像技术核心及精度分析
1、多波多分量数据采集技术：采用 高采样率、宽频带、连续记录、宽 动态范围的三分量检波器采集站进 行微地震纵横波信号采集（180个检 波器）。 2、矢量叠加网格扫描技术：采用美 国GEOIMAGE处理系统，通过相干体 计算，进行振幅能量扫描，确定地 质体内部的能量分布和能量梯度变 化，判断破裂方位及几何形态。 3、三维可视化解释技术：通过3D空 间的立体显示,使地质解释工作更加 直观简单准确。
速度模型的建立与验证，确定处理数据深度范围
选取过井筒破裂位置左图X(N)=400处，沿图中红线东西向作垂深0-1220米能量 切片右图。可知地面噪音较强，需屏蔽噪音源在900-1220米作相关对比分析。
能量聚焦92-100%之间，图中强能量归位集 中到垂深1150-1220米范围，说明速度模型正 确。同时确定处理数据垂深1150-1220米。
M f ij S c ( k ) w i 1 F
2
F N M
kN / 2 M
k N / 2 i 1

( f ij ) 2
二、微破裂四维向量扫描影像技术原理
C、资料处理方法（相关体计算）
5）能量辐射扫描定位，求出目标空间体内各扫描单元的网格节点的能量 值，并进行节点间的相关体计算，利用能量最大值的空间分布及能量的 梯度变化对地下破裂点定位。 6）利用归一因子F消除仪器本身噪音和不同的时窗的差别，以便不同长 短时段的输出能量比较。经归一因子计算后S(k)物理意义就是单位台站、 单位采样间隔点的破裂释放能量。归一计算后本套仪器监测地下能量值 与天然地震震级的对应关系: M=0.873*LgA+2.187
二、微破裂四维向量扫描影像技术方法
B、监测采用的软硬件--美国GEOIMAGE地像处理系统
系统主要由数据预处理软件( CONVERSION )、微破裂能量扫描 软件（FERT），以及微破裂定位及反演物理模型软件系统（MV）。 此外，还有系列支持软件，如：使用人工叠前地震反演速度模 型的软件系统（Git-Seis2D/Git-Seis3D）；微地震监测野外采集 站观测阵列设计软件（Git-SeisFem2D/Git-SeisFem3D）; 三维裂 缝破裂及应力应变状态的分析软件（Git-SeisFM）等
巴18-2水平井压裂11：28分深度 1455米裂缝分布图
二、微破裂四维影像技术核心及精度分析
2、监测精度分析
巴18-2水平井压裂11：29分深度 1455米能量分布切片图
巴18-2水平井压裂11：29分深度 1455米裂缝分布图
三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程
A、野外采集数据部分
数据采集技术流程
速度模型的建立与验证，确定处理数据深度范围
运用压裂井的声波时差测井曲线 数据，建立压裂井区域的速度模 型，其模型大小为： X(N):0-3000米，代表南北范围 Y(E):0-3000米，代表东西范围 Z(D):0-1220米，代表垂直井深 在正式数据处理计算前，需对速 度模型进行验证。
三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程
创建FERT数据库：输入区域速度模型文件；输入各 采集站坐标信息；选择采集站及SEG-Y记录数据。
资料预处理：选择预处理微地震4D连续记录数据的时 间段；选择纵波或横波的速度模型；选择滤波方式。
.
.
微破裂能量释放扫描：走时文件的建立，参数选择； 能量叠加计算，形成各时间段的4D能量扫描数据体。
处理软件主界面
压裂层
三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程
C、资料解释部分 可视化解释技术流程
加载各时间段三维能量数据体，确定主要解释层段。按“1分钟” 10M扫 描单元为单位将监测期内三维数据体主要解释目的层输出时间切片二维 图。
对能量值高的时段再以“1分钟”为单位进行数据再处理,生成若干“1分 钟”扫描单元5M三维子数据体。在解释层段和时间段锁定“聚焦”。 在锁定“聚焦”的每个“1分钟”扫描单元5M的三维能辐射数据体上，选 定能量输出范围或进行梯度计算,生成每个“1分钟”扫描单元5M的三维 裂缝数据体。. 在扫描单元5M的每分钟的三维裂缝数据体输出时间裂缝切片分布图,判断 裂缝形态和走向,进行精细解释和组合，编制裂缝发育图
二、微破裂四维向量扫描影像技术原理
A、微破裂产生纵、横地震波机制
1、根据摩尔-库伦摩擦定律，地下储层由于高压流体的 注入，使孔隙流体压力提高，造成岩石张性裂缝和剪切 裂缝两种岩石微破裂形式。 “大部分岩石破裂是以剪 切为主附加拉张的混合破裂” 《油气田勘探开发中的 微震监测方法》朱广生编著 2、根据断裂力学准则，当应力强度因子大于断裂韧性 时，裂缝发生扩展。地层压力增大会诱发微地震，其优 先发生在原有的裂缝上并向外扩展。 3、岩石微破裂形成一系列向四周传播的微震波--纵波 (P波)和横波 (S波)。同时纵波在非法向方向传播过程 中又将产生转换横波。
三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程 1）野外采集站的布置 xmax (0.7 1.5)hmax
/2
三、微破裂四维影像裂缝监测技术流程
2）、12台采集站的仪器阵列的连接
运用Convertion软件组合各采集站数据成为采集数据道集，将所有数据 以SEG-Y格式排列并统一显示。 虽然每个台的监测过程是独立的，但通过GPS授时（格林威治时间）进行 同步。
二、微破裂四维向量扫描影像技术原理
C、资料处理方法（相关体计算）
4）对每一采集站记录取特定时间窗口w，扫描 单元网格节点K经射线追踪确定到地表某采集站 的入射角，将三分量信号旋转到入射矢量方向 ，形成矢量场波动方程。矢量迭加K点到所有采 集站记录的信号振幅的平方f，并使用归一化因 子F,即得出k点的破裂辐射能量S(k)。矢量能量 叠加后，随机噪音将被消弱。有用信号将被增 强，从而“提取”出k点的破裂能量。
一、前
言
微破裂四维向量扫描影像监测技术属于油藏地球 物理的范畴，是运用无源地震的微地震三分量数据， 进行多波（纵波和横波）振幅属性分析，并采用相关 体数据计算处理方法，得出监测期内各时间域三维空 间体地下储层岩石破裂和高压流体活动释放的能量分 布情况。 微破裂四维向量扫描影像监测技术主要应用于人 工压裂裂缝的监测和区域油藏的注水前缘和剩余油藏 的监测。另外在国外也应用于小断裂构造的勘探中。 本技术2009年4月参加了国内SEG地球物理年会。 在国内属于高新技术。2008年该技术在中石化作为部 级科技先导项目，2010年参加由大庆油田采研院组织 的部级科技项目，均取得了良好的应用效果。