基于微地震监测技术的油田开发方案调整及效果——以辽河探区J2块为例

微地震监测技术是联系储层和压裂的桥梁和纽带.针对老油田精细开发的需求,开展基于微地震监测技术的油井压裂效果评价和开发方案调整应用研究,并形成技术流程.准确定位微地震事件基础上,定量描述压裂裂缝参数;综合研究区地质资料、井资料、压裂施工数据等解释压裂裂缝形成,并用生产数据验证,准确评价压裂改造效果;利用压裂裂缝纵向特征认...     

基于快速模拟退火算法的井中微地震事件定位反演

井中微地震监测技术被广泛应用于非常规油气储层压裂改造监测中,该技术的关键在于有效事件的准确定位.本文以实际测井资料为依据,建立水平层状模型,利用射线追踪模拟并获得微地震事件的传播路径及走时.在模拟退火法机理分析的基础上,引入非常快速算法(VFSA)进行微震事件定位反演,该算法依赖温度的柯西分布状态产生函数,在高温状态下可进行大范围的搜索,在低温状态下只对当前模型附近进行搜索,能够改进退火及抽样过程,提高模拟退火算法的定位效率与精度.最终,将该反演算法运用于实际井中水力压裂微地震事件定位,并描述其造缝空间产状及其发育过程.     

水力压裂微地震井地联合监测系统及仪器

水力压裂技术是油气田增产和低渗透油田开发的有效技术手段,通过监测油层裂缝延展过程中产生的微地震事件,能够有效地判断裂缝走向.现有的井中监测方法存在成本较高、施工难度大的问题;地面监测存在信号信噪比低、垂向分辨能力差等问题.本文采用井地联合微地震监测的方法,在地面布置采集仪器的同时,选择邻近的单口监测井放置井中仪器,对微地震事件进行联合监测定位.采用联合监测的方法,在水平方向和垂直方向上都能够获得较好的监测视角,对比单一监测方法提高了微地震事件的定位精度.在此方法的基础上研制的井地联合微地震监测仪器系统,解决了现有仪器系统在进行联合监测时通讯链路不通的问题,实现了在压裂施工现场对微地震联合监测数据的实时回收、处理及结果呈现.应用本系统在大庆油田进行现场监测,获取的微地震事件对压裂裂缝进行了有效评价;通过对已知射孔点进行反演定位,采用井地联合监测将定位误差由地面监测的32 m降低至14 m,验证了本文技术的有效性.     

基于大型水力压裂实验系统的室内模拟研究

室内水力压裂模拟实验是认识裂缝压裂机理、获取水力压裂信号的有效手段,可为进一步提高水力压裂技术在页岩气等非常规油气资源开发方面的应用提供技术支持.本文根据野外水力压裂施工工艺和微压裂地震信号监测的特点,设计并制造了大模型水力压裂模拟装置,该装置包括真三轴围压系统、水压裂系统和微压裂信号采集系统,可以实现相同或不同围压状态下的水力压裂试验,并对裂缝产生、裂缝扩展的整个物理过程进行水力压力信号和岩石压裂破裂信号的采集,形成了一套完整的微压裂实验技术.通过水力压裂实验,首次在实验室内获得了真三轴围压下大模型的水利压力和水力压裂信号的关系,为水力压裂信号的分析和压裂裂缝的定位提供了基础.     

微地震震源机制研究进展

非常规油气开采中实施的储层改造,通常是利用水力压裂技术向储层注入高压流体,改变储层原有的孔缝连通结构,实现油气开采.水力压裂会改变储层应力并使岩石破裂,从而产生微地震事件.微地震研究的重要内容之一是其震源破裂的机制.通过对微地震震源机制的研究,可揭示微地震的产生机理和地下储层的应力变化规律,有效地优化水力压裂和储层改造...     

水力压裂微地震实验研究

微地震震源机制解包含储层及裂缝特征信息,对于地质力学建模和水力压裂储层评价都有十分重要意义.然而,目前微地震震源机制类型仍存在争议,该方面的基础实验仍需要进一步的研究.本文针对花岗岩和页岩两类岩石,开展了水力压裂微地震实验研究.在实验进行前,分析了实验条件和数据采集方式.根据实验室测定的岩石物性参数和各级检波器微震事件的P波初动信息等,利用射线追踪进行微震事件的反演定位.定位的结果同岩石CT扫描观测到的裂缝有较高吻合度.利用微震事件在各级检波器处的P波初动极性及检波器在岩石表面的位置信息,进行微地震事件的震源机制反演,得出了水力压裂实验下微地震震源机制以剪切型占优的结论.结合微地震事件定位结果,震源机制反演结果和岩石CT扫描裂缝结果等,进行对比和分析,得出了一些新的结论和认识,为今后的实际微地震监测裂缝解释提供指导意见.     

微地震方法的裂缝监测与储层评价

在油田水力压裂微地震事件定位结果的基础上,结合有效微地震事件的时空分布、震级大小、地震矩、震源半径、应力降和b值等地震学参数进行综合研究,并结合研究区域的地质背景和测井资料对水力压裂诱发的裂缝网络进行几何形态分析和应力解释.本文提出的微地震综合分析解释方法可对压裂后储层物性进行综合评价,有利于对储层改造效果进行预测,对油田的水力压裂施工具有指导意义.     

基于深度学习和无线传输的非常规页岩气压裂微地震实时自动监测

水力压裂能有效沟通天然裂缝形成复杂缝网系统,极大地提高低渗透油气藏的产能．为有效评估储层水力压裂改造效果及规避潜在的地质安全隐患,需要建立完善的压裂改造监测技术,而微地震监测是目前最为有效的监测手段之一．近年来,国内外微地震监测技术取得了较快的发展,但数据处理仍基本依赖于人工,成本昂贵,且较难提供连续的监测信息以完整反映压裂全过程．为进一步推动非常规压裂生产过程中的实时微地震监测及现场反馈,减轻人员负担、降低成本,我们发展了基于无线4G实时传输节点地震仪和深度学习的软硬件一体化微地震实时监测技术．在川南某页岩气开发平台的微地震监测试验中,该一体化实时监测技术通过4G无线网络实时回传采集的地震波形,并利用最新的深度学习技术对实时数据流进行处理,实现了从地震数据采集、数据实时传输、微地震检测、震相拾取、地震定位、震级分析等一系列功能,并通过云端将微地震分析结果实时反馈至压裂现场,实现了对压裂施工过程不间断地实时自动监测．同时,通过对比地面两套不同密度观测系统人工处理与自动处理的结果,对实时监测技术的准确性和可靠性进行了定量分析和验证．该软硬件一体化微地震实时自动监测技术的研发为我国今后非常...     

于多道包络能量叠加的微地震事件自动识别方法

地面监测的微地震数据主要包含两个部分:人工形成的射孔数据和压力诱发的微地震数据.从微地震监测理论出发,微地震事件准确识别直接影响微地震信号初至拾取的精度.针对常规微地震信号初至拾取方法存在漏检及误检的弊端,提出了多道包络能量叠加技术的微地震事件自动识别方法.针对存在射孔数据的情况,详细论述了多道包络能量叠加技术的微地震事件自动识别方法的过程,采用模拟数据证明了基于射孔信号的微地震事件自动识别方法的可靠性.其次,采用一系列微地震正演模拟数据进行大量实验,验证基于多道包络能量叠加技术的微地震事件自动识别方法的可靠性.最后,通过实际微震压裂数据验证了新方法的可行性与正确性.     

水力压裂物理实验模拟初探

为了研究水力压裂中岩石的破裂及裂缝延展规律,开展水力压裂实验模拟.采用大型真三轴压裂设备对花岗岩岩样(300 mm×300 mm×300 mm)进行水力压裂,16道检波器接收,在识别的声发射信号上拾取初至走时,Geiger定位结果表明,压裂中声发射事件位置与压裂示踪剂显示相一致,CT扫描制作的数字岩心准确反映实际的破裂面.从压裂曲线上提取的破裂压力,结合围压分析表明,整个破裂面与初始破裂相一致,岩石破裂后沿该破裂面延展,直至结束.实验分析表明,裂缝发育由裂缝方向和裂缝类型共同决定,遵循裂缝发育能量消耗最小原则,合理解释了本次实验压裂现象;针对实验中单一破裂现象,提出了改进水力压裂设计的建议.     

基于非监督学习的水力压裂裂缝平面识别

在水力压裂施工中,如何有效获取压裂过程中产生的裂缝形态以及裂缝的动态扩展过程一直是困扰学术界和工业界的问题。目前,常规利用微地震事件定位结果进行分析的方法存在需要人工干预、散点信息表示能力不足等问题;采用数值模拟分析的方法往往因复杂的地下介质情况而引入计算偏差。本文基于非监督学习算法,通过提取微地震事件的空间和时间信息,实现对裂缝平面的识别以及裂缝网络拓展路径的分析;并通过引入水力压裂岩石物理实验,利用实际监测获得的声发射数据以及对应的真实破裂情况的CT扫描数据,检验方法的可行性。最终结果表明,本文所提方法对主断裂有较好的识别效果,识别结果与CT扫描的真实结果吻合性较好。     

基于U-Net的井中多道联合微地震震相识别和初至拾取方法

微地震震相识别和初至拾取是水力压裂微地震监测资料处理中的两个关键步骤,其结果会对后续事件定位和压裂裂缝缝网解释产生重要影响.常规方法如STA/LTA法、模板匹配法、多道互相关法等需要提取有效信号与噪声间振幅、偏振、频率、波形相似性等方面的特征差异完成震相识别和拾取工作.本文基于深度学习技术的自动特征提取能力,根据井中微地震观测系统的多道数据源特点,提出基于U-Net的多道联合震相识别和初至拾取方法(MT-Net).方法采用具有"逐采样点"识别能力的U-Net模型,模型训练阶段以具有不同信号特征的多道微地震监测记录作为输入,以P波、S波及噪声的概率分布标签作为输出,通过设置二维卷积操作使得道内与道间的波形信息同时被自适应地学习,以满足对相邻道间波形记录处理结果高度一致性的要求;测试阶段将连续记录中的分段波形馈入模型,通过设定P波、S波概率分布曲线阈值完成单震相、双震相和噪声的波形分类,同时对含有效震相的微地震事件完成初至拾取.实际微地震资料处理结果显示,本文方法与同样基于U-Net的单道方法(ST-Net)相比,显著降低了震相识别中低信噪比事件漏拾与误拾发生的概率;同时有效避免了部分单道发生严重的初至拾取结果偏差及P、S震相误拾等情况.本文方法的识别与拾取结果整体上达到了与多道互相关法接近的水平,可满足微地震监测资料处理中实时性和准确性的要求.     

微地震监测定位精度分析

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.定位精度直接影响地下裂缝的分布特征,错误或精度不高的定位结果,必将导致对裂缝趋势的误判.文章结合理论和数值模拟方法,对初至拾取精度的影响因素进行了分析,讨论初至误差对定位精度的影响.同时结合地层岩石物理特性、射孔资料对速度模型的校正、速度各向异性、地层倾角、多段压裂等因素,分析了这些因素对精细速度模型及定位精度的影响.最后结合定位方法本身所存在的局限,探讨反演方法及方位角对定位精度的影响.通过理论及数值模拟分析表明,初至误差、速度模型精度及定位方法对定位精度有着紧密关系,并将其归类为可控误差及系统误差,通过区别对待可控误差和系统误差,可最终为高精度微地震监测定位技术的研究及应用提供指导.     

地面微地震监测速度模型优化方法研究

地层速度模型精度对水力压裂微地震事件的定位结果起着关键的作用,常规的速度建模方法是根据声波测井资料建立初始层状速度模型,根据拾取的射孔信号初至通过反演进行速度模型优化,结果受射孔信号信噪比及初至拾取误差的影响较大,不适用于地面微地震监测.为了提高地面微地震速度模型的精度,提出了将多道射孔信号的叠加能量作为目标函数,基于粒子群优化算法的地面微地震速度模型优化方法,并通过模型数据和实际数据的处理进行了验证,结果表明该方法避免了无法拾取初至或初至拾取不准对速度模型优化结果的影响,有效实现了速度模型的优化,明显提高了地面微地震监测的定位精度.     

基于波形相似特征的微地震事件初至拾取及全局校正

微地震事件初至拾取是井下微地震监测数据处理的关键步骤之一.初至误差的存在会使微地震震源定位结果产生较大偏差,进而影响后续的压裂裂缝解释.通常初至拾取过程对所有的微地震事件选择相同的特征函数并采用一致的拾取参数进行统一处理,然而当事件的能量、震源机制、传播路径以及背景噪声等存在明显差异时,所得初至拾取结果差别显著.为了提高微地震事件初至拾取标准一致性,本文提出基于波形相似特征的初至拾取及全局校正方法.该方法首先利用互相关函数对每个事件内的各道记录进行时差校正,得到初始初至信息并形成叠加道,再对所有事件的叠加道进行全局互相关得到事件间初至相对校正量,最终初至结果可以通过各个事件的初始初至信息与其相对校正量相加得到.方法将所有微地震事件初至结果作为一个整体处理,从而能够克服常规方法初至拾取标准一致性差的缺陷.实际资料处理结果表明,相比于常规方法,该方法可以有效提高事件初至拾取和定位结果的一致性.     

三维地震属性及微地震数据在致密砂岩气藏开发中的综合应用(英文)

非常规资源如页岩气和致密砂岩气的开发,要求综合利用多学科的知识,以解决诸多工程问题来获得经济产能。不同类型数据如三维地震和微地震数据所揭示出的储层非均质性能,更深入全面地揭示储层特性并优化钻井和完井程序。本文研究中,首先利用三维地震曲率属性预测了储层局部应力方向及天然裂缝闭合状态,获得了储层非均质性信息及地质力学性质;利用蚂蚁体预测了储层裂缝网络以及利用曲率和蚂蚁体结合预测了潜在的影响水力裂缝延伸的压裂屏障。其次利用三维地震获得的上述信息指导压裂方案设计及施工参数调整。最后,综合三维地震解释结果和微地震成像结果解释了压裂施工过程中出现砂堵的原因,明确了致密砂岩储层水力裂缝延伸及天然裂缝开启闭合控制因素。     

基于机器学习和台阵相关性的水力压裂微地震事件自动识别及到时拾取

利用密集台阵对水力压裂微地震进行监测将有助于优化储层压裂、揭示断层活化.为满足密集台阵海量采集数据的处理需求,本文建立了一种综合运用多种机器学习方法和台阵相关性的、无需人工干预的自动处理流程,从而能够快速得到高质量的密集台阵震相到时目录.该综合策略包括：(1)利用迁移学习在连续波形中快速检测地震事件;(2)利用U型神经网络PhaseNet自动拾取P波、S波震相;(3)利用三重线性剔除法,结合密集台阵到时相关性剔除异常到时数据和地震事件;(4)利用K-means和SVM两类机器学习算法,进一步区分发震时刻接近的多个地震事件,减小事件漏拾率.通过将该流程应用于四川盆地长宁—昭通页岩气开发区微地震监测数据,并将自动处理结果与人工拾取结果进行比对发现,二者在震级测定、定位以及走时成像结果等方面具有很好的一致性,表明本文处理流程结果精度可达到手动处理精度.本文结果为密集台阵地震监测数据的高效、高精度处理提供了新思路.     

黏弹性VTI介质微地震正演模拟与震源机制全波形反演

微地震矩张量能够描述储层岩石破坏的细节,有助于了解水力压裂储层的地质力学特征,震源机制矩张量反演对于非常规油气开发具有重要的作用.水力压裂通常在页岩油气储层中进行,震源区介质表现出速度和衰减各向异性,需要研究衰减各向异性介质中微地震信号的传播规律.基于观测到的微地震记录,通过波形反演能够获得矩张量,忽视震源区介质的衰减...     

沁水盆地南部煤层气储层压裂过程数值模拟研究

储层改造是煤层气井提高产能的重要措施,水力压裂是煤层气储层改造的重要方法.为研究煤层气储层压裂过程及其天然裂缝对煤储层压裂时破裂压力的影响,本文以山西沁水盆地南部高煤级煤矿区为研究区,运用有限元数值模拟方法,计算不同地应力条件下、裂缝处于不同位置时煤储层的破裂压力.结果表明:(1)不同类型地应力场对破裂压力的影响不同.对于均匀应力场,破裂压力随着围压的增大而增大,其增幅约为围压的两倍;对于非均匀应力场,当一个水平主应力不变时,破裂压力会随着水平主应力差的增加而减少;(2)如果地应力条件不变,煤储层破裂压力随着天然裂缝与最大水平主应力方向夹角的增加而增加,水平主应力差越大煤储层破裂压力增幅也越大;(3)在有天然裂隙的地层中进行压裂,当天然裂缝的方位不同时压裂裂缝既可能是沿着天然裂缝扩展的裂缝,也可能是压裂过程中产生的新裂缝,因此天然裂缝的方位对破裂压力具有一定的影响.     

基于微震特性的相对震级技术研究及应用

随着非常规气藏的开采开发,微地震监测成为压裂效果评估的关键技术.四川盆地非常规油气藏开采开发处于早期,井网密度极低导致在压裂井附近难以找到匹配深井作为观测井,而地面、浅井等替代观测方式面临无法有效探测微地震信号的风险.微地震事件能量弱和辐射的方向性使得观测方位预判及有效监测距离的评估成为微地震监测成败的关键因素.本文提出一种基于压裂微地震能量辐射模式和地层传播特征的相对震级计算技术,模拟微地震事件能量辐射模式及在地层传播过程中的动力学特征,达到评估微地震相对震级与检波器方位、地层传播距离的非线性关系的目的.通过理论分析和实际微地震监测资料验证,该方法能有效地解决微地震监测最佳观测方位的优选和有效传播距离的评估问题.