一种适用于水力压裂微震震源定位的方法与流程

技术特征：

1.一种适用于水力压裂微震震源定位的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)建立微震监测的观测系统，其中坐标和线道号参数通过现场获取，同时利用常规声波测井或全波列测井得到声波资料和密度曲线，结合测井资料在层状介质假设下构建初始速度模型；

(2)在建立微震监测的观测系统后，分析研究区域地层条件和射孔记录，根据背景干扰频率低、微震信号频率高、持续时间短的特点确定背景干扰和微震信号，对压裂过程中的记录进行常规的预处理，然后采用频率域滤波进行压噪处理，最后用长短时窗能量比法对去噪后有效微震信号进行初步波形识别；

(3)根据确定的射孔位置和时间，采用人工干预方法识别射孔记录，利用初至自动拾取和人机交互方法对直达纵横波的初至走时进行拾取，在步骤(1)构建的初始速度模型约束下改变每层的厚度和速度，对速度模型进行校正；而其他在压裂过程中被记录识别到的有效事件用于震源的反演定位，利用同样的方式获取纵横波初至走时；

(4)在利用纵波走时的基础上，由测井获取得到了横波速度，此时加入横波走时信息，结合校正后的速度模型，利用纵波走时和横波走时同时约束进行微震震源定位，反演采用全局搜索和局部搜索相结合的方法，包括：

①根据水力压裂段的位置坐标，确定震源定位搜索范围；

②初始化震源参数，输入检波器坐标和步骤(3)中拾取到的纵横波走时信息，在搜索范围内，随机产生一个点作为反演初始震源点，并正演计算纵波走时和横波走时，公式如下：

式中，m表示检波器(x_m+1,y_m+1,z_m+1)和假设震源点(x₀,y₀,z₀)与建立地层模型交点个数，(x_i,y_i,z_i)(i～m)为上述交点的空间坐标，v_i表示射线段对应的地层横波或者纵波速度；

③建立并计算目标函数：

式中，Ts_cal(i)、Tp_cal(i)分别为根据已知模型和②中假设点正演计算得到的横波走时和纵波走时，Ts_obs(i)、Tp_obs(i)分别为通过步骤(3)获取到的各检波器对应的横波和纵波时间值，n为检波器个数，在目标函数中加入横波信息可以提高定位结果的精度；

④然后判断根据公式(2)计算的目标函数值是否满足预先给定的精度，如果满足，则转到⑦，否则，进入下一步；

⑤设定模拟退火搜索迭代终止条件，采用能找到全局极小值的模拟退火法进行全局搜索，利用公式(1)计算走时，利用式(2)计算目标函数，每次迭代过程中都判断是否满足模拟退火终止条件，如果满足，则进入下一步；

⑥设定模式搜索算法的迭代终止条件，以模拟退火的输出结果为初始输入模型，然后用模式搜索算法进行局部搜索，采用基于正交基的模式搜索法，模式为：

P_k＝BC_k (3)

式中，k表示迭代次数，B为模式的基矩阵，为一非奇异矩阵，C_k为一个生成矩阵，P_k为计算得到的模式矩阵,通过当前点和模式计 算新的搜索点的目标函数值，如果新搜索值的目标函数小于前面所有点的目标函数，则通过(3)式重新修改模式，继续新的搜索，直到进行完所有的模式搜索，最后判断定位结果精度是否满足，如果满足，则进入⑦，否则，返回到步骤⑤中，重新进行全局搜索；

⑦定位结果是否满足实际地质条件，如果满足，则输出微震震源位置。

2.根据权利1要求所述的适用于水力压裂微震震源定位的方法，其特征在于步骤(4)确定震源定位搜索范围为：深度范围选取上下100米，而平面范围为400米。

3.根据权利1或2要求所述的适用于水力压裂微震震源定位的方法，其特征在于：步骤(1)所述的测井资料利用已有的常规声波测井得到声波资料。

4.根据权利1或2要求所述的适用于水力压裂微震震源定位的方法，其特征在于：步骤(2)所述的射孔记录为采用聚能器进入井眼预定层位进行爆炸开孔让井下地层内流体进入孔眼时仪器记录到的振幅强的微震信号；步骤(2)中采用的压噪处理为带通滤波算法。

5.根据权利1或2要求所述的适用于水力压裂微震震源定位的方法，其特征在于：步骤(3)中初至自动拾取为长短时窗比和基于信息准则AIC相结合的方法。

6.根据权利5要求所述的适用于水力压裂微震震源定位的方法，其特征在于长短时窗比的方法为：

式中，STA_i和LTA_i分别表示微震信号在i个采样点的短时平均值和长时平均值，CF(i)为记录在i时刻的特征函数值，N_sta和N_lta分别表示为短时平均时窗和长时平均时窗所包含的记录点数；

AIC的拾取方法为：

A(i)＝ilg{var(x[1,i])}+(N-i-1)lg{var(x[i+1,N])} (5)

式中，A(i)为要求的值，用于判断信号到达的初至。var(x[1,i])表示信号从第一个采样点到第i个采样点的方差，N表示选取信号的总采样点数。

7.根据权利1或2要求所述的适用于水力压裂微震震源定位的方法，其特征在于：步骤(4)的横波速度从全波列测井、偶极横波测井或者研究区域经验公式获得。

8.根据权利要求7所述的适用于水力压裂微震震源定位的方法，其特征在于：步骤(4)的正演计算纵波走时和横波走时采用迭代法射线追踪算法是，首先根据检波器、震源和地层关系，假定初始射线路径；然后利用费马原理推导出线性方程组的系数值，设定迭代终止条件，最后通过求解线性方程组，不断迭代计算节点，直到满足终止条件。