各向异性纵横波走时点乘定位方法及系统与流程

本发明涉及井中微地震信号处理领域，更具体地，涉及一种各向异性纵横波走时点乘定位方法及系统。
背景技术：
：井中微地震监测是微地震观测方式之一，特点是井下三分量检波器接收微地震全波场信号，相对于地面微地震监测，井中接收到的数据信噪比较高、微地震事件个数与类型较丰富。但是，由于井中微地震检波器个数有限(一般12-32级三分量井中检波器)，导致监测范围较小，用常规井中微地震定位方法容易出现不稳定、精度不高等微地震定位结果。为了解决这一难点，需开发定位精度较高的新方法。目前，井中微地震定位方法主要有两种思路：一是基于纵波、横波事件旅行时正演，代表算法有网络搜索法、模拟退火法、geiger法等，优点是容易实现，缺点是由于初至相位信号弱导致纵波、横波事件旅行时难以准确拾取，影响定位结果；第二种定位思路是基于波动方程褶积，代表算法有干涉法、逆时偏移法、被动源成像法，优点是不需要拾取事件初至，缺点是对资料信噪比、速度模型要求高、检波器个数要求较多数量，计算成本高。以上方法中，基于走时定位方法简单、实用且基于各向同性均匀介质假设，适合井中微地震事件定位处理。但是在非常规致密砂岩气、页岩气藏储层压裂微地震开发中，地层存在非均质性，属于各向异性介质，微地震纵横波走时及传播路径不同于各向同性，用目前定位方法无法满足定位精度要求。因此，有必要开发一种各向异性纵横波走时点乘定位方法及系统。公开于本发明
背景技术：
部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般
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的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。技术实现要素：本发明提出了一种各向异性纵横波走时点乘定位方法及系统，可以实现各向异性介质微地震定位处理获得更高精度的微地震事件的径向、深度分布。根据本发明的一方面，提出了一种各向异性纵横波走时点乘定位方法。所述方法可以包括：将各向异性纵波走时目标方程opjp、各向异性横波走时目标方程opjs对各向异性纵横波走时目标方程opjps点乘，建立目标方程opj；拾取射孔的纵横波走时tshoot,p、tshoot,s，根据射孔位置、声波测井纵横波速度，通过所述目标方程建立射孔目标方程，通过所述射孔目标方程对各向异性参数进行反演，获得各向异性参数优选值；拾取微地震事件纵横波走时tevent,p、tevent,s，根据所述声波测井纵横波速度、所述各向异性参数优选值，通过所述目标方程建立微地震目标方程，通过所述微地震目标方程对微地震事件进行定位反演，获取所述微地震事件的径向距离、深度距离；根据所述微地震事件的径向距离、深度距离与所述各向异性参数优选值，通过所述目标方程对所述微地震事件的径向距离、深度距离进行反演，进而获得所述微地震事件的最终定位结果及对应的修正后的各向异性参数。优选地，所述目标方程opj为：其中，tp、ts分别为拾取纵横波实际走时，tpi、tsi分别为反演纵横波走时。优选地，通过所述射孔目标方程对各向异性参数进行反演为：其中，opjshoot,p为射孔各向异性纵波走时目标方程、opjshoot,s为射孔各向异性横波走时目标方程、opjshoot,ps为射孔各向异性纵横波走时目标方程，opjshoot为射孔目标方程，tshoot,pi为射孔反演纵波走时、tshoot,si为射孔反演横波走时。优选地，获得各向异性参数优选值为：其中，ε、δ为各向异性参数。优选地，通过所述微地震目标方程对微地震事件进行定位反演为：其中，opjevent,p为微地震各向异性纵波走时目标方程、opjevent,s为微地震各向异性横波走时目标方程、opjevent,ps为微地震各向异性纵横波走时目标方程，opjevent为微地震目标方程，tevent,p为微地震事件纵波走时，tevent,s为微地震事件横波走时，tevent,pi为微地震反演纵波走时、tevent,si为微地震反演横波走时。优选地，获取所述微地震事件的径向距离、深度距离为：其中，levent为微地震事件的径向距离，zevent为微地震事件的深度距离。根据本发明的另一方面，提出了一种各向异性纵横波走时点乘定位系统，可以包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：将各向异性纵波走时目标方程opjp、各向异性横波走时目标方程opjs对各向异性纵横波走时目标方程opjps点乘，建立目标方程opj；拾取射孔的纵横波走时tshoot,p、tshoot,s，根据射孔位置、声波测井纵横波速度，通过所述目标方程建立射孔目标方程，通过所述射孔目标方程对各向异性参数进行反演，获得各向异性参数优选值；拾取微地震事件纵横波走时tevent,p、tevent,s，根据所述声波测井纵横波速度、所述各向异性参数优选值，通过所述目标方程建立微地震目标方程，通过所述微地震目标方程对微地震事件进行定位反演，获取所述微地震事件的径向距离、深度距离；根据所述微地震事件的径向距离、深度距离与所述各向异性参数优选值，通过所述目标方程对所述微地震事件的径向距离、深度距离进行反演，进而获得所述微地震事件的最终定位结果及对应的修正后的各向异性参数。优选地，所述目标方程opj为：其中，tp、ts分别为拾取纵横波实际走时，tpi、tsi分别为反演纵横波走时。优选地，通过所述射孔目标方程对各向异性参数进行反演为：其中，opjshoot,p为射孔各向异性纵波走时目标方程、opjshoot,s为射孔各向异性横波走时目标方程、opjshoot,ps为射孔各向异性纵横波走时目标方程，opjshoot为射孔目标方程，tshoot,pi为射孔反演纵波走时、tshoot,si为射孔反演横波走时。优选地，获得各向异性参数优选值为：其中，ε、δ为各向异性参数。本发明的有益效果在于：通过三个纵横波目标方程点乘方式建立目标方程，开展射孔定位分析，获得射孔位置所在地层各向异性参数，然后结合已知声波速度，利用微地震各向异性定位目标方程反演出微地震事件初始位置，最后利用目标方程对微地震事件的径向距离、深度距离、各向异性参数同时进行反演，最终获得精度更高的微地震事件定位结果。本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。附图说明通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了根据本发明的一个实施例的各向异性纵横波走时点乘定位方法的步骤的流程图。图2示出了根据本发明的一个实施例的井中微地震观测系统的侧视示意图。图3示出了根据本发明的一个实施例的基于射孔反演各向异性参数的微地震事件直接定位处理结果的示意图。图4示出了根据本发明的一个实施例的图3定位结果与微地震事件真实空间位置误差统计的示意图。图5示出了根据本发明的一个实施例的以图3为初始结果对微地震事件作层析再定位结果的示意图。图6示出了根据本发明的一个实施例的层析再定位与微地震真实空间位置误差统计的示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。图1示出了根据本发明实施例的各向异性纵横波走时点乘定位方法的步骤的流程图。在该实施例中，根据本发明实施例的各向异性纵横波走时点乘定位方法可以包括：步骤101，将各向异性纵波走时目标方程opjp、各向异性横波走时目标方程opjs、各向异性纵横波时差目标方程opjps点乘，建立目标方程opj；步骤102，拾取已知射孔的纵波走时tshoot,p和横波走时tshoot,s，根据射孔位置、声波测井纵横波速度，通过目标方程建立射孔目标方程，通过射孔目标方程对各向异性参数进行反演，获得射孔位置所在地层各向异性参数；步骤103，拾取微地震事件纵波走时tevent,p和横波走时tevent,s，根据声波测井纵横波速度，将射孔位置所在地层各向异性参数作为微地震事件所在地层各向异性参数的初始值，通过目标方程建立微地震各向异性定位目标方程，对微地震事件空间位置进行定位反演，获取微地震事件的初始径向距离、初始深度距离；以及步骤104，根据微地震事件的初始径向距离、初始深度距离与射孔位置所在地层各向异性参数设定参数优选范围，在参数优选范围内，通过目标方程对微地震事件的径向距离、深度距离、各向异性参数同时进行反演，进而获得微地震事件的最终定位结果及修正后的各向异性参数。在一个示例中，目标方程opj为：其中，tp、ts分别为拾取纵横波实际走时，tpi、tsi分别为反演纵横波走时。在一个示例中，射孔目标方程opjshoot为：其中，opjshoot,p为射孔各向异性纵波走时目标方程、opjshoot,s为射孔各向异性横波走时目标方程、opjshoot,ps为射孔各向异性纵横波时差目标方程，tshoot,pi为射孔反演纵波走时、tshoot,si为射孔反演横波走时。在一个示例中，通过公式(3)对射孔位置所在地层各向异性参数进行反演：其中，ε、δ为射孔位置所在地层各向异性参数。在一个示例中，微地震各向异性定位目标方程opjevent为：其中，opjevent,p为微地震各向异性纵波走时目标方程、opjevent,s为微地震各向异性横波走时目标方程、opjevent,ps为微地震各向异性纵横波时差目标方程，tevent,pi为微地震反演纵波走时、tevent,si为微地震反演横波走时。在一个示例中，通过公式(5)对微地震事件空间位置进行定位反演，获取所述微地震事件的初始径向距离、初始深度距离：其中，levent为微地震事件的径向距离，zevent为微地震事件的深度距离。在一个示例中，通过公式(6)对微地震事件的径向距离、深度距离、各向异性参数同时进行反演，获得微地震事件的最终定位结果及修正后的各向异性参数：在一个示例中，参数优选范围包括：径向距离优选范围[l0-δl,l0+δl]，深度距离优选范围[z0-δz,z0+δz]，各向异性参数ε优选范围[ε0-δε,ε0+δε]，各向异性参数δ优选范围[δ0-δδ,δ0+δδ]，其中l0、z0分别表示所述微地震事件的初始径向距离、初始深度距离，ε0、δ0分别表示射孔位置所在地层各向异性参数，δl表示径向距离偏移值，δz表示深度距离偏移值，δε表示各向异性参数ε偏移值，δδ表示各向异性参数δ偏移值。各个偏移值可根据实际需要来设定。具体地，根据煤层气、页岩气等非常规微地震监测需要，井中微地震定位方法须考虑地层各向异性对纵横波走时影响，消除或减少微地震事件定位不稳定性、不准确。因此，将各向异性纵波走时定位方程、各向异性横波定位方程、各向异性纵横波走时差值定位方程三者之间点乘，建立具有高敏感性的定位方法；然后利用新定位方法，开展射孔定位分析，获得射孔位置所在地层各向异性参数，同时利用该参数，对微地震事件直接进行定位处理，获得微地震事件初始空间位置；最后，利用层析思路，利用目标方程对微地震事件的水平径向距离、深度距离、各向异性参数同时进行反演，反演出精度更高的微地震事件定位结果。由各向异性纵波走时目标方程opjp、各向异性横波走时目标方程opjs、各向异性纵横波走时目标方程opjps三者点乘，建立目标方程为公式(1)，目标方程opj是射孔或微地震事件空间位置(径向l、深度z)、各向异性参数(ε、δ)、纵横波速度(vp0、vs0)相关函数，即有6个自变量。将拾取的已知射孔的纵波走时tshoot,p和横波走时tshoot,s作为实际观测值，结合已知声波测井纵横速度、已知射孔空间位置，代入公式(1)，建立射孔目标方程为公式(2)，通过公式(3)，通过射孔目标方程对各向异性参数进行反演，获得射孔位置所在地层各向异性参数。具体地，可利用最小二乘法或网格搜索法求解公式(3)，获得使反演出的射孔纵横波走时无限接近实际观测值的各向异性参数优选值，即为射孔位置所在地层各向异性参数。将拾取的微地震事件纵波走时tevent,p和横波走时tevent,s作为实际观测值，结合已知声波测井纵横速度，将射孔位置所在地层各向异性参数作为微地震事件所在地层各向异性参数的初始值，代入公式(1)，建立微地震各向异性定位目标方程为公式(4)，利用公式(5)，通过微地震各向异性定位目标方程对微地震事件进行反演，，获取微地震事件的初始径向距离、初始深度距离。具体地，可利用最小二乘法或网格搜索法求解公式(5)，当反演出的微地震事件纵横波走时与观测值之间误差最小时，输出对应的微地震事件的初始径向距离和初始深度距离，进而获得微地震事件的空间位置。由于微地震事件所在位置各向异性参数与射孔所在位置各向异性参数可能存在细微差异，这种差异导致用射孔各向异性参数进行微地震事件定位，其结果可能会存在一定误差。为了解决这种问题，利用层析思路，求解微地震事件具体表达式opjevent。不同的是，除了反演微地震事件空间位置所对应的径向距离l、深度距离z之外，同时反演微地震事件各向异性参数ε、δ，即通过公式(6)对微地震事件的径向距离、深度距离、各向异性参数同时进行反演，获得微地震事件的最终定位结果及修正后的各向异性参数：具体地，可利用最小二乘法或网格搜索法来求解公式(6)，具体过程为：在参数优选范围内，针对微地震事件，利用微地震空间网格反演对应的微地震事件径向距离、深度距离，相应地射线追踪正演出纵横波初至走时，带入公式(4)，计算走时误差；寻找所有可能误差中的最小值，此时对应的微地震事件空间位置与各向异性参数，即为微地震事件的最终定位结果及修正后的各向异性参数。本方法可以实现各向异性介质微地震定位处理获得更高精度事件的径向、深度分布。实施例为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。图2示出了根据本发明的一个实施例的井中微地震观测系统的侧视示意图，其中，三角形表示射孔，菱形表示检波器，圆形表示微地震事件。本次井中微地震观测例子为14级井下检波器监测微地震信号、1个已知射孔信号与21个事件信号，其观测系统径向、深度坐标几何关系如图2所示，其中表1为不同震源点位置对应的各向异性参数ε、δ。利用已有高精度射线追踪算法，根据图2观测方式与各向异性参数表1正演出每个震源点达到检波器的纵横波走时，作为已知观测值来开展本发明反演输入走时真实值。本发明不考虑横向变化速度影响，即vti介质，另外，声波测井提供纵横波垂向速度作为已知输入。表1根据步骤102，反演出射孔位置所在地层各向异性参数。具体操作时，各向异性参数ε范围选取[0，0.7]，且精度要求是0.003，各向异性参数δ范围选取[-0.1，0.1]，且精度要求是0.001，通过公式(3)求解，各向异性参数反演结果如表2所示。可以看出，反演值与真实值之间误差非常小，有利于下一步微地震事件定位处理。表2射孔各向异性参数ε各向异性参数δ真实值0.255-0.05本发明反演值0.253-0.051图3示出了根据本发明的一个实施例的基于射孔反演各向异性参数的微地震事件直接定位处理结果的示意图，其中，三角形表示射孔，菱形表示检波器，圆形表示事件。图4示出了根据本发明的一个实施例的图3定位结果与微地震事件真实空间位置误差统计的示意图。将射孔位置所在地层各向异性参数作为输入，以微地震事件纵横波真实走时为观测对象，直接对微地震事件进行纵横波走时点乘定位处理。通过求解公式(5)，寻找事件最佳空间位置，使得对应的纵横波走时最接近真实值，将此时最佳位置作为微地震事件初始定位结果。如图3所示，基于射孔定位分析出的各向异性参数相对于微地震事件纵横波走时点乘定位结果存在一定的误差，如图4所示为反演值与表1真实值对比，其中对应绝对值dlx为径向误差，dzx为深度误差，说明不同位置各向异性参数差异性会引起一定程度定位误差，特别是径向上。图5示出了根据本发明的一个实施例的以图3为初始结果对微地震事件作层析再定位结果的示意图，其中，三角形表示射孔，菱形表示检波器，圆形表示事件。为了进一步提高定位精度，在上一步获得的初步定位结果基础上，再次利用微地震各向异性定位目标方程opjevent，采用层析思路，求解公式(6)，即以初始结果为中心，给径向+/-25米范围、深度+/-10米范围且精度为1米，给各向异性参数ε+/-0.3范围、各向异性参数δ+/-0.05范围且精度为0.001，同时反演微地震事件空间位置与各向异性参数，直至纵横波走时误差进一步减小且无限接近观测真实值，从而最终实现微地震事件精确定位，如图5所示。图6示出了根据本发明的一个实施例的层析再定位与微地震真实空间位置误差统计的示意图。对比图4可以看出，径向、深度定位误差进一步减少了，验证了本发明可以实现各向异性介质微地震定位处理获得更高精度事件径向、深度分布。综上所述，本发明可以实现各向异性介质微地震定位处理获得更高精度事件的径向、深度分布。根据本发明的实施例，提供了一种各向异性纵横波走时点乘定位系统，可以包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：将各向异性纵波走时目标方程opjp、各向异性横波走时目标方程opjs、各向异性纵横波时差目标方程opjps点乘，建立目标方程opj；拾取已知射孔的纵波走时tshoot,p和横波走时tshoot,s，根据射孔位置、声波测井纵横波速度，通过所述目标方程建立射孔目标方程，通过所述射孔目标方程对各向异性参数进行反演，获得射孔位置所在地层各向异性参数；拾取微地震事件纵波走时tevent,p和横波走时tevent,s，根据所述声波测井纵横波速度，将射孔位置所在地层各向异性参数作为微地震事件所在地层各向异性参数的初始值，通过所述目标方程建立微地震各向异性定位目标方程，对微地震事件空间位置进行定位反演，获取所述微地震事件的初始径向距离、初始深度距离；根据所述微地震事件的初始径向距离、初始深度距离与射孔位置所在地层各向异性参数设定参数优选范围，在所述参数优选范围内，通过所述目标方程对微地震事件的径向距离、深度距离、各向异性参数同时进行反演，进而获得微地震事件的最终定位结果及修正后的各向异性参数。在一个示例中，所述目标方程opj为：其中，tp、ts分别为拾取纵横波实际走时，tpi、tsi分别为反演纵横波走时。在一个示例中，所述射孔目标方程opjshoot为：其中，opjshoot,p为射孔各向异性纵波走时目标方程、opjshoot,s为射孔各向异性横波走时目标方程、opjshoot,ps为射孔各向异性纵横波时差目标方程，tshoot,pi为射孔反演纵波走时、tshoot,si为射孔反演横波走时。在一个示例中，通过公式(3)对射孔位置所在地层各向异性参数进行反演：其中，ε、δ为射孔位置所在地层各向异性参数。在一个示例中，所述微地震各向异性定位目标方程opjevent为：其中，opjevent,p为微地震各向异性纵波走时目标方程、opjevent,s为微地震各向异性横波走时目标方程、opjevent,ps为微地震各向异性纵横波时差目标方程，tevent,pi为微地震反演纵波走时、tevent,si为微地震反演横波走时。在一个示例中，通过公式(5)对微地震事件空间位置进行定位反演，获取所述微地震事件的初始径向距离、初始深度距离：其中，levent为微地震事件的径向距离，zevent为微地震事件的深度距离。在一个示例中，通过公式(6)对微地震事件的径向距离、深度距离、各向异性参数同时进行反演，获得微地震事件的最终定位结果及修正后的各向异性参数：在一个示例中，所述参数优选范围包括：径向距离优选范围[l0-δl,l0+δl]，深度距离优选范围[z0-δz,z0+δz]，各向异性参数ε优选范围[ε0-δε,ε0+δε]，各向异性参数δ优选范围[δ0-δδ,δ0+δδ]，其中l0、z0分别表示所述微地震事件的初始径向距离、初始深度距离，ε0、δ0分别表示射孔位置所在地层各向异性参数，δl表示径向距离偏移值，δz表示深度距离偏移值，δε表示各向异性参数ε偏移值，δδ表示各向异性参数δ偏移值。以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。当前第1页12