一种微地震监测中的井中检波器水平分量定向方法
【专利摘要】本发明公开了一种微地震监测中的井中检波器水平分量定向方法，包括：获取地震纵波初至波形；将分量记录与分量均值进行波形互相关，保留相关系数大于0.8的分量记录；采用前、后时窗滑动能量比识别直达纵波初至起跳时刻，在以初至起跳点为中心的2或3个周期时间内，读取逐个采样点对应的X、Y、Z坐标分量随时间变化的振幅值，绘制质点振动轨迹曲线三维图；搜寻局部极大值，得到空间曲线的包络面，包络面内径向最大值为实际纵波传播方向；在相对坐标系中，实际纵波传播方向在水平面的投影和地面震源点至井中检波器方向在水平面投影的夹角为井中检波器水平分量旋转角，地面震源点至井中检波器方向的水平分量与水平分量旋转角之和为三分量方位角。
【专利说明】-种微地震监测中的井中检波器水平分量定向方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微地震监测领域，尤其设及一种微地震井中监测检波器水平分量定向 技术，具体的讲是一种已知地面激发震源和井中检波器位置，在一定视窗内利用微地震质 点振动轨迹曲线包络径向最大值指示纵波的传播方向与地面震源点与检波器连线方向夹 角为检波器水平分量旋转角，确定随机出现检波器的两个水平分量方位的方法。
【背景技术】
[0002] 微地震监测通过观测、分析微小地震，确定释放能量的破裂事件空间位置。在井中 监测中，需要已知检波器水平分量具体方位，Z分量一般都是竖直向下的，由于检波器都是 通过电缆软连接，在下降到达目的层位置的过程中，多种原因会使各检波器会出现不同程 度的旋转，两个水平分量X、Y是随机变化的。
[0003] 通常，利用压裂井储层段射孔弹或导爆索等激发地震波，确定检波器的水平分量 方位。但是，许多水力压裂施工采用投球射孔方式、喷沙射孔或裸眼井不射孔等，无法利用 井中已知激发源进行检波器水平分量定位，故此时需要在地面进行可控震源、重键或炸药 辅助激发，确定井中各检波器水平分量的方位。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是在没有较好的井中激发源的情况下，提供一种基于地面激发源的微 地震监测的井中检波器水平分量定向方法。
[0005] 为了达到上述目的，本发明实施例提供一种微地震监测中的井中检波器水平分量 定向方法，所述方法包括；地面激发点激发地震纵波，利用井中检波器获取起跳清晰的地震 纵波初至波形；将每个井中检波器分量记录与全部井中检波器分量均值进行波形互相关， 保留相关系数大于0. 8的分量记录；根据保留的分量记录，采用前、后时窗滑动能量比识别 直达地震纵波初至起跳时刻，在W所述地震纵波初至起跳时刻为中屯、的2或3个周期时间 内，读取逐个采样点对应的X、Y、Z坐标分量随时间变化的振幅值，根据X、Y、Z坐标分量随 时间变化的振幅值，绘制质点振动轨迹曲线=维图；在所述质点振动轨迹曲线=维图中，捜 寻X、Y、Z坐标振动轨迹的局部极大值，得到空间曲线的包络面，所述包络面内径向最大值 为实际纵波传播方向；在相对坐标系中，所述实际纵波传播方向在水平面的投影和地面震 源点至井中检波器方向在水平面投影的夹角为井中检波器水平分量旋转角，所述地面震源 点至井中检波器方向的水平分量与所述井中检波器水平分量旋转角之和为井中检波器的 =分量方位角。
[0006] 本发明实施例的微地震监测中的井中检波器水平分量定向方法，可W很好的确定 微地震井中监测的检波器水平分量，并且使用方便简洁，运算效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可W根 据该些附图获得其他的附图。
[000引图1为本发明实施例的微地震监测中的井中检波器水平分量定向方法的方法流 程图；
[0009] 图2为本发明实施例的微地震地面震源激发示意图；
[0010] 图3为本发明具体实施例中的微地震地面S个震源的位置图；
[0011] 图4为井中检波器^分量的质点振动轨迹曲线图；
[0012] 图5为利用井中导爆索验证地面震源确定检波器=分量方位结果的正确性的示 意图。
【具体实施方式】
[0013] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0014] 本发明是微地震井中监测施工中，由于没有不能进行射孔作业或其它井中激发效 果不理想的情况下，进行地面激发确定井中检波器的=分量方位，采用微地震纵波初至起 跳一定时间内质点振动轨迹包络径向最大值指示纵波的传播方向与地面震源点与检波器 连线方向夹角为检波器水平分量旋转角，与已知地面震源与检波器连线方向分解的水平分 量方位和得到检波器的两个水平分量方位的方法。
[0015] 图1为本发明实施例的微地震监测中的井中检波器水平分量定向方法的方法流 程图。如图1所示，本实施例的方法包括：
[0016] 步骤S101，地面激发点激发地震纵波，利用井中检波器获取起跳清晰的地震纵波 初至波形；
[0017] 步骤S102,将每个井中检波器Z分量记录与全部井中检波器Z分量均值进行波形 互相关，保留相关系数大于0. 8的分量记录；
[0018] 步骤S103,根据保留的分量记录，采用前、后时窗滑动能量比识别直达地震纵波初 至起跳时刻，在W地震纵波初至起跳时刻为中屯、的2或3个周期时间内，读取逐个采样点对 应的X、Y、Z坐标分量随时间变化的振幅值，根据X、Y、Z坐标分量随时间变化的振幅值，绘 制质点振动轨迹曲线S维图；
[0019] 步骤S104,在质点振动轨迹曲线S维图中，捜寻X、Y、Z坐标振动轨迹的局部极大 值，得到空间曲线的包络面，包络面内径向最大值为实际纵波传播方向Preal ;
[0020] 步骤S105,在相对坐标系中，实际纵波传播方向Preal在水平面的投影和地面震 源点至井中检波器方向Ptheory在水平面投影的夹角为井中检波器水平分量旋转角0， Ptheory的水平分量与0之和为井中检波器的S分量方位角
[0021] 进一步的，该方法选择至少两个不同位置的地面激发点进行地面激发，求取平均 值作为最终的井中检波器的=分量方位角。
[0022] 进一步的，该方法还包括：
[0023] 在地面震源激发前，记录至少10分钟的背景噪声；
[0024] 在地面震源激发时，利用仪器记录清晰的井中检波器串接收的振动信号；
[0025] 计算地面震源点与井中检波器的直线距离，利用地震纵波初至波形计算视速度， 计算获得理论到时与实际旅行时并比较获得差值；
[0026] 根据背景噪声及差值，确认该振动是来自地面激发位置，并非噪声干扰；
[0027] 具体的，如果振动信号第一个周期能量是续至波其余能量的一倍W上，第一周期 能量越大越好，且续至波振幅呈减小趋势；振动信号初至起跳前后，振动信号与背景噪声的 信噪比应超过2,且半周期内波形单峰光滑，初至起跳处与起跳前近似垂直。
[002引本发明实施例的微地震监测中的井中检波器水平分量定向方法，可W很好的确定 微地震井中监测的检波器水平分量，并且使用方便简洁，运算效率高。
[0029] 利用井中=分量检波器接收到地面已知位置激发的地震波，即已知纵波的传播方 向（地面激发源至各检波器），选择初至起跳清晰的纵波波形记录，进行Z分量记录互相关 运算，保留相关系数大于0. 8的=分量波形记录；W初至起跳点为中屯、的2-3个周期时间 内，绘制质点振动轨迹曲线S维图；捜寻振动曲线的包络面内径向最大值方向即为实际纵 波传播方向Preal ;实际纵波传播方向Preal在水平面的投影和地面震源点至检波器方向 Ptheory在水平面投影的夹角为检波器水平分量旋转角0，Ptheory的水平分量与0之和 是井中检波器的=分量方位角。
[0030] 本发明具体步骤包括：
[0031] 1)将电缆连接的=分量检波器下到监测井的预定位置，假设距离地面为以如图2 所示；
[0032] 2)在地面距离监测井（直井）井口约L/2?L处激发地震纵波，激发能量W井中 各检波器清晰读取初至波形为要求；
[0033] 3)将各检波器Z分量记录与所有检波器Z分量均值记录进行波形互相关计算，保 留相关系数大于0. 8的S分量波形记录；
[0034] 4)采用前、后时窗滑动能量比识别直达波纵波初至起跳时刻，在W初至起跳点为 中屯、的2-3个周期时间内，逐个采样点读取X、Y、Z分量随时间变化的振幅值，根据X、Y、Z 坐标分量随时间变化的振幅值，绘制质点振动轨迹曲线=维图；
[003引 W捜寻振动轨迹X、y、Z的局部极大值，得到空间曲线的包络面，包络面内径向最 大值为实际纵波传播方向Preal ;
[0036] 6)在北、东、深度坐标系中，实际纵波传播方向Preal在水平面的投影和地面震源 点至检波器方向Ptheory在水平面投影的夹角为检波器水平分量旋转角0，Ptheory的水 平分量与0之和是井中检波器的=分量方位角。
[0037] 7)为了准确的定位检波器=分量，建议在地面至少2个不同位置进行激发，重复 1)?6)步骤。
[003引本发明可W很好的确定微地震井中监测的检波器水平分量，并且同时使用方便简 洁，运算效率高。
[0039] 具体实施例；
[0040] 12级检波器排列下入监测井1130-1240m处，压裂井位裸眼压裂不进行射孔作业， 在地面60°、120°、320° =个方位用人工可控震源进行地面炮作业求取检波器方位。为了 验证地面震源求取方位的准确性，在监测井180°方位的井下1200m处进行导爆索作业，如 图3所示。
[0041] 本具体实施例的具体步骤包括：
[00创 1)将电缆连接的S分量检波器下到监测井1130-1240m处。
[0043] 2)在地面距离监测井（直井）井口约1km的S各方位处激发地震纵波，激发能量 W井中各检波器清晰读取初至波形为要求。
[0044] 3)将各检波器Z分量记录与所有检波器Z分量均值记录进行波形互相关计算，保 留相关系数大于0. 8的S分量波形记录。
[0045] 4)采用前、后时窗滑动能量比识别直达波纵波初至起跳时刻，在W初至起跳点为 中屯、的2-3个周期时间内，逐个采样点读取X、Y、Z分量随时间变化的振幅值，根据X、Y、Z 坐标分量随时间变化的振幅值，绘制质点振动轨迹曲线=维图；
[0046] 如图4所示，是W初至起跳点为中屯、的1个周期时间内，绘制的质点振动轨迹曲 线S维图，其中，炬）部分为X、Y、ZS分量波形，（A)部分为质点空间运动轨迹，（A1)部分、 (A2)部分、（A3)部分分别为YX、ZX、ZY方向的轨迹图。
[0047] 5)捜寻振动轨迹X、y、Z的局部极大值，得到空间曲线的包络面，包络面内径向最 大值为实际纵波传播方向Preal。
[0048] 6)在北、东、深度坐标系中，实际纵波传播方向Preal在水平面的投影和地面震源 点至检波器方向Ptheory在水平面投影的夹角为检波器水平分量旋转角0，Ptheory的水 平分量与0之和是井中检波器的=分量方位角。
[0049] 7)为了准确的定位检波器立分量，在地面3个不同位置进行激发，重复1)?6)步 骤，综合确定检波器=分量方位，如下表1所示。
[0化日]表1地面炮定位检波器方位
[0化1]
【权利要求】
1. 一种微地震监测中的井中检波器水平分量定向方法，其特征在于，所述方法包括： 地面激发点激发地震纵波，利用井中检波器获取起跳清晰的地震纵波初至波形； 将每个井中检波器分量记录与全部井中检波器分量均值进行波形互相关，保留相关系 数大于0. 8的分量记录； 根据保留的分量记录，采用前、后时窗滑动能量比识别直达地震纵波初至起跳时刻，在 以所述地震纵波初至起跳时刻为中心的2或3个周期时间内，读取逐个采样点对应的X、Y、 Z坐标分量随时间变化的振幅值，根据X、Y、Z坐标分量随时间变化的振幅值，绘制质点振动 轨迹曲线三维图； 在所述质点振动轨迹曲线三维图中，搜寻X、Y、Z坐标振动轨迹的局部极大值，得到空 间曲线的包络面，所述包络面内径向最大值为实际纵波传播方向； 在相对坐标系中，所述实际纵波传播方向在水平面的投影和地面震源点至井中检波器 方向在水平面投影的夹角为井中检波器水平分量旋转角，所述地面震源点至井中检波器方 向的水平分量与所述井中检波器水平分量旋转角之和为井中检波器的三分量方位角。
2. 根据权利要求1所述的微地震监测中的井中检波器水平分量定向方法，其特征在 于，选择至少两个不同位置的地面激发点进行地面激发，求取平均值作为最终的井中检波 器的三分量方位角。
【文档编号】G01V1/40GK104502976SQ201410837843
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】储仿东, 李彦鹏, 徐刚, 容娇君, 李飞, 刘腾蛟, 刘博 , 衡峰 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司