微地震散射波结构成像

发布时间：2020-09-11 17:27

　　水力压裂是一种有效的非常规油气开发工程技术,通过在目标储层产生裂缝以改善低渗透性储层,可以更有效地从储层中采收油气。在水力压裂过程中,高压流体通过压裂井注入到储层中,地下应力状态发生改变,进而诱发微地震事件,微地震事件则可能被安置在地表或监测井中的地震台站记录下来。对检测到的微地震事件进行定位,并且根据其分布可以用来评估诱发裂缝的发育情况和储层改造体积。通常认为,检测到的事件越完整,对微地震事件的定位越准确,则越有利于准确评估地下裂缝网络的发育情况以及储层改造体积。但是由于微震信号能量弱,很难完备地检测到微震信号,而且在某些情况下裂缝的产生不一定会伴随微地震的产生,因此只根据微地震事件的分布来描述水力压裂造成的裂缝区域存在偏差。对于压裂产生的裂缝,它们对入射地震波来说是一个强散射体。基于此,本论文提出了一种表征压裂产生裂缝分布的新方法,即利用微地震事件波形中的散射波进行逆时偏移,从而直接对裂缝区域进行成像。对于多级水力压裂系统,前面压裂段诱发产生的裂缝,可以充当后续压裂产生微地震波场的强散射体,因此后段压裂诱发的微震事件的波形则可能包含前段裂缝引起的散射波。因此,对某段压裂的微地震波形进行逆时偏移成像,通过对波形中强散射波进行成像,则可以描述前段压裂诱发的裂缝以及天然存在的裂缝。基于一个井下微地震监测系统,发展了基于声波方程的井下微地震逆时偏移算法并基于正演模型进行了算法的验证。微地震逆时偏移的成像结果不仅会受到微地震监测系统的影响,也可能受到周围地下结构的成像干扰,从而无法较好的照明目标裂缝区域。因此,本论文提出基于染色算法的针对目标成像的微地震逆时偏移算法。通过对目标成像区域进行染色标记,可以创建一个仅与被标记的地下结构及其周围结构有关的虚波场,从而获得一个仅与被标记结构及其周围结构有关的成像结果,实现改善目标压裂段的成像照明情况,提高目标区域的成像效果。上述发展的微地震偏移成像算法基于声波波动方程,需要对台站接收到的波场进行反传和对震源产生的波场进行正传,通过P波或者S波的波形互相关为成像条件对地下结构进行成像,因此在某种程度上受震源函数和辐射花样的影响。为了消除震源对成像结果的影响,本论文进一步发展了基于弹性波动方程的微地震逆时成像算法,只对台站记录的波形沿着时间反方向传播,并对分离的P、S波场实施成像条件就可以实现。这种基于逆时成像的算法不需要知道微震的位置、震源函数和震源机制,可以确定微震的位置和结构。为了提高成像的分辨率,本论文提出分组成像条件来提高成像的能量聚焦。与自相关/互相关成像条件相比,分组成像条件能够较好的压制空间采样不足造成的成像噪声,也能更好的适应稀疏的台站分布。与几何平均成像条件相比,分组成像条件对台站数据的要求更低,不容易产生不稳定的成像结果,更适合实际地震数据处理。论文基于合成和实际数据,进行了算法的测试,发现基于分组成像条件的微地震成像算法,一方面可以对微震进行定位,另一方面也可以对结构进行成像。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE357.1
【部分图文】：

波场,快照,台站,微地震

逦０．３逦０．６逦０．９逦１．２逦１．５逡逑Ｘ（ｋｍ）逡逑图２．１二维井中微地震监测的观测系统与Ｐ波速度模型。Ｐ波背景速度为４２００ｍ／ｓ，逡逑在Ｘ邋＝邋１０００邋ｍ处有断裂带，断裂带设置为比背景速度低１５％的低速异常。监测井位于Ｘ邋＝逡逑４４５米处，井中安置３６级检波器，在深度上自Ｚ＝９７５邋ｍ分布到Ｚ＝２０２５邋ｍ，检波器间距为逡逑３０ｍ，由白色三角形表示。８个微地震事件分别位于（８５０邋ｍ，邋２１２０邋ｍ），邋（８５０邋ｍ，邋１９７５邋ｍ），邋（８５０逡逑ｍ，邋２２６０邋ｍ），邋（８６２邋ｍ，邋２０４８邋ｍ），邋（８６２邋ｍ，邋２１７０邋ｍ），邋（８３０邋ｍ，邋２１０７邋ｍ），邋（８４３邋ｍ，邋２０４１邋ｎｒ）和（８４２邋ｍ，逡逑２２３５邋ｍ），用白色星号表示。逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑。．２５逡逑３０－５邋－ｆ＇逡逑Ｉ逡逑０逦０．３逦０．６逦０．９逦１．２逦１．５逦０逦５逦１０逦１５逦２０逦２５逦３０逦３５逡逑Ｘ（ｋｍ）逦Ｒｅｃｅｉｖｅｒ邋ｎｕｍｂｅｒ逡逑图２．２位于（８５０ｍ，邋１９７５ｍ）的地震事件的Ｐ波波场快照与台站记录。（ａ）通过有限差逡逑分法正演Ｐ波波场在传播了邋ｔ邋＝邋０．１７８６ｓ时的波场快照。（ｂ）井中３６级检波器的记录，时逡逑间采样间隔为０．５９５ｍｓ。模型设置如图２．１所示。逡逑１３逡逑

模型图,微地震,波场,波速度

Ｘ（ｋｍ）逦Ｒｅｃｅｉｖｅｒ邋ｎｕｍｂｅｒ逡逑图２．２位于（８５０ｍ，邋１９７５ｍ）的地震事件的Ｐ波波场快照与台站记录。（ａ）通过有限差逡逑分法正演Ｐ波波场在传播了邋ｔ邋＝邋０．１７８６ｓ时的波场快照。（ｂ）井中３６级检波器的记录，时逡逑间采样间隔为０．５９５ｍｓ。模型设置如图２．１所示。逡逑１３逡逑

逆时偏移,成像,叠后,传感器

逦０．３逦０．６逦０．９逦１．２逦１．５逡逑Ｘ（ｋｍ）逡逑图２．４叠后成像结果。将图２．３所示的８个事件的逆时偏移成像结果归一化并且叠加逡逑得到叠后成像结果。逡逑（ａ）逡逑０逦—ｒ—，邋ｉｉ１逡逑0．６邋１０－６逡逑0．９逦０４逡逑：：：Ｂ邋＿邋ｎ邋：：逡逑０逦０．３逦０．６逦０．９逦１．２逦１．５逡逑Ｘ（ｋｍ）逡逑（ｂ）逡逑０邋卜二＿＊＇＇—ｎｉ１逡逑ｏ．３逦Ｉ邋°－８逡逑。６邋■。６逡逑！；：｜＾Ｈ：：逡逑￡卜逡逑壚邋Ｔ邋＊逦Ｉ－０－４逡逑ｚ－１？邋ｉ＂邋Ｗ－１＾．６逡逑：；ＨＩＫｈＨＩ：８逡逑０逦０．３逦０．６逦０．９逦１．２逦１．５逡逑Ｘ（ｋｍ）逡逑图２．５传感器分布在不同深度时逆时偏移成像结果的对比。（ａ）当３６级传感器分布逡逑从Ｚ＝１５７５邋ｍ到２６２５邋ｍ时的８个事件的叠后成像结果；（ｂ）当３６级传感器分布从Ｚ＝７７５逡逑ｍ到１８２５邋ｍ时的８个事件的叠后成像结果。逡逑１６逡逑

【参考文献】