水力压裂地面微地震监测与数据处理方法研究

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1、国博士学位论文丞左压銎地面筮地基些捌皇数据处堡友这班宜密级作者姓名：王维渡指导教师：型迸鼎瞳±；扬量壹班嚣虽地厦皇地韭塑堡班嚣压学位类别：堡堂墟±学科专业：固佳地韭物理芏培养单位：主国抖堂医盔堂垫廑生垫蔓塑堡班煎压2012年11月院帅学姒科㈨国讯中⋯SurtaceDasedmlcroselsmlCmonltorlnganddataprocessingmetllodIordllnVnraUJlCIraCtUnngl●·ll●1l●●●●By、№iboWANGADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialf

2、ulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofsolidgeophysicsInstituteofGeologyandGeophysicsUniversityofChineseAcademyofScienceNovember,2012中国科学院大学地质与地球物理研究所研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在割迸盘!拯筮壹导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得生国科堂院太堂地厦皇丝蔓物理硒究逝塞墓他熬直扭捡的学位或证书而使用过的材料

3、。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示谢意。论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。学位论文作者签名：茎』警』盆广签字日期：访，)年／／月，厂日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解主国型堂暄太堂垫厦墨垫遂物理硒塞压有关知识产权的规定，研究所有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文及论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅；生国科堂院太堂丝厦皇丝墼物堡婴究压可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文(保密的学位论文在解密后适用本授权书)。保密论文注释：本学位论文属于保密范畴

4、，保密期限年，解密后适用本授权书。学位论文作者签名：互准?攻签字日期：■tJ-年／f月J7-Et导师签名：h

5、节移磅签字日期：二，2年，f月Ⅸ日摘要油气井压裂裂缝监测是微地震监测技术在油气田的一个主要应用。通过在井下或地面布设检波器可接收压裂过程中岩石破裂释放的微地震信号，对微震信号进行震源定位计算可确定一系列微震事件点的三维坐标，通过这些事件点的三维分布可以描述压裂产生裂缝的长度、方位、高度等参数，事件点分布随时间变化的过程可以动态描述裂缝的延伸扩展过程。微地震监测结果对于压裂裂缝描述、压裂波及体积确定具有重要意义。油气井水力压裂微地震监测有井下监测和地面监测两种方式。地面监测因为无需在压裂

6、井附近找邻井作为监测井而更易于应用。本文首先研究对比了井下和各种地面监测系统特点，制定了一种地面微地震监测方案。该方案采用30～50个地面监测站点，各站点独立采集与存储数据，通过采用高灵敏度检波器，检波器埋深1-5米的方式提高采集信号信噪比。研制了一种高性能的单通道微地震监测数据采集器。该采集器使用32位ADC进行检波器信号的数字化转换，并在一个电路板上集成了GPS芯片和U盘读写芯片，实现独立采集和数据存储。它还采用高精度晶振保证信号采样频率的精度，这对于后期数据处理中的多道信号同步非常重要。采用Delphi和Matlab混合编程开发了一个集成的数据处理软件。Delphi用于编写软件界面和功能

7、集成，Access数据库存储每口井的相关数据。涉及科学计算的功能都通过调用Matlab工具箱函数来实现，保证了计算的准确性。震源定位是微地震数据处理的关键问题，传统的方法是提取多站点信号的微震信号初至时间，求解一个方程组来确定震源。这种方法不适用于地面监测的低信噪比信号，因为初至时间难以提取。本文采用适用于地面微地震监测信号特点的地震发射层析成像(SeismicEmissionTomography，SET)震源定位方法，并通过数值模拟研究了SET算法的特性，如定位准确性与站点个数、信号信噪比、站点分布拓扑结构的关系。指出对于某个确定个数的监测站点分布结构，SET成像存在一个可识别信号信噪比阈值

8、，只有信号信噪比大于这个阈值才可以准确成像并定位。而对于特定信噪比的信号，站点个数满足信噪比阈值后再继续大幅增加站点个数对震源定位准确性的改善并不是很大。SET成像法需要地层速度模型计算地下各网格点至地面监测站点的理论走时，本文根据实际情况采用一种等效速度模型，建立了等效速度模型求解的优化问题数学模型并用遗传算法求解。利用压裂段射孔信号或压裂初始破裂信号对等效速度模型进行求解，实际应用表明这种处理