存储式微地震监测仪的研制

李 兵陈一健 马 晓 樊爽君

(1.西南石油大学，成都 610500；2.中原油田，濮阳 457331)

存储式微地震监测仪的研制

李 兵1陈一健1马 晓1樊爽君2

(1.西南石油大学，成都 610500；2.中原油田，濮阳 457331)

微地震监测技术在国内外油田、矿山、水利等领域应用广泛，微地震监测的关键是获取井底微地震事件数据，包括数据采集、震源成像和精确反演等。分析比较国内外微地震监测技术的发展现状，提出存储式微地震监测仪的研制思路。

微地震监测技术；天然地震；存储式微地震监测法；存储式微地震监测仪

微地震是一种小型的地震，在地下矿井深部开采过程中发生岩石破裂和地震活动。由开采诱发的地震活动通常定义为，在开采坑道附近的岩体内因应力场变化导致岩石破坏而引起的地震事件。微地震应用于石油行业，对提高采收率，优化钻采工艺具有积极作用。因此，可靠、精确、方便、成本较低的存储式微地震监测仪的研制具有重要意义。

1 微地震监测技术

微地震监测技术早在1962年就已提出,随后此技术被广泛应用在油气藏动态监测、地热动态监测、煤田动态监测、工程动态监测等方面。在过去几年中,微地震监测技术大量应用在地热和碳酸岩油气藏的监测中。目前微地震监测技术被用于油田生产监测、自然裂缝活动监测,同时还应用在油田流体驱动中追踪流体前沿,以提高产能。在油气田进入开发阶段，进行微地震监测，通过分析微地震信号，确定裂缝位置，监测油藏动态，对提高油田的采收率起重要的指导作用。归纳起来，微地震监测有以下几个方面的应用:（1）储层压裂监测；（2）油藏动态监测；（3）识别可能引起储层分区或充当过早见水流动通道的断层或大裂缝，描述断层的封堵性能；（4）对于裂缝为主的储层，微地震事件也可以作为位于储层内部的有效纵波和横波震源［1］，用于速度成像和横波各向异性分析，对裂缝性储层有关的流动各向异性进行成像；（5）对微地震波形和震源机制的研究。可提供有关油藏内部变形机制、传导性裂缝和再活动断裂构造形态的信息，以及流体流动的分布和压力前缘的移动情况；（6）微地震监测和其他井中地震技术和反射地震技术结合起来，提供功能强大的常规预测工具，大大降低储层监测的周期和费用［2］。因此，开展微地震监测，提取裂缝属性，对于油田的勘探开发和增产增收有指导作用。

2 天然地震

2.1 天然地震的模型

震源处的能量释放过程是发生在地球介质内的一个有限体积内，称为震源区域。当震源体积的大小远小于地震波波长时，震源可视为点源。点源在地面上产生的P波初动符号为单力情况如图1（a）所示。在地表的初动符号分为四个象限。以单力偶为例子，如图1（b）,图上箭头前面的介质受到推的作用，而箭头后面的介质受到拉的作用，因而介质分为四个象限，即为压缩区和膨胀区相互交替排列，从压缩区传播出去的纵波称为压缩波，其质点的运动方向开始是离开震源的，当震动到达地表时，垂直向地震仪记录到向上的初动位移。在震源空间中，初始压缩波与膨胀波的分界面称为节面，在节面上位移为零。对于断层震源，相当于双力偶模型，其P波初动辐射图像与单力偶的相同，如图1(c)所示。P波有两个节面，一个是断层面，另一个称辅助面，他们是正交的，节面与地面的交线称为节线。将力偶模型画在震源球面上，一对力轴Ox和Oy,主应力轴是与他们成45°角的主压力轴OP和主张力轴OT,相应的P波节面xOy面和yOz面。断层面和辅助面交线构成的轴是中等主应力轴，或者称零轴。零轴的方向垂直主压力P和主张力T。

图1 P波初动辐射图像

2.2 天然地震监测原理

石川法，对于地方震或近震，若已知虚波速度Vq=(VpVs)/(Vp-Vs)和三个以上台站的Pg震相到时Tpg和Sg震相到时Tsg，可用公式Di=Vq(Tps-Tsg)(i为台站编号)计算各台的震源距。分别以各台为圆心，以各台震源距为半径画圆，三圆两两相交将得三条弦，其交点即震中E(图2)。如果用四个以上的台网相交，将得到6条以上的弦，一般可获得一交汇区，取其中心点为E。过E点与最近台连线，再过E点作连线的垂线并与最近台的圆周相交，得一弦，此弦的长度之半即为震源深度h。各地震台根据台网确定的震源位置，可反过来计算各震相（Pg和Sg）的走时，由测量的震相到时减去相应的走时即为该台该震相所估计出的发震时间，取参加定位的各地震台的各震相独立估计出的发震时间的加权平均值，即为该地震发震时刻的台网测量结果。

图2 石川法（交切作图定位法）

3 存储式微地震监测法

借鉴天然地震交切图定位法，由于微地震本身很微弱，为避免被噪声干扰，实验选择在比较安静的环境下进行，为达到监测效果，每个语音模块为一个监测站，组成一个联合监测系统。

图3 实时监测系统

监测系统的功能是接收和记录微地震信号数据，上述一个监测记录系统，当然也可以建立更多的站点，站点越多，监测的效果自然更好。监测系统负责实时、连续、同步地进行数据采集并存储来自微地震震源的信号。

4 存储式微地震监测仪研制法

4.1 存储式微地震监测仪性能设计

（1）智能可重复录音功能；

（2）固定语音支持6～24kHz采样率；

（3）仪器体积要有足够的小，成本低廉；

（4）利用USB端口下载语音信息，传送速度快；

（5）语音存储格式为WAV文件；

（6）能连续录音10h以上；

（7）可与电脑连接，方便下载数据；

（8）仪器必须具有良好的密封性，防水性能，防高温高压性能；

（9）多个语音记录器能同时录音；

（10）采用低功耗工作模式，适合长时间工作。

4.2 存储式微地震监测仪工作过程

本仪器在使用时，连通电源，录音开关置于关闭状态。开启开关，开始录音，采集声波信号。由于本仪器前期只考虑在地面试验，暂不考虑井下各种因数的影响。取4个连接的语音模块，监测仪接收信号示意图如图1所示。

图4 监测仪接收信号示意图

取其中任意三个记录器在同一时间对声源点采集的信号，可确定声源在一个平面内的位置，再引入三维立体安装的三个记录器的记录信号，可确定震源的空间分布。从而对微地震事件进行监测。

4.3 存储式微地震监测仪数据上传处理分析

将监测仪存储的信号通过USB连接到计算机上，通过WTV-NAND语音模块配备的Usbrecorder界面上传数据，上传工作界面如图5所示。

图5 WAV音频文件上传界面

利用已经编号的数据处理软件，将音频文件导入计算机，根据天然地震数据处理方法来定位微地震事件震源信息。

5 结 论

现有微地震通过监测井实施监测，成本较高，有一定局限性。提出存储式微地震监测法，研制微地震监测仪。借鉴天然地震台网布局，设计录音模块的空间安装布局，借鉴天然地震三点定位法，利用语音上传软件，获得数据，对微地震事件进行定位。

[1]王树军，刘建伟.井下微地震裂缝监测技术在火山岩压裂中的应用[J].吐哈油气，2011，16（1）:

[2]Mark Proett.Formation Pressure Testing In the Dynamic Drilling Environment[G].Paper SPE87090 Presented at the IADC/SPE Drilling Conference Held in Dallas，Texas，U.S.A.，2004.

[3]Frank S.Field Experience with a New Formation Pressure Testing During Drilling Tool[G].Paper SPE87091 Presented at the IADC/SPE Drilling Conference Held in Dallas，Texas，USA，March 2004.

[4]Longis C.An LWD Formation Pressure Test Tool(DFT)Refined the Otter Field Development Strategy[G].Paper SPE87092 Presented at the IADC/SPE Drilling Conference Held in Dallas，Texas，USA，2004.

[5]Sondex.Production Logging Tool User Guide[Z].2004.

[6]Hooper M.Applications for an LWD Formation Tester[G].Paper SPE52794 Presented at the 1999 SPE European Formation Damage Conference Held in The Hague，The Netherlands，1999.

Research of Storage Declined Earthquake Monitoring

LI Bing1CHEN Yijian1MA Xiao1FAN Shuangjun2
(1.Southwest Petroleum Univesity,Chengdu 610500；2.Zhongyuan Oilfield,Puyang 457331)

The earthquake monitoring technology has a wide range of application in domestic and foreign oil field,mine,water conservancy and other fields.The earthquake monitoring is key to the micro of a seismic event record,so getting bottom micro earthquake events data is very important.The earthquake monitoring mainly includes data acquisition,the source imaging and precise inversion several key steps.It analyzes the domestic and foreign relevant aspects of the monitoring technology development present situation,and proposes the store declined the idea of earthquake monitoring method,inspires us to the earthquake monitoring instrument for development.

the earthquake monitoring technology；natural earthquake；storage declined earthquake monitoring method；storage declined earthquake monitoring

TE19

A

1673-1980(2012)05-0109-03

2012-04-26

油气藏地质及开发工程国家重点实验室与川庆钻探合作项目（XNSIIJS（2010）07）

李兵（1984-），男，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为岩石物理实验技术。