水力压裂微地震监测有效事件野外识别方法的研究

摘要：从噪声比较大的压裂监测数据中识别微地震事件很不容易。主要原因是压裂监测信号信噪比相差很大，而且会非常低。这些为识别隐藏在噪声中的信号带来了困难。此外，噪声通常还包含空间上相关的分量，例如来自泵噪声的井筒模式，它们类似于裂缝生长产生的微地震事件，这进一步增加了野外识别真正的压裂微地震事件的难度。为了解决这个问题，我们总结出了准确地在原始资料中识别高噪声背景中微弱的微地震事件的方法。

关键词：微地震；压裂监测；有效事件

1 前言

在水力压裂微地震监测过程中所记录的微地震波形一般为复杂的波组，包含有强振幅噪声以及地面泵诱发的井筒波。致使难于识别隐藏在噪声中的微弱振幅有效事件信号，结果，很多微弱的有效事件被错过。目前，我们已经总结出了可用于有效地识别隐藏在高噪声中微地震有效事件的方法。对真实现场数据进行了测试，结果表明这种方法是有效的。

2噪声分析

水力压裂微地震监测资料信噪比要远低于其他井间地震资料，这使得对有效事件的识别面临的噪声干扰更为严重。为了更好的进行微地震有效事件的识别，对环境噪声进行分析非常必要。

2.1背景噪声

水力压裂微地震监测记录的背景噪声中各道都受到低频噪声的干扰，而且各道低频噪声能量不同且主频并不完全相同，并且没有一定的出现规律，这种噪声的产生可能是由钻井液的扰动或是大地背景噪音引起的。

2.2强能量扰动

水力压裂微地震监测资料中会经常出现强烈的扰动信号，频率较高，一般仅仅出现在某一道上。这种噪声的产生原因目前还未完全弄清，有可能与仪器噪声或电缆波有关，这种波频率较高，频带一般与井中微地震监测的有效信号重合。这种噪音经常见到。

2.3井筒波

井筒波是影响最大的一种相关噪声，难以去除而且容易对微地震有效信号识别产生影响。他是沿井柱流体传播的波，在监测记录上能够发现的特点有：强度高，振幅随传播衰减很小，频谱宽，与有效信号P，S波频谱重叠，视速度低，能量集中在横向分量上，水平分量能量较弱。在微地震记录中会出现两种井筒波，分别为上行井筒波与下行井筒波。

3识别方法的研究

微地震有效事件的识别本质上是对微地震有效事件信号进行特征分析。一般来说，在复杂环境中单纯应用一种识别方法无法稳定、精确的拾取所有有效地震信号。

1.采集系统中事件识别门槛值的设置

为识别有效微地震事件，需要在采集软件设定一个门槛值，当数据响应大于这个门限值时，则自动出现事件信号。门槛值法基本能够识别出大部分的微地震有效事件。如果门槛值较高，会漏掉一部分信噪比较低的有效事件；而如果选择的门槛值较低，能够识别出的微地震有效事件会增多，但一些与有效事件特征相似的噪音也被识别为有效事件。

2.频率分析

对压裂监测而言，由于微地震有效信号频率较高，可达到150-2000Hz，在频率上有效信号与低频噪声有比较明显的区别。

3.能量分析

能量分析是应用最广泛的一种识别方法。大部分微地震有效事件振幅强、延续时间长，而噪音振幅较弱，延续时间短。

4 初至波斜率计算

目前，压裂监测检波器级间距是10m，两井之间的距离最长在400m，地层速度都在3500m/s以上，检波器串沉放的深度和压裂层段基本在一个层位，这样我们就能算出事件到达相邻两支检波器的时间：

400/3500=0.114s 410/3500=0.117s

这样相邻两检波器初至波到达时间差为0.003s，在5s纪录长度的监视记录中，微地震有效事件初至波斜率非常的小，几乎为一条直线。

4识别方法的应用

首先进行噪声分析，根据噪音特点选取合适的准则和方法识别和判断有效事件。监测记录的噪声主要有2种：背景噪声和井筒波。然后根据压裂监测有效事件识别方法就行识别。

记录中的背景噪声频带很宽，频谱中与有效信号存在着重叠，在整个剖面中分布比较杂乱，可归为随机噪声。

从图1、图2可看出，井筒波主频与有效信号相近，呈现了道间的相关性和偏振特性。根据井筒波传播速度偏低，从视速度方面把它与有效信号区别开来。

结论

通過分析压裂监测中噪声的种类和特点，根据有效信号的性质，结合井下三分量检波器的施工方法，总结出了监测监测资料有效事件野外识别方法，通过室内解释处理，验证了有效事件野外识别方法的准确性。但是在连续记录资料中还有一些有效信号信噪比较低，波组特征不明显，连续性不好，不能通过野外识别找到它，必须经过室内解释处理才能识别。

参考文献

[1]马建林，王建江，高炎，王磊等. 井下微地震裂缝监测技术在井网调整中的应用.《新疆石油科技》，2013

[2]宋维琪，陈泽东，毛中华；水力压裂裂缝微地震监测技术[M]；北京：中国石油大学出版社，200

作者简介：张清森，男，出生年月：1981.10.26，籍贯（精确到省市）四川省阆中市。

毕业院校：西南石油大学

研究方向：VSP测井，井中微地震压裂监测和井间地震技术

（作者单位：中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司）