用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法包括：對一個三分量檢波器接收到的微地震事件拾取P波初至波或S波初至波；取包括P波初至波或S波初至波的初至?xí)r間點的預(yù)設(shè)時窗范圍內(nèi)的兩個水平分量數(shù)據(jù)進(jìn)行矢端分析并繪制矢端圖，利用矢端圖求取一個三分量檢波器的方位角；對矢端圖進(jìn)行橢圓擬合并求取橢圓的長軸和短軸；對橢圓與矢端圖進(jìn)行殘差分析并求取殘差；利用橢圓的短軸與長軸之比以及殘差求取一個三分量檢波器的方位角可靠性值；求取每個三分量檢波器的方位角和方位角可靠性值；利用多個三分量檢波器的方位角可靠性值獲取優(yōu)選方位角；將優(yōu)選方位角求平均得到有效方位角，利用有效方位角進(jìn)行微地震事件自動定位。
【專利說明】用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地球物理勘探微地震監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地講，涉及一種用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002]微地震監(jiān)測技術(shù)是近年來快速發(fā)展起來的解決低滲透油氣藏開發(fā)的重要技術(shù)。盡管20世紀(jì)70年代已經(jīng)進(jìn)行過微地震壓裂的監(jiān)測，但那時只是作為實驗性質(zhì)。隨著國家對能源開發(fā)的進(jìn)一步重視及需求，微地震監(jiān)測與研究對致密砂巖、頁巖等非常規(guī)油氣藏的開發(fā)起到至關(guān)重要的作用，我國每年至少有上萬口井需要做微地震監(jiān)測。微地震監(jiān)測技術(shù)是通過對相鄰井中的地震檢波器接收到的來自壓裂井在壓裂過程中產(chǎn)生的微地震信號(目前主要指微地震初至旅行時)進(jìn)行分析，來描述壓裂過程中裂縫生長的幾何分布以及流體運(yùn)移特征(例如裂縫的高度、長度以及方位)。這些信息可以優(yōu)化壓裂設(shè)計以及提高油氣藏管理，從而提高油氣田的產(chǎn)能。
[0003]現(xiàn)在國內(nèi)普遍流行的微地震監(jiān)測方法仍然是深井監(jiān)測。微地震監(jiān)測的關(guān)鍵在于實時處理效率和定位精度，然而，對于微地震深井監(jiān)測的P波或S波，其初至波的自動拾取存在困難，難以保證每個檢波器的初至波拾取都能達(dá)到準(zhǔn)確。并且，微地震深井監(jiān)測必須依賴檢波器的方位角信息從而達(dá)到定位的目的，而檢波器方位角誤差必然導(dǎo)致定位結(jié)果在X、Y方向出現(xiàn)極大的錯誤，甚至導(dǎo)致定位結(jié)果出現(xiàn)畫弧現(xiàn)象，從而大大地影響微地震監(jiān)測裂縫分布規(guī)律。因此，如何在現(xiàn)場實時自動處理過程中自動質(zhì)控、計算并提高方位角精度，是微地震深井監(jiān)測的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對存在的微地震監(jiān)測問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于多分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法，以提高微地震監(jiān)測實時自動處理過程中的自動處理效率和定位精度。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法，所述方法包括以下步驟:A、對多個三分量檢波器中的一個三分量檢波器接收到的微地震事件拾取P波初至波或S波初至波；B、取包括所述P波初至波或S波初至波的初至?xí)r間點在內(nèi)的預(yù)設(shè)時窗范圍內(nèi)的兩個水平分量數(shù)據(jù)進(jìn)行矢端分析并繪制矢端圖，利用所述矢端圖求取所述一個三分量檢波器的方位角；C、對所述矢端圖進(jìn)行橢圓擬合并求取橢圓的長軸和短軸；D、對所述橢圓與所述矢端圖進(jìn)行殘差分析并求取殘差；E、利用所述橢圓的短軸和長軸之比以及所述殘差求取所述一個三分量檢波器的方位角可靠性值；F、重復(fù)步驟A至E，求取多個三分量檢波器中的每個三分量檢波器的方位角和方位角可靠性值；
G、將多個三分量檢波器的方位角可靠性值按照大小進(jìn)行升序排序，取所得排序序列的前面3?5個方位角可靠性值所對應(yīng)的三分量檢波器作為有效檢波器并將所述有效檢波器的方位角作為優(yōu)選方位角；H、將所得優(yōu)選方位角求平均得到有效方位角，并將所述有效檢波器對應(yīng)的P波初至波或S波初至波作為有效初至波序列；1、將所述有效方位角和有效初至波序列用于微地震事件的自動定位。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法的一個實施例，所述方位角是微地震事件的發(fā)生位置與一個三分量檢波器的設(shè)置位置的連線在水平面的投影線與正北方向的夾角并且所述夾角沿著順時針的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行計算。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法的一個實施例，在步驟B中，利用最小二乘算法或偏振分析法對矢端圖進(jìn)行分析求取所述一個三分量檢波器的方位角。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法的一個實施例，在步驟D中，所述殘差為所述矢端圖中各點映射到橢圓上的點的距離之和。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法的一個實施例，在步驟E中，利用式I求取方位角可靠性值Re，式I為:
[0010]Re =
[0011]在式I中，a為歸一化之后的短軸和長軸之比，r為殘差^和b2分別為a和r的權(quán)值系數(shù)，且Vb2 = I。
[0012]本發(fā)明可以在微地震監(jiān)測實時自動處理過程中極大地提高自動處理效率和定位精度，有利于拓展微地震監(jiān)測技術(shù)在非常規(guī)油氣藏壓裂實時指導(dǎo)中的運(yùn)用和可靠性。并且，本發(fā)明不僅保持了微地震初至旅行時計算的精確，而且具有運(yùn)算速度快以及計算穩(wěn)定等優(yōu)點。

【具體實施方式】
[0013]以下，將詳細(xì)說明本發(fā)明的示例性實施例。
[0014]可通過計算機(jī)軟件模塊實現(xiàn)本發(fā)明的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法。在本申請中描述的各個步驟不限制為上述步驟，其中的一些步驟可被進(jìn)一步拆分為更多的步驟，并且一些步驟可合并為較少的步驟。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法包括以下步驟:
[0016]步驟A:
[0017]對多個三分量檢波器中的一個三分量檢波器接收到的微地震事件拾取P波初至波或S波初至波。
[0018]本發(fā)明針對一個微地震事件對應(yīng)的多個三分量檢波器進(jìn)行處理，即本發(fā)明處理的是一個微地震事件被多個三分量檢波器接收后的數(shù)據(jù)。具體地，可以利用程序自動對一個三分量檢波器接收到的微地震事件拾取P波初至波或S波初至波，拾取P波初至波或S波初至波之后就可以得到P波或S波的初至?xí)r間。無論拾取的是P波初至波還是S波初至波，后續(xù)的處理方法均可以是一致的。本發(fā)明不對具體的拾取方式進(jìn)行限制，可以采用本領(lǐng)域公知的程序或方法進(jìn)行。
[0019]其中，三分量檢波器是微地震資料采集時的常用接收設(shè)備，每個三分量檢波器內(nèi)裝有三個互相垂直的傳感器，用于記錄不同波在不同方向的振動信息。P波和S波均為體波，P波是最先到達(dá)接收地點的波并且是一種縱波，也稱為壓縮波；s波是速度僅次于P波的波并且是一種橫波，也稱為剪切波。
[0020]步驟 B:
[0021 ] 取包括所述P波初至波或S波初至波的初至?xí)r間點在內(nèi)的預(yù)設(shè)時窗范圍內(nèi)的兩個水平分量數(shù)據(jù)進(jìn)行矢端分析并繪制矢端圖，利用所述矢端圖求取所述一個三分量檢波器的方位角。
[0022]步驟B是通過對預(yù)設(shè)視窗范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以求取三分量檢波器的方位角，其中，方位角是微地震事件的發(fā)生位置與一個三分量檢波器的設(shè)置位置的連線在水平面的投影線與正北方向的夾角并且所述夾角沿著順時針的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行計算。
[0023]例如，對于根據(jù)第i個三分量檢波器接收的微地震事件拾取的P波初至波或S波初至波，在得到P波初至波或S波初至波的初至?xí)r間后，取該初至?xí)r間點前后預(yù)設(shè)時窗范圍內(nèi)的兩個水平分量數(shù)據(jù)進(jìn)行矢端分析。以P波初至波為例，其初至?xí)r間為t，則以t時刻為準(zhǔn)并取t時刻之前的h時刻和t時刻之后的時刻之間的時窗作為預(yù)設(shè)時窗，即取[V tj時窗范圍內(nèi)的兩個水平分量數(shù)據(jù)的所有采樣點進(jìn)行矢端分析并求取上述第i個三分量檢波器的方位角。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，矢端分析是根據(jù)包括所述P波初至波或S波初至波的初至?xí)r間點在內(nèi)的預(yù)設(shè)時窗范圍內(nèi)的兩個水平分量數(shù)據(jù)繪制兩個水平分量振動的散點圖的過程，該散點圖也稱為矢端圖。利用最小二乘算法或偏振分析法對矢端圖進(jìn)行分析，就可以求取相應(yīng)三分量檢波器針對該微地震事件的P波初至波或S波初至波的偏振角，也即方位角。其中，矢端分析方法、最小二乘算法和偏振分析法均為本領(lǐng)域公知的方法。
[0025]步驟C:
[0026]對所述矢端圖進(jìn)行橢圓擬合并求取橢圓的長軸和短軸。
[0027]具體地，將所得矢端圖進(jìn)行橢圓擬合就可以得到橢圓的長軸和短軸。在橢圓擬合中，擬合出的橢圓的短軸與長軸之比越小，則偏振效果越好，意味著所求的方位角越可靠。其中，橢圓擬合方法也是本領(lǐng)域常規(guī)的方法。
[0028]步驟D:
[0029]對所述橢圓與所述矢端圖進(jìn)行殘差分析并求取殘差。
[0030]具體地，通過求取所述矢端圖中各點映射到橢圓上的點的距離之和就可以得到殘差。
[0031]步驟E:
[0032]利用橢圓的短軸和長軸之比以及所述殘差求取所述一個三分量檢波器的方位角可靠性值。
[0033]其中，三分量檢波器的方位角可靠性值可以表示所取方位角的可靠性高低，具體可以利用式I求取方位角可靠性值Re:
[0034]Re =-式 I
[0035]在式I中，a為歸一化之后的短軸與長軸之比，r為殘差^和b2分別為a和r的權(quán)值系數(shù)，且Vb2 = I。
[0036]步驟F:
[0037]重復(fù)上述步驟A至E，求取多個三分量檢波器中的每個三分量檢波器的方位角和方位角可靠性值。其中，計算得到的方位角可靠性值越小，其所對應(yīng)的方位角的可靠性越聞ο
[0038]步驟G:
[0039]將多個三分量檢波器的方位角可靠性值按照大小進(jìn)行升序排序，取所得排序序列的前面j個方位角可靠性值所對應(yīng)的三分量檢波器作為有效檢波器并將所述有效檢波器的方位角作為優(yōu)選方位角，其中，j為正整數(shù)并且j的取值為三分量檢波器的總數(shù)量的30?40%。
[0040]步驟G是對所求取的多個三分量檢波器的方位角進(jìn)行優(yōu)選以對該微地震事件所對應(yīng)的三分量檢波器的拾取精度進(jìn)行優(yōu)選和質(zhì)控。本步驟具體是通過對多個三分量檢波器的方位角可靠性值進(jìn)行大小的排序，然后選取幾個較小的方位角可靠性值所對應(yīng)的三分量檢波器作為有效檢波器，并將所述有效檢波器對應(yīng)的方位角作為優(yōu)選方位角。
[0041]步驟H:
[0042]將所得優(yōu)選方位角進(jìn)行求平均計算得到有效方位角，并將所述有效檢波器對應(yīng)的P波初至波或S波初至波作為有效初至波序列。
[0043]步驟1:
[0044]將所述有效方位角和有效初至波序列用于微地震事件的自動定位。
[0045]通過自動質(zhì)控和優(yōu)選的可靠性高的方位角用于自動定位，可以避免人為進(jìn)行分析而耗時耗力。
[0046]本發(fā)明可以適用于微地震監(jiān)測軟件系統(tǒng)的自主開發(fā)，并且本發(fā)明可以擴(kuò)展于微地震多井監(jiān)測，達(dá)到對初至波自動拾取進(jìn)行質(zhì)控的目的。模型實驗表明，本發(fā)明不僅能夠保持微地震事件方位角自動質(zhì)控及高精度的計算，并能夠為微地震事件的初至信息、方位角信息的成功定位奠定基礎(chǔ)，具有運(yùn)算速度快以及計算穩(wěn)定等優(yōu)點。
[0047]盡管已參照示例性實施例表示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些實施例進(jìn)行各種修改和變換。
【權(quán)利要求】
1.一種用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: A、對多個三分量檢波器中的一個三分量檢波器接收到的微地震事件拾取P波初至波或S波初至波； B、取包括所述P波初至波或S波初至波的初至?xí)r間點在內(nèi)的預(yù)設(shè)時窗范圍內(nèi)的兩個水平分量數(shù)據(jù)進(jìn)行矢端分析并繪制矢端圖，利用所述矢端圖求取所述一個三分量檢波器的方位角； C、對所述矢端圖進(jìn)行橢圓擬合并求取橢圓的長軸和短軸； D、對所述橢圓與所述矢端圖進(jìn)行殘差分析并求取殘差； E、利用所述橢圓的短軸與長軸之比以及所述殘差求取所述一個三分量檢波器的方位角可靠性值； F、重復(fù)步驟A至E，求取多個三分量檢波器中的每個三分量檢波器的方位角和方位角可靠性值； G、將多個三分量檢波器的方位角可靠性值按照大小進(jìn)行升序排序，取所得排序序列的前面j個方位角可靠性值所對應(yīng)的三分量檢波器作為有效檢波器并將所述有效檢波器的方位角作為優(yōu)選方位角，其中，j為正整數(shù)并且j的取值為三分量檢波器的總數(shù)量的30?40% ； H、將所得優(yōu)選方位角進(jìn)行求平均計算得到有效方位角，將所述有效檢波器對應(yīng)的P波初至波或S波初至波作為有效初至波序列； 1、將所述有效方位角和有效初至波序列用于微地震事件的自動定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法，其特征在于，所述方位角是微地震事件的發(fā)生位置與一個三分量檢波器的設(shè)置位置的連線在水平面的投影線與正北方向的夾角并且所述夾角沿著順時針的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法，其特征在于，在步驟B中，利用最小二乘算法或偏振分析法對矢端圖進(jìn)行分析求取所述一個三分量檢波器的方位角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法，其特征在于，在步驟D中，所述殘差為所述矢端圖中各點映射到橢圓上的點的距離之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三分量檢波器接收的微地震事件方位角自動質(zhì)控方法，其特征在于，在步驟E中，利用式I求取方位角可靠性值Re，式I為:
Re = 在式I中，a為歸一化之后的短軸與長軸之比，r為殘差^和b2分別為a和r的權(quán)值系數(shù)，且b1+b2 = I。
【文檔編號】G01V1/20GK104182651SQ201410464849
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】尹陳, 李亞林, 巫芙蓉, 康亮, 劉鴻, 袁楓堯, 劉麗婷, 何光明, 趙堯, 孫慶莉 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司