分析地震數(shù)據(jù)的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明的實施例涉及分析根據(jù)監(jiān)測地下油田地質構造的誘生水力壓裂獲得的微 震數(shù)據(jù)的方法。
【背景技術】
[0002] 水力壓裂監(jiān)測（"HFM"）用于地下石油和天然氣井筒中，以提供（除其他外）對水 力壓裂的幾何結構的理解，從而在處理其自身期間實現(xiàn)更好的完井設計、可靠的生產(chǎn)預測、 以及實時操作決策。
[0003] 水力壓裂涉及以在地層中引發(fā)壓裂的目的將流體注入到地質構造中。由于應力在 這些地下位置中的布置，因此這些壓裂往往會在垂直面中傳播。流體與地層的交互可以誘 發(fā)壓裂在地層中的傳播，從而產(chǎn)生微震活動。然而，測量到的微震數(shù)據(jù)可以包含關于產(chǎn)生測 量到的數(shù)據(jù)的微震事件的精確空間位置的很大程度的分散和不確定性。
[0004] 另外，可以測量與壓裂的傳播/產(chǎn)生不相關的噪音和微震數(shù)據(jù)，并且所述噪音和 微震數(shù)據(jù)可以涉及可以或可以不與壓裂傳播/產(chǎn)生相關聯(lián)的其它地質過程。在此測量到的 數(shù)據(jù)中的分散和/或噪音可能非常大，以致于不可能找到數(shù)據(jù)內的最佳擬合平面來假定實 際壓裂位置的存在。
[0005] 因此，可能必須作出假設以便能夠執(zhí)行此壓裂位置假定。第一假設可以是壓裂平 面具有垂直分量且此外可以假設垂直面中的取向。因此，用壓裂平面可以是NW或SE垂直 壓裂平面的假設做準備，例如，可以假定最佳擬合壓裂平面。然而，此方法的缺點是明顯的。 具體地是此方法依賴于對壓裂規(guī)劃對準的位置的了解的事實，而壓裂規(guī)劃對準的位置可能 無法為人所知。
[0006] 先前的研究已檢查壓裂傳播與微震活動性之間的關系。Fi scher等人 (Microseismic signatures of hydraulic fracture growth in tight-sandstone-shale Formation:Observation and Mode Iing.-JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH 2008, 113, B02307)以及 Shapiro 和 Dinske (GEOPHYSICAL PROSPECTING, 2009, 57, 301-310 doi : 10. 1111/j. 1365-2478. 2008. 00770. x)證實在單個壓裂情況下可以根據(jù)微震活動性數(shù) 據(jù)確定壓裂傳播。
[0007] 在這些研究中獲得的數(shù)據(jù)必需比從現(xiàn)實油田HFP操作中獲得的數(shù)據(jù)清楚得多且 不太有噪聲。因為數(shù)據(jù)非常有規(guī)律，所以研究者能夠通過改變模型的參數(shù)將相對詳細的壓 裂模型擬合到數(shù)據(jù)。在完成后，在詳細的壓裂力學模型中說明基本上其所有的微震事件。
[0008] 然而，此方法無法適用于現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)，例如，用于多井和/或多級水力壓裂處 理。這是因為現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)太嘈雜且太分散以至于不能夠通過所描述的方式說明和涵蓋， 因為其可以涉及一個以上壓裂、有噪聲的、受傳感器位置的限制、包含不直接為主要壓裂的 結果的地震事件的其它源和/或類似者。這些因素意味著以上方法將導致一些數(shù)據(jù)落在模 型外部且不進行說明。這隨后將產(chǎn)生決定微震數(shù)據(jù)點中的哪些是離群值且可以被丟棄的更 大問題，并且不存在這些標準。因此，似乎不可能將壓裂力學模型擬合到現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)。
[0009] 因此，將非常期望在分析現(xiàn)實世界微震水力壓裂傳播事件的領域中的改進。

【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明的一個實施例涉及分析根據(jù)監(jiān)測地下地質構造的誘生水力壓裂獲得的測 量到的微震事件的方法。在所述方法中，假定具有時間和空間軌跡的演化平面壓裂的位置。 可以根據(jù)被壓裂的地層的地質的材料特性的知識、壓裂的起始點、與從選定起始點傳播的 壓裂一致的至少兩個測量到的微震事件和/或類似者來確定假定壓裂傳播。假定壓裂傳播 可以用于評估在微震數(shù)據(jù)中的額外測量到的微震事件是否足夠接近被認為作為壓裂的傳 播的一部分發(fā)生的假定壓裂傳播的時間和空間軌跡。在確定與假定壓裂傳播相關聯(lián)的微震 事件后，可以執(zhí)行統(tǒng)計分析以通過將足夠接近假定壓裂的微震事件的數(shù)目與統(tǒng)計基線數(shù)目 相比較，來確定假定壓裂軌跡是否是統(tǒng)計顯著的。所述方法的步驟可以視需要重復，直到發(fā) 現(xiàn)與測量到的事件一致的至少一個似乎合理的假定壓裂傳播模型為止。
[0011] 因此，在本發(fā)明的一些實施例中，利用微震事件的空間評估和時間評估兩者并且 假定壓裂平面/傳播與統(tǒng)計基線相比較。這兩個開發(fā)允許數(shù)據(jù)被詢問，涉及關于壓裂平面 的取向的最少假設，并且僅允許進一步考慮統(tǒng)計顯著的那些假定平面。
[0012] 本發(fā)明的實施例提供根據(jù)壓裂傳播的各種標準模型識別其空間和時間分離與水 力壓裂的傳播一致的事件的群集。
[0013] 在假定壓裂傳播的初始步驟中，壓裂傳播模型可以包括至少一個經(jīng)典壓裂傳播模 型。這些經(jīng)典傳播模型基本上提供壓裂根據(jù)時間行進的距離并且需要某些物理參數(shù)的知 識。存在三個主要經(jīng)典壓裂模型：壓力控制的、尖端控制的以及徑向的。
[0014] 壓力控制模型的示例是Perkins-Kern-Nordgren模型（"PKN"）并且尖端控制的示 例是 Kristonovich-Geertsma-Daneshy 模型（"KGD"），這兩者在壓裂建模（Schlumberger 2000, Reservoir Stimulation 3rd Edition ISBN-0-47l-49l92-6)的領域中是刺激 / 水力 壓裂工程師所熟知的。在壓力控制的模型中，假設壓裂形狀以及壓裂傳播的方向由壓裂力 學的原理指定。PKN模型和K⑶模型兩者具有矩形延伸模式，其中兩個模型之間的差別在 于PKN模型使用橢圓形截面，而KGD模型具有矩形截面。徑向模型具有圓形形狀并在徑向 方向上對傳播進行建模。
[0015] 實際上已發(fā)現(xiàn)，實際壓裂將以在通過這些經(jīng)典模型提供的預測范圍內的速度前 進，并且因此其對于提供壓裂傳播速度的初始估計是極其有用的。
[0016] 或者，壓裂傳播模型可以是偽3D壓裂模型，其考慮所有三個經(jīng)典壓裂模型并且考 慮當壓裂在空間和時間中演化時這些壓裂模型的相對優(yōu)勢。此模型因此更詳細且可能更準 確，但更難以簡單地實施。
[0017] 壓裂傳播模型要求的材料特性的種類包含楊氏模量、泊松比、最小水平應力、最大 水平應力、栗浦速率、壓裂高度以及張裂平面的下沉。
[0018] 在本發(fā)明的一些實施例中，作出在傳播前進時由壓裂邊緣處或壓裂邊緣附近的壓 裂導致至少一些微震數(shù)據(jù)的假設。在本發(fā)明的實施例中，確定以統(tǒng)計方式表示在時間和空 間上的似乎合理的壓裂傳播軌跡的微震事件的集合。
[0019] 在本發(fā)明的實施例中，確定用于假定壓裂的起始點。在一個實施例中，這可以是第 一微震事件（即，具有最早時戳的微震事件）。盡管其它'早期'微震事件可以是潛在起始 點，但如果更早期微震事件并不與另一測量到的數(shù)據(jù)相關（即，早期事件可以出現(xiàn)在在空 間上從其它測量到的微震事件清除/隔離的位置處），那么這些事件可以減少。
[0020] 在其它方面中，除最早的微震事件之外的事件可以用作用于假定壓裂的起始點， 具體地其中如在本發(fā)明的一些實施例中，迭代地使用假定方法并且地層和地質的其它有用 知識是已知的。下文進一步論述此迭代處理。
[0021] 在本發(fā)明的一個實施例中，發(fā)現(xiàn)除起始點微震事件之外的至少兩個微震事件擬合 假定軌跡。如果這兩個微震事件未擬合假定軌跡，那么需要采用不同（可能稍后的）起始 點并且從該稍后的起始點開始尋找擬合壓裂軌跡的兩個微震事件。
[0022] 在一個實施例中，在發(fā)現(xiàn)起始點后，可以選擇擬合源自起始點處的壓裂的傳播模 型的兩個微震事件。擬合所述模型可以包括落入確定的壓裂傳播速度內的微震事件的檢測 時間，其可以包含允許在測量到的數(shù)據(jù)中的不確定性，即，在壓裂已基于起始位置和傳播速 度到達微震事件的位置的情況下。在其它方面中，地層的方向性壓裂特性、地層應力、天然 壓裂位置和/或類似者可以用于選擇兩個微震事件。
[0023] 在發(fā)現(xiàn)此至少兩個微震事件后，隨后可以產(chǎn)生假定壓裂平面/傳播模型。在產(chǎn)生 假定壓裂平面后，假定壓裂平面/傳播模型可以與測量到的數(shù)據(jù)中的其它微震事件相比 較，以評估它們是否足夠接近壓裂軌跡，其中壓裂軌跡包括位置、方向和/或時間分量。足 夠接近假定壓裂軌跡的測量到的數(shù)據(jù)可以傾向于假定壓裂平面為實際壓裂，而不接近假定 軌跡的那些測量到的數(shù)據(jù)可以傾向于假定壓裂平面不表示實際壓裂。
[0024] 已知微震事件在它們的位置上具有不確定性。這是因為微震事件依賴于檢測已穿 過地質構造的聲音。因此，關于通過這些地質構造的聲音的速度的假設是必需的，并且此假 設導致不確定性。因此，'足夠接近'假定壓裂平面的微震事件被認為是假定壓裂平面的一 部分。
[0025] 對于'足夠接近'的一個可能定義是對于被認為'足夠接近'的任何微震事件放置 最大距尚，例如，尚達10米、尚達5米、尚達20米和/或類似者。然而，另一種可能是如果 其可用，那么微震事件可以不由空間中的單個點表示，而由空間的有界區(qū)域表示，從而表示 微震事件的位置的不確定性。在這種情況下，如果有界區(qū)域與假定壓裂平面重疊，那么所述 有界區(qū)域被認為是壓裂平面的一部分。
[0026] 根據(jù)假定壓裂傳播與測量到的微震事件的比較，被認為是假定壓裂的一部分的微 震事件的數(shù)目可以與統(tǒng)計基線數(shù)目相比較，以提供假定壓裂平面是否表示實際壓裂的統(tǒng)計 測量。
[0027] 在一個實施例中，可以使用其中每一微震事件的時戳被隨機化或混洗（shuffled) 的測量到的微震事件，通過執(zhí)行假定壓裂傳播模型（確定起始點并且發(fā)現(xiàn)兩個一致的微震 事件等）的步驟和/或將壓裂傳播模型與測量到的微震事件相比較的步驟來確定統(tǒng)計基線 數(shù)目。因此，空間數(shù)據(jù)可以保持原封不動，