震源空间成像技术在玛湖地区低信噪比微地震处理中的应用.pdf

第 卷第期成都理工大学学报（自然科学版）年月 （）：文章编号 （）收稿日期 。基金项目中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目（）。第一作者伍顺伟（），男，硕士，高级工程师，从事地震解释、地质建模及非常规油藏开发研究工作，：。震源空间成像技术在玛湖地区低信噪比微地震处理中的应用伍顺伟，董岩，李志宏，朱越，朱键，王英伟，邓玉森（中国石油新疆油田公司 勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 ；北京源烃泰克科技有限公司，北京 ）摘要探讨准噶尔盆地玛湖地区不同信噪比微地震信号处理技术的适应性，为压裂改造提供技术支撑。从玛湖地区微地震信号识别的影响因素分析入手，找出微地震信号成像的技术瓶颈，针对玛湖地区低信噪比微地震信号，提出了采用震源空间成像微地震处理技术。结果表明波形振幅偏移叠加的震源空间成像技术得到的微地震事件结果与实钻井产液剖面具有较高的吻合度，微地震事件计算出的压裂改造体积与钻井的生产情况契合度高，微地震事件密度和水力裂缝长度与弹性模量呈正相关。处理结果不仅实现了研究区低信噪比信号的准确定位，而且实现了对压裂改造效果的有效评估。关键词微地震处理；走时拾取；震源空间成像；波形振幅偏移叠加 分类号 文献标志码犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳 狊 狅 狌 狉 犮 犲 狊 狆 犪 犮 犲 犻 犿 犪 犵 犻 狀 犵 狋 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔 犻 狀 犾 狅 狑狊 犻 犵 狀 犪 犾 狋 狅 狀 狅 犻 狊 犲狉 犪 狋 犻 狅犿 犻 犮 狉 狅 狊 犲 犻 狊 犿 犻 犮狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊 犻 狀 犵 犻 狀犕 犪 犺 狌犪 狉 犲 犪，犑 狌 狀 犵 犵 犪 狉犅 犪 狊 犻 狀，犆 犺 犻 狀 犪 ，犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺 犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲狅 犳犈 狓 狆 犾 狅 狉 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犱犇 犲 狏 犲 犾 狅 狆 犿 犲 狀 狋，犘 犲 狋 狉 狅 犆 犺 犻 狀 犪犡 犻 狀 犼 犻 犪 狀 犵犗 犻 犾 犳 犻 犲 犾 犱犆 狅 犿 狆 犪 狀 狔，犓 犪 狉 犪 犿 犪 狔 ，犆 犺 犻 狀 犪；犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵犢 狌 犪 狀 狋 犻 狀 犵 狋 犪 犻 犽 犲犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲牔 犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔犔 狋 犱，犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵 ，犆 犺 犻 狀 犪犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；在非常规油气藏的勘探开发过程中，微地震技术是压裂缝网监测的有效手段，对于描述压裂缝网的延伸规律、计算压裂改造体积、评价压裂效果具有重要作用。近年来，在准噶尔盆地玛湖致密砾岩油藏开发过程中，先后在玛 井区及邻区完成口井的微地震监测工作。统计分析表明，口井的总压裂段数为 段，有微地震事件的段数为 段，占 ，未 监 测 到 的 微 地 震 事 件 的 段 数 达 。通过分析微地震事件、微地震计算的压裂改造体积与油井初期产量关系，两者之间存在差异。从压裂施工情况分析，无论是排量、砂比、总加砂量、总液量都保持了较高的水平，压裂井初期日产量较高，表明储层得到了有效改造。因此，预示着微地震监测技术识别出的微地震事件与实际微地震数量之间存在较大差异。工区及邻区曾开展过大量微地震监测工作，并取得了丰硕成果。刘博等利用微地震监测结果分析认为吉木萨尔地区断层和天然裂缝带对微地震事件分布特征产生影响；杜金玲等通过开展微地震与三维地震融合研究认为吉木萨尔地区断裂、天然裂缝、脆性指数、水平应力差等与人工改造缝网形态直接相关，可影响储层的改造效果及后期产能；邬元月等利用微地震监测结果描述了玛湖地区砾岩储层压裂缝网形态；李国欣等利用微地震监测结果评价了玛 井区小井距示范区压裂改造效果。段碧山认为，玛湖地区采集到的微地震数据中多数事件能量弱，波初至特征不明显，采用传统的走时拾取法，无法准确拾取初至和定位，导致最终监测结果仅包含距监测井 以内的中强能量的微地震事件，而对于距监测井 以外或低信噪比的弱能量事件无法进行有效处理，影响了压裂改造效果的准确性评价。本文针对玛湖地区信噪比低于的微地震信号，由于波初至拾取困难导致微地震事件不能准确定位的问题，分析了目前国内外微地震处理普遍采用的走时拾取和震源空间成像两种主要技术方法的原理和适用条件，对玛 井区 井微地震监测数据开展了两种微地震方法的处理，波形振幅偏移叠加的震源空间成像技术处理结果与实际生产吻合较好，且微地震事件密度和水力裂缝长度与弹性模量呈正相关。现以玛 井区 井为例探讨震源空间成像技术在工区的适应性。技术方法微地震处理方法按照地震资料处理原理可大致分为两类，一类是基于走时拾取（初至识别）的方法，另一类是基于波形振幅偏移叠加的震源空间成像方法。通常情况下，初至识别以信号与噪声在振幅、频率、偏振等方面的差异为基础，目前常采用的方法 是 借 鉴 天 然 地 震 中 的 长短 时 窗平 均能 量比（）法、基于自回归模型的 信息准则（）法、相关法等单一识别模式。近年来，盛冠群等提出了基于小波分解与高阶统计量的微地震初至拾取方法，谭玉阳等提出了基于多道相似系数的微地震事件自动识别方法，秦癶等 提出了基于同步压缩变换微地震弱信号提取方法在不同地区均取得了一定成效。但基于走时拾取的方法要求先检测到微地震事件，并拾取波和波的初至，通过找到与波和波 初 至 时 差 最 吻 合 的 空 间 位 置 来 进 行 定位。由于微地震事件的能量相对较弱，如何准确地识别微地震事件以及如何在低信噪比情况下准确判断初至并进行拾取是研究工作面临的挑战。基于波形振幅偏移叠加的震源空间成像方法是借鉴地震勘探中偏移成像的思路，采用基于 全波形数据叠加原理，通过对目标工区地层进行网格划分，将各个检波器上的波信号和波信号进行绕射成像，计算每个网格点在时刻函数（，），函数定义如下（，）犖犖狀狘狌狀（犿 狀）狘式中：狌狀是检波器狀记录的波形；犖是检波器总数；狋狀是从网格点到检波器狀计算的某个最大振幅点走时。如果所有的最大振幅都是由网格点成都理工大学学报（自然科学版）第 卷在时间产生，那么（，）；同样，（，）意味着网格点在时刻的震源产生的最大振幅在每个检波器只有 被观测到。通过系统地搜索点和时间来寻找波和波的亮度函数最大值，我们便可以有效地重构了震源的时空分布（图），自动确定震源位置 。该方法优点是整个定位过程相对自动化，不需要事先识别事件并且拾取走时。图震源空间成像定位法原理示意图犉 犻 犵 （）震源空间成像处理 地质背景玛湖凹陷处于准噶尔盆地中央拗陷和陆梁隆起的西侧，是准噶尔盆地西北缘的山前拗陷。研究区（玛 井区）构造上属于准噶尔盆地中央拗陷玛湖凹陷西斜坡，西北上倾方向与克百断裂带相接，东北方向与玛北油田相邻。研究的层位为三叠系百口泉组（犫），地层厚度稳定在 ，共分为段，主要研究对象为百口泉组第一段（犫，简称“百一段”），以灰绿色褐色砂砾岩为主，夹棕灰色含砾泥岩，电性曲线呈高阻指状特征。玛湖凹陷西斜坡区三叠系整体为向东南倾的单斜构造，在玛 井区发育低幅度鼻状构造。玛西斜坡发育两组不同方向断裂，一组为北东走向，一组为北西走向。玛 井区百一段储层孔隙度平均为，渗透率平均为 。工区构造简单，岩性复杂，储层非均质性强，百口泉组油藏主要为受断裂控制的岩性构造油藏，采用水平井体积压裂的主体开发方式。因此，微地震监测技术的应用在该区显得十分重要。水平井基本情况 井完钻深度为 ，水平段长度为 ，穿行于犫，储层钻遇率 ，井轨迹与最大水平主应力方向近垂直。测井解释孔隙度平均为 ，含油饱和度平均为 。划分为 段进行压裂，单段施工液量为 ，单段施工砂量为 ，总液量为 ，总砂量为 。根据玛 井区口井资料分析，通过椭圆井眼施密特图、诱导缝走向施密特图共同确定最大水平主应力方向为近东西向，方位角为 。井筒水平段闭合方位角为 ，人工裂缝走向与井筒方向基本垂直，井筒处于对压裂改造有利的方位。玛 井百口泉组岩心和 图像显示，储层天然裂缝不发育，仅在中上部发育诱导缝。观测系统 井是 井的监测井，具有 级三分量 检 波 器，监 测 井 与 水 平 井 垂 直 距 离 为 ，与点距离为 ，与点距离为 （图）。微地震处理流程 信号定位与优化根据射孔时间拾取高品质射孔信号的波初至，利用不同压裂段的射孔信号波振幅能量在各个检波器上的差异，估算各个检波器水平分量的偏振角。基于偏振角对所有信号进行旋转处理，获得极性一致的径向分量与切向分量，并基于信号传播特征将三分量信号分离为波、波和 波，然后对数据开展平滑、谱白化及滤波等优化处理，增强波组特性，为后续微地震定位奠定基础（图）。第期伍顺伟，等：震源空间成像技术在玛湖地区低信噪比微地震处理中的应用图犕 井微地震监测观测系统犉 犻 犵 图犕 井数据优化处理前后对比犉 犻 犵 速度模型建立首先利用监测井 井的声波测井资料，计算层速度，然后将原始曲线按照 间隔进行重新采样和平滑滤波，除去奇异值，并根据速度的变化趋势，离散为多个层段；最后采用非线性的模拟退火蒙特卡罗法进行波和波速度反演，建立速度模型（图）。最终定位的射孔信号定位误差在 以内（井：狓方向平均绝对误差为，狔方向平均绝对误差为 ，狕方向平均绝对误差为）。微地震信号综合识别传统的波与波拾取法依赖于初至拾取，识别出来的微地震事件为初至清楚的高信噪比资料。从典型微地震事件的剖面特征分析（图），高信噪比资料（信噪比）波和波信号的初至特征明显，可以拾取；低信噪比事件（信噪比）只有波信号初至清晰，波信号隐约可见，因此采用走时拾取法处理低信噪比资料时准确拾取初至较难，定位误差较大，微地震事件一般分布在井周围。图犕 井微地震定位速度模型犉 犻 犵 （虚线为初始速度模型，实线为迭代后的速度模型）成都理工大学学报（自然科学版）第 卷图走时拾取微地震事件典型原始道集犉 犻 犵 震源空间成像技术基于全波形成像，不依赖于拾取初至，所以可以定位低信噪比信号。图为图所对应的个典型微地震事件的纵波和横波震源叠加图，采用走时拾取法不能定位的信噪比为 的微地震事件在纵波和横波震源叠加图上能够有效识别。两种微地震处理结果对比从表的对比分析可以看出，井利用走时拾取法和震源空间成像法得到的微地震事件存在较大的差异。主要体现在识别出的微地震事件数量上后者是前者的 倍，计算出的平均缝长和缝高也高于前者（图）。图是 井典型段两次处理结果对比，图中代表微地震事件的球体越大越红代表该事件具有越高的信噪比，从图中可看到走时拾取定位结果普遍位于井筒周围 范围内，且信噪比普遍较高，而震源空间成像定位结果中的高信噪比事件也基本集中于井筒周围 范围以内。图典型纵波和横波震源叠加图犉 犻 犵 第期伍顺伟，等：震源空间成像技术在玛湖地区低信噪比微地震处理中的应用表两次处理微地震结果对比犜 犪 犫 犾 犲 井名走时拾取定位事件数量平均缝长平均缝高震源空间成像定位事件数量平均缝长平均缝高 图犕 井两次微地震处理结果对比犉 犻 犵 图犕 井犛 狋 犪 犵 犲两次微地震处理事件分布对比犉 犻 犵 成都理工大学学报（自然科学版）第 卷两种方法最大差异表现为震源空间成像技术对低信噪比微地震事件处理效果较好，从而获得了更丰富的微地震事件。应用效果分析分析两种处理方法得到的微地震事件数量与单段产液量之间的关系，发现走时拾取定位结果相关性不明显（图 ），震源空间成像定位微地震事件数量与单段产液量有明显的正相关趋势，趋势更合理（第 段差异较大）（图 ）。对第 段进行分析发现，该段在相同的施工排量和加砂工艺条件下，施工压力比邻段低 ，结合三维地震相干属性分析，认为该段周围存在天然裂缝，压裂时岩石破裂能量低，所以识别出有效微地震事件信号数量较少。因此，利用震源空间成像法得到的微地震事件与实际生产情况更符合。走时拾取法计算的压裂改造体积为 ，震源空间成像法计算的压裂改造体积为 。但是从实际生成情况分析，该井日产液量达到 ，反映后者计算的压裂改造体积与生产实际情况契合度更高。图犕 井各段微地震事件数量和产液占比交汇图犉 犻 犵 基于 井震源空间成像解释的各压裂段水力裂缝长度与测井解释的平均弹性模量进行交汇分析，表现出水力裂缝长度和弹性模量呈正相关趋势（图）。图 各压裂段水力裂缝长度与平均弹性模量交汇图犉 犻 犵 利用神经网络反演技术，预测了玛 井区弹性模量三维展布，反演结果和实际曲线误差小于，验证井误差也小于。平面上，微地震事件密度较大且分布较宽的第第 段弹性模量比其他段略高 ，微地震信号明显偏多，表明弹性模量大小是影响该区水力裂缝扩展的重要参数之一（图）。图 犕 井周围犜犫平均弹性模量与微地震事件叠合图犉 犻 犵 犫 结 论 走时拾取和震源空间成像方法对于高信噪比微地震事件都能够较好定位，震源空间成像方法优势在于对低信噪比微地震事件的准确定位，对于微地震事件较弱的区块能够拓展微地震事件。震源空间成像技术方法得到的微地震事件是第期伍顺伟，等：震源空间成像技术在玛湖地区低信噪比微地震处理中的应用走时拾取方法的 倍，并且与 实际生产情况较为匹配，表明拓展的微地震事件是有效的。弹性模量越高的压裂段，水力裂缝越长，并且在平面上弹性模量高的压裂段对应的微地震事件数量也相对较多，表明弹性模量是影响该区压裂效果的关键参数之一。参考文献刘博，徐刚，纪拥军，等页岩油水平井体积压裂及微地震监测技术实践岩性油气藏，（）：，犲 狋 犪 犾 ，（）：（）杜金玲，林鹤，纪拥军，等地震与微地震融合技术在页岩油压后评估中的应用岩性油气藏，（）：，犲 狋 犪 犾 ，（）：（）邬元月，李建民，李俊超，等一种砾岩油藏水平井压裂缝网的评价与预测方法 油气田勘探与开发国际会议，犲 狋 犪 犾 李国欣，覃建华，鲜成钢，等致密砾岩油田高效开发理论认识、关键技术与实践 以准噶尔盆地玛湖油田为例 石 油 勘 探 与 开 发，（）：，犲 狋 犪 犾 ，：，（）：（）段碧山玛湖地区致密砾岩油藏体积压裂水平井开发规律研究北京：中国石油大学档案馆，：，（），（）：，（）：盛冠群，李振春，王维波，等基于小波分解与高阶统计量的 微 地 震 初 至 拾 取 方 法 研 究 石 油 物 探，（）：，犲 狋 犪 犾 ，（）：（）谭玉阳，何川，曹耐基于多道相似系数的微地震事件自动识别石油物探，（）：，（）：（）秦癶，宋维琪基于同步压缩变换微地震弱信号提取方法研究石油物探，（）：，（）：（），：，（）：，：，：吴建光，张平，吕昊，等基于震幅叠加的微地震事件定位在地面监测中的应用吉林大学学报（地球科学版），（）：，犲 狋 犪 犾 （），（）：（）覃建华，张景，蒋庆平，等玛湖砾岩致密油“甜点”分类评价及其工程应用中国石油勘探，（）：，犲 狋犪 犾 ，（）：（）成都理工大学学报（自然科学版）第 卷