CN104182651B - 用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法包括：对一个三分量检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波初至波的初至时间点的预设时窗范围内的两个水平分量数据进行矢端分析并绘制矢端图，利用矢端图求取一个三分量检波器的方位角；对矢端图进行椭圆拟合并求取椭圆的长轴和短轴；对椭圆与矢端图进行残差分析并求取残差；利用椭圆的短轴与长轴之比以及残差求取一个三分量检波器的方位角可靠性值；求取每个三分量检波器的方位角和方位角可靠性值；利用多个三分量检波器的方位角可靠性值获取优选方位角；将优选方位角求平均得到有效方位角，利用有效方位角进行微地震事件自动定位。

Description

用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法
技术领域
本发明属于地球物理勘探微地震监测技术领域，更具体地讲，涉及一种用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法。
背景技术
微地震监测技术是近年来快速发展起来的解决低渗透油气藏开发的重要技术。尽管20世纪70年代已经进行过微地震压裂的监测，但那时只是作为实验性质。随着国家对能源开发的进一步重视及需求，微地震监测与研究对致密砂岩、页岩等非常规油气藏的开发起到至关重要的作用，我国每年至少有上万口井需要做微地震监测。微地震监测技术是通过对相邻井中的地震检波器接收到的来自压裂井在压裂过程中产生的微地震信号(目前主要指微地震初至旅行时)进行分析，来描述压裂过程中裂缝生长的几何分布以及流体运移特征(例如裂缝的高度、长度以及方位)。这些信息可以优化压裂设计以及提高油气藏管理，从而提高油气田的产能。
现在国内普遍流行的微地震监测方法仍然是深井监测。微地震监测的关键在于实时处理效率和定位精度，然而，对于微地震深井监测的P波或S波，其初至波的自动拾取存在困难，难以保证每个检波器的初至波拾取都能达到准确。并且，微地震深井监测必须依赖检波器的方位角信息从而达到定位的目的，而检波器方位角误差必然导致定位结果在X、Y方向出现极大的错误，甚至导致定位结果出现画弧现象，从而大大地影响微地震监测裂缝分布规律。因此，如何在现场实时自动处理过程中自动质控、计算并提高方位角精度，是微地震深井监测的难题。
发明内容
针对存在的微地震监测问题，本发明的目的在于提供一种用于多分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法，以提高微地震监测实时自动处理过程中的自动处理效率和定位精度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法，所述方法包括以下步骤：A、对多个三分量检波器中的一个三分量检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波初至波的初至时间点在内的预设时窗范围内的两个水平分量数据进行矢端分析并绘制矢端图，利用所述矢端图求取所述一个三分量检波器的方位角；C、对所述矢端图进行椭圆拟合并求取椭圆的长轴和短轴；D、对所述椭圆与所述矢端图进行残差分析并求取残差；E、利用所述椭圆的短轴和长轴之比以及所述残差求取所述一个三分量检波器的方位角可靠性值；F、重复步骤A至E，求取多个三分量检波器中的每个三分量检波器的方位角和方位角可靠性值；G、将多个三分量检波器的方位角可靠性值按照大小进行升序排序，取所得排序序列的前面3～5个方位角可靠性值所对应的三分量检波器作为有效检波器并将所述有效检波器的方位角作为优选方位角；H、将所得优选方位角求平均得到有效方位角，并将所述有效检波器对应的P波初至波或S波初至波作为有效初至波序列；I、将所述有效方位角和有效初至波序列用于微地震事件的自动定位。
根据本发明的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法的一个实施例，所述方位角是微地震事件的发生位置与一个三分量检波器的设置位置的连线在水平面的投影线与正北方向的夹角并且所述夹角沿着顺时针的旋转方向进行计算。
根据本发明的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法的一个实施例，在步骤B中，利用最小二乘算法或偏振分析法对矢端图进行分析求取所述一个三分量检波器的方位角。
根据本发明的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法的一个实施例，在步骤D中，所述残差为所述矢端图中各点映射到椭圆上的点的距离之和。
根据本发明的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法的一个实施例，在步骤E中，利用式1求取方位角可靠性值Re，式1为：
Re＝a*b1+r*b2
在式1中，a为归一化之后的短轴和长轴之比，r为残差；b1和b2分别为a和r的权值系数，且b1+b2＝1。
本发明可以在微地震监测实时自动处理过程中极大地提高自动处理效率和定位精度，有利于拓展微地震监测技术在非常规油气藏压裂实时指导中的运用和可靠性。并且，本发明不仅保持了微地震初至旅行时计算的精确，而且具有运算速度快以及计算稳定等优点。
具体实施方式
以下，将详细说明本发明的示例性实施例。
可通过计算机软件模块实现本发明的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法。在本申请中描述的各个步骤不限制为上述步骤，其中的一些步骤可被进一步拆分为更多的步骤，并且一些步骤可合并为较少的步骤。
根据本发明的示例性实施例，所述用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法包括以下步骤：
步骤A：
对多个三分量检波器中的一个三分量检波器接收到的微地震事件拾取P波初至波或S波初至波。
本发明针对一个微地震事件对应的多个三分量检波器进行处理，即本发明处理的是一个微地震事件被多个三分量检波器接收后的数据。具体地，可以利用程序自动对一个三分量检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波的初至时间。无论拾取的是P波初至波还是S波初至波，后续的处理方法均可以是一致的。本发明不对具体的拾取方式进行限制，可以采用本领域公知的程序或方法进行。
其中，三分量检波器是微地震资料采集时的常用接收设备，每个三分量检波器内装有三个互相垂直的传感器，用于记录不同波在不同方向的振动信息。P波和S波均为体波，P波是最先到达接收地点的波并且是一种纵波，也称为压缩波；S波是速度仅次于P波的波并且是一种横波，也称为剪切波。
步骤B：
取包括所述P波初至波或S波初至波的初至时间点在内的预设时窗范围内的两个水平分量数据进行矢端分析并绘制矢端图，利用所述矢端图求取所述一个三分量检波器的方位角。
步骤B是通过对预设视窗范围的数据进行分析以求取三分量检波器的方位角，其中，方位角是微地震事件的发生位置与一个三分量检波器的设置位置的连线在水平面的投影线与正北方向的夹角并且所述夹角沿着顺时针的旋转方向进行计算。
例如，对于根据第i个三分量检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波初至波的初至时间后，取该初至时间点前后预设时窗范围内的两个水平分量数据进行矢端分析。以P波初至波为例，其初至时间为t，则以t时刻为准并取t时刻之前的t0时刻和t时刻之后的t1时刻之间的时窗作为预设时窗，即取[t0,t1]时窗范围内的两个水平分量数据的所有采样点进行矢端分析并求取上述第i个三分量检波器的方位角。
根据本发明，矢端分析是根据包括所述P波初至波或S波初至波的初至时间点在内的预设时窗范围内的两个水平分量数据绘制两个水平分量振动的散点图的过程，该散点图也称为矢端图。利用最小二乘算法或偏振分析法对矢端图进行分析，就可以求取相应三分量检波器针对该微地震事件的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为本领域公知的方法。
步骤C：
对所述矢端图进行椭圆拟合并求取椭圆的长轴和短轴。
具体地，将所得矢端图进行椭圆拟合就可以得到椭圆的长轴和短轴。在椭圆拟合中，拟合出的椭圆的短轴与长轴之比越小，则偏振效果越好，意味着所求的方位角越可靠。其中，椭圆拟合方法也是本领域常规的方法。
步骤D：
对所述椭圆与所述矢端图进行残差分析并求取残差。
具体地，通过求取所述矢端图中各点映射到椭圆上的点的距离之和就可以得到残差。
步骤E：
利用椭圆的短轴和长轴之比以及所述残差求取所述一个三分量检波器的方位角可靠性值。
其中，三分量检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，具体可以利用式1求取方位角可靠性值Re：
Re＝a*b1+r*b2——式1
在式1中，a为归一化之后的短轴与长轴之比，r为残差；b1和b2分别为a和r的权值系数，且b1+b2＝1。
步骤F：
重复上述步骤A至E，求取多个三分量检波器中的每个三分量检波器的方位角和方位角可靠性值。其中，计算得到的方位角可靠性值越小，其所对应的方位角的可靠性越高。
步骤G：
将多个三分量检波器的方位角可靠性值按照大小进行升序排序，取所得排序序列的前面j个方位角可靠性值所对应的三分量检波器作为有效检波器并将所述有效检波器的方位角作为优选方位角，其中，j为正整数并且j的取值为三分量检波器的总数量的30～40％。
步骤G是对所求取的多个三分量检波器的方位角进行优选以对该微地震事件所对应的三分量检波器的拾取精度进行优选和质控。本步骤具体是通过对多个三分量检波器的方位角可靠性值进行大小的排序，然后选取几个较小的方位角可靠性值所对应的三分量检波器作为有效检波器，并将所述有效检波器对应的方位角作为优选方位角。
步骤H：
将所得优选方位角进行求平均计算得到有效方位角，并将所述有效检波器对应的P波初至波或S波初至波作为有效初至波序列。
步骤I：
将所述有效方位角和有效初至波序列用于微地震事件的自动定位。
通过自动质控和优选的可靠性高的方位角用于自动定位，可以避免人为进行分析而耗时耗力。
本发明可以适用于微地震监测软件***的自主开发，并且本发明可以扩展于微地震多井监测，达到对初至波自动拾取进行质控的目的。模型实验表明，本发明不仅能够保持微地震事件方位角自动质控及高精度的计算，并能够为微地震事件的初至信息、方位角信息的成功定位奠定基础，具有运算速度快以及计算稳定等优点。
尽管已参照示例性实施例表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (5)

1.一种用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、对多个三分量检波器中的一个三分量检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波初至波的初至时间点在内的预设时窗范围内的两个水平分量数据进行矢端分析并绘制矢端图，利用所述矢端图求取所述一个三分量检波器的方位角；
C、对所述矢端图进行椭圆拟合并求取椭圆的长轴和短轴；
D、对所述椭圆与所述矢端图进行残差分析并求取残差；
E、利用所述椭圆的归一化之后的短轴与长轴之比以及所述残差求取所述一个三分量检波器的方位角可靠性值；
F、重复步骤A至E，求取多个三分量检波器中的每个三分量检波器的方位角和方位角可靠性值；
G、将多个三分量检波器的方位角可靠性值按照大小进行升序排序，取所得排序序列的前面j个方位角可靠性值所对应的三分量检波器作为有效检波器并将所述有效检波器的方位角作为优选方位角，其中，j为正整数并且j的取值为三分量检波器的总数量的30～40％；
H、将所得优选方位角进行求平均计算得到有效方位角，将所述有效检波器对应的P波初至波或S波初至波作为有效初至波序列；
I、将所述有效方位角和有效初至波序列用于微地震事件的自动定位。
2.根据权利要求1所述的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法，其特征在于，所述方位角是微地震事件的发生位置与一个三分量检波器的设置位置的连线在水平面的投影线与正北方向的夹角并且所述夹角沿着顺时针的旋转方向进行计算。
3.根据权利要求1所述的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法，其特征在于，在步骤B中，利用最小二乘算法或偏振分析法对矢端图进行分析求取所述一个三分量检波器的方位角。
4.根据权利要求1所述的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法，其特征在于，在步骤D中，所述残差为所述矢端图中各点映射到椭圆上的点的距离之和。
5.根据权利要求1所述的用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法，其特征在于，在步骤E中，利用式1求取方位角可靠性值Re，式1为：
Re＝a*b1+r*b2
在式1中，a为归一化之后的短轴与长轴之比，r为残差；b1和b2分别为a和r的权值系数，且b1+b2＝1。
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