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摘要：微地震压裂监测就是用记录地震波的方法对压裂作业过程产生的微地震信号进行记录、分析和处理，监测压裂效果的一项技术。N井微地震压裂监测项目采用斜井压裂，直井监测的方式进行施工，文章以N井为例，分别从采集和处理解释技术方面，对微地震压裂监测技术进行了研究。
关键词：N井 ；微地震压裂监测 ；处理解释
1 采集技术研究
1.1采集工艺特点及设备要求。井中微地震压裂监测资料相对于地面地震具有一些特殊性[2]：（1）频率高，主要频率集中在100-1500HZ；（2）水力压裂产生的微地震事件能量微弱，且高频成分极易被衰减吸收；（3）实时性强，耗时长，通常需要连续记录。以上特点决定了对采集设备的如下要求：（1）多级数。采用多级数可以达到如下目的：多次覆盖，得到更多的地震数据；提高施工效率；减少井炮数量；节约工农费用。（2）三分量高灵敏度高带宽检波器。在井中条件下，特别对于压裂监测施工来说，无论井下震源产生的能量还是微地震事件产生的地震能量都是非常微弱的，并且频率非常高，要求井中使用的检波器具有相当高的灵敏度和测量带宽.（3）高采样率下的连续记录能力。由于压裂施工时间比较长，为了完整记录这段时间内发生的所有微地震事件，要求采集系统具有连续记录和实时数据传输的能力。（4）高可靠性。耐高温、高压，适应井下殊环境。
1.2 微地震压裂监测采集施工
（1）下井记录射孔定位信号。作业完成后地面仪器到达监测井场就位，井下仪器检测合格后下井到指定层位并推靠好。录制井下噪音。噪音合格后通知压裂井场的射孔队，在射孔开始前几分钟开始记录，直至射孔完成并得到良好的射孔记录。现场对射孔记录进行处理以确定每一个检波器的方位。需要接收两次射孔信号对数据检验与校正。（2）压裂监测。N井微地震压裂监测项目采用斜井压裂，直井监测的方式进行施工，在压裂作业开始前几分钟开始记录，仪器上将同时显示连续记录文件与事件记录文件，记录过程中密切监视仪器状态，压裂过程持续几个小时，在压裂结束后继续记录一段时间以保证不漏掉微地震事件。所得数据量视压裂规模大小与压裂持续时间长短而定。
2 处理技术研究
2.1原始资料分析。仪器记录到的定位资料信噪比较高，Z分量能量较强，相位一致性好，初至清晰。能够看到明显的事件显示，N井的原始资料满足地质任务的要求。
3.2处理技术研究。井中微地震事件的处理与地面地震资料处理不同，主要分三个部分，第一部分：需要搜索出微地震事件来，其中的难点是识别微地震事件，弄清哪些是微地震事件，哪些是噪音；第二部分：找到微地震事件的P波到达时及其质点振动方向；第三部分：利用微地震事件走时差进行反演，得到震源的径向、纵向位置、方位，最终得到裂缝的空间分布。
2.2.1监测数据方位校正。在进行监测数据方位校正前，要对原始数据进行合并和标准化处理，使数据转化为软件可以识别的格式，转化后对定位数据进行处理，确定校正的方位角。井下三分量检波器的水平分量的方位是随机取向的。通过定位震源P波的偏振测定检波器旋转的方位，将接收到的资料进行坐标变换，变换到基准方向，进行后续微地震处理。方位校正前监测数据相位发生反转，校正后相位一致，初至明显得到改善.
2.2.2事件识别。事件识别是微地震资料处理中比较重要的环节，有效事件识别主要根据信号与噪声间的差异实现，算法综合考虑了运算速度、实际微地震信号与噪声的特点。以能量比法为基础，同时结合了偏振特性与走时特点。在实际处理中通过对记录中噪声的分析，利用能量比偏振分析法，对监测数据进行了事件识别，共识别出事件65个，其中有效事件42个。
2.2.3速度建模。模拟退火法源于统计热力物理学， 模拟熔融状态下物体缓慢冷却达到结晶状态的物理过程。生成一系列参数向量模拟粒子的热运动， 通过缓慢地减小一个模拟温度的控制参数， 使模拟的系统最终冷却结晶达到系统能量最小值的过程。 模拟退火法本质上是一个啟发式的蒙特卡洛优化过程， 模仿退火物理过程，是非线性反演算法中一种最常用的算法。与传统的线性反演方法相比该方法具有：不依赖初始模型的选择、能寻找全局最小点而不陷入局部极小等优点。
2.2.4初至拾取 。根据地震道初至波的特殊性质，如振幅比较强、能量比较大等，以这些条件为约束条件来准确地拾取地震波初至时间[3]。初至拾取可采用人机交互的方式进行，这种方法精度高，但速度一般；也可采用微机自动拾取的方式，此方法速度快，但受相关噪声的影响拾取精度低，偏差较大。综合考虑，选取了精度较高的人机交互拾取。
2.2.5微地震反演。微地震资料的应用中，需要最终反演出微地震震源的准确位置，目前的微地震反演方法包括：模拟退火法、遗传算法、Geiger法、网格搜索法等，其中Geiger定位方法是一种经典的定位方法，在实际现场定位中应用广泛，效果较好。处理中，为了便于计算，将检波器的水平坐标（X0，Y0）定义为（0，0），从而求得的震源点的水平坐标（x，y）是一个相对量，只要相应变换即可。同时定义Y轴指向正北，而X轴指向正东。按照处理流程，选取了信噪比相对较高的事件记录进行处理和反演，得到微地震震源点的xy面投影俯视图显示、微震源点侧视图、震源点的三维显示（图1），从图中可以看出裂缝方位为北偏东。
3压裂裂缝属性描述
对所定位的微地震震源点加上所发生的能量级和时序可对压裂时裂缝的产生过程进行认识，用不同的颜色表示微地震事件发生的时序。微地震震源点其能量时序分布俯视图显示、微震源点能量时序分布侧视图、能量时序分布的三维显示。微地震事件的能量有明显差异。其中北偏东能量较强且集中，有2个比较明显的能量团，随着压裂进程，裂缝不断扩展，主次裂缝逐步连通。根据震源点数据进行裂缝空间展布的描述与分析，对裂缝的属性进行分析：震源点较少，比较分散，岩石的可压性不是很好，主次裂缝不明显，呈现团状分布，结合震源点分布、能量和时序特点，确定主裂缝长度为320.9m，裂缝宽度为260m，裂缝高度为49m。主裂缝方位角为北偏东119.5度，次生裂缝的方位为北偏东70度。
4认识与结论
N井微地震资料处理解释项目指导采油厂更改了注水方案， 通过对该井的研究，形成了系统的微地震资料处理解释流程，最终得出以下结论（1）井中微地震压裂监测是目前国际上公认的最先进的裂缝测试技术，该技术具有地面条件限制少、采样率高、传输速度快、噪音小等特点。（2）通过对微地震压裂监测技术的研究，可以明确压裂裂缝真实的延伸情况在指导井网部署、压裂优化设计、压裂后效评估方面发挥重要作用。（3）N井压裂井段岩性为砂岩，相比页岩可压性较差，岩石可压性是影响监测结果的重要因素。
参 考 文 献
[1]董世泰，高红霞.微地震监测技术及其在油田开发中的应用.石油仪器，2004，18（5）：5-8
[2]刘建中，王秀鹃，孙玉玲.人工压裂形成多裂缝的可能性研究. 石油勘探与开发， 2002，29（3）：104-106
关键词：N井 ；微地震压裂监测 ；处理解释
1 采集技术研究
1.1采集工艺特点及设备要求。井中微地震压裂监测资料相对于地面地震具有一些特殊性[2]：（1）频率高，主要频率集中在100-1500HZ；（2）水力压裂产生的微地震事件能量微弱，且高频成分极易被衰减吸收；（3）实时性强，耗时长，通常需要连续记录。以上特点决定了对采集设备的如下要求：（1）多级数。采用多级数可以达到如下目的：多次覆盖，得到更多的地震数据；提高施工效率；减少井炮数量；节约工农费用。（2）三分量高灵敏度高带宽检波器。在井中条件下，特别对于压裂监测施工来说，无论井下震源产生的能量还是微地震事件产生的地震能量都是非常微弱的，并且频率非常高，要求井中使用的检波器具有相当高的灵敏度和测量带宽.（3）高采样率下的连续记录能力。由于压裂施工时间比较长，为了完整记录这段时间内发生的所有微地震事件，要求采集系统具有连续记录和实时数据传输的能力。（4）高可靠性。耐高温、高压，适应井下殊环境。
1.2 微地震压裂监测采集施工
（1）下井记录射孔定位信号。作业完成后地面仪器到达监测井场就位，井下仪器检测合格后下井到指定层位并推靠好。录制井下噪音。噪音合格后通知压裂井场的射孔队，在射孔开始前几分钟开始记录，直至射孔完成并得到良好的射孔记录。现场对射孔记录进行处理以确定每一个检波器的方位。需要接收两次射孔信号对数据检验与校正。（2）压裂监测。N井微地震压裂监测项目采用斜井压裂，直井监测的方式进行施工，在压裂作业开始前几分钟开始记录，仪器上将同时显示连续记录文件与事件记录文件，记录过程中密切监视仪器状态，压裂过程持续几个小时，在压裂结束后继续记录一段时间以保证不漏掉微地震事件。所得数据量视压裂规模大小与压裂持续时间长短而定。
2 处理技术研究
2.1原始资料分析。仪器记录到的定位资料信噪比较高，Z分量能量较强，相位一致性好，初至清晰。能够看到明显的事件显示，N井的原始资料满足地质任务的要求。
3.2处理技术研究。井中微地震事件的处理与地面地震资料处理不同，主要分三个部分，第一部分：需要搜索出微地震事件来，其中的难点是识别微地震事件，弄清哪些是微地震事件，哪些是噪音；第二部分：找到微地震事件的P波到达时及其质点振动方向；第三部分：利用微地震事件走时差进行反演，得到震源的径向、纵向位置、方位，最终得到裂缝的空间分布。
2.2.1监测数据方位校正。在进行监测数据方位校正前，要对原始数据进行合并和标准化处理，使数据转化为软件可以识别的格式，转化后对定位数据进行处理，确定校正的方位角。井下三分量检波器的水平分量的方位是随机取向的。通过定位震源P波的偏振测定检波器旋转的方位，将接收到的资料进行坐标变换，变换到基准方向，进行后续微地震处理。方位校正前监测数据相位发生反转，校正后相位一致，初至明显得到改善.
2.2.2事件识别。事件识别是微地震资料处理中比较重要的环节，有效事件识别主要根据信号与噪声间的差异实现，算法综合考虑了运算速度、实际微地震信号与噪声的特点。以能量比法为基础，同时结合了偏振特性与走时特点。在实际处理中通过对记录中噪声的分析，利用能量比偏振分析法，对监测数据进行了事件识别，共识别出事件65个，其中有效事件42个。
2.2.3速度建模。模拟退火法源于统计热力物理学， 模拟熔融状态下物体缓慢冷却达到结晶状态的物理过程。生成一系列参数向量模拟粒子的热运动， 通过缓慢地减小一个模拟温度的控制参数， 使模拟的系统最终冷却结晶达到系统能量最小值的过程。 模拟退火法本质上是一个啟发式的蒙特卡洛优化过程， 模仿退火物理过程，是非线性反演算法中一种最常用的算法。与传统的线性反演方法相比该方法具有：不依赖初始模型的选择、能寻找全局最小点而不陷入局部极小等优点。
2.2.4初至拾取 。根据地震道初至波的特殊性质，如振幅比较强、能量比较大等，以这些条件为约束条件来准确地拾取地震波初至时间[3]。初至拾取可采用人机交互的方式进行，这种方法精度高，但速度一般；也可采用微机自动拾取的方式，此方法速度快，但受相关噪声的影响拾取精度低，偏差较大。综合考虑，选取了精度较高的人机交互拾取。
2.2.5微地震反演。微地震资料的应用中，需要最终反演出微地震震源的准确位置，目前的微地震反演方法包括：模拟退火法、遗传算法、Geiger法、网格搜索法等，其中Geiger定位方法是一种经典的定位方法，在实际现场定位中应用广泛，效果较好。处理中，为了便于计算，将检波器的水平坐标（X0，Y0）定义为（0，0），从而求得的震源点的水平坐标（x，y）是一个相对量，只要相应变换即可。同时定义Y轴指向正北，而X轴指向正东。按照处理流程，选取了信噪比相对较高的事件记录进行处理和反演，得到微地震震源点的xy面投影俯视图显示、微震源点侧视图、震源点的三维显示（图1），从图中可以看出裂缝方位为北偏东。
3压裂裂缝属性描述
对所定位的微地震震源点加上所发生的能量级和时序可对压裂时裂缝的产生过程进行认识，用不同的颜色表示微地震事件发生的时序。微地震震源点其能量时序分布俯视图显示、微震源点能量时序分布侧视图、能量时序分布的三维显示。微地震事件的能量有明显差异。其中北偏东能量较强且集中，有2个比较明显的能量团，随着压裂进程，裂缝不断扩展，主次裂缝逐步连通。根据震源点数据进行裂缝空间展布的描述与分析，对裂缝的属性进行分析：震源点较少，比较分散，岩石的可压性不是很好，主次裂缝不明显，呈现团状分布，结合震源点分布、能量和时序特点，确定主裂缝长度为320.9m，裂缝宽度为260m，裂缝高度为49m。主裂缝方位角为北偏东119.5度，次生裂缝的方位为北偏东70度。
4认识与结论
N井微地震资料处理解释项目指导采油厂更改了注水方案， 通过对该井的研究，形成了系统的微地震资料处理解释流程，最终得出以下结论（1）井中微地震压裂监测是目前国际上公认的最先进的裂缝测试技术，该技术具有地面条件限制少、采样率高、传输速度快、噪音小等特点。（2）通过对微地震压裂监测技术的研究，可以明确压裂裂缝真实的延伸情况在指导井网部署、压裂优化设计、压裂后效评估方面发挥重要作用。（3）N井压裂井段岩性为砂岩，相比页岩可压性较差，岩石可压性是影响监测结果的重要因素。
参 考 文 献
[1]董世泰，高红霞.微地震监测技术及其在油田开发中的应用.石油仪器，2004，18（5）：5-8
[2]刘建中，王秀鹃，孙玉玲.人工压裂形成多裂缝的可能性研究. 石油勘探与开发， 2002，29（3）：104-106