存儲式微地震監(jiān)測儀的研制

李 兵陳一健 馬 曉 樊爽君

(1.西南石油大學，成都 610500；2.中原油田，濮陽 457331)

存儲式微地震監(jiān)測儀的研制

李 兵1陳一健1馬 曉1樊爽君2

(1.西南石油大學，成都 610500；2.中原油田，濮陽 457331)

微地震監(jiān)測技術在國內(nèi)外油田、礦山、水利等領域應用廣泛，微地震監(jiān)測的關鍵是獲取井底微地震事件數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)采集、震源成像和精確反演等。分析比較國內(nèi)外微地震監(jiān)測技術的發(fā)展現(xiàn)狀，提出存儲式微地震監(jiān)測儀的研制思路。

微地震監(jiān)測技術；天然地震；存儲式微地震監(jiān)測法；存儲式微地震監(jiān)測儀

微地震是一種小型的地震，在地下礦井深部開采過程中發(fā)生巖石破裂和地震活動。由開采誘發(fā)的地震活動通常定義為，在開采坑道附近的巖體內(nèi)因應力場變化導致巖石破壞而引起的地震事件。微地震應用于石油行業(yè)，對提高采收率，優(yōu)化鉆采工藝具有積極作用。因此，可靠、精確、方便、成本較低的存儲式微地震監(jiān)測儀的研制具有重要意義。

1 微地震監(jiān)測技術

微地震監(jiān)測技術早在1962年就已提出,隨后此技術被廣泛應用在油氣藏動態(tài)監(jiān)測、地熱動態(tài)監(jiān)測、煤田動態(tài)監(jiān)測、工程動態(tài)監(jiān)測等方面。在過去幾年中,微地震監(jiān)測技術大量應用在地熱和碳酸巖油氣藏的監(jiān)測中。目前微地震監(jiān)測技術被用于油田生產(chǎn)監(jiān)測、自然裂縫活動監(jiān)測,同時還應用在油田流體驅動中追蹤流體前沿,以提高產(chǎn)能。在油氣田進入開發(fā)階段，進行微地震監(jiān)測，通過分析微地震信號，確定裂縫位置，監(jiān)測油藏動態(tài)，對提高油田的采收率起重要的指導作用。歸納起來，微地震監(jiān)測有以下幾個方面的應用:（1）儲層壓裂監(jiān)測；（2）油藏動態(tài)監(jiān)測；（3）識別可能引起儲層分區(qū)或充當過早見水流動通道的斷層或大裂縫，描述斷層的封堵性能；（4）對于裂縫為主的儲層，微地震事件也可以作為位于儲層內(nèi)部的有效縱波和橫波震源［1］，用于速度成像和橫波各向異性分析，對裂縫性儲層有關的流動各向異性進行成像；（5）對微地震波形和震源機制的研究?？商峁┯嘘P油藏內(nèi)部變形機制、傳導性裂縫和再活動斷裂構造形態(tài)的信息，以及流體流動的分布和壓力前緣的移動情況；（6）微地震監(jiān)測和其他井中地震技術和反射地震技術結合起來，提供功能強大的常規(guī)預測工具，大大降低儲層監(jiān)測的周期和費用［2］。因此，開展微地震監(jiān)測，提取裂縫屬性，對于油田的勘探開發(fā)和增產(chǎn)增收有指導作用。

2 天然地震

2.1 天然地震的模型

震源處的能量釋放過程是發(fā)生在地球介質內(nèi)的一個有限體積內(nèi)，稱為震源區(qū)域。當震源體積的大小遠小于地震波波長時，震源可視為點源。點源在地面上產(chǎn)生的P波初動符號為單力情況如圖1（a）所示。在地表的初動符號分為四個象限。以單力偶為例子，如圖1（b）,圖上箭頭前面的介質受到推的作用，而箭頭后面的介質受到拉的作用，因而介質分為四個象限，即為壓縮區(qū)和膨脹區(qū)相互交替排列，從壓縮區(qū)傳播出去的縱波稱為壓縮波，其質點的運動方向開始是離開震源的，當震動到達地表時，垂直向地震儀記錄到向上的初動位移。在震源空間中，初始壓縮波與膨脹波的分界面稱為節(jié)面，在節(jié)面上位移為零。對于斷層震源，相當于雙力偶模型，其P波初動輻射圖像與單力偶的相同，如圖1(c)所示。P波有兩個節(jié)面，一個是斷層面，另一個稱輔助面，他們是正交的，節(jié)面與地面的交線稱為節(jié)線。將力偶模型畫在震源球面上，一對力軸Ox和Oy,主應力軸是與他們成45°角的主壓力軸OP和主張力軸OT,相應的P波節(jié)面xOy面和yOz面。斷層面和輔助面交線構成的軸是中等主應力軸，或者稱零軸。零軸的方向垂直主壓力P和主張力T。

圖1 P波初動輻射圖像

2.2 天然地震監(jiān)測原理

石川法，對于地方震或近震，若已知虛波速度Vq=(VpVs)/(Vp-Vs)和三個以上臺站的Pg震相到時Tpg和Sg震相到時Tsg，可用公式Di=Vq(Tps-Tsg)(i為臺站編號)計算各臺的震源距。分別以各臺為圓心，以各臺震源距為半徑畫圓，三圓兩兩相交將得三條弦，其交點即震中E(圖2)。如果用四個以上的臺網(wǎng)相交，將得到6條以上的弦，一般可獲得一交匯區(qū)，取其中心點為E。過E點與最近臺連線，再過E點作連線的垂線并與最近臺的圓周相交，得一弦，此弦的長度之半即為震源深度h。各地震臺根據(jù)臺網(wǎng)確定的震源位置，可反過來計算各震相（Pg和Sg）的走時，由測量的震相到時減去相應的走時即為該臺該震相所估計出的發(fā)震時間，取參加定位的各地震臺的各震相獨立估計出的發(fā)震時間的加權平均值，即為該地震發(fā)震時刻的臺網(wǎng)測量結果。

圖2 石川法（交切作圖定位法）

3 存儲式微地震監(jiān)測法

借鑒天然地震交切圖定位法，由于微地震本身很微弱，為避免被噪聲干擾，實驗選擇在比較安靜的環(huán)境下進行，為達到監(jiān)測效果，每個語音模塊為一個監(jiān)測站，組成一個聯(lián)合監(jiān)測系統(tǒng)。

圖3 實時監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng)的功能是接收和記錄微地震信號數(shù)據(jù)，上述一個監(jiān)測記錄系統(tǒng)，當然也可以建立更多的站點，站點越多，監(jiān)測的效果自然更好。監(jiān)測系統(tǒng)負責實時、連續(xù)、同步地進行數(shù)據(jù)采集并存儲來自微地震震源的信號。

4 存儲式微地震監(jiān)測儀研制法

4.1 存儲式微地震監(jiān)測儀性能設計

（1）智能可重復錄音功能；

（2）固定語音支持6～24kHz采樣率；

（3）儀器體積要有足夠的小，成本低廉；

（4）利用USB端口下載語音信息，傳送速度快；

（5）語音存儲格式為WAV文件；

（6）能連續(xù)錄音10h以上；

（7）可與電腦連接，方便下載數(shù)據(jù)；

（8）儀器必須具有良好的密封性，防水性能，防高溫高壓性能；

（9）多個語音記錄器能同時錄音；

（10）采用低功耗工作模式，適合長時間工作。

4.2 存儲式微地震監(jiān)測儀工作過程

本儀器在使用時，連通電源，錄音開關置于關閉狀態(tài)。開啟開關，開始錄音，采集聲波信號。由于本儀器前期只考慮在地面試驗，暫不考慮井下各種因數(shù)的影響。取4個連接的語音模塊，監(jiān)測儀接收信號示意圖如圖1所示。

圖4 監(jiān)測儀接收信號示意圖

取其中任意三個記錄器在同一時間對聲源點采集的信號，可確定聲源在一個平面內(nèi)的位置，再引入三維立體安裝的三個記錄器的記錄信號，可確定震源的空間分布。從而對微地震事件進行監(jiān)測。

4.3 存儲式微地震監(jiān)測儀數(shù)據(jù)上傳處理分析

將監(jiān)測儀存儲的信號通過USB連接到計算機上，通過WTV-NAND語音模塊配備的Usbrecorder界面上傳數(shù)據(jù)，上傳工作界面如圖5所示。

圖5 WAV音頻文件上傳界面

利用已經(jīng)編號的數(shù)據(jù)處理軟件，將音頻文件導入計算機，根據(jù)天然地震數(shù)據(jù)處理方法來定位微地震事件震源信息。

5 結 論

現(xiàn)有微地震通過監(jiān)測井實施監(jiān)測，成本較高，有一定局限性。提出存儲式微地震監(jiān)測法，研制微地震監(jiān)測儀。借鑒天然地震臺網(wǎng)布局，設計錄音模塊的空間安裝布局，借鑒天然地震三點定位法，利用語音上傳軟件，獲得數(shù)據(jù)，對微地震事件進行定位。

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Research of Storage Declined Earthquake Monitoring

LI Bing1CHEN Yijian1MA Xiao1FAN Shuangjun2
(1.Southwest Petroleum Univesity,Chengdu 610500；2.Zhongyuan Oilfield,Puyang 457331)

The earthquake monitoring technology has a wide range of application in domestic and foreign oil field,mine,water conservancy and other fields.The earthquake monitoring is key to the micro of a seismic event record,so getting bottom micro earthquake events data is very important.The earthquake monitoring mainly includes data acquisition,the source imaging and precise inversion several key steps.It analyzes the domestic and foreign relevant aspects of the monitoring technology development present situation,and proposes the store declined the idea of earthquake monitoring method,inspires us to the earthquake monitoring instrument for development.

the earthquake monitoring technology；natural earthquake；storage declined earthquake monitoring method；storage declined earthquake monitoring

TE19

A

1673-1980(2012)05-0109-03

2012-04-26

油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室與川慶鉆探合作項目（XNSIIJS（2010）07）

李兵（1984-），男，西南石油大學在讀碩士研究生，研究方向為巖石物理實驗技術。