[發明專利]一種井中微地震三分量旋轉方法

有效

• 申請號: 201310217920.4
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN104216005B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 余波
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所11218
• 代理人: 郭韞

技術領域

本發明屬于井中微地震三分量信號處理領域，具體涉及一種井中微地震三分量旋轉方法。

背景技術

井中微地震壓裂監測技術是近年來在低滲透油氣藏壓裂改造領域中的一項重要新技術之一。該項技術通過布置在井中的三分量檢波器，來監測油藏注水、注氣、熱驅及油氣采出等作業時引起地下應力場變化，導致巖層裂縫或錯斷所產生的地震波，通過微地震資料處理，反演裂縫屬性裂縫的幾何形狀和空間展布，進而監測油藏動態。

常規地震三分量旋轉是通過已經炮點位置與三分量檢波器方位關系進行坐標換算分解來實現，但是井中微地震不僅震源位置未知，而且三分量檢波器水平分量方向具有隨機性，這給井中微地震旋轉帶來較大難度。因此，在室內資料處理中，在進行井中微地震震源定位之前，必須首先準確計算出三分量檢波器水平方位、垂直方位，對三分量數據進行旋轉處理。關于井中微地震三分量旋轉算法文獻較少，最近幾年大多數研究是借助井間地震VSP三分量旋轉，通過井軌跡、三分量偏振關系建立原點坐標系、參考坐標系、旋轉坐標系等矩陣之間數學相乘來實現，如2010年劉忠亮提出的微地震監測中三分量檢波器的定位，但是該方法計算過程繁瑣，對復雜斜井軌跡應用效率較低。

目前國內外最常用成熟方法是矢端曲線法，其原理是：野外采集的微地震資料中，從P波震源傳到井下檢波器的第一個直達P波，其質點運動方向和波的傳播方向一致，都在由震源和井確定的平面內，這種直達P波的偏振是線性的，它在水平面內的投影也是直線。根據這一假設，就可以用直達波偏振方向在水平面內的投影作為參考，測出三分量檢波器觀測時水平分量的相對方位，并將觀測的水平分量信號轉換到以直達P波偏振方向在水平面內的投影為參考的一致坐標系統中。

下面介紹矢端曲線方法實現兩分量旋轉計算公式。設兩分量X、Y第i個樣點振幅值為(x_i，y_i)，則該點瞬時能量E_i和瞬時方位θ_i表示為：

tgθ_i＝y_i/x_i(2)

首先，根據公式(2)，計算出每個樣點瞬時方位θ_i；然后根據公式(1)，計算出每個樣點瞬時能量E_i；接著，作出瞬時能量E_i對瞬時方位θ_i的直方圖；最后，通過統計，尋找直方圖中瞬時能量最大峰值的位置，此時與其對應的角度，即為所求偏振角θ_E。

將統計處的偏振角θ_E，代入坐標分解公式(3)、(4)，就可以計算出旋轉后的波傳播投影方向R分量、垂向T分量：

R_i＝x_icos(θ_E)+y_isin(θ_E) (3)

T_i＝-x_isin(θ_E)+y_icos(θ_E)(4)

該方法本質上是利用了直達P波偏振方向與波傳播方向一致性，但是實際上隨著噪音干擾，直達P波在X、Y分量平面內質點軌跡不一定呈現嚴格線性，這導致求偏振方位角帶來難度和不準確性，也就是說該方法受背景噪音影響較大；另外，該方法僅僅適合“第一個直達P波”，對于復雜的壓裂井中微地震數據中含有多個P波、S波事件信號，顯然找到第一個直達P波較難。

發明內容

本發明針對目前常用的矢端曲線法在井中微地震三分量檢波器定向、旋轉處理應用存在局限性條件下，提出了一種井中微地震三分量旋轉方法，該方法適用于更多事件、復雜信噪比井中微地震三分量實際資料，而且能量相差本身就能抑制一定的隨機噪音，同時旋轉處理后還可以分離出極性一致的縱橫波有效微地震信息。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種井中微地震三分量旋轉方法，首先輸入X分量和Y分量，然后進行極值求解獲得X方向方位角以及新的R分量和T分量；然后輸入Z分量和R分量，再進行極值求解獲得Z方向方位角以及新的P分量和S分量；最后，將P分量、S分量和T分量作為原來X分量、Y分量和Z分量的旋轉結果。

所述方法包括：

第一步，假設X方向方位角θ，經坐標分解后X、Y分量的能量差值函數為g(θ)，即：

g(θ)＝∑E_x-∑E_y