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1、毕 业 论 文微地震检测技术及其应用院系名称： 地球物理与信息工程学院专业名称： _勘查技术与工程_学生姓名： _ _姜 涛_ _学 号： _2010041216_ _指导教师： 梅 金 顺 完成日期 2014年6月10日中国石油大学（北京）本科毕业论文 第I页微地震监测技术及其应用摘要本论文以微地震监测技术基本原理、微地震产生的机理与微地震监测技术分类与过程为基础，通过具体的地震监测技术原理分析与在油气勘中的应用研究，更加清楚的了解微地震监测技术的技术特点与作用，为今后的微地震监测在油气勘探的应用提供理论依据。同时本文着重论述了微地震监测技术在非常规油气特别是页岩气勘探开发中的作用与应用前景
2、。为微地震检测技术在我国油气勘探开发过程中的应用提供了理论基础。关键词：微地震监测技术；油气勘探；页岩气Microseismic monitoring technology and its applicationAbstractIn this thesis, the basic principles of micro-seismic monitoring mechanism to produce micro-seismic technology with micro-seismic monitoring and process-based classification, through spe
3、cific analysis of seismic monitoring technology principle and applied research in the oil and gas exploration in a more clear understanding of the micro-seismic monitoring technical characteristics and the role of technology for the future of micro-seismic monitoring provides a theoretical basis in
4、oil and gas exploration applications. Meanwhile this paper focuses on the micro-seismic monitoring and application of technology, especially the role of unconventional oil and gas prospects in shale gas exploration and development. Micro seismic monitoring technology in the oil and gas exploration a
5、nd development process of our country to provide a theoretical basis. Keywords: micro-seismic monitoring techniques; oil and gas exploration; shale gasI中国石油大学（北京）本科毕业论文 第III页目 录第1章 前言11.1 课题背景及目的11.2 国内外研究现状2第2章 微地震监测技术综述42.1 微地震监测技术原理42.2 微地震监测技术的分类92.3 微地震监测技术野外施工的一般过程13第3章 微地震监测技术的应用153.1 微地震监测技术
6、在油气勘探过程中的作用153.2 微地震监测技术在页岩气勘探中的应用173.3 微地震监测技术在其他方面的应用20第4章 结论21参考文献22致 谢23III第1章 前言 第4页第1章 前言1.1 课题背景及目的随着非常规油气（页岩气等）开采逐渐发展和重要性的提高，微地震监测技术成为压裂裂缝形成、发展的重要的判断依据，监测结果也为提高页岩气勘探技术，提高非常规油气采收率提供了非常重要的保证。研究微地震监测技术的具体原理与应用，了解微地震监测技术发展趋势的需要。因此，微地震监测技术在最近几年取得了巨大的进步与发展。微地震监测技术于20世纪80年代最早被提出，90年代开始逐渐在各个行业得到应用。2
7、006年，威德福公司首次推出FracMap微地震压裂监测技术，率先在油气勘探领域实现了商业化的应用。微地震监测技术在油气藏勘探开发方面的主要应用包括油藏动态监测和储层压裂监测等，可缩短和降低储层监测的周期与费用，提高油气开采率和提高产量。近年来在低渗透油气藏压裂改造领域中，微地震裂缝监测技术己成为一项比较重要的新方法，它的主要理论依据为声发射学和地震学。声发射为由物品里面应变的能量急剧地变化而出现的瞬态弹性波的情况。在地震勘探领域中，随着井间地震地震技术的发展，采集压裂微地震裂缝监测数据，并进行处理，对目的层成像，确定小断层、裂缝的发育区，绘制地层微构造，提高精细勘探的精度。目前，微地震监测技
8、术已经成为地球物理界的热门技术之一，是储层压裂过程中最精确、最及时、信息最丰富的监测手段。随着对微地震震源机制、反演及可视化的深入研究，微地震技术将不断扩大应用范围，发展前景将更加广阔。1.2 国内外研究现状1962年，微地震监测技术的概念第一次被科学家被提出。1973年，微地震监测技术开始应用于地热开发行业。从这以后，微地震监测技术在地面和井中的监测研究开始试验。美国橡树岭国家实验室在1976年、桑地亚国家实验室在1978年分别尝试用地面地震观测的方式记录了水力压裂诱发的微地震，但是由于当时技术的限制，地面监测的试验失败了。1997年，地震学家在Cotton Valley进行了一次大规模的微
9、地震地面监测试验，这次试验将微地震监测商业化做出了非常重要的作用。2000年，微地震监测技术正式开始商业化，在美国Texa州的某一个油田进行了一次成功的水力压裂微地震监测试验，并成功对Bar- nett页岩层内裂缝进行了成像分析。2003年，微地震监测技术开始进入全面的商业化运作，推动了全世界页岩气等非常规油气的勘探开发进程。此外，1989年P.Segall对微地震监测技术又进行了综合的研究，随即根据试验结果提出了相应的理论。同时，在1976年美国著名的实验室桑地亚国家实验室在某油田也进行了很多相关的任务，实验采用了地面地震监测技术记载下水力压裂所诱发的微地震事件。这个试验得出的结论是：微地震
10、的能量由水力压裂所诱生时，频率和地层的吸收影响因子，在地面上得不到信任的监测，因此不能够采用地面微地震监测办法来判断水力压裂的几何的形状裂缝与其方位，反而要用裂缝的周围来记载诱生的微地震。因为通过很长时间的原理的探讨与野外实验上获得的成就，Sandia国家实验室首次研究了具有自主产权的井下地震的记录系统。 1970年之后，采用水力压裂来诱发微地震逐渐被人们认可，并用这种方法来研究裂缝。从此许许多多的不同领域的研究人员均参与到这项科研中，让这种方法可以平稳的发展和应用。从1980年开始，石油工业中首先要追求能应用在能诱生微地震性质的监测技术。20世纪80年代，微地震监测技术谈论的主要是采用水力压
11、裂诱生的微地震。根据诱生的微地震绘制出的水力压裂的微地震空间图像，比水力压裂工程中的方法要精确很多，而且可给出其它方法都无法得到的信息。因此，到80年代中期，微地震监测技术成像方法己经得到石油工程专家的一致肯定，并且比起其它各种方法都更加准确和有效，也更加实用经济。在20世纪80年代末，国外已将微地震监测技术做为确定水力裂缝形状和方位的一种非常重要的方法了。近十几年来水力压裂的微地震监测技术的主要研究在裂缝成像的数据处理方法和资料解释的方法和相关的理论上，诱发微地震成像的方法得到了长足的进步与发展，这不仅使裂缝的方位与形态更加准确，而且提供了在水力压裂裂缝发育过程中更加详细的资料，甚至能够提供
12、地层的应力、渗透率等参数。 目前微地震监测最基本的应用是基于震源定位，这方面的难题已经进过努力基本解决，所以现在研究的主要内容是在地面上的应用。包括在现场根据具体情况安排微地震监测方式的过程。随着微地震研究的不断深入和应用的推广，微地震技术逐渐成为油气开采的关键技术。相信在不久的将来，微地震监测技术必将成为油气开发的常规武器，为世界油气勘探贡献巨大的力量！10第2章 微地震监测技术综述 第10页第2章 微地震监测技术综述当岩石破裂时会产生强度较弱的地震波,这种地震波就叫做“微地震”。微地震发生在裂隙一类的断面上，裂隙范围通常很小，只有110m。通常情况下这些断面是稳定的。然而，当其中的应力受到
13、干扰时,岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围就会出现应力集中、应变能增高；当外力增加到一定程度时，原来裂缝的发生地区就会出现屈服或者变形，这时候一部分储藏的能量以会弹性波的形式释放出来，这个过程会产生微小的地震，叫做“微地震”。因此微地震信号很容易受其周围噪声的影响或被屏蔽。此外，在传播当中由于岩石介质吸收以及地质环境的不同，能量也会受到影响。微地震监测技术就是通过观测、分析一些微小地震事件来监测其中的影响、效果及地下状态的地球物理技术。其基本做法是：首先在井中和地面布置检波器排列组合用来接收生产活动所产生或诱导的微小地震事件；然后通过对这些事件的反演求取微地震震源位置等相关参数；最后，通过这些
14、参数对生产活动进行监控或指导。2.1 微地震监测技术原理1. 微地震监测技术基本原理一般来讲，微地震监测是利用声学运动学原理，起源于对天然地震的监测。在地下的水力压裂井中，地层会由于地下压力的变化而被强制压开一条很大的裂缝，底层中的能量会沿着这条裂缝向地层中不停的辐射，导致主裂缝周围地层发生错动或者涨裂。主裂缝中的涨裂和错动向外辐射的能量与地震勘探中的震源相似，它的频率非常高，通常在200 Hz 2 000 Hz的范围内浮动。检波器位于压裂井旁边，它将先接收震源信号，然后将接收到的震源信号进行资料处理，最后反推出震源所在的空间位置，这个震源位置就代表了裂缝的位置。图1所示为微地震监测示意图。图
15、2.1 微地震监测示意图 对于此图的解释为：在压裂或者高压注水的时候，随着地层压力的不断升高，根据摩尔-库伦准则，沿着进水区的边缘一般容易发生微小地震事件。实际微小地震的频段为几十至几百周的范围，相当于-2至-5级地震。首先记录下这些微小地震，并根据其走向进行震源的定位，由微小地震震源的空间分布的位置就能够描述注水前缘区的大致轮廓。于柱坐标系内，微小地震的震源空间分布于三个坐标面上的投影，能够给出前缘区的三视图(俯视图、前视图、侧视图)，这三个视图分别描述前缘区的平面分布、展布方位以及参考性的高度等参数。摩尔-库伦准则可以改写为: S1+S2-2P2+S1-S2cos2/2 (2.1) =S1-S2sin2/2 (2.2) 此式中：当(1)式左侧大于
