基于微地震監(jiān)測檢波器布局優(yōu)化研究

西南石油大學(xué)機電工程學(xué)院 陳偉時 唐 莉

基于微地震監(jiān)測檢波器布局優(yōu)化研究

西南石油大學(xué)機電工程學(xué)院 陳偉時 唐 莉

在水力壓裂作業(yè)過程中，實現(xiàn)對作業(yè)品質(zhì)的評估，就要進(jìn)行微地震監(jiān)測。通過布置在作業(yè)區(qū)域的檢波器網(wǎng)接收這種微地震波，根據(jù)接收到的信息得到微震源的位置。而影響微地震定位精度的因素主要是P波波速和P波初至?xí)r間。為了降低這些因素對定位精度的影響，在定位之前應(yīng)該得到最優(yōu)的檢波器布設(shè)方案。本文使用D值理論建立檢波器布局優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，使用模擬退火算法（SA）進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的求解，最后將得到的最優(yōu)布局結(jié)合走時反演進(jìn)行誤差評估。

微地震監(jiān)測；布局優(yōu)化；SA；牛頓迭代

由于能源緊缺，高滲油氣田資源的開采也已經(jīng)進(jìn)入末期。在油田上，實現(xiàn)油井產(chǎn)量的增產(chǎn)，大多數(shù)采用水力壓裂方式對低滲油氣田儲層進(jìn)行壓裂。要保證水力壓裂作業(yè)在技術(shù)上的可行性與在經(jīng)濟(jì)上的合理性，對水力壓裂進(jìn)行實時監(jiān)測及解釋是最關(guān)鍵性方法。而進(jìn)行水力壓裂監(jiān)測的重要方法通常是進(jìn)行微地震監(jiān)測。檢波器布局是影響微地震監(jiān)測精度的主要因素。因此本文針對檢波器布局進(jìn)行優(yōu)化，利用模擬退火求解優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，提高微震監(jiān)測定位精度。

1 布局優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的建立

布局優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)OBJ是根據(jù)D值優(yōu)化理論建立的。設(shè)某個微震事件的震源參數(shù)為，檢波器空間坐標(biāo)為為微震源與編號為i的檢波器之間的距離，為微震發(fā)震時刻，地層速度v0為常數(shù)，為編號為的檢波器的P波初至?xí)r間。那么為震源H到第個檢波器的走時：

其中k為常數(shù)。該協(xié)方差可以采用置信橢球體進(jìn)行圖形解釋，協(xié)方差矩陣的特征值即構(gòu)成橢圓的主軸長度。求解檢波器測站優(yōu)化就要使得該橢球體體積最小，又因為該橢球體體積與協(xié)方差矩陣的特征值之積成比例，所以目標(biāo)函數(shù)就要使得協(xié)方差矩陣特征值之積最小，即對該微震事件，其目標(biāo)函數(shù)就為：

2 目標(biāo)函數(shù)SA算法求解流程

圖1 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法流程圖

圖1中，首先根據(jù)D值理論建立目標(biāo)函數(shù)OBJ，再用模擬退火算法求取目標(biāo)函數(shù)的最小值，得到最優(yōu)的臺網(wǎng)布設(shè)方式。結(jié)合實際情況，進(jìn)行微震監(jiān)測時，考慮兩種因素對微震定位結(jié)果干擾比較大。所以在進(jìn)行定位的時候，給P波波速和P波初至?xí)r間施加一定大小的隨機干擾。在本文中，假設(shè)P波波速方差以及P波初始到時方差，根據(jù)微震定位理論，結(jié)合牛頓迭代法進(jìn)行微震源的反演，得到反演出的微震源空間坐標(biāo)。最后對反演出的微震源與震源點集合中的震源求取定位誤差，并進(jìn)行誤差分析。

3 運行結(jié)果