西南石油大学机电工程学院 陈伟时 唐 莉

基于微地震监测检波器布局优化研究

西南石油大学机电工程学院 陈伟时 唐 莉

在水力压裂作业过程中，实现对作业品质的评估，就要进行微地震监测。通过布置在作业区域的检波器网接收这种微地震波，根据接收到的信息得到微震源的位置。而影响微地震定位精度的因素主要是P波波速和P波初至时间。为了降低这些因素对定位精度的影响，在定位之前应该得到最优的检波器布设方案。本文使用D值理论建立检波器布局优化目标函数，使用模拟退火算法（SA）进行目标函数的求解，最后将得到的最优布局结合走时反演进行误差评估。

微地震监测；布局优化；SA；牛顿迭代

由于能源紧缺，高渗油气田资源的开采也已经进入末期。在油田上，实现油井产量的增产，大多数采用水力压裂方式对低渗油气田储层进行压裂。要保证水力压裂作业在技术上的可行性与在经济上的合理性，对水力压裂进行实时监测及解释是最关键性方法。而进行水力压裂监测的重要方法通常是进行微地震监测。检波器布局是影响微地震监测精度的主要因素。因此本文针对检波器布局进行优化，利用模拟退火求解优化目标函数，提高微震监测定位精度。

1 布局优化目标函数的建立

布局优化目标函数OBJ是根据D值优化理论建立的。设某个微震事件的震源参数为，检波器空间坐标为为微震源与编号为i的检波器之间的距离，为微震发震时刻，地层速度v0为常数，为编号为的检波器的P波初至时间。那么为震源H到第个检波器的走时：

其中k为常数。该协方差可以采用置信椭球体进行图形解释，协方差矩阵的特征值即构成椭圆的主轴长度。求解检波器测站优化就要使得该椭球体体积最小，又因为该椭球体体积与协方差矩阵的特征值之积成比例，所以目标函数就要使得协方差矩阵特征值之积最小，即对该微震事件，其目标函数就为：

2 目标函数SA算法求解流程

图1 网络优化算法流程图

图1中，首先根据D值理论建立目标函数OBJ，再用模拟退火算法求取目标函数的最小值，得到最优的台网布设方式。结合实际情况，进行微震监测时，考虑两种因素对微震定位结果干扰比较大。所以在进行定位的时候，给P波波速和P波初至时间施加一定大小的随机干扰。在本文中，假设P波波速方差以及P波初始到时方差，根据微震定位理论，结合牛顿迭代法进行微震源的反演，得到反演出的微震源空间坐标。最后对反演出的微震源与震源点集合中的震源求取定位误差，并进行误差分析。

3 运行结果