微地震压裂监测与现场处理系统

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Ø节点式无缆微地震压裂监测系统是针对石油与煤炭行业浅、中层水力压裂地面微地震监测应用所研制的新型压裂监测系统。系统以自主研发的节点式无缆地震仪为基本组成单元，创新性地采用了分布式全数字化采集站+站间无线高速数传网络的系统架构，从而摆脱了传统地震仪系统存在的诸如总道数受限、道距受限、观测系统设计受限、线缆易损耗且故障率高等固有问题，显著提高了施工效率。新系统具有以下主要特点: Ø以无缆地震采集节点作为系统基础组成单元，达到国际水准的地震采集性能； Ø节点式采集模式，实现严格意义上的广域、多测位、系统级“无限时长”的信号连续同步采集与记录；； Ø无线分布式智能传感器架构显著提高系统冗余度和可靠性，方便系统扩充；健壮的自组织无线网络协议实现采集系统现场快速组网及灵活的采集节点插入与删除控制； Ø站间无线高速数传网络一方面保障各站采集数据的快速回读，同时彻底摆脱了传统有缆仪器对道间距和总道数的潜在制约； Ø站间无线高速数传网络一方面保障各站采集数据的快速回读，同时彻底摆脱了传统有缆仪器对道间距和总道数的潜在制约； Ø内、外置大容量锂电池组及充放电管理单元保证系统24/7无间断工作，适应从压裂施工监测到油藏开发监测等多种领域； Ø无缆地震采集节点“自主采集”的工作方式使其尤为适应微地震压裂监测对观测系统布设灵活型的特殊要求；Ø节点采用航空级铝合金外壳，按照IP67防水标准设计，结构紧凑、坚固耐用，适应沙漠、山地、沼泽、滩海等多种复杂野外采集条件。	关键性能指标
	AD转换器	32位
	采样率	0.25、0.5、1、2、4毫秒
	前置可编程放大器	x1、x2、x4、x8、x16、x32、x64 （0dB、6dB、12dB、18dB、24dB、30dB、36dB）
	增益精度	0.1%
	最大输入信号	1768mV RMS @ x1 442mV RMS @ x4 110mV RMS @ x16 27.5mV RMS @ x64
	实时动态范围（2ms采集）	130dB @ x1 gain 127db @ x4 gain 121dB @ x16 gain 114dB @ x64 gain
	等效输入噪音	0.5μV @ x1 gain 0.22μV @ x4 gain 0.10μV @ x16 gain 0.08μV @ x64 gain
	谐波失真	-114dB@ 31.5Hz
	阻带衰减	>120dB
	共模抑制	>110dB
	频率响应	0Hz至1600Hz
	传感器类型	标准/高灵敏度检波器（MEMS、压电加速度计可选）
	供电	内部电池（40Wh）外部电池（240Wh）
	支持工作模式	盲采（自主采集）+远程监控单炮数据回读实时数据回传
	WLAN拓扑形式	蜂窝网+线状网


井下多级全数字水压裂监测系统
Ø井下多级全数字水力压裂监测系统是针对石油与煤炭行业水力压裂微地震监测应用所研制的新型井下多级全数字水力压裂监测系统。系统针对主流压裂服务500~3000米的造缝深度进行优化设计，在保证灵敏度与采集质量的前提下，提供更具竞争力的高性价比解决方案。 Ø井下多级全数字水力压裂监测系统由多个地面监测台站和与之分别相连的多级井下水力压裂监测短节构成，适于在监测区域内的不同测位上进行多井联合观测。每一个地面监测台站可以挂接4~16级井下水力压裂监测短节，采用一主多从的仪器串形式，构成相对独立的一个多级多传感器同步采集子系统。地面监测台站之间使用广域无线同步技术实现系统级互联与同步。


Ø地面监测台站可支持1~16级井下仪器串，同时保留4个外部同步数据通道，支持与地表压裂监测系统的并网工作。 Ø井下短节采用钛合金抗压外壳，具有外径小，重量轻，耐压能力强等优点。 Ø提供小型化井下机械、及弹簧等两种推靠方式保障微弱地震信号的有效耦合。

主要性能指标
传感器类型	标配正交三通道高灵敏度MEMS加速度计（可选配高灵敏度检波器、或高灵敏度压电式加速度计）
AD转换器	24位数字化采集，采样率250~16KSPS，可编程放大倍数x1、x2、x4、x8，增益精度0.1%（典型值），通道串扰-110dB（典型值）
采集性能（典型值）	信噪比	120dB（采样率1KSPS，PGA=8）
	输入短路噪声	0.4uVRMS（采样率1KSPS，PGA=8）
	共模抑制比	-115dB
耐压	20MPa, 70MPa
工作温度	-40~85℃, -40~125℃


井下微地震处理技术
Ø完备的井下微地震处理流程：强调处理流程可追溯的同时，尽可能减少技术人员的经验差异对处理结果的影响。 Ø技术特色				u自主流程处理结果。与国外公司商业处理结果对比，识别出了更多的有效事件（50：13），因而更为清晰地描绘出了裂缝的形态与发育过程，为后期解释与评价提供了更为有力的支持。
	常规技术	改进技术	技术优势
地层速度模型	平层模型	斜层模型	不增加处理时间的前提下，有效提高复杂地层条件下的定位精度
微地震事件识别	肉眼识别	基于多特征差异扫描的微地震事件自动识别	基于微地震信号与环境噪声在振幅、频率、偏振、相关性等多种特征差异，克服了传统技术中的人为因素影响，能够更加高效、高质量地提取低信噪比的微弱地震事件
微地震事件初至拾取	STA/LTA 提取 + 人工校正	SLAAP微地震信号初至自动拾取	在STA/LTA方法的基础上，综合考虑微地震信号的偏振特征和统计学特征，提高了自动拾取结果的准确性
微地震震源定位	P-S波时差法	P-S波走时时差联合震源定位技术	综合利用多种信息，从而尽可能减小震源定位的不确定性


井下微地震监测现场处理实例
Ø微地震压裂监测的现场处理可以为压裂施工提供实时的裂缝发育与展布信息，是这一技术的主要发展目标。 Ø在优化井下微地震处理流程的基础上，进一步整合功能模块，提高代码执行效率，实现了真正意义上的微地震压裂监测现场实时处理。 Ø现场处理所识别的微地震事件数可达到精细后处理的50%左右，且定位结果基本一致，在处理的速度与精度之间做出了较为理想的折衷。 Ø施工区域及井位： Ø现场处理时间（Intel Xeon E3-1226，16G内存）				u现场处理震源定位结果（有效事件数228个）
压裂段	记录时长（s）	识别有效事件个数	处理时间（s）
1	4900	44	4056.44
2	4600	55	3843.82
3	4700	22	3837.95
4	5100	11	4221
5	5500	11	4611.06
6	5500	17	4709.18
7	36200	31	29478.77
8	5800	31	4791
9	4800	4	3989.86
10	4800	4800	4036.77
11	13400	228	11003.55
总计	95300	228	78579.33


井下微地震监测现场处理实例
Ø自主流程现场处理结果：				Ø国外某公司现场处理结果：
Ø自主流程精细处理结果：				Ø国外某公司后处理结果：

Ø微地震压裂监测现场实时处理方法和软件在强调处理流程可追溯的同时，采用 “基于多特征差异扫描的微地震事件自动识别方法”、“SLAAP微地震信号初至自动拾取方法”等专有技术，极大地提高了现场处理工作效率，减少了技术人员的经验差异对处理结果的影响，为水力压裂施工现场效果评估提供更为清晰、准确的直接依据。 Ø自主流程模拟现场处理与后处理结果对比：有效事件数228：521，现场处理结果与后处理结果相比近似度高，且与国外公司后处理结果非常接近。 Ø国外某公司现场处理与后处理震源定位结果对比：有效事件数73：437，现场处理结果事件数少，且事件定位结果与其后处理结果相比，各压裂段的裂缝走向基本一致，但裂缝形态及展布范围有较大差异。