专利名称：一种基于射孔约束的EnKF微地震事件位置反演方法
技术领域：
本发明属于石油天然气地震勘探领域，主要应用于石油地震勘探的微地震监测，具体地说，本发明涉及一种能够更精确地确定微地震事件位置的反演方法。
背景技术：
在微地震压裂中，我们可以得到每一个检波器接收到的每一个事件的P波和S波的初至旅行时。通过三分量检波器，事件的方位角可以从矢量图中得到。P波和S波旅行时包含了从事件位置到检波器之间的距离信息，比如事件发生时间。由矢量图得到的方位角给出了事件位置的方位信息。这里我们用向量CUs来代表测量数据向量，包括每一检波器接收到的每一事件的纵横波旅行时和方位角。在微震监测中需要确定的参数包括每个事件的位置(x，y，z)和发生时间Utl)。假设有Nr个检波器和N个事件点，则参数向量X的维数为4XN，如X = [Xi，yi; Zi， Μ]τ，其中i = 1,2,…，N。如果P波和S波的旅行时以及方位角都是可用的，那么测量数据向量最大维数为3 XNrJnd= [P」，S」，Α」]τ，其中j = 1，2，…，Nr。以前的文献中，地震定位是基于位置参数和不同接收点的初至旅行时之间是线性关系的，其表达形式如下面的式I:Ak Δ Xk+1+Sk+1 = ATk................................................式 I其中T是剩余旅行时，即对每一个接收器计算得到的旅行时与观测到的旅行时之间的差异，可能包括P波或者S波旅行时之一,或者两者都包括。向量X包括所有事件的位置参数(X，1，Z)和事件的起始时间h。矩阵A是敏感性矩阵，由第k次迭代预测得到的事件位置参数计算的旅行时得到。向量S包含由错误的速度结构引起的校正参数，向量S可以用不同的算法来处理得到，比如静态位置关系法(ST)，特定震源位置关系法(SSST)。当向量S是用静态位置关系法得到时，每一个检波器接收的信号s值与事件位置无关。当向量S是用特定震源位置关系法得到时，校正关系是接收器位置与事件位置间的一个方程。在两种相关定位方法中，都至少需要用迭代方法来求解χκ+1和sK+1中的一个。每一次迭代，事件位置参数都用下面加入了校正关系S的式2进行更新Xk+1 = Xk+ Δ Xk+1......................................................式 2用更新后的新的位置向量X，我们进行正演模型得到旅行时，重新计算T。Sk+1通过求解方程I得到。上述的校正关系可以减少由不精确的速度模型反演得到的微地震事件位置的不确定性范围。然而，其也对更多参数进行优化，因此增加了反演问题的不适定性，例如，其使最优化问题趋于拥有多解性。因此上述方法可能会使计算得到的微地震事件位置远离真实的事件位置，即异常值。

发明内容
本发明的一方面提供了一种能够减少传统定位方法的不确定性，以更精确地确定微地震事件位置的基于射孔约束的EnKF微地震事件位置反演方法。根据本发明的一方面，一种基于射孔约束的EnKF微地震事件位置反演方法包括下述步骤(I)建立速度场；(2)选择第k个事件点；(3)通过求解程函方程得到第j个检波器(其中，j = 1，…，Nr, Nr表示检波器的总个数)接收到的该事件点的初至旅行时；(4)应用集合卡尔曼滤波方法将步骤(3)中计算得到的初至旅行时与第j个检波器实际接收到的初至旅行时进行拟合；(5)检查每一个检波器所接收到的该事件点的旅行时是否全部拟合，如果检查结果为否，则返回到步骤(3)，并使变量j增1，以对第j+Ι个检波器进行拟合，如果检测结果为是，则完成事件定位。根据本发明的一方面，可通过计算声波测井和射孔时间数据来建立速度场。根据本发明的一方面，步骤(4)可包括下述步骤在贝叶斯框架下定义目标函数；应用集合卡尔曼滤波来进行事件定位，首先随机生成Ne个事件位置的实现；对第j个检波
器接收到的微震事件初至旅行时进行扰动，生成Ne个观测数据向量<4.,., i = I. . . Ne ；通过拟合第j个检波器接收到的事件的初至旅行时来更新事件位置向量X ;使变量j增1，重复上述过程以对第j+Ι个检波器接收到的事件初至旅行时进行拟合。根据本发明的一方面，Ne个事件位置的实现可为50-100个事件位置的实现。根据本发明的一方面，目标函数可由下式表示
I /........Wt_Λ I(ΗΧ)^ψ-Χη C；!{X~X")+^(d^-dnJ其中，O(X)表示为确定微地震事件位置所建立的目标函数，通过迭代使本目标函
数的变化达到某一收敛条件ε。(如ε。= IO-5)或I (如I = 10)。如[丨丨/、 - ，
hh+io--、
I为迭代次数，X表示事件位置向量，P表示上次迭代所更新的数据的平均值，第一次计算
ο ο ol
OO O
时为射孔位置参数，Cx是位置参数误差协方差矩阵Cjr= Λ "淇中
OO Oz O.
ο ο ο 4 j
是事件位置参数的标准偏差，其由裂缝大小计算得到，CUs表示观测数据，CU1。表示正演计
Γσ,2 ο ο —
算得到的预测数据，Cd表示测量误差协方差矩阵，Oj= O ·■, O f其中<7^是观测数据
Lo ° 心 Γ
的标准偏差，其中，k = 1，…，Nobs, Nobs为测量数据维数。根据本发明的一方面，随机生成Ne个事件位置的实现的步骤可由下式表示Xf =J7+ (f ΖΛ = I,…，Ne，其中，向量Z是(0，1)内的一组服从高斯分布的随机数组成的随机偏移向量。^表示上次迭代所更新的数据的平均值，在本方法中，由于是用射孔点约束来确定微地震事件位置，所以在第一次运算时，^为射孔位置参数。Cx是位置参数误差协方差矩阵
权利要求
1.一种基于射孔约束的EnKF微地震事件位置反演方法，包括下述步骤 (1)建立速度场； (2)选择第k个事件点； (3)通过求解程函方程得到第j个检波器接收到的该事件点的初至旅行时rfi，其中，j=I, . . . , Nr, Nr表示检波器的总个数； (4)应用集合卡尔曼滤波方法将步骤(3)中计算得到的初至旅行时与第j个检波器实际接收到的初至旅行时进行拟合； (5)检查每一个检波器所接收到的该事件点的旅行时是否全部拟合，如果检查结果为否，则返回到步骤(3)，并使变量j增1，以对第j+Ι个检波器进行拟合，如果检测结果为是，则完成事件定位。
2.如权利要求I所述的方法，其中，通过计算声波测井和射孔时间数据来建立速度场。
3.如权利要求I所述的方法，其中，步骤(4)包括下述步骤 在贝叶斯框架下定义目标函数； 应用集合卡尔曼滤波来进行事件定位，首先随机生成Ne个事件位置的实现； 对第j个检波器接收到的微震事件初至旅行时#:进行扰动，生成Ne个观测数据向量^nhsj，其中，i = I. · · Ne ; 通过拟合第j个检波器接收到的事件的初至旅行时来更新事件位置向量X; 使变量j增1，重复上述过程以对第j+Ι个检波器接收到的事件初至旅行时进行拟合。
4.如权利要求3所述的方法，其中，Ne个事件位置的实现为50-100个事件位置的实现。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述目标函数由下式表示
6.如权利要求3所述的方法，其中，随机生成Ne个事件位置的实现的步骤由下式表示
7.如权利要求6所述的方法，其中，对第j个检波器接收到的微震事件初至旅行时进行扰动，生成Ne个观测数据向量c/Ι,的步骤包括 对Ne个实现中的每一个进行微震事件正演模拟，以得到Ne个预测的数据向量，该步骤由下式表示，
8.如权利要求7所述的方法，其中，更新事件位置向量X的步骤由下式表示
9.如权利要求8所述的方法，其中，协方差矩阵Cx,D和CD,D由下式表示
10.如权利要求9所述的方法，其中，F和^7分别由下式表示
全文摘要
本发明公开了一种基于射孔约束的EnKF微地震事件位置反演方法，该方法包括(1)建立速度场；(2)选择第k个事件点；(3)通过求解程函方程得到第j个检波器接收到的该事件点的初至旅行时；(4)应用集合卡尔曼滤波方法将步骤(3)中计算得到的初至旅行时与第j个检波器实际接收到的初至旅行时进行拟合；(5)检查每一个检波器所接收到的该事件点的旅行时是否全部拟合，如果检查结果为否，则返回到步骤(3)，并使变量j增1，以对第j+1个检波器进行拟合，如果检查结果为是，则完成事件定位。
文档编号G01V1/00GK102879801SQ201210313570
公开日2013年1月16日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者尹陈, 刘鸿, 李亚林, 何光明, 巫芙蓉, 陈爱萍, 康亮, 巫骏 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司