一种利用相似时间窗口的微震事件检测方法和系统技术方案

本发明专利技术的实施例公开一种利用相似时间窗口的微震事件检测方法和系统，所述方法包括：步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；步骤102生成窗口信号矩阵；步骤103求取平均信号序列；步骤104求取候选微震事件E

【技术实现步骤摘要】
一种利用相似时间窗口的微震事件检测方法和系统
本专利技术涉及石油领域，特别是涉及一种微震事件检测方法及系统。
技术介绍
水力压裂微震监测技术是近年来在低渗透率储层压裂、油藏驱动和水驱前缘等领域发展起来的一项重要新技术，也是页岩气开发的重要支撑技术。该项技术在邻井中布置多级三分量检波器排列，监测压裂井目的层段在水力压裂过程中所产生的微震事件，反演微震事件求取震源位置等参数，从而描述水力压裂过程中裂缝生长的几何形状及空间分布，实时提供水力压裂产生裂缝的长度、高度、宽度及方位，实现页岩气的工业化开发。水力压裂微震检测是当前页岩气开发领域科学研究的热点和难点。从社会和国家的需求角度考虑，开展微震监测系统方面的研究十分重要，具有重大的社会和经济价值。微震监测系统中重要的一项工作是微震事件的定位。定位精度是影响微震监测系统应用效果的最为重要的因素，而微震事件定位的准确程度则主要依赖于波动初至(又可称为初至)读取的准确性等有关因素。但问题是，初至拾取并不如想象中的那般简单。受地面仪器采动以及地质构造的影响，岩石破裂形式十分复杂，继而产生各种形式和能量的微震波动，其形式可多达几十甚至上百种，不仅主频、延时和能量等方面有差异，而且在初至位置附近的波形形态差异巨大，这种波形特征的不统一为初至拾取到来了很大困难。进一步的研究还表明，微震震源机制也会影响初至点特征：硬岩剪切作用产生的微震波动大多能量大、主频较高、延时短以及最大峰值位置紧跟初始初至，这类波的初至点清晰、起跳延时短，拾取较为容易；但拉伸作用产生的微震波动大多能量小、主频低、延时长、起跳缓慢、能量分布较为均匀，这类波初至点处振幅较小，容易被干扰信号淹没，初至点的特征表现不一致，初至拾取并不容易；而软岩所产生的微震波动，能量分布集中、初始初至点模糊、分界线不明显，与硬岩有明显的不同，初至拾取也较为困难。同时，根据国外的研究发现，由于P波速度大于S波速度，很多算法想当然地认为初至波为P波，但事实可能更为复杂：初至可能是P波，也可能是S波，甚至还有可能是异常点(outliers)。根据研究，41％的初至为S波，10％的初至是outliers造成的。这些都给初至拾取带来了相当大的难度。除了初至点特征复杂外，初至拾取还面临着另外一个更大的挑战：微震记录是海量数据。例如，2005年1月某试验区记录了近1万个微震事件。同时为了满足生产需求，微震监测系统需要一天24小时连续记录。不但如此，这些数据中有很大一部分都是人类或者机械活动所造成的噪声和干扰，与微震无关。文献更是将噪声分为三种基本类型：高频(>200Hz)噪声，由各种作业相关活动造成；低频噪声(<10Hz)，通常是由远离记录地点的机器活动造成，以及工业电流(50Hz)。除此之外，微震信号本身也并不纯粹，例如我国学者窦林名教授等认为微震信号包括多种信号。因此，如何从海量数据中识别微震事件、拾取初至，是微震数据处理的基础。与此形成对比的是，生产上多采取人工方法，费时费力且精度与可靠性差，拾取质量无法保证，也无法处理海量数据。初至自动拾取是解决方法之一，微震波动初至自动拾取是微震监测数据处理的关键技术之一，也是实现微震震源自动定位的技术难点。
技术实现思路
常见的微震事件检测方法中，判断阈值大小的确定较为随意，没有统一的准则，其普遍适用性存在很大的局限性，尤其是当信噪比较低时，算法的性能受到很大影响。本专利技术的目的是提供一种利用相似时间窗口的微震事件检测方法和系统，所提出的方法利用了微震信号与背景噪声在相似时间窗口方面的差异，消除了背景噪声对事件检测性能的影响，提高了事件检测的精度。所提出的方法具有较好的鲁棒性，计算也较为简单。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种利用相似时间窗口的微震事件检测方法，包括：步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；步骤102生成窗口信号矩阵，具体为：窗口信号矩阵记为B，其第i行第j列元素为bij，其求取公式为：其中：i＝1,2,…,N为行序号；j＝1,2,…,N为列序号；为所述信号序列S的第|i+j+M|N个元素；|i+j+M|N：以N为模对i+j+M取余数；为延迟参数；对*上取整；*：任意参数；σ0：所述信号序列S的均方差；SNR：所述信号序列S的信噪比；步骤103求取平均信号序列，具体为：平均信号序列记为t，其第n个元素为tn，计算公式为：其中：n＝1,2,…,N为元素序号；bin为所述窗口信号矩阵B的第i行第n列元素；bnj为所述窗口信号矩阵B的第n行第j列元素；步骤104求取候选微震事件EK，具体为：如果所述窗口信号矩阵B的第K行矢量bK所对应的系数矢量AK满足：则所述第K行矢量bK为所述候选微震事件EK＝bK。其中：AK＝[a1,a2,…,aN]为所述第K行矢量bK所对应的系数矢量，其第n个元素为an，计算公式为：为系数参数l＝1,2,···,N：元素求和序号||*||F：*的Frobenus模*：表示任一自变量；C为均方差矢量，第n个元素为cn，其值为所述窗口信号矩阵B的第n列矢量的均方差；步骤105求取N个相似时间窗口值，具体为：第K个相似时间窗口值为HK，其计算公式为：HK＝||EK-t||F；步骤106求取微震事件判断阈值ε0，具体为：σK为所述窗口信号矩阵B的第K行矢量的均方差；步骤107判断微震事件，具体为：如果第K个相似时间窗口值HK满足判断条件|HK|≥ε0，则在所述信号序列S的第K点处，检测到微震事件；否则，未检测到微震事件。一种利用相似时间窗口的微震事件检测系统，包括：模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；模块202生成窗口信号矩阵，具体为：窗口信号矩阵记为B，其第i行第j列元素为bij，其求取公式为：其中：i＝1,2,···,N为行序号；j＝1,2,…,N为列序号；为所述信号序列S的第|i+j+M|N个元素；|i+j+M|N：以N为模对i+j+M取余数；为延迟参数；对*上取整；*：任意参数；σ0：所述信号序列S的均方差；SNR：所述信号序列S的信噪比；模块203求取平均信号序列，具体为：平均信号序列记为t，其第n个元素为tn，计算公式为：其中：n＝1,2,···,N为元素序号；bin为所述窗口信号矩阵B的第i行第n列元素；bnj为所述窗口信号矩阵B的第n行第j列元素；模块204求取候选微震事件EK，具体为：如果所述窗口信号矩阵B的第K行矢量bK所对应的系数矢量AK满足：则所述第K行矢量bK为所述候选微震事件EK＝bK。其中：AK＝[a1,a2,…,aN]为所述第K行矢量bK所对应的系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用相似时间窗口的微震事件检测方法，其特征在于，包括：/n步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；/n步骤102生成窗口信号矩阵，具体为：/n窗口信号矩阵记为B，其第i行第j列元素为b

【技术特征摘要】
1.一种利用相似时间窗口的微震事件检测方法，其特征在于，包括：
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102生成窗口信号矩阵，具体为：
窗口信号矩阵记为B，其第i行第j列元素为bij，其求取公式为：



其中：
i＝1,2，…,N为行序号；
j＝1,2,…,N为列序号；

为所述信号序列S的第|i+j+M|N个元素；
|i+j+M|N：以N为模对i+j+M取余数；

为延迟参数；

对*上取整；
*：任意参数；
σ0：所述信号序列S的均方差；
SNR：所述信号序列S的信噪比；
步骤103求取平均信号序列，具体为：平均信号序列记为t，其第n个元素为tn，计算公式为：



其中：
n＝1,2,…,N为元素序号；
bin为所述窗口信号矩阵B的第i行第n列元素；
bnj为所述窗口信号矩阵B的第n行第j列元素；
步骤104求取候选微震事件EK，具体为：如果所述窗口信号矩阵B的第K行矢量bK所对应的系数矢量AK满足：则所述第K行矢量bK为所述候选微震事件EK＝bK。
其中：
AK＝[a1,a2,…,aN]为所述第K行矢量bK所对应的系数矢量，其第n个元素为an，计算公式为：

为系数参数
l＝1,2,…,N：元素求和序号
||*||F：*的Frobenus模
*：表示任一自变量；
C为均方差矢量，第n个元素为cn，其值为所述窗口信号矩阵B的第n列矢量的均方差；
步骤105求取N个相似时间窗口值，具体为：第K个相似时间窗口值为HK，其计算公式为：
HK＝||EK-t||F；
步骤106求取微震事件判断阈值ε0，具体为：



σK为所述窗口信号矩阵B的第K行矢量的均方差；
步骤107判断微震事件，具体为：如果第K个相似时间窗口值HK满足判断条件|HK|≥ε0，则在所述信号序列S的第K点处，检测到微震事件；否则，未检测到微震事件。

【专利技术属性】
技术研发人员：翟明岳，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44