页岩气压裂监测的微地震震源位置与各向异性参数联合反演

Most conventional microseismic source localization methods for reservoir fracture monitoring assume that the reservoir parameter is isotropic and constant during the fracturing process. Shale gas reservoir has characteristics of low permeability and high tightness, is a typical anisotropic medium. At current stage, the horizontal well fracturing technology is mainly used in shale gas production, which result in the dynamic change of shale gas reservoir parameter is more apparent than conventional fracturing process. This project will study a joint inversion method which can simultaneously solving the microseismic source location and anisotropic parameter. During the research, a series methods and data will be used including the sensitivity analysis method, the first arrival of P and S waves of microseismic event and the "double difference" between microseismic events. Firstly, this project will define a new objective function. Then select an appropriate iteration method to establish the iterative updating formula for each variable. Last and not the least, this project will use the parameter model to generate synthetic data, which is used for the testing and error analysis of proposed method. The parameter model can reflect the actual geology situation of the shale gas reservoir in China. This project focus on the characteristics of shale gas reservoir fracturing, aim to improve the localization accuracy of microseismic sources. The research results can be used for actual production, which result in the improvement of shale gas reservoir production technology. The research results can also be used in localization of microseismic sources of other areas.

常规储层压裂监测微地震震源定位方法大都假设储层是各向同性的，储层参数在压裂过程中恒定。页岩气储层具有低渗致密等特点，是典型的各向异性介质，现阶段主要采用水平井体积压裂技术开采页岩气，页岩气储层参数在压裂过程中的动态变化较常规储层压裂更为明显。本项目将利用微地震事件的纵横波初至信息和微地震事件之间的"双差"等信息，采用敏感度分析等方法，研究适用于同时求解震源位置与VTI各向异性参数的反演方法。本项目将首先定义新的目标函数；然后选择适当的迭代方法，建立各变量的迭代更新公式；最后采用符合我国页岩气储层实际情况的参数模型生成正演数据，对反演方法进行测试和误差分析，以期指导实际应用。本项目瞄准的问题更加符合页岩气储层压裂特点，能提高页岩气储层压裂监测的微地震震源定位精度，研究成果能用于实际生产，有助于促进我国页岩气储层压裂开采技术进步，并为其它领域的震源定位提供方法和技术支撑。

我国富有机质页岩分布广泛，页岩气的高效开发已经成为国家能源需求和安全保障的重大战略问题，对其进行基础性研究十分必要。本项目的研究内容是在综合考虑页岩气储层的各向异性特征和压裂过程储层参数动态变化等特点的基础上，通过开展目标函数及约束条件建立、各向异性介质微地震记录正演模拟、合成数据测试与误差分析等一系列研究工作，最终建立适用于页岩气储层压裂监测的微地震震源位置与储层各向异性参数联合反演方法。经过四年的研究工作，取得了以下五个方面的研究成果：（1）推导了压裂裂缝诱导的TTI双孔隙介质波动方程，研究了TTI介质中的伪P波方程组，给出了地震波传播的波场特征。以上两种TTI介质中的波传播方程可以很容易地退化为VTI介质波传播方程。（2）基于VTI介质波传播方程，建立了三维VTI介质微地震逆时定位方法。（3）为了快速进行微地震事件定位计算和介质参数反演，本项目系统研究了基于GPU通信优化与区域分解的大规模微地震数值模拟方法，显著提高了计算效率。（4）研究了针对VTI介质的多参数波动方程旅行时和波形联合反演方法，实现了基于波动方程的VTI介质各向异性参数反演。（5）微震监测过程中，微震事件位置、激发时刻和速度模型都是未知的，为了同时获得这些未知量，我们建立了联合反演目标函数，实现了基于走时信息的微震震源位置和速度参数联合反演。本项目注重于理论方法与实际应用相结合，部分研究成果已经用于实际数据的尝试性处理，获得了较好效果。