VTI介质井下微震监测理论研究

Downhole microseismic monitoring based on moment tensor inversion technique in gas shales exploitation is an efficient and popular method to estimate hydraulic fracturing treatment. Now most of research of microseismic monitoring assume that microseismic source and propagation path is in the background of isotropy, however, a lot of studies of shales rock have shown that anisotropy of shales are very strong up to 20%-50%，so It is not reasonable that shale is weak anisotropy or isotropy.In this study，shale is regarded as VTI media, and moment tensor of VTI is used to modeling microseismic source. Furthermore, Green function for VTI layered media is computed, through the comparision between theoretical waveform and actual waveform, the inversion result provide the imformation of microcrack dip, azimuth,angle and strike ,in which the least-square method is used, in order to test theoretical result, the experiment of acoustic emission and downhole microseismic monitoring for hydraulic fracturing will be used to verify the theoretical result.

在页岩气开采中，基于矩张量反演技术的井下微震监测技术是评价水力压裂效果的一种有效方法。目前该方法大都假设微震震源区和传播介质为各向同性介质，然而许多研究表明，页岩的各向异性较强，通常可以达到20%-50%,因此，在页岩气水压致裂微震监测技术研究中，将页岩看成是各向同性介质或者弱各向异性介质是不合理的。本项目考虑页岩为具有垂直对称轴的横向各向同性介质(VTI),考虑VTI介质张裂源矩张量解析表述和平层VTI介质格林函数，计算理论波形,并与观测波形作对比，利用最小二乘方法反演得到张裂震源裂纹倾角，走向，位错矢量与裂纹面的夹角和方位角。为了对比和验证理论结果，将进行页岩声发射物理实验和水压致裂井下微震观测实验，最终给出比较可靠的理论结果。

本项目详细研究了各向异性页岩环境下，微震的各向异性激发和各向异性的传播，解决长期以来棘手的各向异性震源激发、传播和理论地震图计算问题，我们利用反透射系数和离散波数积分方法获取了微震理论地震图，比较彻底解决了水压致裂情形下，裂纹的动态扩展导致微震激发的问题。. 页岩是各向异性很强的一种岩石，本项目的最大创新点在于考虑到了页岩的破裂拓展是在各向异性环境下进行，这与目前现有的微震理论地震图的研究存在重要的区别，在只考虑各向同性的情形下，页岩的泊松比不会出现在矩张量源的表达式中，而只有考虑震源各向异性情形下，无论是剪切位错震源（剪切裂纹）还是张裂位错震源（拉张裂纹），泊松比与各向异性参数伴随在一起，具体的内容可以参考本结题报告的相关章节，压裂过程中，井下震源深处的页岩的泊松比应该是后续关注的一个重要参数，我们在第四章，讨论到压裂工程师关注的10个问题时，没有把泊松比考虑进去，而实际上，这个量是很重要的，无论是页岩气的开采，还是通过微震进行地震预测，都取这重要的作用。我们下一步的工作就是要更加详细的模拟震源区或者说断层区岩石的泊松比的动态变化对理论地震图的影响，这个工作只需要在程序中加上泊松比动态变化就可以了。. 本项目在理论技术上，我们取得原始创新的地方主要有下面几点：.1）.VTI介质剪切位错震源、张裂震源的解析表达式；. 我们首次用各向异性Thomsen参数表达的矩张量解析表达式，将各向异性对点源的影响进行了定量化。.2）.VTI介质剪切位错震源、张裂震源的激发. 我们得到了VTI介质下剪切位错和张裂位错震源的位移-牵引力间断，彻底解决了两种模型情形下震源激发的数学描述问题，这为下面解决理论地震图奠定了坚实的基础。.3） 掌握了各向异性震源激发和传播的理论地震图技术,这是水压致裂微震最关键的技术之一。