Диссертация (Оценивание параметров микросейсмического источника по измерениям, производимым группой датчиков), страница 18

3.2,а.Оцениваемые параметры источника были его горизонтальные координаты.Основное отличие предыдущего эксперимента от настоящего будет состоять всвойствах аддитивных случайных помех МЛС.Многоканальная сейсмограмма когерентных шумов была создана иззаписей реальных помех таким образом, что она представляет сумму трёхсейсмограмм, каждая из которых соответствует точечному источнику,сосредоточенных в точках пространства (-0.1131, -0.0259, 0.2926), (-0.0354,0.0344, 0.3167), (-0.1661, -0.0393, 0.2932).

В пространстве эти три точки, равно114как и те точки, которым соответствуют станции группы, расположены наповерхности, разделяющей воздушное пространство и сплошную среду, гделокализован источник. Скорость распространения волн аддитивных помех быламеньше скорости распространения волн от источника, интересующей нас МЛС,что соответствует нашим представлениям о скоростном строении реальнойсреды, рассматриваемой на практике микросейсмического мониторинга.

Ниже,на Рис. 3.14 представлено 30 из 150 каналов вышеописанной сейсмограммыкогерентных помех.Рис. 3.14. Сейсмограмма 30 каналов смоделированных когерентных помехСогласно методике моделирования гибридных сейсмограмм, подробноизложенной в первом параграфе, сгенерированы две смеси сигнала икогерентного шума длительностью в 1 секунду и с усреднёнными по каналамотношениями сигнал/помеха равными соответственно 0.1 и 0.01. Результатылокации этих смесей методами СЭТ, ФМ, ДМП и МП представлены функцияминеопределённости на Рис.

3.15. и отражены в Таблице 3.115а)б)в)г)Рис. 3.15. Функции неопределённости, построенные в квадрате [-0.5;0.5]x[0.5;0.5] на фиксированной глубине Z=1.87, для методова) СЭТ; б) ФМ; в) ДМП; г) МППервая строка – обработка смеси с ОСШ равным 0.1.Вторая строка – обработка смеси с ОСШ равным 0.01.Таблица 3.Ошибки оценивания координат источника, измеренные по расстоянию вкилометрах для различных методовМетод/ОСШ0.10.01СЭТ00.645ФМ00.597ДМП00.622МП00В случае МП и ДМП матричная спектральная плотность мощности оцениваласьпо 5 секундному интервалу записи помех Рис. 3.14.

Принимая во вниманиетолько автоковариации случайных помех на каждой станции, метод ДМП даётаномально большие ошибки оценивания координат источника на смеси с ОСШ0.01.Такие же аномально большие отклонения оценок от их истинныхзначений дают методы СЭТ и ФМ. Этот факт довольно понятен с точки зрениятеории, т. к.

каждый из них не учитывает пространственную корреляциюпомех, в отличие от метода МП, где полная матричная спектральная плотностьмощности помех обращается на каждой частоте. Таким образом, при116оценивании параметров очага, метод МП учитывает всю априорнуюинформацию о помехах, которая заключена в ковариационной матрице помех.3.4. Оценивание координат реальных микросейсмических событийвызванных процессами перфорирования скважины.В этом параграфе исследуются особенности применения описанных вглаве 1-2 методов определения параметров микросейсмических источников вполностью реальных условиях. Последнее означает, что в отличие отмодельного эксперимента (см. п. 3.2), в смеси будет присутствовать реальныйсигнал источника, а изменение его формы, амплитуды и сдвига обусловленыфункцией отклика реальной среды, которая в общем случае нам неизвестна.Источниками реальных событий были точеные перфорационные взрывы,произведённые инженерами и распределённые в горизонтальной скважине натерритории разработки месторождения углеводородов.

Для каждого событиябыла представлена информация о моменте каждого подрыва,а такжесоответствующие им координаты, заданные в локальной прямоугольнойсистеме. Эксперимент заключался в определении пространственных координатсобытий по записям, сейсмоакустических сигналов, зарегистрированныхповерхностной группой из 907 геофонов, изображённой на Рис. 3.16. При этом,из всех 907 станций были при обработке были использованы только 536 (Рис.3.16 серые треугольники). Исходя из простых соображений, такой выбор былобусловлен физическим явлением уменьшения и поглощения энергии волнысредой, при передаче этой энергии на некоторое расстояние, вследствие чего,на периферии группы мы будем наблюдать «самые» слабые амплитудысигналов источника, независимо от его диаграммы излучения. В локальнойсистеме координат возвышение группы над плоскостью Z=0 составило  800 м.С помощью специальной методики детектирования, в записях волновых формбыло обнаружено 10 временных интервалов, содержащих сигналы событий,соответствующих 10 конкретным перфорационным взрывам.117Рис.

3.16. Группа Пространственно-распределённых геофонов. Зелёная линия горизонтальная часть скважины. Серые треугольники - станции, которыеиспользовалисьприобработке.Красныетреугольники–станциинеучаствовавшие в обработкеПредварительный, визуальный анализ многоканальных сейсмограмм сиспользованием полосового и обеляющего фильтров показал, что волновыеформы сигнала от перфораций полностью скрыты под реальными шумами. Вэтом смысле простой и известный метод локации Гейгера [56] выходит заграницы своей применимости, в отличие от ситуации, когда сигнал достаточночётко можно выделить визуально на фоне техногенных помех.

Поэтомунеобходимость применения статистических методов для оценивания координатперфорационных взрывов, полученных с помощью теоретико-вероятностногосинтеза в гл. 1-2 является достаточно очевидной. В качестве одного из такихметодов был выбран ФМ.При расчёте функции отклика среды в алгоритмах учитывался тольковременной сдвиг волновой формы сигнала источника на каждой станции. Приэтом, для расчётов этих сдвигов использовался годограф сферической моделиволнового фронта, скорость которого может варьироваться от 4 до 4.5 км/c.118Таким образом, оценивая скорость распространения волн в однородной среде,одновременно с тремя координатами источника мы разрешаем проблему,связанную с неизвестной скоростной моделью реальной среды. Стоит отметить,что поскольку реальная среда, в которой мы рассматриваем источник можетсильно отличаться от однородной сплошной среды, тотакое грубоеприближение, несомненно, может приводить к большим ошибкам оценивания вдополнение к тем, которые обусловлены влиянием реальных помех.В предположении широкополосного спектра сигнала от перфорации,полоса частот, была выбрана от 20 до 70 Гц.

Допустимое значение скоростираспространения волн в среде, оцениваемое одновременно с горизонтальнымикоординатами источника, выбиралось из дискретного набора значений от 4.0 до4.5 км/c. с шагом 0.1 км/c. Если результат оценивания давал события удалённыеот истинного значения координат источника более чем на 100 м, то в качествеальтернативного метода использовался фазовый метод с адаптацией помощностям помех (АФМ), предшествующих вступлению сигнала события.Таким образом, при обработке многоканальных записей использовалось дваметода, а за конечный результат принималась та оценка, которая физическиболее реальная, т. е. точка максимально близкая к точке, расположенной нагоризонтальной части скважины.По содержанию обработка многоканальных записей для каждого событияперфорации скважины из 10 делится на две части. Сначала для фиксированной(известной)глубиныоцениваетсявектор(X,Y,V)–соответственногоризонтальные координаты источника и скорость распространения волны всреде.

Во второй части эксперимента для определения разрешающейспособностиметодафиксированногопозначенияглубинеоцениваетсяранее оцененноговекторпараметра(X,Y,Z)дляV. Результатыоценивания координат событий для всех 10 событий собраны в Таблице 4.Ошибки определения координат источников по латерали (X, Y), измеренные порасстоянию и по глубине Z, занесены в Таблицу 5.119Таблица 4.Результаты оценивания координат источника и скоростной однородноймодели среды методами№событияX(извест Y(известное)ное)(км)(км)Z(известное)(км)X(оцененное)(км)№1№2№3№4№5№6№7№8№9№ 102.152982.123112.129812.117012.099031.994481.969181.982591.954861.897252.84982.85292.85322.85202.85352.86052.86322.86262.86322.85382.19192.09872.08432.05762.06301.96891.93841.95291.93461.86590.615000.732960.703090.762830.852441.266371.35721.310561.397431.61475Y(оце Z(оце Оцененненно ненннаяе)ое)скорост(км)(км)ь(км/с)0.639 2.80 4.3000.663 2.85 4.3000.708 2.80 4.3000.771 2.85 4.2000.812 2.80 4.2001.236 2.90 4.3001.321 2.85 4.0001.235 2.85 4.4001.346 2.85 4.5001.615 2.85 4.000МетодАФМАФМАФМАФМФМФМФМФМАФМФМТаблица 5.Ошибки оценивания координат событий от перфораций скважины методамиФМ и АФМ№ события№1№2№3№4№5№6№7№8№9№ 10Ошибка локацииизмеренная вдольгоризонтальногонаправления порасстоянию (км)0.04625880.07404440.04579060.05992110.05383380.03917450.04685780.08046760.05453690.031325Абсолютная Ошибкаопределения глубиныисточника(км)0.049880.002930.053230.002010.053540.039450.013290.012680.013290.00384Как, оказалось, есть случаи, когда адаптивный фазовый метод такжеприводит к большим смещениям оценки, что может объясняться только120неравномерным (по интенсивности) излучением энергии источником вдольразличных направлений.

Последнее является следствием сложного механизмаочага, при котором полярности вступления сигнала, тем не менее, одинаковы(по нашим предположениям) для всей используемой группы геофонов. Это ещёраз объясняет необходимость использования полной функции отклика МЛСдля оценивания параметров микросейсмических очагов по записям групп прималом отношении сигнал/помеха.На аналогичных временных интервалах записей, эти же 10 событий былиобработаны алгоритмом СЭТ и результаты занесены в Таблицу 6, из которойможнозаключитьобаномальнобольшомотклоненииоцененныхгоризонтальных координат относительно истинных, что ещё раз, наряду смодельными экспериментами, подвергает данный метод сомнению в егопрактической применимости для микросейсмического мониторинга.Прирасчётах в алгоритме СЭТ фиксировалось истинное значение глубины события,а также оцененная ранее методами ФМ и АФМ средняя скорость волны воднородной среде.Таблица 6.Ошибки оценивания координат событий от перфораций скважины методомСЭТ№ события№1№2№3№4№5№6№7№8№9№ 10Ошибка локации измеренная вдольгоризонтального направления порасстоянию (км)0.3194170.1023450.07025820.0972090.06151860.2359650.3156590.08768020.28830.298656121Согласно Таблице 5 обработка записей микросейсмических событийперфораций с помощью фазового алгоритма даёт среднюю ошибку оцениваниякоординат источников по горизонтали - 0.053221 и по глубине - 0.024414.

Вусловиях полностью неизвестной скоростной модели среды, а также слабогосигнала источника на фоне помех, визуально трудно выделяемого насейсмограммах,полученныйрезультатможносравнить,например,срезультатом эксперимента, опубликованного в работе [44], где в аналогичныхусловиях (с точки зрения взаимного расположения группы геофонов исобытий) авторы оценивают погрешность измерения координат событийперфораций с помощью метода СЭТ. Однако, авторы отмечают наличиевысокого отношения сигнал/помеха на сейсмограммах содержащих записиперфорационных взрывов, а также для расчёта сдвигов волновых формисточника на каждой станции авторы использовали трёхмерную скоростнуюмодель среды.