一种基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法与流程

1.本发明涉及岩层水力压裂监测领域，尤其是涉及一种基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法。


背景技术：

2.在石油领域，岩层水力压裂过程中，利用地面高压泵，通过井筒向地层挤注大量具有较高粘度、含有支撑剂并呈低阻特性的压裂液，迫使地层压力升高，岩石破裂产生裂缝。裂缝产生过程中，压裂液沿裂缝推进，充填裂缝并支撑裂缝使其不至于闭合。岩石破裂时会产生地震波信号，利用微地震监测技术可监测该破裂事件的位置和程度；而充填低阻压裂液的裂缝空间通电后，可形成电流发射源，利用电磁法监测技术可监测压裂液波及体的形态及大小。
3.压力增大可在远端产生一些应力破裂，地震波信号可反应并定位该破裂事件，但该破裂事件引起的远端缝是否与主裂缝空间连通或者有压裂液注入未知，如未连通或充满压裂液，则为无效缝，微地震监测技术无法判断该情况。电磁监测技术基于压裂液波及体的空间展布特征，但是地面电场信号难以确定该压裂液波及体的准确位置，若定位不准，将影响空间展布特征的解释准确度。因此仅靠微地震监测技术，无法判断有效改造体积范围；而仅靠电磁监测技术，压裂液波及体形态及大小的解释准确度有所降低，即利用任意单一方法均难以准确监测压裂作业的有效改造体积范围。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，解决了仅利用微地震监测技术或电磁监测技术进行油气压裂波及体监测和解释，其存在局限性的问题。
5.根据本发明实施例的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，包括以下步骤：
6.在压裂监测段上布设多个第一测点和多个第二测点，所述第一测点用于微地震监测，所述第二测点用于电磁监测；
7.采集多个所述第一测点的微地震信号和多个所述第二测点的电场信号；
8.基于对所述微地震信号和所述电场信号的处理，确定压裂液波及体的初始平面分布轮廓、初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面；
9.根据所述初始平面分布轮廓、所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面，确定压裂液波及体的初始三维模型；
10.基于对所述初始三维模型的处理，确定压裂液波及体的三维形态。
11.根据本发明实施例的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，至少具有如下有益效果：
12.本发明实施例将微地震监测技术和电磁监测技术两种方法的成果有效融合，形成
震电一体化压裂监测及解释方法，微地震监测技术提供发射源位置信息和破裂事件点分布，电磁监测技术提供地表异常电位分布，以微地震提供的位置信息为计算前提，综合微地震事件点分布形态和电磁异常电位分布形态建立压裂液波及体的初始三维模型，并以异常电位为约束进行反演，不断调整压裂液波及体的三维模型，从而使异常电位拟合误差满足约定要求，根据最终得到的三维模型便可准确表示压裂液波及体形态及大小，即可确定压裂作业的有效改造体积范围。
13.根据本发明的一些实施例，基于对所述微地震信号和所述电场信号的处理，确定压裂液波及体的所述初始平面分布轮廓，包括以下步骤：
14.对所述微地震信号进行处理，以得到微地震破裂事件点分布；
15.对所述电场信号进行处理，以得到相对异常电位平面分布；
16.根据所述微地震破裂事件点分布，圈定出第一平面分布轮廓；
17.根据所述相对异常电位平面分布，圈定出第二平面分布轮廓；
18.根据所述第一平面分布轮廓和所述第二平面分布轮廓，确定所述初始平面分布轮廓。
19.根据本发明的一些实施例，所述对所述电场信号进行处理，以得到相对异常电位平面分布，包括以下步骤：
20.对压裂前监测到的电场信号进行均值处理，以得到背景场电位信号；
21.将压裂时监测到的电场信号与所述背景场电位信号求差，以得到实际测量电位信号；
22.根据所述背景场电位信号和所述实际测量电位信号，计算得到相对异常电位信号；
23.基于反距离加权插值算法对所述相对异常电位信号进行处理，以得到所述相对异常电位平面分布。
24.根据本发明的一些实施例，所述根据所述第一平面分布轮廓和所述第二平面分布轮廓，确定所述初始平面分布轮廓，包括以下步骤：
25.确定中心点，所述中心点为所述第一平面分布轮廓与井轨迹之间两个交点的连线的中点；
26.在所述中心点上均匀设置多个虚拟射线，以使得每个所述虚拟射线分别与所述第一平面分布轮廓、所述第二平面分布轮廓相交，并相应得到多个第一交点和多个第二交点；
27.确定多个初始轮廓点，每个所述初始轮廓点为每个所述第一交点与对应所述第二交点之间连线的中点；
28.连接多个所述初始轮廓点，以确定所述初始平面分布轮廓。
29.根据本发明的一些实施例，基于对所述微地震信号和所述电场信号的处理，确定压裂液波及体的所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面，包括以下步骤：
30.根据所述微地震破裂事件点分布和所述初始平面分布轮廓，勾勒井轨迹水平面的上半部分高低起伏面和下半部分高低起伏面；
31.根据所述相对异常电位平面分布，勾勒相对异常高低起伏面；
32.根据所述上半部分高低起伏面、所述下半部分高低起伏面和所述相对异常高低起伏面，确定所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面。
33.根据本发明的一些实施例，所述根据所述微地震破裂事件点分布和所述初始平面分布轮廓，勾勒井轨迹水平面的上半部分高低起伏面和下半部分高低起伏面，包括以下步骤：
34.以所述初始平面分布轮廓为界，将界内范围划分为多个规则网格；
35.根据所述微地震破裂事件点分布，确定每个所述规则网格的第一三维位置坐标；
36.利用多个所述第一三维位置坐标勾勒出所述上半部分高低起伏面和所述下半部分高低起伏面。
37.根据本发明的一些实施例，所述根据所述相对异常电位平面分布，勾勒相对异常高低起伏面，包括以下步骤：
38.根据所述相对异常电位平面分布，确定每个所述规则网格的第二三维位置坐标；
39.利用多个所述第二三维位置坐标勾勒出所述相对异常高低起伏面。
40.根据本发明的一些实施例，所述根据所述上半部分高低起伏面、所述下半部分高低起伏面和所述相对异常高低起伏面，确定所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面，包括以下步骤：
41.分别确定所述上半部分高低起伏面、所述下半部分高低起伏面和所述相对异常高低起伏面的高度绝对值的最大值，以对应得到第一高度最大值、第二高度最大值和第三高度最大值；
42.根据所述第一高度最大值、所述第二高度最大值和所述第三高度最大值，计算得到上半部分放大系数和下半部分放大系数；
43.利用所述上半部分放大系数和所述下半部分放大系数对所述相对异常高低起伏面进行处理，以得到上半部分相对异常高度节点数据和下半部分相对异常高度节点数据；
44.对所述上半部分相对异常高度节点数据和所述上半部分高低起伏面进行叠加均值处理，以确定所述初始上半部分起伏面；
45.对所述下半部分相对异常高度节点数据和所述下半部分高低起伏面进行叠加均值处理，以确定所述初始下半部分起伏面。
46.根据本发明的一些实施例，所述根据所述初始平面分布轮廓、所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面，确定压裂液波及体的初始三维模型，包括以下步骤：
47.分别对所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面的边界处的高度值进行赋零值处理，以使得所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面分别与所述初始平面分布轮廓相接；
48.以所述初始平面分布轮廓、所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面为界，确定所述初始三维模型。
49.根据本发明的一些实施例，所述基于对所述初始三维模型的处理，确定压裂液波及体的三维形态，包括以下步骤：
50.建立三维模型坐标系，所述三维模型坐标系的原点为所述中心点；
51.在所述三维模型坐标系下，将所述初始三维模型按比例系数剖分成多个剖分模型，每个所述剖分模型为不同的单元椭球体；
52.选择任一个所述第二测点作为首个指定测点，并基于导电椭球体空间外任意一点处的电位表达式，计算每个所述剖分模型在所述指定测点处的异常电位值并进行累加，以
得到第一个测点计算异常电位值；
53.将所述指定测点更新为下一个所述第二测点，以计算得到下一个测点计算异常电位值，不断更新所述指定测点，直至计算得到全部所述第二测点所对应的多个测点计算异常电位值，则停止更新；
54.对多个所述测点计算异常电位值进行误差比较以调整所述比例系数；
55.根据最终调整得到比例系数确定所述压裂液波及体三维形态。
56.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
57.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
58.图1是本发明一种实施例的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法的流程图；
59.图2是本发明一种实施例的多个第一测点和多个第二测点布设的示意图；
60.图3是本发明一种实施例的微地震破裂事件点分布的示意图；
61.图4是本发明一种实施例的相对异常电位平面分布的示意图；
62.图5是本发明一种实施例的第一平面分布轮廓和第二平面分布轮廓的示意图；
63.图6是本发明一种实施例的根据第一平面分布轮廓和第二平面分布轮廓确定初始平面分布轮廓的原理示意图；
64.图7是本发明一种实施例的上半部分高低起伏面、下半部分高低起伏面、相对异常高低起伏面、上半部分相对异常高度节点数据、下半部分相对异常高度节点数据、初始上半部分起伏面、初始下半部分起伏面的示意图。
具体实施方式
65.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表征相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
66.在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
67.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
68.本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
69.为了更好地说明本发明实施例的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方
法，需要先说明的是，在油气压裂过程中，压裂液波及体范围代表着压裂施工的有效改造体积范围。对于压裂过程中岩层产生的破裂事件的位置和程度，可以利用微地震监测技术进行监测；而对于压裂后产生的裂缝，其被低阻压裂液充填并通过井筒供电形成发射源后，可在地面采用电磁监测技术来监测其三维形态大小变化。这两种方法虽然对压裂效果进行一定程度的反应，但是都有自己的局限性，具体体现在：
70.微地震监测技术依靠岩石破裂引起的地震波到达时间可以定位破裂事件位置，而因为压裂液的进入充填并不引起地震波，故破裂引起的裂缝中是否有压裂液进入充填无法判断，存在破裂引起裂缝但是未有压裂液充填的情况，此时破裂事件的位置并不代表压裂液波及位置。
71.电磁监测技术把低阻压裂液波及体供电当成电流发射源，发射源形态大小的改变会引起地表电位变化，在地表布设电极监测电位变化，根据电位变化可以推算发射源的形态大小及压裂液波及体的形态大小，但在推算过程中需要较为准确的发射源位置信息，如果位置信息不准，计算的结果将会出现偏差甚至错误，而电磁法不具备获取发散源位置信息的条件。
72.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。
73.参见图1所示，为本发明实施例提供的一种基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法的流程图，方法包括以下步骤：
74.在压裂监测段上布设多个第一测点和多个第二测点，第一测点用于微地震监测，第二测点用于电磁监测；
75.采集多个第一测点的微地震信号和多个第二测点的电场信号；
76.基于对微地震信号和电场信号的处理，确定压裂液波及体的初始平面分布轮廓、初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面；
77.根据初始平面分布轮廓、初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面，确定压裂液波及体的初始三维模型；
78.基于对初始三维模型的处理，确定压裂液波及体的三维形态。
79.具体地，如图1所示，首先在压裂监测段上布设两种测点，以分别用于进行微地震监测和电磁监测，在一些实施例中，参考图2，第一测点布设为“发射状”，且第一测点具体利用微地震检波器采集微地震信号；第二测点布设为“网格状”，且第二测点具体利用电磁检波器通过金属井筒供电来采集电场信号。微地震检波器和电磁检波器的布设严格按照规范布设，以确保微地震信号和电场信号的信噪比。
80.进一步地，结合微地震法和电磁法，通过对微地震信号和电场信号进行综合处理，从而可确定压裂液波及体的初始三维模型，然后对初始三维模型不断进行修正调整，以最终确定压裂液波及体的三维形态。
81.可以理解的是，参考图2，图中井筒以水平井为例，图2具体为水平面的俯视投影图。在一些实施例中，井筒可采用直井，对于直井，第二测点需布设为“双层环状”。
82.可以理解的是，本发明实施例将微地震监测技术和电磁监测技术两种方法的成果有效融合，形成震电一体化压裂监测及解释方法，微地震监测技术提供发射源位置信息和破裂事件点分布，电磁监测技术提供地表异常电位分布，以微地震提供的位置信息为计算
前提，综合微地震事件点分布形态和电磁异常电位分布形态建立压裂液波及体的初始三维模型，并以异常电位为约束进行反演，不断调整压裂液波及体的三维模型，从而使异常电位拟合误差满足约定要求，根据最终得到的三维模型便可准确表示压裂液波及体形态及大小，即可确定压裂作业的有效改造体积范围。
83.在一些实施例中，参考图3至图6，基于对微地震信号和电场信号的处理，确定压裂液波及体的初始平面分布轮廓，包括以下步骤：
84.对微地震信号进行处理，以得到微地震破裂事件点分布；
85.对电场信号进行处理，以得到相对异常电位平面分布；
86.根据微地震破裂事件点分布，圈定出第一平面分布轮廓；
87.根据相对异常电位平面分布，圈定出第二平面分布轮廓；
88.根据第一平面分布轮廓和第二平面分布轮廓，确定初始平面分布轮廓。
89.具体地，参考图3，首先利用微地震常规处理手段对微地震信号进行处理，微地震常规处理手段包括对微地震信号进行去噪、破裂事件识别、速度模型建立和震源扫描定位处理，从而可以得到微地震破裂事件点分布。可以理解的是，微地震破裂事件点分布即为若干个微地震破裂事件点所构成的分布图。
90.进一步地，参考图4，对电场信号进行处理，其具体为：对电场信号做数据预处理，得到反映纯压裂液波及体空间展布特征的异常电位分布u
am
，u
am
记为实际测量电位信号；并进一步计算相对异常电位u
per
，并进行插值以形成相对异常电位平面分布u
ab
。
91.进一步地，参考图5，根据微地震破裂事件点分布，以人机交互形式勾勒微地震事件点平面分布轮廓cs，cs即为圈定出的第一平面分布轮廓；根据异常电位分布u
am
的相对异常绝对值等于5％为界，圈定异常电位平面分布轮廓ce，ce即为第二平面分布轮廓。
92.需要说明的是，在一些实施例中，在x-y轴平面(水平面)内，以人机交互手段勾勒微地震事件平面轮廓，勾勒时不可避免的需发挥人的主观性，剔除远处零星事件点，将密集分布区域最外侧事件点一一相连得到第一平面分布轮廓cs，相连时保持一定的光滑度，并确保所有未剔除的事件点均在轮廓线之内；相对异常电位平面分布u
ab
整体必然以中心向四周呈递减趋势，以相对异常电位u
per
的绝对值等于5％为界(不存在等于5％的值则以最接近的值为准)确定第二平面分布轮廓廓ce。
93.进一步地，参考图6，根据上述两种平面分布轮廓cs和ce，确定压裂液波及体的初始平面分布轮廓c0＝(cs+ce)/2。通过综合二种方法所获取到的平面分布轮廓信息，从而相对采用单一方法更加准确。
94.在一些实施例中，对电场信号进行处理，以得到相对异常电位平面分布，包括以下步骤：
95.对压裂前监测到的电场信号进行均值处理，以得到背景场电位信号；
96.将压裂时监测到的电场信号与背景场电位信号求差，以得到实际测量电位信号；
97.根据背景场电位信号和实际测量电位信号，计算得到相对异常电位信号；
98.基于反距离加权插值算法对相对异常电位信号进行处理，以得到相对异常电位平面分布。
99.具体地，可以理解的是，在一些实施例中，压裂开始前半小时就必须开始电磁监测，并对压裂前这段时间内监测到的电场信号做均值处理，记该均值为背景场电位信号u
bg
；
压裂开始后这段时间内监测到的电场信号记为u
me
；将u
me
减去u
bg
便得到实际测量电位信号u
am
，即u
am
＝u
me-u
bg
。
100.进一步地，计算相对异常电位u
per
，相对异常电位由以下公式计算得到：
101.u
per
＝abs(u
am
/u
bg
)
×
100％，
102.其中，abs表示绝对值函数。利用反距离加权插值算法，对u
per
以2.5米网格间距插值，以形成相对异常电位平面分布u
ab
。
103.在一些实施例中，参考图6，根据第一平面分布轮廓和第二平面分布轮廓，确定初始平面分布轮廓，包括以下步骤：
104.确定中心点，中心点为第一平面分布轮廓与井轨迹之间两个交点的连线的中点；
105.在中心点上均匀设置多个虚拟射线，以使得每个虚拟射线分别与第一平面分布轮廓、第二平面分布轮廓相交，并相应得到多个第一交点和多个第二交点；
106.确定多个初始轮廓点，每个初始轮廓点为每个第一交点与对应第二交点之间连线的中点；
107.连接多个初始轮廓点，以确定初始平面分布轮廓。
108.具体地，参考图6，在一些实施例中，在x-y轴平面内，以第一平面分布轮廓cs和井轨迹线的两个交点的连线的中点为中心点o，在中心点o上按角度5
°
间隔进行72等分，并以等分角的边画72条虚拟射线，以使得72条“虚拟射线”分别与轮廓cs和ce相交。记0
°
角的虚拟射线与轮廓cs的交点值为c
s1
，与轮廓ce的交点值为c
e1
，取二者均值c
02
＝(c
s1
+c
e1
)/2作为0
°
角的虚拟射线的新轮廓点值。以此类推，同理可得到其它不同角度方向的虚拟射线的新轮廓点值c
02
、c
03
、
…
、c
72
，连接c
01
、c
02
、c
03
、
…
、c
72
得到压裂液波及体的初始平面分布轮廓c0，即总体上表示为c0＝(cs+ce)/2。
109.可以理解的是，在一些实施例中，角度间隔根据实际需求可以适当减小或增大，例如可以按1
°
间隔进行360等分，以得到360条虚拟射线；也可以按10
°
间隔进行36等分，以得到36条虚拟射线。
110.在一些实施例中，参考图7，基于对微地震信号和电场信号的处理，确定压裂液波及体的初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面，包括以下步骤：
111.根据微地震破裂事件点分布和初始平面分布轮廓，勾勒井轨迹水平面的上半部分高低起伏面和下半部分高低起伏面；
112.根据相对异常电位平面分布，勾勒相对异常高低起伏面；
113.根据上半部分高低起伏面、下半部分高低起伏面和相对异常高低起伏面，确定初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面。
114.具体地，可以理解的是，确定初始平面分布轮廓c0是为了确定压裂液波及体在x-y轴平面的波及范围，因此进一步需要确定基于x-y轴平面下，压裂液波及体在z轴上的高度轮廓。进一步地，参考图7，需要先说明的是，图2至图6都是x-y轴平面的俯视示意图，而图7以x-z轴为例来展示井轨迹纵剖面以及各起伏面。首先根据微地震破裂事件点分布和c0，确定上半部分高低起伏面s
su
、下半部分高低起伏面s
sd
；然后根据u
ab
确定相对异常高低起伏面se；最后根据s
su
、s
sd
、se，则可确定初始上半部分起伏面su和初始下半部分起伏面sd。su和sd即代表了压裂液波及体在z轴上的高度轮廓。
115.在一些实施例中，参考图7，根据微地震破裂事件点分布和初始平面分布轮廓，勾
勒井轨迹水平面的上半部分高低起伏面和下半部分高低起伏面，包括以下步骤：
116.以初始平面分布轮廓为界，将界内范围划分为多个规则网格；
117.根据微地震破裂事件点分布，确定每个规则网格的第一三维位置坐标；
118.利用多个第一三维位置坐标勾勒出上半部分高低起伏面和下半部分高低起伏面。
119.具体地，参考图7，可以理解的是，在剔除远处零星事件点后，以初始平面分布轮廓c0为界，将界内的范围按预设间距在中心点o向外进行网格剖分，以得到多个规则网格。在一些实施例中，规则网格可以采用预设间距为5米边长的正方形。
120.进一步地，取落在规则网格内的若干个微地震破裂事件点中高度最大值，来作为该规则网格的高度值，并记作第一z轴位置坐标；将规则网格中心点作为规则网格的平面位置，并记作第一x-y轴位置坐标，因此每个规则网格可确定其第一三维位置坐标；同时对于没有微地震破裂事件点的规则网格无需进行处理，然后沿井轨迹方向将多个第一三维位置坐标连接成线，并将多个第一三维位置坐标之间的高度间隙通过线性插值来确定，以使得连线更为平滑，最终便得到上半部分高低起伏面s
su
和下半部分高低起伏面s
sd
。
121.可以理解的是，确定微地震破裂事件点是否在规则网格内，其仅考虑微地震破裂事件点的x轴和y轴位置坐标是否在规则网格内，其z轴位置坐标无需考虑；同时，对于位于井轨迹上半部分的微地震破裂事件点取高度最大值，而位于井轨迹下半部分的微地震破裂事件点取高度绝对值的最大值。
122.在一些实施例中，参考图7，根据相对异常电位平面分布，勾勒相对异常高低起伏面，包括以下步骤：
123.根据相对异常电位平面分布，确定每个规则网格的第二三维位置坐标；
124.利用多个第二三维位置坐标勾勒出相对异常高低起伏面。
125.具体地，参考图7，可以理解的是，基于上述已划分好的规则网格，取所有落在每个规则网格内若干个相对异常电位数据点(包含落在规则网格边界上的点)的平均值，作为该规则网格的相对异常电位高度值，并记作第二z轴位置坐标；将规则网格中心点作为相对异常电位高度值对应的平面位置，并记作第二x-y轴位置坐标，因此每个规则网格可确定其第二三维位置坐标。同理对多个第二三维位置坐标进行连线，从而得到相对异常高低起伏面se。
126.在一些实施例中，参考图7，根据上半部分高低起伏面、下半部分高低起伏面和相对异常高低起伏面，确定初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面，包括以下步骤：
127.分别确定上半部分高低起伏面、下半部分高低起伏面和相对异常高低起伏面的高度绝对值的最大值，以对应得到第一高度最大值、第二高度最大值和第三高度最大值；
128.根据第一高度最大值、第二高度最大值和第三高度最大值，计算得到上半部分放大系数和下半部分放大系数；
129.利用上半部分放大系数和下半部分放大系数对相对异常高低起伏面进行处理，以得到上半部分相对异常高度节点数据和下半部分相对异常高度节点数据；
130.对上半部分相对异常高度节点数据和上半部分高低起伏面进行叠加均值处理，以确定初始上半部分起伏面；
131.对下半部分相对异常高度节点数据和下半部分高低起伏面进行叠加均值处理，以确定初始下半部分起伏面。
132.具体地，参考图7，可以理解的是，相对异常高低起伏面se反映了压裂液波及体纵向高度起伏，但是其不等同于纵向高度且与纵向高度不在一个层级，故以s
su
、s
sd
、se三种起伏面各自的高度绝对值的最大值为标准进行放大，以完成后续计算。
133.进一步地，将s
su
、s
sd
、se三种起伏面各自的高度绝对值的最大值分别记作第一高度最大值su
max
、第二高度最大值sd
max
、第三高度最大值se
max
；然后分别计算上半部分放大系数ku＝su
max
/se
max
、下半部分放大系数kd＝sd
max
/se
max
；然后利用上述放大系数来对se进行放大处理，以达到与s
su
、s
sd
为同一数量级，从而得到上半部分相对异常高度节点数据s
eu
＝se×ku
和下半部分相对异常高度节点数据s
ed
＝se×
kd；对s
su
和s
eu
进行叠加均值处理，以得到初始上半部分起伏面su，对s
sd
和s
ed
进行叠加均值处理，以得到初始下半部分起伏面sd；
134.需要说明的是，叠加均值处理原则为：如果同位置s
su
和s
eu
(s
sd
和s
ed
)均存在数值，则取二者均值作为该位置的高度值；如果同位置仅s
eu
(s
ed
)存在数值，则取s
eu
(s
ed
)的值作为该位置的高度值。
135.在一些实施例中，根据初始平面分布轮廓、初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面，确定压裂液波及体的初始三维模型，包括以下步骤：
136.分别对初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面的边界处的高度值进行赋零值处理，以使得初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面分别与初始平面分布轮廓相接；
137.以初始平面分布轮廓、初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面为界，确定初始三维模型。
138.具体地，可以理解的是，实际的压裂液波及体应该是中间高，向四周逐渐降低并在边界处趋于零的渐变状，但处理得到的su和sd在边界处可能并不为零，故需进一步处理，使su和sd在边界处的值为零，同时仍保持原有的空间高低起伏形态，需要说明的是，因后续的处理方式只需要保持有空间起伏形态的初始模型即可，绝对大小不影响结果，故可按此方式进行处理。
139.进一步地，具体处理方式为：取su和sd在初始平面分布轮廓c0节点的最小值分别为su
min
和sd
min
，将su和sd在c0处所有节点的值均分别强制设为su
min
和sd
min
，再将su和sd所有节点处的值分别减去su
min
和sd
min
，以使得初始上半部分起伏面su和初始下半部分起伏面sd的轮廓边界处的值均为零；将su和sd以轮廓c0界面为整合面连接为一个整体，即得到初始三维模型v0。
140.在一些实施例中，基于对初始三维模型的处理，确定压裂液波及体的三维形态，包括以下步骤：
141.建立三维模型坐标系，三维模型坐标系的原点为中心点；
142.在三维模型坐标系下，将初始三维模型按比例系数剖分成多个剖分模型，每个剖分模型为不同的单元椭球体；
143.选择任一个第二测点作为首个指定测点，并基于导电椭球体空间外任意一点处的电位表达式，计算每个剖分模型在指定测点处的异常电位值并进行累加，以得到第一个测点计算异常电位值；
144.将指定测点更新为下一个第二测点，以计算得到下一个测点计算异常电位值，不断更新指定测点，直至计算得到全部第二测点所对应的多个测点计算异常电位值，则停止
更新；
145.对多个测点计算异常电位值进行误差比较以调整比例系数；
146.根据最终调整得到比例系数确定压裂液波及体三维形态。
147.具体地，可以理解的是，首先建立三维模型坐标系，以便于后续相关计算；然后需要说明是，由于初始三维模型v0为不规则三维体，以解析方法计算其电势分布几乎不可能实现。同时初始三维模型v0暂仅反映压裂液波及体的三维形态，其具体大小未知，因此需要引入比例系数作为控制变量来参与后续计算，以确定波及体的三维大小。因此在一些实施例中，根据电势叠加原理采取“剖分叠加”思路，先将初始三维模型v0以比例系数k进行缩放得到待剖分模型v1，然后将剖分模型v1剖分为多个长宽均为1米但高度不同的单元椭球体，具体可记为：
[0148][0149]
其中，表示不同的单元椭球体。
[0150]
进一步地，根据导电椭球体空间外任意一点处的电位表达式，计算每个单元椭球体在第一个第二测点m处的异常电位值，并根据电势叠加原理，累加所有单元椭球体在第二测点m处的异常电位值，以得到第一个测点计算异常电位值，第一个测点计算异常电位值表示v1在第二测点m处的异常电位值um，具体可记为：
[0151][0152]
其中，ξ0为第二测点m出的椭球坐标；i为发射电流；ρ为地下介质的电阻率，a、b、c分别为单元椭球体的长、宽、高。
[0153]
进一步地，同理通过依次计算，从而可以得到每个单元椭球体在全部第二测点处的异常电位值，即得到多个测点计算异常电位值，并具体可记为：
[0154]utotal
＝(u1,u2,u3,
…
,um,u
m+1
,
…
,u
n-1
,un)，
[0155]
其中，u
total
中每一个元素即表示一个测点计算异常电位值。
[0156]
进一步地，对多个测点计算异常电位值进行误差比较，具体是将u
total
与上述实际测量电位信号u
am
进行误差比较，而具体比较方式为：
[0157]
若u
total
远大于u
am
，则将上述比例系数k往减小方向调整；
[0158]
若u
total
远小于u
am
，则将上述比例系数k往增大方向调整；
[0159]
若u
total
与u
am
之间的误差满足预设要求，则k为满足要求的比例系数；根据调整后确定的比例系数k来重新确定待剖分模型v1，进而最终确定压裂液波及体三维形态。
[0160]
需要说明的是，在进行u
total
与u
am
之间的误差比较时，实际上是将u
total
中所有元素求和以得到u
sum1
，并将u
am
中所有元素求和以得到u
sum2
，然后通过比较u
sum1
和u
sum2
，从而来调整确定比例系数k。
[0161]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0162]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
[0163]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：
1.一种基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，包括以下步骤：在压裂监测段上布设多个第一测点和多个第二测点，所述第一测点用于微地震监测，所述第二测点用于电磁监测；采集多个所述第一测点的微地震信号和多个所述第二测点的电场信号；基于对所述微地震信号和所述电场信号的处理，确定压裂液波及体的初始平面分布轮廓、初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面；根据所述初始平面分布轮廓、所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面，确定压裂液波及体的初始三维模型；基于对所述初始三维模型的处理，确定压裂液波及体的三维形态。2.根据权利要求1所述的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，基于对所述微地震信号和所述电场信号的处理，确定压裂液波及体的所述初始平面分布轮廓，包括以下步骤：对所述微地震信号进行处理，以得到微地震破裂事件点分布；对所述电场信号进行处理，以得到相对异常电位平面分布；根据所述微地震破裂事件点分布，圈定出第一平面分布轮廓；根据所述相对异常电位平面分布，圈定出第二平面分布轮廓；根据所述第一平面分布轮廓和所述第二平面分布轮廓，确定所述初始平面分布轮廓。3.根据权利要求2所述的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，所述对所述电场信号进行处理，以得到相对异常电位平面分布，包括以下步骤：对压裂前监测到的电场信号进行均值处理，以得到背景场电位信号；将压裂时监测到的电场信号与所述背景场电位信号求差，以得到实际测量电位信号；根据所述背景场电位信号和所述实际测量电位信号，计算得到相对异常电位信号；基于反距离加权插值算法对所述相对异常电位信号进行处理，以得到所述相对异常电位平面分布。4.根据权利要求3所述的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，所述根据所述第一平面分布轮廓和所述第二平面分布轮廓，确定所述初始平面分布轮廓，包括以下步骤：确定中心点，所述中心点为所述第一平面分布轮廓与井轨迹之间两个交点的连线的中点；在所述中心点上均匀设置多个虚拟射线，以使得每个所述虚拟射线分别与所述第一平面分布轮廓、所述第二平面分布轮廓相交，并相应得到多个第一交点和多个第二交点；确定多个初始轮廓点，每个所述初始轮廓点为每个所述第一交点与对应所述第二交点之间连线的中点；连接多个所述初始轮廓点，以确定所述初始平面分布轮廓。5.根据权利要求4所述的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，基于对所述微地震信号和所述电场信号的处理，确定压裂液波及体的所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面，包括以下步骤：根据所述微地震破裂事件点分布和所述初始平面分布轮廓，勾勒井轨迹水平面的上半部分高低起伏面和下半部分高低起伏面；
根据所述相对异常电位平面分布，勾勒相对异常高低起伏面；根据所述上半部分高低起伏面、所述下半部分高低起伏面和所述相对异常高低起伏面，确定所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面。6.根据权利要求5所述的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，所述根据所述微地震破裂事件点分布和所述初始平面分布轮廓，勾勒井轨迹水平面的上半部分高低起伏面和下半部分高低起伏面，包括以下步骤：以所述初始平面分布轮廓为界，将界内范围划分为多个规则网格；根据所述微地震破裂事件点分布，确定每个所述规则网格的第一三维位置坐标；利用多个所述第一三维位置坐标勾勒出所述上半部分高低起伏面和所述下半部分高低起伏面。7.根据权利要求6所述的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，所述根据所述相对异常电位平面分布，勾勒相对异常高低起伏面，包括以下步骤：根据所述相对异常电位平面分布，确定每个所述规则网格的第二三维位置坐标；利用多个所述第二三维位置坐标勾勒出所述相对异常高低起伏面。8.根据权利要求7所述的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，所述根据所述上半部分高低起伏面、所述下半部分高低起伏面和所述相对异常高低起伏面，确定所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面，包括以下步骤：分别确定所述上半部分高低起伏面、所述下半部分高低起伏面和所述相对异常高低起伏面的高度绝对值的最大值，以对应得到第一高度最大值、第二高度最大值和第三高度最大值；根据所述第一高度最大值、所述第二高度最大值和所述第三高度最大值，计算得到上半部分放大系数和下半部分放大系数；利用所述上半部分放大系数和所述下半部分放大系数对所述相对异常高低起伏面进行处理，以得到上半部分相对异常高度节点数据和下半部分相对异常高度节点数据；对所述上半部分相对异常高度节点数据和所述上半部分高低起伏面进行叠加均值处理，以确定所述初始上半部分起伏面；对所述下半部分相对异常高度节点数据和所述下半部分高低起伏面进行叠加均值处理，以确定所述初始下半部分起伏面。9.根据权利要求8所述的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，所述根据所述初始平面分布轮廓、所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面，确定压裂液波及体的初始三维模型，包括以下步骤：分别对所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面的边界处的高度值进行赋零值处理，以使得所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面分别与所述初始平面分布轮廓相接；以所述初始平面分布轮廓、所述初始上半部分起伏面和所述初始下半部分起伏面为界，确定所述初始三维模型。10.根据权利要求5所述的基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，其特征在于，所述基于对所述初始三维模型的处理，确定压裂液波及体的三维形态，包括以下步骤：建立三维模型坐标系，所述三维模型坐标系的原点为所述中心点；
在所述三维模型坐标系下，将所述初始三维模型按比例系数剖分成多个剖分模型，每个所述剖分模型为不同的单元椭球体；选择任一个所述第二测点作为首个指定测点，并基于导电椭球体空间外任意一点处的电位表达式，计算每个所述剖分模型在所述指定测点处的异常电位值并进行累加，以得到第一个测点计算异常电位值；将所述指定测点更新为下一个所述第二测点，以计算得到下一个测点计算异常电位值，不断更新所述指定测点，直至计算得到全部所述第二测点所对应的多个测点计算异常电位值，则停止更新；对多个所述测点计算异常电位值进行误差比较以调整所述比例系数；根据最终调整得到比例系数确定所述压裂液波及体三维形态。

技术总结
本发明公开了一种基于震电结合的油气压裂波及体监测和解释方法，包括在压裂监测段上布设多个第一测点和多个第二测点；采集多个第一测点的微地震信号和多个第二测点的电场信号；基于对微地震信号和电场信号的处理，确定压裂液波及体的初始平面分布轮廓、初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面；根据初始平面分布轮廓、初始上半部分起伏面和初始下半部分起伏面，确定压裂液波及体的初始三维模型；基于对初始三维模型的处理，确定压裂液波及体的三维形态。本发明实施例将微地震监测技术和电磁监测技术两种方法的成果有效融合，形成震电一体化压裂监测及解释方法，解决了利用任意单一方法均难以准确监测压裂作业的有效改造体积范围的弊端。积范围的弊端。积范围的弊端。


技术研发人员：黄亚 颜晓华 别勇杰 林龙波 黄佳 王永兵 张庭伟
受保护的技术使用者：湖南继善高科技有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/25