[发明专利]基于分布式光纤传感的水平井微地震监测系统及监测方法

权利要求书

1.基于分布式光纤传感的水平井微地震监测系统，其特征在于，包括金属套管(1)，金属套管(1)外侧固定有铠装光缆(2)，铠装光缆(2)内有特种光纤，或者设有耐高温高灵敏度的套管外单模光纤(10)和耐高温高灵敏度的套管外多模光纤(11)，沿水平井轨迹在地面的投影线浅部水平埋设有高灵敏度的地面水平单模光纤(9)，还包括放置于井口附近的DAS/DTS复合调制解调仪器(5)；

所述DAS/DTS复合调制解调仪器(5)的两个DAS信号端口与套管外单模光纤(10)和地面水平单模光纤(9)相连接，所述DAS/DTS复合调制解调仪器(5)的两个DTS信号端口与套管外多模光纤(11)相连接。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的水平井微地震监测系统，其特征在于，所述的套管外单模光纤(10)和套管外多模光纤(11)外有至少一层连续金属细管对其进行封装。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的水平井微地震监测系统，其特征在于，所述的套管外单模光纤(10)的尾端和地面水平单模光纤(9)的尾端分别安装有消光器(3)，所述的套管外多模光纤(11)的尾端在井底呈U字形熔接在一起，用于连接到DAS/DTS复合调制解调仪器(5)的两个DTS信号的双端信号输入端口。

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的水平井微地震监测系统，其特征在于，还包括环形金属卡子(4)，所述的环形金属卡子(4)安装固定在金属套管(1)靴处，保护并固定铠装光缆(2)。

5.根据权利要求1到4任一项所述的基于分布式光纤传感的水平井微地震监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)、把金属套管(1)和铠装光缆(2)同步缓慢的下入完钻的井孔里；

(b)、在井口把所述的环形金属卡子(4)安装在两根金属套管(1)的连接处，固定并保护铠装光缆(2)在下套管过程中不会移动和/或被损坏；

(c)、用高压泵车从井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管(1)外壁和钻孔之间的环空区返回到井口，水泥浆固结后，把金属套管(1)、铠装光缆(2)和地层岩石永久性的固定在一起；

(d)、在井口处把铠装光缆(2)内的套管外单模光纤(10)、套管外多模光纤(11)分别连接到DAS/DTS复合调制解调仪器(5)的DAS和DTS信号输入端；把埋设在地下浅部的地面水平单模光纤(9)连接到DAS/DTS复合调制解调仪器(5)的DAS信号输入端；

(e)、利用井下射孔枪内置的声源发射器在金属套管(2)内连续发射声源信号，根据铠装光缆(2)和地面的DAS/DTS复合调制解调仪器(5)检测到的井下声源发射器发出的声源信号，对全井段的金属套管(1)外安置的铠装光缆(2)进行定向和定位；

(f)根据测量到的全井段的金属套管(1)外安置的铠装光缆(2)的位置和方位，调整射孔枪内射孔弹的方位和射孔位置(8)，通过定向射孔作业避免在射孔时将金属套管(1)外安置的铠装光缆(2)射断；

(g)收集水平井周围区域的三维地面地震数据并进行必要的预处理，然后使用全波形反演技术求取三维地震纵波和横波速度数据体，最后再用声波测井速度数据和VSP速度数据对通过全波形反演得到的三维地震纵波和横波速度数据体进行标定、调整和更新，获得水平井周围地层的初步地震纵波和横波速度场；

(h)在井下预先设计的射孔位置(8)依次对金属套管(1)进行定向射孔作业，同时利用井下布设的套管外单模光纤(10)和地表浅部埋设的地面水平单模光纤(9)以及井口附近的DAS/DTS复合调制解调仪器(5)记录定向射孔作业时产生的微地震信号，利用这些射孔微地震事件或信号的纵波和横波的走时差，结合步骤(g)标定、调整和更新后的地下地层的初步纵波和横波速度分布，反演计算进行射孔作业时产生的微地震事件的三维空间位置；如果反演出来的射孔产生的微地震事件的位置与射孔位置(8)不一致，则调整地下地层的纵波和横波速度场，直到反演出的射孔产生的微地震事件的位置与射孔位置(8)在允许误差范围为止；此反复调整后的三维纵波和横波速度体就是最终用于水力压裂微地震事件定位的地下地层的速度场；

(i)、在水力压裂作业时，此系统可以用金属套管(1)外永久布设的铠装光缆(2)与地表浅部埋设的地面水平单模光纤(9)联合进行水力压裂微地震监测，即利用井下布设的套管外单模光纤(10)和地表浅部埋设的地面水平单模光纤(9)以及井口附近的DAS/DTS复合调制解调仪器(5)连续记录的水力压裂作业导致旁井或同井的地下地层破裂时产生的微地震事件或信号的纵波和横波的走时差，结合步骤(h)获得的地下地层的纵波和横波速度分布，反演计算进行地下地层破裂时产生的微地震事件的发生时间、三维空间位置和能量大小；

(j)、根据水力压裂作业过程中实时监测到的地下地层破裂时产生的微地震事件的发生时间、三维空间位置和能量大小，观察所有已发生的微地震事件在三维空间位置的动态分布及变化，实时优化调整水力压裂作业时的各种参数，避免水力压裂作业激活地层中的小断层，或因为压力过大而压穿需要被改造的储层进而发生储层被上下地层的水浸淹没；

(k)、水力压裂期间，应用井口附近的DAS/DTS复合调制解调仪器(5)和井下的套管外多模光纤(11)进行井下温度变化的监测；全井段温度的变化，可以反映出压裂液的运移过程和状态；射孔层段周围的温度变化可以对压裂液进入地层的液量以及压裂液返排快慢多少进行分析判断；从DTS数据中也能反应出温度越低表征了该处产液量或产气量越大；

(l)、水力压裂结束后，根据记录到的水力压裂作业导致地下地层破裂时产生的微地震事件的纵波和横波信号特征进行三维动量反演，获得大部分微地震事件的破裂机理，分析水力压裂改造后张性裂缝和剪切性以及复合型裂缝的分布特征和规律；利用所有实时监测到的所有微地震事件在三维空间分布范围的包络计算水力压力作业产生的总被改造体积SRV；根据张性裂缝和剪切性以及复合型裂缝的分布特征和规律以及所有微地震事件在三维空间分布范围，进行基于震源机制的裂缝地震成像，生成水力压裂裂缝离散网络模型FMDFN；最后综合上面获得的张性裂缝和剪切性以及复合型裂缝的分布特征和规律、总被改造体积和裂缝离散网络模型FMDFN，对此水平井的储层水力压裂改造效果进行有效可靠的定性和定量评价；

(m)、当进行过水力压裂储层改造后的水平井投入油气生产后，可以利用金属套管(1)外永久埋设的铠装光缆(2)和在井口附近与之相连接的DAS/DTS复合调制解调仪器(5)，实时连续测量每个射孔点位置的噪声和温度数据，利用多参数综合反演方法计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化或产液剖面，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化或吸水剖面，从而实现对油气井开发生产过程及其井液产量变化的长期动态监测。