[发明专利]一种利用微震信号的煤岩体压裂裂缝实时快速监测评价方法

权利要求书

1.一种利用微震信号的煤岩体压裂裂缝实时快速监测评价方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)煤岩体压裂环境的微震信号背景噪声及诱发的原始微震信号采集

在煤岩体压裂井或压裂钻孔周边布置N个微震传感器，并依次记作第1,2,3,L,i,L,N号微震传感器；在压裂作业开始前，采集一段时间的压裂环境的微震信号的背景噪声，计算得到背景噪声的幅值绝对值的平均值及其频率分布规律，为压裂诱发有效微震信号检测提供输入数据；启动煤岩体压裂，并实时连续采集煤岩体压裂全过程诱发的原始微震信号；

(2)煤岩体压裂诱发有效微震波形检测及其特征参数提取

根据煤岩体压裂实际情况，选取合理的时间窗口，时间窗口的时间长度记为L，将煤岩体压裂全过程监测到的原始微震信号按照时间顺序依次划分为M(j＝1,2,3,L,M)个时间长度为L的时间窗口；

采用基于瞬时频率和能量的长短时窗法，对所有时间窗口中各个传感器监测的原始微震信号进行扫描检测，自动识别出煤岩体压裂全过程诱发的有效微震波形；在此基础上，分别计算得到各个有效微震波形的到达时间、结束时间、波形持续时间、最大振幅和主频；将第j个(j＝1,2,3,L,M)时间窗口内各个微震传感器监测到的有效微震波形个数定义为波形数，并用字母W表示，并记第j个时间窗口中第i号微震传感器的波形数为在此基础上，将第j个时间窗口中平均每个微震传感器监测到的有效微震波形个数记为第j个时间窗口中的通道平均波形数，用表示，则通过以下公式计算得到：

计算得到各微震传感器监测到的有效微震波形的最大振幅A_max；计算得到各微震传感器监测到的有效微震波形的持续时间T_d；计算得到各微震传感器监测到的有效微震波形的主频F_p；将微震信号的背景噪声的幅值绝对值的平均值作为门槛值，分别计算各微震传感器监测到的有效微震波形中超过门槛值的波峰次数，并将其定义为脉冲数H；

将第j个时间窗口中所有微震传感器监测到的有效微震波形的最大幅值之和记为时窗最大幅值和，用表示，则通过以下公式计算得到：

上式(2)中，i＝1,2,3,L,N，k＝1,2,3,L,表示第j个时间窗口中第i号微震传感器的第k个有效微震波形的最大振幅；

将第j个时间窗口中平均每个微震传感器监测到的脉冲数记为通道平均脉冲数，用表示，则通过以下公式计算得到：

上式(3)中，i＝1,2,3,L,N，k＝1,2,3,L,表示第j个时间窗口中第i号微震传感器的第k个有效微震波形中的脉冲数；

将第j个时间窗口中所有微震传感器监测到的全部有效微震波形的平均持续时间记为时窗波形平均持续时间，用表示，则通过以下公式计算得到：

上式(4)中，i＝1,2,3,L,N，k＝1,2,3,L,表示第j个时间窗口中第i号微震传感器的第k个有效微震波形的持续时间；

将第j个时间窗口中所有微震传感器监测到的全部有效微震波形的平均主频记为时窗波形平均主频，用表示，则通过以下公式计算得到：

上式(5)中，i＝1,2,3,L,N，k＝1,2,3,L,表示第j个时间窗口中第i号微震传感器的第k个有效微震波形的主频；

(3)基于微震波形特征参数的煤岩体压裂裂缝实时快速监测评价

分别绘制通道平均波形数时窗最大幅值和通道平均脉冲数时窗波形平均持续时间时窗波形平均主频随时间窗口序号j的曲线图，并分别记为—j曲线、—j曲线、—j曲线、—j曲线和—j曲线；

根据—j曲线、—j曲线、—j曲线、—j曲线和—j曲线纵坐标值的大小和各曲线变化趋势对煤岩体压裂主裂缝起裂、扩展、贯通以及分支裂缝起裂进行监测评价：

当—j曲线和—j曲线的斜率同时出现显著增大的转折点，且—j曲线和—j曲线出现局部突降，且—j曲线出现局部突增时，表明煤岩体压裂主裂缝起裂；

此后，当—j曲线或—j曲线中任意一条曲线的斜率出现增大；或—j曲线斜率增大，且同时—j曲线斜率降低时，表明煤岩体压裂出现分支裂缝起裂；

当煤岩体压裂主裂缝起裂后，—j曲线、—j曲线和—j曲线持续增加；且时窗波形平均持续时间持续大于压裂主裂缝起裂阶段的时窗波形平均持续时间即时窗波形平均主频持续小于压裂主裂缝起裂阶段的时窗波形平均主频即表明煤岩体压裂主裂缝进入稳定扩展阶段；

当—j曲线、—j曲线、—j曲线同时出现全局突降，并下降到全局最低值且持续位于最低值；并且—j曲线突增到全局最大值，—j曲线突降到全局最小值，此时表明煤岩体压裂主裂缝贯通已有断层、大裂隙或巷道断面，继续进行压裂已经失去意义，将其作为结束压裂作业的微震信号前兆特征。