Source mechanisms of microseismic events induced by hydraulic fracturing

Abstract

Pochopení ekonomické úspěšnosti nekonvenční těžby z břidlic vyžaduje vysvětlení vztahu mezi indukovanou seismicitou a hydraulickým štěpením. Tato práce se zabývá pozorováním a analýzou syntetických a reálných dat z hydraulického štěpení a seismického monitorování. Zejména se opírá o analýzu zdrojových mechanismů indukovaných seismických jevů, které se v několika posledních letech začaly určovat a interpretovat i v průmyslu. Výsledky analýzy jsou interpretovány pomocí geomechanického modelu vztahu mezi hydraulickým štěpením břidlic a indukovanou seismicitou. Studium zdrojových mechanismů začíná detailní analýzou prostorového rozložení stability inverze plného momentového tensoru, které bylo vymapováno dle synteticky napočtených kondičních čísel v prostoru okolo různých typů monitorovacích sítí, zahrnující husté sítě na povrchu, ale i řídké sítě s přijímači ve vrtech. Stabilita výpočtu zdrojových mechanismů byla testována v závislosti na různých podmínkách, především pak na velikosti a geometrii monitorovací sítě a různých hladinách šumu v datech. V této práci je ukázáno, že husté povrchové monitorovací sítě mohou dosahovat velmi dobré stability invertovaných zdrojových mechanismů, které mohou být dále interpretovány. Zároveň tato studie ukazuje rostoucí podíl nestřižné složky momentového tensoru s...

Understanding economic success of unconventional production from shales requires an explanation of the relationship between induced seismicity and hydraulic fracturing. This thesis deals with observing and analyzing synthetic and real microseismic monitoring data acquired during hydraulic fracturing. The thesis is based on observation and analyses of source mechanisms of induced microseismic events that have recently become regularly inverted and interpreted in the oil and gas industry. The results of analyses are interpreted with the geomechanical model of the relationship between hydraulic fracturing and induced seismicity. The study of source mechanisms starts with detailed analyses of spatial distribution of full moment tensor inversion stability. It was mapped based on synthetically computed condition numbers in the vicinity of different monitoring arrays including dense arrays at the surface and sparse arrays with sensors in the boreholes. Stability of inversion was tested under several conditions, mainly dependency on size and geometry of monitoring array and level of noise in the data. In this part of the thesis it is shown that dense surface arrays may provide very stable inversion of source mechanisms which may be interpreted. The study shows that an increasing percentage of non-shear...