CN100346175C - 带有固定偶联装置的可移动地震发射系统及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于一地下岩层的地震发射系统，使用至少一个地震源，连续地在多个准备的致动部位内移动，以及实施该地震发射系统的方法。该系统包括多个偶联装置(1)，其各包括两个与岩层(例如，通过浇筑水泥)紧密偶联的锚固元件(12、9’)。这些锚固元件通过传输元件(10、13)固定到诸如任何类型的振动器的地震源(V)或脉动源。地震源通过快速锁定装置(18、19)偶联到偶联装置(1)。偶联装置(1)可预安装在被监视的岩层上方的多个准备的致动部位。地震监视操作可通过在安装偶联装置(1)的不同的部位之间连续地移动至少一个地震源来实施。本发明特别用来以定期地震监视装置装备一地下区域的开发区域。

Description

带有固定偶联装置的可移动地震发射系统及其实施方法

技术领域

本发明涉及一用于地下岩层的地震发射系统，其使用一在多个准备好的致动位置之间连续地移动的源，以及一实施该系统的方法。

这样一地震发射系统特别在地震工作的领域内获得应用，其中，被探测的地下岩层的地震图像由被合适的地震接收器拾取的弹性波来形成，这些弹性波响应于诸如一机电振动器的源传输的波被不连续的下层土反射。

在对正在发展中的地下流体库(例如，流体储存库或蓄油库)的长期监视操作的情形中，根据本发明的系统特别有用，上述长期监视操作称之为重复的地震勘察，其中，以规则的间隔获得的下层土的地震图像进行比较，以便探测由于其正在形成的过程而可能发生在其中的变化。因为观察的变化相当的缓慢，所以，它们是长期的操作。

背景技术

通常以各种组合方式偶联地面地震源和接收器来进行地下水库的地震监视，其中，源和/或接收器布置在其表面处或其附近，或在一个或多个通过勘探的岩层的井。一系列的地震发射接收循环这样进行：根据称之为“走开”技术的一种技术，每次相对于安装接收器的井的轴线来变化地震源的位置，并记录作为传播时间t的函数的在接收器R1至Rn的波至。使用的地震源在大多数情形下是机电振动器：电液式、压电式振动器等。例如，压电式振动器可见诸于专利FR-2,791,180或专利US-5,360,951。

监视地下水库的演变一般要求在隔开的间隔上进行地震监视操作。实际上，地表上的地震设备必须对每个新的地震记录时段重新进行安装，先前的地震操作的发射状态最好复制再现。

监视一碳氢化合物储存池或一地下流体库的已知的方法包括：使用一监视系统，其包括由互连的地震接收器形成的接收天线，永久地安装在各自的浅孔中，可用连接电缆的连接装置来连接到一地震实验室，而一振动器车辆移动到现场。

使用诸如振动器的移动源涉及诸多缺点，尤其是，在定期监视一地下储存流体库的范围内。一移动源在地震波发射时不具有足够的再现能力。在先前发射-接收的循环过程中，很难准确地在相同的点上定位源，在该点准确地是相同的点的情形中，难于准确地获得相同的地面偶联系数。这对必须便于其进展(一般超载)的现场操作者提出一种约束，如果使用的源必须在基本上与先前发射-接收循环过程中相同的平面内激发，则这种情况尤甚。

专利FR-2,728,973(US-5,724,311)描述一种用于地下岩层长期的地震监视的方法和装置。在规则的地下区域的长期监视操作的情形中，一地震发射-接收装置长期地安装在演变的现场上，以便再次找到每次稳定的操作条件：相同的发射-接收部位，相同的与岩层偶联质量等。该装置包括多个在固定部位处在地表上或埋在浅表层的地震源(例如，机电式振动器)，它们由中心控制和记录站供应和激发。地震源和连接的网络可埋入或永久地安装在地表上，并在地表处与地面永久偶联的至少一列阵的接收器相连，或与钻透地下区域的至少一个井的井壁相连。与周围岩层的偶联保持稳定的所有这些永久安装的源和该供应的网络，至少部分地埋入，其表面覆盖区域有限，所述永久安装的源和供应的网络允许在稳定的操作条件下实施一系列地震监视操作，而没有与进展的现场活动有不相容的风险。

专利FR-2,728,973(US-5,724,311)描述另一种用于地下岩层长期的地震监视的装置，其借助于一个或多个发射-接收装置进行监视，它各包括一诸如振动器的源，以及一接收天线，其由诸如地震检波器的多个弹性波接收器和/或下降到一井中并与岩层偶联的水中听音器组成。地震源布置在靠近天线部位的一凹腔内，或通过在其上部拓宽该井的部分而形成。接收器和源连接到一外部控制和信号采集站。这些操作使装置的设定相当简单，且减小各种井的地面覆盖区域，这便于他们在流体库的开发现场内集中工作。

借助于这些永久安装的源，易于流体库开发现场或流体储存现场的集中，且其与周围岩层的偶联质量是已知的和稳定的，一系列的地震监视操作可在类似的操作条件下进行。地震寻迹装置可有用地进行比较，它们的差异反映岩层内发生的变化，不反映与气候变化相联系的扰动。

然而，监视操作要求与通常大量的地震源的永久的偶联，这使得监视装置相当昂贵。

发明内容

根据本发明的地震发生系统，允许在极佳的再现性条件下在多个准备的致动部位处，发射地下岩层的地震波。

其中，它在各部位处包括一偶联装置，其包括至少一个紧密地与一定深度处的岩层偶联的锚固元件，以及至少一个固定到锚固元件的传输元件，以及在这些不同部位之间连续地移动的至少一个地震源，并设置有快速锁定装置，以便连接到传输元件。

根据第一实施例，用来与岩层偶联的装置包括至少两个埋在地下(例如，位于不同的深度处)的锚固元件，各通过传输元件连接到位于地表上或其附近的地震源上。

例如，偶联装置包括一与最靠近地表的锚固元件相连的第一传输元件，以及在第一端与具有最深埋入深度的第二锚固元件相连的一第二传输元件，第一传输元件包围第二传输元件，在操作过程中地震源紧密地连接到两个传输元件。

例如，第一传输元件是管形的，地震源借助于一底座坐落在其相对端上。

根据第二实施例，用来与岩层偶联的装置包括埋在一定深度的锚固元件，地震源在操作过程中偶联到固定在该锚固元件上的传输元件，并直接地或借助于支承元件坐落在地面上。

该系统可包括至少一个将传输元件与岩层隔绝的外壳。

例如，锁定元件可进入到设置在各个部位处的地面内的凹陷中，其在操作过程中放置地震源，地震源坐落在其上的支承表面可以在凹陷的内部或外部。

根据一实施例，地震源可以是下列类型的振动器：压电式、电磁式、电液式，或磁致伸缩式。

如果地震源是一压电式振动器，则它包括一电机，在操作过程中，电机位于一坐落在地面上的板和适于固定到传输元件上的一相对的板之间。

地震源可包括在一车辆内，车辆设置有操作装置，用来对它设定和偶联，或者通过一独立的车辆来运输地震源。

根据本发明，用于一地下岩层的地震勘探或监视的方法包括安装一系列地震接收器，并将其与岩层偶联。其中，它包括：

-在多个预定的部位进行现场安装，至少一个偶联装置包括至少一个锚固元件，它在预定的深度处紧密地与岩层偶联，以及固定到锚固元件上的至少一个传输元件，

-在这些不同的部位之间连续地移动至少一个地震源，并将其固定到对应的偶联装置的传输元件上，以及

-在各个所述部位处，激发地震源和采集地震数据，地震接收器响应于由地震源施加到岩层上的地震信号拾取地震数据。

该方法还包括在装备有偶联装置的所述预定部位中的一个部位处，永久地安装至少一个地震源。

发射系统的永久安装在初始时相当于在所考虑的各种发射部位处的锚固偶联装置的操作。采用单一的容易移动的地震振动器，由于先前安装的锚固装置，它在连续的部位处与岩层偶联是稳定的和再现的，所以，可实施完全的地震操作，而在以前需要与发射点一样多的振动器，因此，该系统对于传统装置来说，构成一经济上有利的变体。

附图说明

参照诸附图，阅读下文中借助于非限制性的实例给出的对诸实施例的描述，将会清晰地明白根据本发明的发射系统和方法的其它的特征和优点，在诸附图中：

图1示意地示出偶联装置的第一实施例，

图2示意地示出偶联装置的第二实施例，以及

图3示意地示出带有在准备的锚固部位之间连续地可移动的振动器锚固的发射系统的一实施例。

具体实施方式

发射系统包括在适于监视地下岩层的选择的部位处预安装在现场的一阵列的偶联装置1。

根据图1的实施例，各偶联装置1基本上包括一诸如一杆或锚索的传输元件2，其固定到锚固在地里的一偶联元件或角状物3上，并设置有一允许快速连接到诸如一振动器V的地震源的锁定头4。角状物3与一定深度的岩层偶联，较佳地在风化层(WZ)以下。形成一凹腔5，与其杆2相连的角状物下降到凹腔5内，角状物3浇筑水泥，以将其与周围的岩层偶联。凹腔5通过一设置有外壳7的井连接到一在地表上挖出的凹陷6。振动器V下降到凹陷6内，并连接到杆2的锁定头4。振动器V在地面上具有一第二支承点，其呈诸如一布置在凹陷6周围的环形板的固定的偶联底板9的形式。

地震振动器V可用一独立的车辆从一个锚固部位运输到下一个部位，并放置在凹陷6内，以便与装置1偶联。它还可与车辆8形成一体，车辆设置有操作装置(未示出)，允许从一上部运输位置移位到一下部工作位置。在此情形中，车辆坐落在偶联底板9上。然后，振动器V被移到下部位置，并连接到偶联装置1的杆2的锁定头4。

根据图2的实施例，该装置包括两个偶联元件，例如埋在不同深度处(较佳地在风化层WZ下面)的板9’、12。地震源借助于一偶联轴环11坐落在管形传输元件10(下文中称之为管)的上部上。在其底部上，它固定到上部偶联板12。诸如一杆或一缆索的另一传输元件13，例如，在其第一端处固定到下偶联板9’，而在其相对端处，借助于一快速锁定头18连接到地震源V，该传输元件13通过管10。因此，地震源V仅借助于两个埋入的板9’、12传输波(如果它们与岩层接触，则可能借助于管10和缆索13)。管10和缆索13也可通过外壳20与邻近的岩层分开。井钻孔也通向一用作保护快速锁定头18和振动器V的凹陷6。

振动器V可以是压电式、电磁式、电液式，或磁致伸缩式。例如(图2)，压电式的振动器包括两个板14、15，通过打桩压电圆盘而获得若干个圆柱形柱16插入在两个板之间，或可通过打桩环形压电元件而制成一单一的柱。下板15设置有一管形的延伸部17，其适于坐落在其上部终止管10的轴环11上。板14、15设置有一中心开口，允许杆或缆索13自由地通过。一众所周知类型的快速连接装置19用来将杆13(通过锁定头18)固定到振动器V的上板14。

实施

用于地下岩层地震监视的装置包括(图3)一阵列的诸如上述的那些锚固装置1，它们分布在现场，且至少一个阵列的地震接收器R永久地安装成与监视区域接触。该阵列接收器R可安装在井W内(不管是一勘查井还是一用于监视区域的开发井)，在如专利FR-2,674,029(US-5,243,562)所述的生产管外面，以便为其它活动保持空旷场地；它也可埋在靠近地表的地下。阵列的接收器R借助于连接电缆C连接到一中心控制和记录站SL。

振动器V连续地运输到偶联装置1的各个部位，下降到凹陷6内，并固定到锚固系统，以便借助于上述的元件3、9、9’和12与岩层偶联。一旦振动器V固定到一锚固装置1，地震操作可通过激发振动器而开始，并记录接收器R响应于发射的波而接收的地震信号。然后，它与该偶联装置分离，并运输到其它偶联装置的部位等。

由于存在诸如图1所示的车辆，操作变得方便，车辆设置有用来将振动器V(在此情形中，与车辆集成一体)固定到各个凹陷6内的传输元件的操作元件。

以上已经描述了每个采用的移动地震源是振动器的诸实施例。然而，显然，振动器可被任何其它类型的地震源替代，例如，一脉动源。

本文还描述了执行岩层监视操作的方法，其借助于一个或多个可移动的源，它们可锚固在设置有一锚固装置1的各种部位处。然而，在不脱离本发明的范围的前提下，可将该移动的发射系统与一固定的发射装置组合，其中，一个或多个地震源可永久地安装在装备有如上所述的锚固装置1的一定数量的部位处。

Claims (19)

1.一用来定期地地震监视地下岩层的地震勘探或监视系统，其包括锚固在岩层里的地震信号发射装置，它通过紧固锚固装置而紧密地偶联到一定深度处的岩层，以及接收装置，它用来响应于发射的地震信号接收来自于岩层的信号，其特征在于，锚固装置包括多个偶联装置(1)，各预安装在地下岩层上方选择的一系列部位的某一部位处，而发射装置包括至少一个在这些不同的部位之间可连续地移动的可移动的地震源(V)，并设置有用来将地震源连续地固定到各个偶联装置的锁定装置。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，用来偶联岩层的各个偶联装置包括至少两个埋入地面的锚固元件(12、9’)，各个锚固元件通过传输元件连接到布置在地表上或地表附近的地震源。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，它包括埋在地下不同深度处的第一锚固元件(12)和第二锚固元件(9’)，与最靠近地表的第一锚固元件(12)相连的一第一传输元件(10)，以及在第一端与具有最深埋入深度的第二锚固元件(9’)相连的一第二传输元件(13)，第一传输元件(10)包围第二传输元件(13)，在操作过程中，地震源紧密地连接到两个传输元件(10、13)。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，第一传输元件(10)是管形的，地震源借助于一底座(17)坐落在其相对端上。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，用来与岩层偶联的偶联装置(1)包括埋在一定深度的锚固元件(3)，地震源在操作过程中偶联到固定在该锚固元件(3)上的传输元件(2)，并直接地或借助于支承元件(9)坐落在地面上。

6.如上述权利要求2-5中任何一项所述的系统，其特征在于，传输元件(2、10、13)通过至少一个外壳(20)与岩层隔绝。

7.如上述权利要求1-5中任何一项所述的系统，其特征在于，快速锁定元件可进入到设置在各个部位(S)处的地面内的凹陷(6)中，其在操作过程中放置地震源(V)。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，快速锁定元件可进入到设置在各个部位(S)处的地面内的凹陷(6)中，其在操作过程中放置地震源(V)。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，地震源(V)坐落在其上的支承表面坐落在凹陷(6)的内部或外部。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，地震源(V)坐落在其上的支承表面坐落在凹陷(6)的内部或外部。

11.如权利要求中1所述的系统，其特征在于，地震源(V)是下列类型的振动器：压电式、电磁式、电液式，或磁致伸缩式。

12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，地震源(V)是一包括一电机(16)的振动器，在操作过程中，电机(16)位于一坐落在地面上的板(15)和一适于固定到传输元件(2)上的相对的板(14)之间。

13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，地震源(V)与一车辆(8)集成一体，车辆设置有操作装置，用来设定和偶联地震源。

14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过一独立的车辆来运输地震源(V)。

15.如权利要求中1所述的系统，其特征在于，它包括至少一个永久地安装在装备有一偶联装置(1)的一部位处的地震源。

16.一用于定期地地震勘探或监视一地下岩层的方法，包括：安装一系列地震接收器(R)，并将其与岩层偶联，并通过紧固锚固装置紧密地偶联到一定深度的岩层，以将地震源锚固到岩层，其特征在于，它包括：

-在地下岩层上方的多个预定的部位的每个部位处进行现场安装，至少一个偶联装置(1)包括至少一个锚固元件(3、9、9’、12)，它在一定的深度处紧密地与岩层偶联，以及固定到锚固元件上的至少一个传输元件(2、10、13)，

-在这些不同的部位之间连续地移动至少一个地震源(V)，并将其固定到对应的偶联装置(1)的传输元件上，以及

-在各个所述部位处，激发地震源和采集地震数据，地震接收器(R)响应于由地震源(V)施加到岩层上的地震信号拾取地震数据。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，它包括将所述地震源(V)集成在车辆(8)内，车辆设置有操作装置，用来设定、偶联和移动地震源。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，它包括在连续的部位之间移动地震源(V)，从车辆中取出地震源，并将其偶联到各偶联装置的连接元件。

19.如权利要求16-18中任何一项所述的方法，其特征在于，它包括将至少一个地震源(V)永久地安装在装备有偶联装置(1)的所述诸预定部位中的一个部位处。

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