CN101107423B - 用于确定钻头的位置的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于确定钻头(2)的位置的方法和系统。该方法包括：确定地震波检测器(1a-1e，12a-12d)的位置；记录在钻头(2)处产生的地震波；识别在钻头处的事件(k1，k2)；确定钻头的多个相对位置；以及至少部分地基于起始位置和相对位置的总和，来确定钻头的绝对位置。该方法进一步包括：确定与第一事件处(k1)的钻头位置相关的第二事件处(k2)的钻头位置；并至少部分地基于所确定的第二事件(k2)处的钻头位置，确定在钻头和检测器的至少其中之一(1a)之间的第二地震波传播速度(V2_1a)。

Description

用于确定钻头的位置的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于确定钻头的位置的方法和系统。 

背景技术

WO01/75268A1关于用于在岩石中钻孔期间估计钻子的位置和轨迹的方法。WO01/75268A1提出将Slunga、Rgnvaldsson和Bdvarsson的Geophys.J.Int.(1995)，123，409-419中所述的用于确定相似微震事件的相对位置的方法适用于钻子定位。WO01/75268A1中的方法包括步骤：确定钻头的开始位置，并记录接收到的由钻子的冲击所产生的瞬态地震波，以及估计事件之间的到达时间的差异。使用这些估计，来计算不同事件处的钻头位置之间的相对距离，并由此计算当前位置。 

当要钻的钻孔长度有限时，WO01/75268A1中所述的方法是特别适用。然而，当钻进过程达到更深时，岩石中的特性可能已经显著变化，从而改变由钻头产生的地震波的传播速度。进一步地，不能预测这些改变。并且，传播速度差异可能由于岩石中的不连续性例如裂缝而进一步增加。 

更具体地，在WO01/75268A1所述的方法中，通过将两个连续事件处的执行钻进的岩石中的传播速度假设为相等，而获得结果。当仅仅研究两个事件之间的相对时间差时，如果认为岩石中的特性在事件之间是不变的，则不予考虑或至少可以忽略由岩石中的变化特性所导致的误差，这里，如果钻头和地震检波器之间的距离显著大于最近事件的钻头位置与当前事件的钻头位置之间的距离，则可以认为岩石中的特性在事件之间是不变的。如果钻头和地震检波器之间的距离是事件之间钻头行进距离的至少10²级别的倍数或更多，则可以忽略岩石中 的变化特性所导致的误差。从而，两个信号之间的角误差这么小，以至于可以认为这两个信号向着特定地震检波器沿着相同的路径传播通过岩石，从而通过岩石中的相同不连续沿着相同的路径传播通过岩石。结果，传播速度中的差异以及对应的到达时间差将几乎或完全地被取消。 

当要钻出的钻孔长度有限时，WO01/75268A1所述的方法尤其适用。图4示出进行中的钻孔10的岩石钻进。在钻进期间，使用通过一些地震检波器接收到的瞬态地震波来计算钻头11的位置，图4中示出了4个地震检波器12a、12b、12c和12d。然而，要知道，在正常情况下，由于来自一个或多个地震检波器的信号通常被干扰，所以应该使用多于4个的地震检波器，例如8个地震检波器。当钻进达到其中执行钻头的定位的第一位置A₁时，钻头处的事件所产生的瞬态地震波向着地震检波器12d沿着路径a₁传播。当钻头达到沿着孔稍微更深一些的位置也就是位置A₂并且要再次测量该钻头的位置时，瞬态地震波向着地震检波器12d沿着路径a₂传播。位置A₁和A₂之间的距离较小，例如为0.25m或1m的级别，而A₁和12d之间的距离以及A₂和12d之间的距离可能为100m或更多。因此，可以知道，可以认为沿着路径a₁和a₂的传播速度之间的差值是相同的。例如，当示例性钻进过程分别达到更深的0.25m或1m时，例如可以每15秒或每分钟计算钻头的位置。 

然而，当钻进过程达到孔下更深例如位置B₁时，岩石中的特性可能已经显著地改变。位置A₁(A₂)和B₁之间的距离可以为500m的级别或更多，例如1000-5000m。在这样的情况下，由B₁处的钻头处的事件所产生的瞬态地震波向着地震检波器12d沿着路径b₁传播。如上所述，当钻头达到孔下稍微更深也就是位置B₂并且要在此再次测量钻头位置时，瞬态地震波沿着路径b₂向着地震检波器12d传播。可以容易地知道，因为位置B₁和B₂之间的距离依然一样小，以及现在B₁(B₂)和12d之间的距离显著地更大，沿着路径b₁和b₂的传播速度之间的差异 甚至更小，从而甚至更可能是相同的或基本相同的。 

然而，即使可以认为两个连续测量例如A₁-A₂或B₁-B₂的传播速度是相同的，由于一些原因，关于路径a₁(a₂)和b₁(b₂)，相同的假设可能不是正确的。首先，当钻进很深的钻孔，例如当钻进为了得到石油或天然气时，随着钻进推进，岩石的特性可能显著改变。此外，这些改变是不能预测的。这在图4中例示，其中线C表示从一种岩石到另一种岩石的转换，其中线C以上的岩石C₁的特性可以具有与线C以下的岩石中的传播速度显著不同的传播速度。因此，如果认为沿着a₁和b₁(以及连同向着其他地震检波器的对应路径)的传播速度相同，结果计算得到的钻头位置可能不被计算为正确位置B₁，而被计算为由B₁′指示的位置，该位置可能显著不同于位置B₁。此外，路径a₁和b₁之间的传播速度差可能由于岩石中的其他不连续性例如裂缝13、14而进一步增加。此外，随着钻进进一步在深部传播，传播速度由于岩石压力和温度的增加而变化。如本领域技术人员知道的，上述同样适用于其他地震检波器12a-c。 

发明内容

本发明的目的是使得可以以比已知解决方案更大的精确度来确定钻头的位置。 

本发明的另一个目的是使得可以以比已知解决方案更大的精确度来确定当在地中钻出深孔时的钻头的位置。 

通过用于确定钻头位置的方法来达到这些目的，该方法包括： 

确定转头的起始位置， 

确定多个地震波检测器的每一个的位置， 

利用检测器的方式来记录与钻头处产生的瞬态地震波相关的数据， 

基于来自检测器的地震波数据识别钻头处的事件，

针对每个检测器确定钻头和各个检测器之间的地震波传播速度， 

至少部分地基于地震波传播速度和来自事件的地震波在至少一些检测器处的到达时间的差异，来确定钻头的多个相对位置，以及 

至少部分地基于钻头的起始位置以及相对位置的总和来确定钻头的绝对位置， 

其特征在于，本方法包括： 

针对至少一些检测器的每一个，确定钻头和各个检测器之间的第一地震波传播速度， 

至少部分地基于与至少一些检测器相关的第一地震波传播速度，确定与第一事件处的钻头位置的位置相关的第二事件处的钻头位置，以及 

至少部分地基于第二事件处的钻头的确定位置，来确定钻头和至少一个检测器之间的第二地震波传播速度。 

这使得确定钻头位置时考虑到了钻进期间的波传播速度变化，其又增加了钻头位置确定的精确度。并且，其导致了甚至当钻进很深的钻孔时的可靠的钻头定位。 

优选地，至少部分地基于来自第一和第二事件的地震波在至少一个检测器处的到达时间的差异，来执行确定钻头和至少一个检测器之间的第二地震波传播速度的步骤。优选地，至少一个地震波传播速度的至少一次再确定部分地取决于馈入地中的钻杆的长度。 

随着钻进过程的推进，可以重复地再确定地震波传播速度，例如在预定时间间隔，或者从一个事件到接下来的事件重复进行再确定。 

优选地，该方法包括：至少部分地基于检测器信号的频率偏移、噪声以及其它偏差中的一种或多种，对至少一些检测器的地震波数据进行时间校正。优选地，对至少一个检测器的地震波数据进行时间移位，从而获得信号一致性，并由此获得来自两个事件的地震波的到达 时间的差异。这具有确保计算中使用来自非常相同的事件(例如钻头冲击)的信号的优点。 

还可以利用根据权利要求8到14的任何一个的系统来达到这些目的。 

附图说明

以下参考附图来更详细地说明本发明及其另外优点，在这些附图中： 

图1示意性地示出均质岩石的垂直截面图，其中该岩石带有钻子、地震检波器以及传播通过岩石的波， 

图2示出由四个地震检波器检测到的时域中的信号， 

图2a示出由两个地震检波器检测到的时域中的信号， 

图3示出岩石的垂直截面图，该岩石具有钻子轨迹的一系列估计位置， 

图3a示意性地示出钻子和地震检波器的位置，以及 

图4示出钻进过程正在进行期间的均质岩石的垂直截面图。 

具体实施方式

图1示出钻头2、其从表面4到地中当前位置的轨迹3以及地中多个位置处的以地震检波器1a-e形式的五个地震波检测器。具有计算和存储性能的计算装置C，例如一个或多个计算机，适于接收来自地震检波器的信号。要注意，在根据本发明的用于确定钻头位置的方法中，可选择地可以使用仅四个或多于五个的地震检波器。为了确定钻头位置并且对波传播速度进行再计算，需要来自至少四个地震检波器的信号。然而，实践中利用更多数目的地震检波器可以获得更精确的结果。 

为了建立钻头的绝对位置，需要钻进的起始位置 

以及每个地震检波器1a-1e的位置。由于可以通过任何适合的定位系统例如GPS(全球定位系统)或直接测量来容易获得地震检波器的绝对位置和起 始位置r_start，所以可以通过计算装置C来容易地计算出相对于地震检波器位置的起始位置r_start。如果目前的起始位置不适于用作钻进期间的钻子定位的起始位置r_start，则可以以本领域中已知的方式，通过使用来自地震检波器的测量数据和/或测量馈入钻孔中的钻杆长度，来容易地确定另外的起始位置。 

借助地震检波器，在钻进期间记录与钻子处产生的瞬态地震波相关的数据。对于每个地震检波器1a-1e，基于钻头位置、各个地震检波器的位置、以及由各个地震检波器记录的地震波数据，来确定钻头和各个地震检波器之间的地震波传播速度。例如，可以通过以下步骤来确定钻头和地震检波器之间的地震波传播速度：将钻头的已知位置例如起始位置r_start处记录的地震波数据与地震检波器所记录的地震波数据做相关，从而获得波传播的时间，并将钻头和地震检波器之间的距离除以传播时间，从而获得速度。 

因此，不同地震检波器之间地震波传播速度可以是不同的。然而，对于一些或全部地震检波器来说，可以假设这些速度是相同的。 

图1示出从钻头传播的地震波，示出为一系列基本上中心位于钻头上的圆。图的上左部分中的波传播速度大于图的其他部分，如可以通过地的该部分中的波的更长波长看出的。因此，钻头与图1的上左地震检波器之间的地震波传播速度比钻头与其他地震检波器之间的地震波传播速度更快。 

图2示出由四个地震检波器检测到的以信号s1、s2、s3、s4形式的地震波数据，这些信号指示钻头处的一系列事件k1、k2和k3(优选地，对这些信号以领域中已知的方式进行滤波)。该方法包括在来自地震检波器的数据中识别钻头处的事件。事件可以是不同的类型，并且事件类型取决于所使用的钻子设备的类型以及钻入岩石的类型。例如，事件可以是由于钻头影响致使部分岩石变松；或者在钻头适用于 执行锤击行为的情况下，事件可以是钻头对岩石的撞击。大体说来，事件可以是在钻头处发生的任何事件，并且不一定发生在钻头的绝对附近。事件还可以在距离钻头一定距离的位置发生，该距离与钻头和地震检波器之间的距离相比是较小的或可以忽略的。例如，当由于钻头的影响导致一块岩石变松时，岩石中的该事件可以从钻头自身扩散开一定距离。 

在图2中，事件序列具有近似不变的频率。然而，在事件的频率迅速变化并且经常变化、或者事件以不具有任何明显模式的时间进行分布的情况下，该方法也是同样适用的。 

如从图2中可见的，在信号s1、s2、s3和s4中将单独的事件k1、k2、k3表示为具有增加的振幅的时域te。还可以知道，每个信号的事件具有相似的外观。信号s1、s2、s3和s4是自相关的，这意味着在时域te中选择事件p1、p2和p3内的对应点，从而信号内的事件之间的相对时间差可以被清楚地区分开来。换句话说，计算由每个地震检波器检测到的事件之间的相关性。 

参考图2。接着，将信号s1、s2、s3和s4做互相关，这意味着将这些信号相对于彼此进行映射，以至于识别出其指示相同事件k1、k2的部分。从而，可以将来自每个地震检波器的信号曲线进行时间移位并将它们互相比较以找到匹配。换句话说，这些步骤包括地震检波器的信号的时间校正。其可能的原因为：我们已经发现，即使在事件序列具有看来不变的频率的情况下，事件从不以绝对不变的频率发生，也就是钻头处的每个事件之间的时间总是有些变化。此外，干扰和信号偏差导致了不规则的曲线。由此可以将来自多个传感器的信号进行比较，从而在分开的信号中识别对应的偏差(或找到匹配)，以及将这些信号进行时间移位来获得时间上的公共点。 

在互相关后，对于至少一些地震检波器或信号s1、s2，一个接一 个地确定来自两个事件k1、k2的地震波的到达时间的差异。由于波的“出发时间”是未知的，所以使用参考信号。这里参考信号是来自地震检波器的信号s1，该地震检波器不是针对其确定地震波的到达时间的差异的地震检波器。这在图2a中例示。对于提供信号s2的地震检波器，确定来自第一和第二事件k1、k2的波的到达时间Δtk1和Δtk2，作为对其确定地震波的到达时间差的地震检波器和参考信号s1之间的绝对时间差。因此，对于地震检波器i，观察到的来自两个事件k1、k2的地震波的到达时间差异被确定为 

$t_d^{\mathrm{obs}}(i,k_1,k_2)=\mathrm{\Δtk}2-\mathrm{\Δtk}1.$

通过使用如上所述的自相关，可以以高精确度估计两个事件之间的到达时间差。并且，可以假设评估的精确度与互相关值相关。优选地，如果由地震检波器所记录的两个连续事件之间的相关性小于预定值，该预定值优选地在0.7-0.9的范围内，则可能废弃所得到的到达时间差，并认为是故障影响或反射干扰。 

基于地震波传播速度以及在至少一些地震检波器处的地震波的到达时间差(i，k₁，k₂，)确定与第一事件k1处的钻头位置相关的第二事件k2处的钻头位置。对此可使用三个地震检波器，得到用于求解钻头的相对位置的超定等式系统。优选地，实际上使用多于三个地震检波器的信号，这产生了用于确定钻头的位置的超定等式系统。 

如WO01/75268A1中所解释的，为了解决超定问题，使得残差项平方的总和最小，该残差项是到达时间差残差，定义为： 

$e_d(i,k_1,k_2)=t_d^{\mathrm{obs}}(i,k_1,k_2)-T(i,k_2)+T(i,k_1),$

其中，

(i，k₁，k₂，)是观察到的地震检波器i的对于事件k₁和k₂的到达时间差，以及T(i，k)是对于事件k的理论到达时间。残差项平方的总和可以表示为：

$Q=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_1=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_2=k_1+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{e}_d^2(i,k_1,k_2),$

其中n是地震波事件的数量。如WO01/75268A1中所解释的，仅包括有限数目的项例如最后的p项，限制了估计钻头当前位置所需要的最大处理步骤。如果仅仅包括最后的p项，可以将Q表示为： 

$Q=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_1=n-p-1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_2=k_1+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{e}_d^2(i,k_1,k_2)$

通常，可以根据一些其他标准来选择Q中所包括的事件，这些其他标准例如仅包括使用本发明估计以源自距离其他事件比某个距离更远的位置的事件，该某个距离大于装置的空间分辨率。 

从而，给定理论到达时间T(i，k)的值来最小化以上的总和Q。根据理论到达时间T(i，k)以及地震波传播速度，可以计算事件之间的相对距离、位置或矢量r_d(k₁，k₂)。相对距离或矢量r_d(k₁，k₂)每个给出以后事件处的钻头相对于之前事件处的钻头位置的位置。换句话说，计算在事件k₁和k₂处的钻头的位置之间的相对距离r_d(k₁，k₂)＝r(k₂)-r(k₁)，从而给出使得Q最小的理论到达时间T(i，k)。 

因此，基于地震波传播速度和来自事件k1、k2在检测器处的到达时间差

(i，k₁，k₂，)来确定钻头的多个相对位置r_d(k₁，k₂)＝r(k₂)-r(k₁)。基于起始位置r_start以及相对位置的总和，来确定钻头的绝对位置。在图3中，示出了四个事件以及编号为k＝0到k＝3的这些事件处的钻头位置。在事件k＝0处，钻头在其起始位置r_start。最终将使到达时间差残差总和最小的事件之间的相对距离添加到起始位置r_start，并估计钻头的当前位置r_present。如可以从该图看到的，可以以不同方式完成求和，如可以通过如下来估计钻头的当前位置： 

r_present＝+r_start+rd(0，1)+r_d(1，2)+r_d(2，3)，或

r_present＝+r_star+r_d(0，1)+r_d(1，3)，或 

r_present＝+r_start+rd(0，2)+r_d(2，3)，或 

r_present＝+r_start+r_d(0，3)。 

参考图3a。根据本发明，在钻进过程期间再确定地震波的传播速度。例如，针对地震检波器1a-1e的至少一些的每一个，确定钻头和各个检测器之间的第一地震波传播速度v1_1a、v1_1b、v1_1c、v1_1d、v1_1e。使用比理论需要更多的地震检波器，导致产生用于确定钻头位置的进一步位置的超定等式系统，例如如上所述，部分地基于至少一些检测器的地震波数据以及与这些检测器相关的第一地震波传播速度v1_1a、v1_1b、v1_1c、v1_1d、v1_1e，来确定与第一事件k1处的钻头位置相关的第二事件k2处的钻头位置。部分地基于所确定的在第二事件k2处的钻头位置，确定钻头和检测器1a之间的第二地震波传播速度v2_1a。例如，这可以通过以下步骤(见图3)完成：确定检测器1a和事件k1之一处的钻头位置之间的距离，将针对该检测器1a确定第二地震波传播速度v2_1a。确定所述检测器1a和在另一事件k2处的钻头位置之间的距离。确定所述距离之间的差r_1a。将第二地震波传播速度v2_1a确定为将所述距离差r_1a除以来自第一和第二事件k1、k2的地震波在检测器1a处的到达时间差

(la，k₁，k₂，)  ${v2}_{1a}=r_{1a}/t_d^{\mathrm{obs}}(1a,k_1,k_2),$ 其中，将针对检测器1a确定第二地震波传播速度v2_1a。可以部分地基于在第二事件处的确定钻头位置，来针对任何一个检测器确定第二地震波传播速度v2。 

可选地，可以基于来自检测器的子集1b-1e的地震波数据以及与该子集中的检测器相关的第一地震波传播速度v1_1b、v1_1c、v1_1d、v1_1e，从而确定与第一事件k1处的钻头位置相关的第二事件k2处的钻头位置。部分地基于第二事件k2处的钻头确定位置，可以确定钻头和没有包括在子集中的检测器1a之间的第二地震波传播速度。 

优选地，随着钻进过程的进行，重复地再确定针对单独的地震检波器的地震波传播速度。在优选的实施例中，对于每个地震检波器， 在过程期间重复地确定当前波传播速度，例如每次计算新的钻头位置时确定当前波传播速度。 

使用该方法，随着钻进的进行，使用的传播速度将随着传播特性的实际变化而改变。如果在要解决的超定问题中，通过最小化和，例如到达时间残差的和，来确定位置，则针对至少一个或一些地震检波器计算的传播速度可能在每次计算中发生少量改变。如上所述，通过计算在起始位置处或起始位置附近的传播速度，使用钻头的起始位置和地震检波器的已知位置，来获得初始传播速度的正确值，以及因此，根据本发明可以在整个钻进过程期间维持正确的传播速度。 

作为用于在每次计算位置时计算传播速度的备选方案，可以每预定间隔例如每分钟或每5分钟地计算传播速度，或者当钻进进行到一定距离例如0.25m、0.5m、1m或5m时计算传播速度。 

此外，可以认为传播速度在至少两个连续的钻进位置计算处是不变的。 

因为本发明的目的是详细的变化、修改和改变，它们的一些已经在这里进行阐明，意图整个说明书各处描述的或附图中所示的内容都被解释为说明性的，而不是限制性的。以下指出一些示例性变化： 

至少一个地震波传播速度的至少一次再确定可以部分地取决于钻进期间馈进地中的钻杆的长度。由此，可以针对大多数或者所有地震检波器，同时地确定新的地震波传播速度。这在深入钻进期间，当例如由于改变的岩石压力导致地震波传播速度对于所有地震检波器逐渐变化时，是特别有用的。 

可以使用多种方法来补偿例如由岩石中的裂缝反射的波所导致的钻头计算位置的误差，该裂缝可以导致轨迹显示出不连续性，例如图4 中的线C，也就是之前平滑轨迹曲线中的突然移位。如果钻头的最后两个位置之间的相对距离强烈偏离钻头的次最后两个位置之间的相对距离，比如偏离了例如2的因数，则可以认为这样的突然移位是错误测量的结果。在这样的情况下，可以使用次最后相对位置来替代最后相对位置，但是也可以使用用于计算最后相对位置的更复杂算法，例如对于最后一个位置之前的一些位置进行多项式拟合。如果随着钻头前进钻入岩石来测量进入孔中的钻子的长度，该长度也可以用来计算最后两个事件之间的实际最后相对位置。此外，当使用比理论需要更多例如8个或更多的地震检波器时，以及当从比需要更多的地震检波器接收到适当的信号来计算位置时，可以利用地震检波器的多个子集来计算位置，从而找到哪个信号产生了最可能的位置。然后当计算传播速度时，在以下的测量中对不连续性进行说明。 

通常，可以使用除了平方和的任何函数来代替上述的平方和Q，该函数对于正值残差是递增函数，而对于负值残差是递减函数，该函数例如残差的绝对值、残差的4次幂或甚至满足该标准的非偶的残差函数。另外，不一定需要对这些对于正值残差递增而对于负值残差递减的函数求和。例如，可以代之以计算乘积并使之最小。在大多数通常情况下，可以使得对于每个正值残差递增并且对于每个负值残差递减的残差函数最小。 

如WO01/75268A1解释的，可以对残差加权，并且残差平方的和可以被表示为： 

$Q=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_1=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_2=k_1+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_d(i,k_1,k_2)e_d^2(i,k_1,k_2).$

如果使用更通常的函数Q，可以以相同方式对残差进行加权，或可选择地将权重包括在Q自身的特性中。 

如WO01/75268A1解释的，使用不连续的事件之间的相对距离可 以给出更高的精确度，但是有利地是：对这样的相对距离给予比连续事件之间的相对距离更小的加权系数。 

包括相对距离的和可以包括不相邻的事件之间的相对距离 r_d(k，k+m)，其中m>1，以及其中该和中的项被使用系数w(k，m)进行加权，以及其中利用因子N相应地对和进行标准化，使得  ${\stackrel{\‾}{r}}_{\mathrm{present}}={\stackrel{\‾}{r}}_{\mathrm{start}}+\frac{1}{N}\underset{m=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}w(k,k+m){\stackrel{\‾}{r}}_d(k,k+m).$ 加权系数w(k，m)可以随着m的增加而减小。 

如果最后相对距离r_d(n-1，n)大大偏离前一相对距离r_d(n-2，n-1)，可以将最后相对距离设置为基本上与前一相对距离相等。 

可以通过测量进入孔中的钻子的长度来测量钻孔的长度，以及可以在孔的实际长度和根据前面方法计算的长度之间进行比较。如果最后相对距离r_d(n-1，n)大大偏离钻子在事件n-1和n之间进入孔的长度，可以将r_d(n-1，n)设置为基本上与前一相对距离r_d(n-2，n-1)相等。 

另外，该方法可以包括使用这样的表达式： 

$Q=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_1=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_2=k_1+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{e}_d^2(i,j,k_1,k_2),$

其中j表示地震波的相位是S还是P，以及与该表达式对应的这些波之间的到达时间差例如： 

$Q=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_1=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_2=k_1+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{e}_d^2(i,j,k_1,k_2)+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_1=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_2=k_1+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[e_d(i,P,k_1,k_2)-e_d(i,S,k_2,k_2)]}^2.$

更通常地，Q可以包含S和P波之间的到达时间差，这样 Q＝Q(e_d(i，k₁，k₂)，e_d(i，P，k₁，k₂)-e_d(i，S，k₁，k₂))。 

根据本发明的方法的最终结果可以使用图形或数值实时地显示在计算机屏幕上，或者可以使用任何其他的显示方式。自然，可以存储这些结果用于稍后的分析，或将这些结果发送到远程显示单元，用于由别处的操作员来控制钻子轨迹的操纵。

Claims (14)

1.一种用于确定钻头(2)的位置的方法，其包括：

确定钻头的起始位置

确定多个地震波检测器(1a-1e，12a-12d)的每一个的位置；

借助所述检测器，记录与钻头(2)处产生的瞬时地震波相关的数据，

基于来自所述检测器的地震波数据，识别钻头处的事件(k1，k2)，

针对每个检测器，确定所述钻头和各个检测器之间的地震波传播速度，

至少部分地基于所述地震波传播速度以及来自事件(k1，k2)的地震波在至少一些检测器处的到达时间差

确定所述钻头的多个相对位置，以及

至少部分地基于所述起始位置

以及所述相对位置的总和，来确定所述钻头的绝对位置，

其特征在于，该方法包括：

针对至少一些检测器的每一个，确定在所述钻头和各个检测器之间的第一地震波传播速度(v1_1a、v1_1b、v1_1c、v1_1d、v1_1e)，

至少部分地基于与至少一些检测器相关的所述第一地震波传播速度，确定与第一事件(k1)处的钻头位置相关的第二事件(k2)处的钻头位置，以及

至少部分地基于所确定的第二事件(k2)处的钻头位置，确定所述钻头和至少一个检测器(1a)之间的第二地震波传播速度(v2_1a)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于来自第一和第二事件(k1，k2)的地震波在至少一个检测器(1a)处的到达时间差

来执行确定所述钻头和至少一个检测器(1a)之间的第二地震波传播速度(v2_1a)的步骤。

3.根据之前任意一项权利要求所述的方法，其中，部分地取决于馈入地中的钻杆的长度，而进行至少一个地震波传播速度的至少一次再确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，随着钻进过程的进行，重复地再确定至少一些地震波传播速度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，每预定时间间隔再确定所述地震波传播速度。

6.根据权利要求1所述的方法，包括：至少部分地基于检测器信号的频率偏移、噪声以及其他偏移中的一种或多种，执行至少一些检测器的地震波数据的时间校正。

7.根据权利要求1所述的方法，包括：对至少一个检测器的地震波数据进行时间移位，以获得信号一致性，从而获得来自两个事件的地震波的到达时间差。

8.一种用于确定钻头(2)的位置的系统，包括多个地震波检测器(1a-1e，12a-12d)以及计算装置(C)，

所述检测器适用于记录与钻头(2)处产生的瞬时地震波相关的数据，

所述计算装置(C)适用于在来自所述检测器的地震波数据中识别所述钻头处的事件(k)，

针对每个检测器，确定所述钻头和各个检测器之间的地震波传播速度，

至少部分地基于所述地震波传播速度、所述检测器(1a-1e，12a-12d)的位置以及来自事件(k1，k2)的地震波在至少一些检测器处的到达时间差来确定所述钻头的多个相对位置，以及

至少部分地基于所述钻头的起始位置以及相对位置的总和，来确定所述钻头的绝对位置，

其特征在于，该计算装置(C)适用于

针对至少一些检测器的每一个，确定在所述钻头和各个检测器之间的第一地震波传播速度(v1_1a、v1_1b、v1_1c、v1_1d、v1_1e)，

至少部分地基于与至少一些检测器相关的第一地震波传播速度，确定与第一事件(k1)处的钻头位置相关的第二事件(k2)处的钻头位置，以及

至少部分地基于所述确定的第二事件(k2)处的钻头位置，确定所述钻头和至少一个检测器(1a)之间的第二地震波传播速度(v2_1a)。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述计算装置(C)适用于：至少部分地基于来自第一和第二事件(k1，k2)的地震波在至少一个检测器(1a)处的到达时间差(

)，执行在钻头和至少一个检测器(1a)之间的第二地震波传播速度(v2_1a)的确定。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其中所述计算装置(C)适用于：至少部分地根据馈入地中的钻杆的长度，执行至少一个地震波传播速度的至少一次再确定。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述计算装置(C)适用于：随着钻进过程的进行，重复地再确定所述地震波传播速度。

12.根据权利要求8所述的系统，其中所述计算装置(C)适用于：每预定时间间隔再确定所述地震波传播速度。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述计算装置(C)适用于：至少部分地基于所述检测器信号的频率偏移、噪声以及其他偏移中的一种或多种，对至少一些检测器的地震波数据进行时间校正。

14.根据权利要求8所述的系统，其中所述计算装置(C)适用于：对至少一个检测器的地震波数据进行时移，以获得信号一致性，并由此获得来自两个事件的地震波的到达时间差。

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