CN102549457B - 用于改进声学数据获取的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种被设计成有利于获得声学数据的技术。该技术包括使工具从第一深度穿过地下岩层到随后的深度。该工具在预定的时间窗口中接收地震信号。地震信号由震源产生，该震源基于工具的深度相对于预定的时间窗口在变化的时间启动。

Description

用于改进声学数据获取的方法和设备

相关申请的交叉引用

本文献基于2009年8月3日提交的美国临时申请No.61/230747并要求其优先权，该美国临时申请的内容为了一切目的和意图通过引用合并在此。

技术领域

本发明涉及用于获取声学数据的技术。更具体地，本发明涉及通过控制震源的启动时间来获得改进的地震信号数据。

背景技术

以下描述和例子并不因为包含在该部分中而认为是现有技术。

随钻测量涉及在钻井过程中对一个或多个井下参数进行感测。通常安装在位于钻头上方的钻铤中的传感器用于获得有关钻井过程或地下状况的信息。这些测量结果的子集通常使用声学或“泥浆脉冲”遥测系统传输到地面。其它测量结果可以存储在位于钻铤内的记录装置中。该数据能够在钻头升高(也称为“起下作业”)到地面时找回。

地震随钻测量数据是使用地震传感器、诸如通常位于定位在钻头之上的钻铤中的地震检波器或水中检波器来获取。由于钻头产生巨大的噪声，通常仅在钻头或钻柱不运动或不钻井期间收集可以由井口源产生的地震数据。这通常等同于钻柱或钻井暂时停止以便将钻杆的零件增加到在地面处的钻柱或移除钻杆的零件的期间。

如上所述，工具和地面之间的通信通常利用“泥浆脉冲”或其它低数据遥测系统来完成，这使得操作者无法实现在钻井停止过程中向工具发送指令以调节有关地震数据获取的时序或主动性。此外，由于从地震信号获取大量数据，也无法实现在长时间段、诸如从钻井停止的时间到钻井开始的时间收集地震信号数据。为了克服这些限制，工具中的地震记录系统被程序化以便在特定时间段且以特定间隔启动和停止记录。结合地，源相对于被程序化的时间段启动，以确保在记录期间地震信号到达工具。

已经发现在记录期间内存在信号应当到达的优选位置。这主要和一旦接收后地震信号的处理有关。还已经发现随着工具穿过地层(例如随着工具钻井)，工具和源之间的距离以及其间地层的速度分布改变，导致地震信号在该期间内的不希望时间到达工具，并且更彻底地，完全错过该期间。

发明内容

本发明整体涉及通过改进在特定期间内地震信号的接收来获得声学数据的方法和系统。该技术包括使工具从第一深度穿过地下岩层到达随后的深度。该工具在预定时间窗口过程中接收地震信号。地震信号通过震源产生，震源基于工具的深度在相对于预定时间窗口的变化时间被启动。

通过以下说明、附图和权利要求将清楚其它或替代特征。

附图说明

以下将参照附图描述本发明的特定实施方式，其中相同的附图标记表示相同的元件。但是，应当理解的是，附图仅图示这里描述的各种执行方式，而不意味着限制这里描述的各项技术的范围。附图如下：

图1图示根据本发明的一种实施方式的井场系统的例子，其中，在该井场系统中可以采用用于获得地震数据的方法；

图2图示根据本发明的实施方式与震源协作使用的工具的例子；

图3图示根据本发明的实施方式与多个震源协作使用的工具的例子；

图4图示根据本发明的实施方式具有与一个震源协作使用的多个接收器的工具的例子；

图5图示根据本发明的实施方式具有与多个震源协作使用的多个接收器的工具的例子；

图6图示根据本发明的实施方式随着工具逐渐运动深入到地下岩层中工具接收来自震源的信号的例子；以及

图7提供根据本发明的实施方式用于改变震源相对于用于接收工具处的地震信号的预定时间窗口的定时的方法的实施方式的图形表示。

具体实施方式

为了能够详细地理解本发明的上述特征和优点，通过参照附图中图示的实施方式可以得到上面简单概括的本发明的更加具体的说明。在以下说明中，提出了多个细节以提供本发明的理解。但是，本领域普通技术人员将理解的是，本发明可以在没有这些细节的情况下实践，并且对所描述的实施方式的多种改变或变型是可能的。

在说明书和权利要求书中：术语“连接”(动词)、“连接”(名词)、“被连接的”、“与...连接”、“连接的”、“联接”、“被联接的”、“与...联接”和“联接的”用于表示“与...直接连接”或“经由另一元件与...连接”；并且术语“套件”用于表示“一个元件”或“多于一个元件”。如这里使用的，术语“上”和“下”、“上部”和“下部”、“朝上地”和“朝下地”、“上游”和“下游”；“上方”和“下方”；以及指示在给定点或元件上方或下方的相对位置的其它类似术语用在描述中以便更加清楚地描述本发明的一些实施方式。

图1图示了能够利用本发明的井场系统。井场能够是向岸的或离岸的。在该示例性系统中，通过旋转钻井以熟知的方式在地下岩层中形成井眼11。本发明的实施方式还能够使用定向钻井，如以下将要描述的。

钻柱12悬置在井眼11中并且具有底部钻具组合100，该底部钻具组合100的下端包括钻头105。地面系统包括定位在井眼11上方的平台和井架组合10。组合10可以包括转盘16、方钻杆17、大钩18和水龙头19。钻柱12通过转盘16旋转，转盘16由在钻柱的上端处接合方钻杆17的未示出的装置供能。钻柱12通过方钻杆17和允许钻柱相对于大钩旋转的水龙头19从附接到游动滑车(也未示出)的大钩18悬置。如所熟知的，可以替代地使用顶部驱动系统。

在该实施方式的例子中，地面系统还包括存储于在井场处形成的凹坑27内的钻井液或泥浆26。泵29将钻井液26经由水龙头19中的端口输送到钻柱12的内部，使得钻井液如方向箭头8所指示地向下流动经过钻柱12。钻井液经由钻头105中的端口离开钻柱12，并且随后如方向箭头9所指示地向上循环经过钻柱的外侧和井眼的壁之间的环形区域。在这种熟知的方式中，钻井液润滑钻头105并且随着其返回凹坑27用于再循环而将地层岩屑向上携带到地面。

图示的实施方式的底部钻具组合100可以包括随钻测井(LWD)模块120、随钻测量(MWD)模块130、旋转导向系统和电机、以及钻头105。

LWD模块120如本领域中已知的容纳在特定类型的钻铤中，并且能够包含一个或多个已知类型的测井工具。还将理解的是，能够使用多于一个LWD和/或MWD模块，例如在120A处所表示的。(从始至终，对120位置处的模块的引用也能够替代地表示在120A位置处的模块。)LWD模块包括用于测量、处理和存储信息、以及用于与地面装备通信的能力。在本实施方式中，LWD模块包括如以下更加详细描述的地震测量装置。

MWD模块130也如本领域中已知的容纳在特定类型的钻铤中，并且能够包含用于测量钻柱和钻头的特性的一个或多个装置。MWD工具还包括用于向井下系统产生电力的设备(未示出)。这通常可以包括由钻井液流供能的泥浆涡轮发电机，将理解可以使用其它动力和/或电池系统。在本实施方式中，MWD模块包括一个或多个以下类型的测量装置：钻压测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、冲击测量装置、粘滑测量装置、方向测量装置、地震测量装置和倾角测量装置。

图2-5图示了随钻地震工具，其可以是LWD工具120，或者能够是通过引用结合在此的P.Breton等人在“Well Positioned SeismicMeasurements，”Oilfield Review，pp.32-45，Spring，2002中公开的类型的LWD工具套120A的一部分。

井下LWD工具可具有单个接收器(如图2和3中所示)或者多个接收器(如图4和5中所示)，并且能够结合在地面处的单个震源(如图2和4中所示)或在地面处的多个震源(如图3和5中所示)使用。

相应地，包括反射离开地层界面并且称为“零井源距”垂直地震剖面布置的图2使用单个源和单个接收器。包括反射离开地层界面并且称为“变偏移距(walkaway)”垂直地震剖面布置的图3使用多个源和单个接收器。包括折射通过盐丘界面并且称为“邻近盐岩区(salt proximity)”垂直地震剖面的图4使用单个源和多个接收器。包括一些反射离开地层界面并且称为“上偏移距(walk above)”垂直地震剖面的图5使用多个源和多个接收器。

如背景技术中所描述的，为了克服由低数据遥测系统和/或由从地震信号获取的大量数据形成的障碍，提供用于获得地震数据的系统200。图6中图示了系统200的一个例子的示意性实施方式。系统200可以包括工具202，该工具202沿着井眼11穿过例如一系列深度204、206和208，在该一系列深度处接收并记录地震信号。能够记录地震信号的深度的数量可以根据不同的应用而变化，并且在一些应用中，能够作出记录的不同深度的数量是相当大的。

系统200还包括可以定位在地面位置212处或附近的至少一个震源210。在一些应用中，系统200可以包括多个震源210，如图3或图5的实施方式中所示。类似地，工具202的类型可以根据不同的应用而变化，并且可以包括单独的部件或底部钻具组合、诸如底部钻具组合100(参照图1)。但是，工具202包括地震接收器214，其是地震记录系统216的一部分。通过附加例子，工具202可以包括结合有随钻穿越系统、诸如随钻测井模块120和/或随钻测量模块130的钻头105。随钻穿越系统可以被设计成结合地震接收器214和地震记录系统216。应当注意到，在其它实施方式中，工具202可以包括管道或其它钻井部件。在一些情况中，可以利用这里描述的实施方式的方面执行电缆操作。

在图示的例子中，工具202的地震记录系统216被程序化以便结合适时启动的源210在特定时间自动启动记录且保持特定时间段。相应地，在用于获得地震数据的系统和方法的一个例子中，工具202(例如，MWD模块、LWD二尖瓣(mitral)、盘管、电缆、或其它工具或工具部件)穿过地下岩层到第一深度204，如图6所示，并且在图7中进一步图示。一旦在第一深度处，启动工具202中的地震信号记录机构216。记录机构216被程序化以在可以称为时间窗口的多个预定记录时间段中记录地震信号。

并行地，在工具202处于第一深度204时，多次启动在地面212处或附近的震源210。震源210被启动使得在工具202及其地震接收器214处在每个记录时间段/时间窗口218中的希望时刻接收由源210产生的地震信号(参照图7)。工具22随后穿越到比第一深度204更深的第二深度，例如深度206，并且工具202中的地震信号记录机构216被再次启动。当工具202在第二深度206处时，震源210比当工具202在第一深度204处时相对于每个预定的记录时间段更早地启动，如通过图7中时间差220所图示的。通过在更深的深度206处相对于记录机构216的预定时间窗口更早地启动震源210，在工具202处以在记录时间段/时间窗口218中相同的希望时刻接收由源210产生的地震信号，如通过时间标记222所图示的。

随着工具22随后穿越到比第二深度206更深的第三深度、例如深度208，工具202中的地震信号记录机构216被再次启动。当工具202处于第三深度208时，震源210比当工具202处于第二深度206时更早地被启动(相对于每个预定的记录时间段)，如通过图7中接下来的时间差220所图示的。通过在更深的深度208处相对于记录机构216的预定时间窗口更早地启动震源210，在工具202处以在记录时间段/时间窗口218中相同的希望时刻接收由源210产生的地震信号，如通过时间标记222图示的。该过程可以在每个随后的深度处重复，以利于在地震记录系统216被启动过程中的记录时间段内的希望点处记录地震信号。如图7所示，震源210的定时可以相对于地震记录系统216启动过程中的记录时间段218的定时逐渐地提早。因此，相对于用于工具202的地震记录系统216的预定的记录时间段的启动而言，震源210在随后深度处的启动与震源210在前一深度处的启动之间存在时间差220。

根据一种实施方式，多个预定的时间窗口218可以具有大约3秒的持续时间，由大约12秒的非记录持续时间间隔。在一个特定例子中，地震信号被接收在时间窗口218中的希望时刻可以朝着时间窗口的开始。但是，预定的记录时间段/时间窗口218的长度以及时间窗口在每个深度处隔开的持续时间可以根据给定应用和环境的特殊性改变。另外，随着工具202运动到不同深度，震源210相对于记录时间段218的定时改变可以是相同或不同的。

例如，时间差220可以调整成获得关于记录地震数据和关于环境考虑的多个目标。有时可以准备速度模型来解决给定地下环境的特定特征。在这些应用中，震源210可以相对较早地启动，或者时间差220可以至少部分地基于由一个深度和下一个深度之间的速度模型预测的变化以另外的方式选择。

通常，图7描绘了源210启动的时延与由工具202接收的信号的关联关系的一个例子。图7的右侧示出了不管工具202的深度如何，在获取时间窗口218中的大致相同的时间接收地震信号。随着工具202行进到更深并且如图7的左侧图示，这通过相对于地震记录系统时间窗口218更早地启动震源210来完成。

如上所讨论的，用于获得地震数据的系统200可以结合有许多类型的井下工具、诸如与钻井相关的工具，以改进地震记录机构启动的特定时间段内的地震信号的接收。地震接收器214和地震记录系统216可以安装在MWD系统、LWD系统、多种其它随钻地震工具上或安装有MWD系统、LWD系统、多种其它地震随钻工具，或者安装在完全不同类型的工具上或安装有完全不同类型的工具。系统200也可以在希望积累地震数据的应用中使用多种类型的管柱和底部钻具组合形式的工具。此外，震源和地震记录系统/地震接收器的数量可以根据不同的应用变化。震源210的启动时间相对于地震记录系统的启动时间窗口/记录时间段的改变也可以根据环境、记录深度之间的距离、记录时间段的长度、工具的特征和与特定地震应用相关的其它因素线性地或非线性地调整。

相应地，虽然在上面仅仅详细描述了本发明的一些实施方式，本领域技术人员容易理解可以进行多种变型，而不实质地脱离本发明的教导。这些变型意在包括在权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种获得声学数据的方法，包括：

使工具(202)穿过地下岩层到第一深度(204)；

第一次启动声源(210)；

在预定的记录时间段(218)内利用所述工具(202)记录经由所述声源(210)产生的信号；

使所述工具(202)穿越到比所述第一深度(204)更深的第二深度(206)；

第二次启动声源(210)；并且

在预定的记录时间段(218)内利用所述工具(202)记录经由所述声源(210)产生的信号，其中，与处于所述第一深度(204)时相比，所述声源(210)在所述第二次时相对于所述预定的记录时间段(218)更早启动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述声学数据是地震数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，使所述工具(202)穿越包括使随钻地震工具穿越、使随钻测井工具(120)穿越和使随钻测量工具(130)穿越中的一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，记录包括利用所述工具(202)的单个接收器记录信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，启动所述声源(210)包括在地面位置(212)处启动单个声源(210)和在地面位置(212)处启动多个声源(210)中的一种。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括随后在另外的时间启动所述声源(210)，其中随后启动发生在相对于预定的记录时间段(218)逐渐更早的时间。

7.根据权利要求3所述的方法，其中：

通过所述工具(202)中的地震信号记录机构(216)来完成记录信号，所述地震信号记录机构被程序化以便在多个预定的记录时间段(218)中记录地震信号；

该方法还包括：

在所述第一深度(204)处时启动所述工具(202)中的地震信号记录机构(216)；以及

在所述第二深度(206)处时启动所述工具(202)中的地震信号记录机构(216)；

其中，

第一次启动声源(210)包括在所述工具(202)处于所述第一深度(204)处时，多次启动在地面位置(212)处或附近的震源(210)，其中所述震源(210)被启动使得在所述工具(202)处在所述预定的记录时间段(218)的希望时刻接收由所述震源(210)产生的地震信号；以及

第二次启动声源(210)包括在所述工具(202)处于所述第二深度(206)处时，多次启动在地面位置(212)处或附近的震源(210)，其中与处于所述第一深度(204)时相比，所述震源(210)相对于所述预定的记录时间段(218)的记录更早地启动，使得在所述第二深度(206)，在与所述第一深度(204)处预定的记录时间段(218)中相同的希望时刻在所述工具(202)处接收由所述震源(210)产生的地震信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个预定的记录时间段(218)中的每个预定的记录时间段(218)是3秒的持续时间，由12秒的非记录持续时间隔开。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述预定的记录时间段(218)中的希望的时刻是在所述预定的记录时间段(218)的开始处。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述预定的记录时间段(218)的持续时间变化。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述声源(210)至少部分地基于所述第一深度(204)和第二深度(206)之间的速度模型的变化而更早地启动。

12.根据权利要求2或7所述的方法，其中在所述第二深度(206)处的所述预定的记录时间段(218)是随后的预定的记录时间段(218)。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，相对于所述预定的记录时间段(218)和随后的预定的记录时间段(218)的启动时间差至少部分地基于第一深度(204)和第二深度(206)之间的速度模型。

14.一种用于获得地震数据的系统(200)，包括：

穿过地下岩层到随后更深深度(204，206)的工具(202)，所述工具(202)具有被程序化以便在一系列预定的记录时间段(218)中记录地震信号的信号记录机构(216)；和

相对于所述一系列预定的记录时间段(218)的每个预定的记录时间段(218)在特定时间启动的震源(210)，其中随着所述工具(202)运动到随后更深的深度(204，206)处，所述震源(210)相对于每个随后的预定的记录时间段(218)更早地启动。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述工具(202)包括随钻穿越工具、随钻测井工具(120)和随钻测量工具(130)中的一种。