CN104781699A - 床内源垂直地震剖面获取 - Google Patents
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Abstract
一种获得垂直地震剖面(VSP)的系统和方法。该系统包括震源，被放置在第一钻井内并位于大于界面的识别深度的第一深度，该震源被配置为发射地震波。该系统还包括一个或多个接收器，被放置在包括关注的目标区的第二钻井内，该一个或多个接收器被配置为接收地震波的直接分量和反射分量。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求在2012年9月17日提交的美国申请No.13/621623的优先权，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及地球物理勘探，特别是涉及井中地震勘探法。
背景技术
在矿物和石油勘探领域，几十年来,地球物理方法对于测绘地下、提高寻找碳氢化合物的能力、以及减少勘探、钻井和生产活动中的成本是十分必要的。在这个意义上，反射震测法是在石油勘探中用于测绘盆地结构和潜在油气藏而使用最广泛的地球物理方法，因为该方法具有记录来自地下的不同地层的信息的能力。由于与不同地层相关的声信号在不同时间到达，反射地震技术能够产生带有大量细节的巨大沉积包(sedimentary package)的分层测绘图(一维、二维和三维)。除了结构测绘之外，对地震属性(振幅、反射系数、频率、阻抗、速度等)的研究对于更好地理解物理性质和表征中大规模油气藏是有用的。
应用于石油工业的主要反射地震法为地面地震技术和井中地震技术(垂直地震剖面获取，Vertical Seismic Profiling)。在地面地震技术中，信号在地表或近地表产生，并由也放置在地表或靠近海平面的接收器记录。反过来，在垂直地震剖面获取(VSP)中，震源通常位于地表或近地表，接收器被耦合在钻井壁上。
反射地震法基于地下地震波或振动的传播和当该波到达隔开不同物理性质的地层的界面之后反射的信号记录。当该波穿过地球内部传播时，部分能量在该波到达隔开不同密度和弹性系数的地层的界面时被反射，其余部分继续传播，到达新的界面并产生新的反射，直到所有能量被消散为止。地震信号通常在地表或近地表产生，并由也放置在地表或海平面(地表地震)附近的接收器或放置在井(VSP技术)中的接收器记录。
当地震波在地下传播时，地震波经受几种类型的信号衰减。这些信号衰减包括：(1)由于随着行进距离增加时的球状发散的衰减；(2)由于能量反射和折射的衰减；(3)由于皱褶或不规则界面的衍射的衰减；以及(4)以地球作为低通滤波器的高频衰减。在这个意义上，基于在源和井内接收器之间的波行进距离缩短的事实(而不需要到地表的往返)，和常规地表地震法相比，VSP允许记录较高频具有更少衰减的更强信号。VSP中记录的更好质量数据通常展现出更高的分辨率，并允许产生更精确的地震属性数据。此外，由于接收器被放置于震源下方的地下，该方法有助于记录下行和上行事件(然而，地表地震法只能记录上行事件)，也有助于精确估计短间隔中的床内速度以及信号到达时间与位于地下的事件(这里接收器在深度上的位置已知)之间的直接关联。然而，当关注的目标区位于很深的由其界面声阻抗很高的地层(例如，盐层和碳酸盐层，玄武岩岩床等)叠加而成的地带时，前述的VSP技术也有不足，因为大多数地震信号被地下的高反射界面(例如，海底，盐层顶部，盐层底部，碳酸盐平台，玄武岩岩床等)所衰减或分散。
从而，矿物和碳氢化合物勘探工业将会重视一种技术，该技术为位于由高反射界面叠加的厚沉积层下方的目标的地震成像提供更高分辨率。
发明内容
根据实施例，一种获得垂直地震剖面(VSP)的系统，包括：震源，被放置在第一钻井内并位于大于界面的识别深度的第一深度，该震源被配置为发射地震波；以及一个或多个接收器，被放置在包括关注的目标区的第二钻井内，该一个或多个接收器被配置为接收地震波的直接分量和反射分量。
根据另一个实施例，一种获得垂直地震剖面(VSP)的方法，包括：在第一钻井内的大于反射界面的识别深度的第一深度放置震源，该震源被配置为发射地震波；以及在包括关注的目标区的第二钻井内放置一个或多个接收器，该一个或多个接收器被配置为接收地震波的直接分量和反射分量。
根据另一个实施例，一种设置垂直地震剖面(VSP)系统的方法，包括：识别关注区域中的反射界面的反射界面深度；将震源放置在第一深度处，该第一深度在关注区域中的第一钻井内的反射界面深度的下方；以及在关注区域中的第二钻井内放置两个或更多个接收器，该接收器被夹持在第二钻井壁上的选定位置处，从而监测目标区以获得地震剖面。
附图说明
以下描述不应认为是以任何方式限定。参考附图，相似的元件编号相似：
图1为示出根据一个实施例的陆上垂直地震剖面(VSP)获取系统的截面框图；
图2为示出根据一个实施例的海上垂直地震剖面(VSP)获取系统的截面框图；
图3示出根据包括垂直第一钻井的实施例的VSP系统；
图4示出根据包括水平第一钻井的实施例的VSP系统；以及
图5为示出基于实施例的在获得目标区的地震剖面中涉及的处理的图。
具体实施方式
这里通过参考附图示例地且非限制性地描述所公开的设备和方法的一个或多个实施例。
图1为根据实施例的陆上垂直地震剖面(VSP)获取系统100的截面图。所示例的VSP系统100包括一个发射地震波120的井中震源110。然而，在可选实施例中，可以将两个或多个震源110彼此接近地放置。震源110可以是能够在钻井130内点燃的炸药、气枪、烟火或某种其它已知地震信号120的源。震源110示出为位于穿透包括关注目标区180的地层140的第一钻井130内。震源110被放置在高反射界面150下方，如图1所示。图1还示出了相对规则的反射界面155。如有必要，第一钻井130可以包括特殊套管，以支持震源110执行的重复发射。示例VSP系统100还示出为在第二钻井170内包括四个接收器160(或接收机)，所述第二钻井170与包括震源110的第一钻井130不同。钻井130和170中任意一个或者两个都可以为倾斜或水平的。在该情况下，在接收信号的后续处理中必须测量并考虑钻井(130，170)的轨线和角度。
如图所示，接收器160被放置在比震源110所放置的深度更深的深度处。这允许接收器160接收下行地震信号和来自震源110发射的地震波120的上行一次反射信号。在可选实施例中，如果特殊情况研究需要，接收器160可以被放置在震源110上方。接收器160被夹持在钻井170壁上的预选定位置处(见示例夹持机械装置161)，以监测目标区180。夹持可以提高记录信号的质量。接收器160或接收器160的阵列在使用期间被夹持在钻井170上，但可以根据需要解耦并移到其它测量位置上。当接收器160大体上彼此等距时，接收到的信号能够被有规律地采样。除了其它部分外，每个接收器160还可以包括：单个地声测听器，三组件地声测听器，垂直地声测听器，水下测音器，定向测量系统，地声测听器－井壁耦合测量机械装置，井下数字化系统，以及与其它接收器160的连接。此外，每个接收器160包括的夹持机械装置161例如为可伸缩的锁臂，推靠器，固定弓形弹簧，液压活塞，或任何其它可以用来把接收器160夹持到钻井170壁上的装置。震源110和接收器160可以分别由运输器190传输通过第一钻井130和第二钻井170。
在各个实施例中，运输器190可以为钻柱(用于随钻地震应用)或钻机195支撑的铠装缆线。震源110和接收器160可以例如通过遥测技术与一个或多个采集单元197进行通讯。震源110和接收器160不需要共享同一个或多个采集单元197，采集单元可以包括一个或多个存储设备、用户界面、采集系统、定位系统、源控制系统、高精度时钟等。采集单元197可以控制震源110并用一个或多个处理器198记录和处理来自接收器160的数据。此外，地表接收器165可以控制震源110产生的地震信号120，并校正通过位于钻井170内的接收器160记录的井下数据。通过地表接收器165记录的信号还可以用于识别震源110之上的地层对该震源110产生的地震信号120所造成的影响。尽管图1示出两个地表接收器165，根据勘测目的，可以只使用一个或几个地表接收器165。
在可选实施例中，这里描述的示例VSP系统100可以应用于随钻地震勘测(SWD)中。在该情况下，钻井170里的接收器160和运输器190将被用于SWD，其中接收器160能在钻井钻柱耦合时记录数据。例如，如上所述，运输器190可以是钻柱。高精度时钟可以被包含在震源110和接收器160中，以同步发射时间和接收时间，以及精确记录信号行进时间。示例VSP系统100可以在各种不同深度和钻井130和170之间的不同距离下用于陆上(图1)、海上(如图2所示)或水体中(湖泊、泻湖、河流等)。
图2为根据实施例的海上垂直地震剖面(VSP)系统100的截面框图。当VSP系统100被用于海上或其它被水体覆盖的地方时，接收器165需要适于水下工作，并被夹持在海底或其它水体底部。此外，在这种情况下，一个或多个水下测音器166可以从在水下支撑井中震源110的钻机195(或类似的装置)放置，并被用于记录通过震源110产生的横跨水柱的震源信号120，以获得更好的信号控制和水柱速度计算。仍然在海上或被其它水体覆盖的地方使用VSP系统100的情况下，地表或近地表震源199可以初始使用于水中，以执行常规VSP勘测来识别高反射界面150和规则的反射界面155。在该情况下，可以在水中将水下测音器166放置在地表震源199下方，以更好地监测由地表震源199产生的地震信号。可选地，VSP系统100可以同时在几个井中用于执行VSP勘测。在这种实施例中，震源110将被放置于被其它钻井(例如，170)环绕的第一钻井130中。此外，接收器160将被放置于环绕第一钻井130的钻井(例如，170)中。其中放置有接收器160的其它每个钻井(例如，170)将包括与钻井170中的装置类似的装置。从而，当放置于钻井130中的震源110产生地震信号120时，它们产生的信号能够被放置于围绕第一钻井130的其它钻井(例如，170)中的接收器160所探测到。
在定位震源110之前识别并靠近一个或多个高反射界面150，以确保在关注的高反射界面150的下方放置震源110。通常，可能已在计划VSP勘测的地区获得地表地震数据。另外，可以通过解释测井日志数据识别高反射界面150，例如声波测井日志、密度测井日志、伽马射线测井日志、井速度勘测(检验发射勘测)、或其它以前在井内执行的有用的日志。VSP系统100本身可以用于识别高反射界面150。在可选实施例中，可以通过解释之前使用地表或近地表的震源199而从常规VSP勘测中获得的数据来识别反射界面150。通过接收器160获得的记录有由地表震源199产生的地震信号的数据被分析和解释，以识别高反射界面150。特别地，高反射界面150被识别为这样的地区，其中(地震波的)反射振幅相比于其它地区更大。高反射界面通过具有显著不同的物理性质(例如，密度、孔隙度、弹性系数、震波速度)的两个地层的接触形成。这些界面产生强烈反射，这些反射不必被量化以获得具体的反射率或振幅值(因为它们在给定区域通过相对强度识别)，但是其可以通过获得的一组数据来解释。不同的地震数据实例可以在振幅值或反射率值上呈现了很大的变化。可以8、16或32比特记录地震数据，并可以应用不同的处理流程或滤波器。例如，在典型地震段观测到的最小和最大振幅值范围能够在几百(例如8比特数据)或几百万(例如32比特数据)之间。从而，和一般的数据上下文相比，地震数据中的对高反射界面的解释通常基于对由相对高振幅(或反射率)值构成的反射的识别。使用特定算法和软件解释地震数据。除了振幅和反射率之外，还可以使用其它的地震属性来识别高反射界面150。如上所述，地震属性包括反射系数、频率、阻抗和速度。
图3示出根据实施例的包括垂直第一钻井130的VSP系统100。尽管图3示出一个震源110，然而在高反射界面150下方可以有两个或更多个震源110。另外，在可选实施例中，该震源110或多个震源110可以沿着钻井13移动，另外或可选地，震源110可以原地旋转，以改变输出地震波120的方向。多方向和多位置地震波120增加了目标区180及其邻区的地震范围(或照射度)。图4示出根据包括水平第一钻井130的实施例的VSP系统100。尽管图4示出四个震源110，然而可以使用单个震源110，并且可以沿着钻井130水平移动或旋转单个震源110(或显示的多个震源110)。图4示出的震源110的阵列可以用于提高信号冗余度和减少勘测时间。
图5示出基于实施例的在获得目标区域180的地震剖面过程中涉及的处理500。在块510，处理500包括在关注区域(包括目标区180)识别一个或多个高反射界面150。如上述讨论，识别高反射界面150包括解释地震数据和/或以前在该区域勘测的测井日志数据。地震数据还可以通过使用震源199或震源110的常规VSP勘测获得，以识别相对更高的反射振幅。在可选实施例中，可以通过解释以前使用地表或近地表震源199从常规VSP勘测中获得的数据来识别反射界面150。在块520，在第一钻井130中将震源110定位在反射界面150下方的步骤包括，使用以前识别的至少一个高反射界面150的深度。如上所述，可以使用多于一个的震源110以减少勘测时间，增加区域范围和探测信号的冗余度。另外，一个或多个震源110可以原地旋转和/或沿着第一钻井130移动。在块530，在第二钻井170内靠近目标区180定位接收器160，该步骤包括在第一钻井130中震源110的深度下方定位接收器160。这确保了在接收器160上接收基于震源110发射的地震信号120的下行地震信号和上行一次反射信号。如上所述，可以使用多于一个接收器160。当使用多于一个接收器160时，等距离排列接收器160有助于有规律地采样来自地震波120的信号。在块440，通过采集单元197控制震源110。块540也包括震源110从第一钻井130发射地震信号120、接收在第二钻井170中的接收器160处的入射和反射地震信号、并使用采集单元197记录地震信号及其各自的行进时间。在块540接收和记录产生的地震信号及其各自的行进时间是指根据需要接收和记录接收器160、地表接收器165和水下测音器166上的数据，以执行处理。在块550，处理来自震源110发射且由一个或多个接收器160(以及地表接收器165和水下测音器166)接收的入射和反射信号提供VSP。如上所述，可通过与一个或多个存储装置集成的采集单元197中的一个或多个处理器198进行处理。
为了支持本文的教导，可以使用各种分析部件，包括数字和/或模拟系统。例如，采集单元197可以包括数字和/或模拟部件。VSP系统100可以包括诸如下述的部件：采集单元197、存储介质、存储器、输入装置、输出装置、通信链路(有线的，无线的，脉冲式mud，光学的或其它的)、用户界面、软件程序、信号处理器(数字的或模拟的)、以及其它此类部件(诸如电阻器、电容器、电感器等)，以通过几种现有技术中受欢迎的方式中的任意一种提供对这里所公开的装置和方法的操作和分析。这些内容可以，但不必须，与存储在非暂时性计算机可读介质上的一组计算机可执行指令结合实施，被执行时使计算机实施本发明的方法，所述介质包括：存储器(ROM，RAM)、光学的(CD-ROM)、或磁的(软盘，硬盘)、或在任何其它类型。除了本发明所描述的功能，这些指令还可以提供设备操作、控制，数据收集和分析，以及系统设计者、所有者、用户或其他人员认为相关的其它功能。
另外，可以包括和调用各种其它部件，以提供本文教导的多个方面。例如，可以包括电源、磁体、电磁体、传感器、电极、发射器、接收器、收发器、天线、控制器、光学单元、电气单元或机电单元，以支持这里讨论的各个方面或支持超出本发明的其它功能。采集单元197可以具有或不具有通信链路(有线的、无线的、光学的等)，该采集单元197包括一个或多个处理器198以执行数据传输、数据处理和分析。
此外，可以通过一个或多个处理器198处理、再处理和/或分析由本文所述的装置和方法获取的数据集。反过来，处理器198可以包括数字和/或模拟部件、一个或多个CPU、存储介质、存储器、输入装置、输出装置、通信链路(有线的、无线的、光学的等)、用户界面、软件程序、信号处理器(数字的或模拟的)、以及其它此类部件(例如电阻器、电容器、电感器等)，从而以几种本领域受欢迎的方式中的任意一种来提供对通过本发明所公开的装置和方法获取和记录的数据集的处理和分析。这些教导可以，但不必须，与存储在非暂时性计算机可读介质上的一组计算机可执行指令结合实施，这些介质包括存储器(ROM，RAM)、光学的(CD-ROM)、或磁的(盘，硬盘驱动器)、或在被执行时使计算机处理和分析通过本发明提供的数据集的任何其它类型。这些指令可以为处理器198提供设备操作、控制，数据收集、处理和分析，以及系统设计者、所有者、用户或其它人员认为相关的其它功能。处理器198可以包括带有一个或多个采集单元197的通信链路(有线的、无线的、光学的、卫星的等)，以执行数据传输、数据处理、分析和支持本发明获取过程的其它方面。可选地，可通过便携式硬盘驱动器、存储卡、高密度盘、DVD或产业中使用的其它存储装置来提供在采集单元197和处理器198之间的数据传输。处理器198可以和采集单元197集成或分开。
实施例的元件已由冠词“一个”或“一种”引入。这些冠词意指有一个或多个元件。术语“包括”和“具有”意指可能包括诸如列举的元件之外的元件。术语“第一”，“第二”和“第三”用来区分元件，而非用来表示特别的顺序。
可以理解，各个构件或技术可以提供特定必要或有益的功能或特征。因此，这些功能和特征用于支持从属权利要求及其变化，因此被认为被固有地包含以作为这里所公开的内容的部分和本发明的部分。
尽管已参考示例实施例描述本发明时，可以理解，可以进行各种变化，并且在不偏离本发明的范围下可以以等同物替换其元件。另外，根据本发明内容，在不偏离本发明主要范围下，可进行多种修改以适应于特定仪器、情况或材料。从而，本发明不限于作为被考虑用于实施本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而可以包括落入所附权利要求的范围内的全部实施例。
Claims (21)
1.一种获得垂直地震剖面(VSP)的系统，该系统包括：
震源，被放置在第一钻井内并位于大于界面的识别深度的第一深度，该震源被配置为发射地震波；以及
一个或多个接收器，被放置在包括关注的目标区的第二钻井内，该一个或多个接收器被配置为接收地震波的直接分量和反射分量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述震源为炸药、气枪或烟火中的一种。
3.根据权利要求1所述的系统，其中基于以前获得的地表地震数据来识别所述识别深度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述识别深度基于给定地震段中的地震数据中的反射的振幅值之差。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述识别深度基于给定地震段中的地震数据中的反射的地震属性值之差。
6.根据权利要求1所述的系统，其中至少两个接收器被放置在第二钻井内，所述至少两个接收器中的每一个和所述至少两个接收器中的相邻接收器被等距离隔开。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一钻井内的震源的第一深度小于第二钻井内一个或多个接收器的深度，并小于所述目标区的深度。
8.一种获得垂直地震剖面(VSP)的方法，该方法包括：
在第一钻井内的大于反射界面的识别深度的第一深度放置震源，该震源被配置为发射地震波；以及，
在包括关注的目标区的第二钻井内放置一个或多个接收器，该一个或多个接收器被配置为接收地震波的直接分量和反射分量。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括基于以前获得的地表地震数据来识别反射界面的识别深度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述识别基于给定地震段中的地震数据中的反射的相对振幅之差。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述识别基于给定地震段中的地震数据中的反射的属性值之差。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括在第二钻井内放置至少两个接收器，该至少两个接收器中的每一个和该至少两个接收器中的相邻接收器被等距隔开。
13.根据权利要求8所述的方法，其中放置震源包括：第一钻井内的震源的第一深度小于第二钻井内一个或多个接收器的深度，并小于所述目标区的深度。
14.一种设置垂直地震剖面(VSP)系统的方法，包括：
识别关注区域中的反射界面的反射界面深度；
将震源放置在第一深度处，该第一深度在关注区域中的第一钻井内的反射界面深度的下方；以及
在关注区域中的第二钻井内放置两个或更多个接收器，该接收器被夹持在第二钻井壁上的选定位置处，从而监测目标区以获得地震剖面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述选定位置在大于第一钻井内震源的第一深度的深度处。
16.根据权利要求14所述的方法，其中基于解释以前获得的关注区域内的地表地震数据识别反射界面深度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述解释包括：观测关注区域内的地表地震数据中的反射的振幅值之差。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述解释包括：观测关注区域内的地表地震数据中的反射的属性值之差。
19.根据权利要求14所述的方法，其中放置两个或更多个接收器的步骤包括，沿第二钻井移动所述两个或更多个接收器，以记录多于一个位置处的地震信号。
20.根据权利要求14所述的方法，其中放置震源的步骤包括：沿第一钻井移动震源，以在多于一个位置处发射地震波。
21.根据权利要求14所述的方法，其中放置震源的步骤包括：旋转震源以在多于一个方向上发射地震波。
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