CN105182430A - 时频电磁勘探系统及其数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种时频电磁勘探系统及其数据采集方法，该系统包括布设于油井井口设定范围内的地上激发源，用于向目标勘探区域发射时频电磁勘探信号；用于向地上激发源供电的地面供电系统；布设于油井中的可纵向移动的阵列式时频电磁勘探数据采集装置，用于采集目标勘探区域在时频电磁勘探信号激励作用下的电磁响应数据；上位机，用于将电磁响应数据处理成时频电磁勘探结果。本申请实施例中，由于相对于井中地面上空间极其开阔，而地上激发源更有条件发射出足够大功率的激发信号，从而数据采集装置可接收到信噪比更高的目标勘探区域的电磁响应数据，或埋藏更深或离井更远的地质目标电磁响应数据。

Description

时频电磁勘探系统及其数据采集方法

技术领域

本申请涉及应用地球物理电磁勘探技术领域，尤其是涉及一种时频电磁勘探系统及其数据采集方法。

背景技术

时频电磁技术是将频率域测深与时间域测深联合在一个系统中，可针对勘探目标的深度选择不同频率和不同类型的激发波形，不但能提供电阻率信息，还能提供激发极化信息，因而在研究电性构造的同时又能检测其含油气性。时间域测深处理采用二维或三维电阻率反演获得电阻率信息，频率域测深处理引入Cole—Cole模型提取激发极化信息。

目前现有的时频电磁勘探系统一般包括布设于井中的电流激发源及其供电装置，以及布设于地面的采集/接收装置。然而，本申请的发明人发现，由于受制于井下空间的限制，井下激发源供电的供电装置的供电功率受限，同样，布设于井中的激发源也难以做到大功率，而由于往往目标探测区域的地质体埋深很大(常常深达数千米)，小功率的激发源激发的感应二次电磁场信号幅度非常小，最终容易导致地面采集/接收装置接收到的时频电磁信号较弱，常常淹没于噪声中而难以从中获取有用信息。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种时频电磁勘探系统及其数据采集方法，以提高时频电磁勘探系统所采集到的时频电磁信号的信噪比。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种时频电磁勘探系统，包括：

布设于油井井口设定范围内的地上激发源，用于向目标勘探区域发射时频电磁勘探信号；

用于向所述地上激发源供电的地面供电系统；

布设于所述油井中的可纵向移动的时频电磁勘探数据采集装置，用于采集所述目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的电磁响应数据；

上位机，用于将所述电磁响应数据处理成时频电磁勘探结果。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，所述地上激发源包括若干长极距可控偶极电流源，所述若干长极距可控偶极电流源首尾依次相连围成多边形。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，相邻两个长极距可控偶极电流源的供电电极共用一个接地电极。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，所述上位机为仪器车，所述仪器车通过牵拉部件牵引控制所述时频电磁勘探数据采集装置的升降。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，所述时频电磁勘探数据采集装置为多个，多个所述时频电磁勘探数据采集装置依次首尾串接组成阵列式井中时频电磁勘探数据采集系统。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，每个所述时频电磁勘探数据采集装置的位置深度可调。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，每个所述时频电磁勘探数据采集装置包括：

一对不极化电场传感器，其分别安装于对应时频电磁勘探数据采集装置的首尾两端，用于采集所述目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的垂直电场分量数据；

三分量的磁场传感器，用于采集所述目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号作用下的三分量磁场数据。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，所述不极化电场传感器的形状为环形。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，所述磁场传感器为磁通门传感器、磁感线圈或感应式磁场传感器。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，所述时频电磁勘探数据采集装置的频带响应范围覆盖所述地上激发源、大地电磁场和天然电磁场的频带范围。

本申请实施例的时频电磁勘探系统，每个所述时频电磁勘探数据采集装置配置有独立的电源，各个所述时频电磁勘探数据采集装置的电源的电能由所述地面供电系统提供。

另一方面，本申请实施例还提供了一种上述时频电磁勘探系统的数据采集方法，包括以下步骤：

按照预设升降方向纵向移动时频电磁勘探数据采集装置至一预定位置深度；

地上激发源异步激发时频电磁勘探信号；

时频电磁勘探数据采集装置采集目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的电磁响应数据并保存；

重复上述步骤，直至完成所有预定位置深度的时频电磁数据采集。

本申请实施例的时频电磁勘探系统采用将激发源布设于地上，而数据采集装置布设于油井中的方案，由于相对于井中地面上空间极其开阔，从而使得大功率的激发源以及大功率的供电电源有了施展空间，即地上激发源更有条件发射出足够大功率的激发信号，从而使得数据采集装置可以接收到信噪比更高的目标勘探区域的电磁响应数据，或埋藏更深或离井更远的地质目标电磁响应数据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，构成本申请实施例的一部分，并不构成对本申请实施例的限定。在附图中：

图1为本申请实施例的时频电磁勘探系统的一种结构示意图；

图2为本申请实施例的时频电磁勘探系统的另一种结构示意图；

图3为本申请实施例的时频电磁勘探系统的另一种结构示意图；

图4为图3中时频电磁勘探系统的俯视图示意图；

图5为本申请实施例的时频电磁勘探系统的数据采集方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请实施例做进一步详细说明。在此，本申请实施例的示意性实施例及其说明用于解释本申请实施例，但并不作为对本申请实施例的限定。

下面结合附图，对本申请实施例的具体实施方式作进一步的详细说明。

参考图1所示，本申请实施例的时频电磁勘探系统包括：

布设于油井7井口设定范围内的地上激发源2，用于向目标勘探区域发射时频电磁勘探信号；

用于向所述地上激发源2供电的地面供电系统3；为保证地上激发源2具有一定的发射强度，一般要求地面供电系统3的功率不小于150千瓦，同时，地上激发源2的长度一般要在3千米以上。本申请实施例中，地面供电系统3提供的电能为占空比为零且具有正负极性的方波电流，或占空比为1且具有正负极性的方波电流，或占空比为零且具有正负极性的伪随机二进制序列方波电流。

布设于所述油井7中的可纵向移动的时频电磁勘探数据采集装置6，用于采集所述目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的电磁响应数据；本申请实施例中，时频电磁勘探数据采集装置的频带响应范围一般覆盖所述地上激发源、大地电磁场和天然电磁场的频带范围。

作为上位机的仪器车1，用于将所述电磁响应数据处理成时频电磁勘探结果。所述仪器车1通过牵拉部件4牵引控制所述时频电磁勘探数据采集装置6的升降。其中，牵拉部件4可以是例如绳索+滑轮、绳索+滑轮组、链条+牙盘等。此外，本申请实施例中，牵拉部件4还可以用于承载时频电磁勘探数据采集装置6与仪器车1之间的通信电缆。

在本申请实施例中，为了提高采集效率和采集精度，时频电磁勘探数据采集装置可以设有多个，多个所述时频电磁勘探数据采集装置依次首尾串接，从而构成一个纵向串，组成阵列式井中时频电磁勘探数据采集系统，并且每个所述时频电磁勘探数据采集装置的位置深度可调，以满足相应的采集间隔要求。

结合图3和图4所示，上述地上激发源2也可以根据实际需要设计成环形。

本申请实施例中，每个所述时频电磁勘探数据采集装置6包括：

一对不极化电场传感器(图中未画出)，其分别安装于对应时频电磁勘探数据采集装置6的首尾两端(即本图中时频电磁勘探数据采集装置6上下两端)，用于采集所述目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的垂直电场分量数据。由于每个时频电磁勘探数据采集装置6的长度有限，将不极化电场传感器对安装于时频电磁勘探数据采集装置6的首尾两端会有利于形成更大极距的电极对，从而有利于提高设备的信号探测灵敏度；需要说明的是，一般而言，虽然上述电极对的间距是越大越好，但是由于每个时频电磁勘探数据采集装置6的长度是有限的，如果它们之间的间距超过对应时频电磁勘探数据采集装置6的长度，那么位于它们之间的中间时频电磁勘探数据采集装置6的信号放大电路将很难与之相连接。

此外本申请实施例中，由于一般情况下时频电磁勘探数据采集装置6为与油井7内部相匹配的圆柱形，将不极化电场传感器设计成环形可使不极化电场传感器的表面积最大，接触电阻最小，可以进一步有利于提高设备的信号探测灵敏度。并且，环形的不极化电场传感器的安装也相对方便。

三分量的磁场传感器5，用于采集所述目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的三分量磁场数据。这里的三分量包括水平磁场分量H_X、H_Y和垂直于地面的磁场分量H_Z。磁场传感器5可以为磁通门传感器或磁感线圈(感应式磁场传感器)等。

当然，本申请实施例中，上述每个时频电磁勘探数据采集装置的不极化电场传感器和三分量的磁场传感器均会与该时频电磁勘探数据采集装置的处理器之间形成对应的电场数据通道和磁场数据通道，这些电场数据通道和磁场数据通道一般包括：

前置放大器，用于将对应的电场传感器或磁场传感器采集到的模拟信号进行前置放大处理，获得放大的模拟时频电磁信号；

模数转换器，用于将所述放大的模拟时频电磁信号进行模数转换，获取适于所述控制器处理的数字信号；其中，所述模数转换器例如可为32位4000Hz模数转换器。

存储器，用于在该时频电磁勘探数据采集装置的控制器的控制下保存所述数字信号。

本申请实施例中，每个所述时频电磁勘探数据采集装置6配置有独立的电源，各个所述时频电磁勘探数据采集装置6的电源的电能由所述地面供电系统3提供。

结合图2所示，在本申请的另一实施例中，上述地上激发源2可以是若干长极距可控偶极电流源2，这些长极距可控偶极电流源2首尾依次相连围成多边形使用时，这些长极距可控偶极电流源2可以依次顺序激发。

继续结合图2所示，AB表示可控长极距偶极电流源2(其长度一般不小于3千米)，四个水平激发偶极电流源2分别为A1B1、A2B2、A3B3、A4B4，该四个水平激发偶极电流源2首尾相接围成正方形的环井7四方位电磁激发场源。其中，四个水平激发偶极电流源2中相邻两个供电点共用一个接地电极，这样可节省接地电极的布置，提高数据采集效率。

此外，为实现全方位激发，还可以增设如下长极距偶极电流源2：

两个位于所述四方位电磁激发场源内且相互垂直的长极距可控偶极电流源A5B5和A6B6；

四个位于所述四方位电磁激发场源外，且沿油井7的外周边均匀分布的长极距可控偶极电流源A7B7，A8B8，A9B9和A10B10；

以上10个长极距可控偶极电流源2共同组成对油井7下方目标探测区域的全方位激发。

如图5所示，本申请的时频电磁勘探系统的数据采集方法包括以下步骤：

S51，按照预设升降方向纵向移动时频电磁勘探数据采集装置至一预定位置深度。升降方向可以是由上至下，或者由下至上。

S52，地上激发源异步激发时频电磁勘探信号。当有多个地上激发源时，一般依次顺序激发。

S53，时频电磁勘探数据采集装置采集目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的电磁响应数据并保存，以供后续处理。当移动至预定位置深度时，停止移动，并采集数据。

S54，重复上述步骤，直至完成所有预定位置深度的时频电磁数据采集。当本预定位置深度的时频电磁响应数据采集完成后，移动至下一预定位置深度继续进行时频电磁数据采集，如此，直至完成所有预定位置深度的时频电磁数据采集。

本申请实施例的时频电磁勘探系统采用将激发源布设于地上，而数据采集装置布设于油井中的方案，由于相对于井中地面上空间极其开阔，从而使得大功率的激发源以及大功率的供电电源有了施展空间，即地上激发源更有条件发射出足够大功率的激发信号，从而使得数据采集装置可以接收到信噪比更高的目标勘探区域的电磁响应数据，或埋藏更深或离井更远的地质目标电磁响应数据。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种时频电磁勘探系统，其特征在于，包括：

布设于油井井口设定范围内的地上激发源，用于向目标勘探区域发射时频电磁勘探信号；

用于向所述地上激发源供电的地面供电系统；

布设于所述油井中的可纵向移动的阵列式时频电磁勘探数据采集装置，用于采集所述目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的电磁响应数据；

上位机，用于将所述电磁响应数据处理成时频电磁勘探结果。

2.根据权利要求1所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，所述地上激发源包括若干长极距可控偶极电流源，所述若干长极距可控偶极电流源首尾依次相连围成多边形。

3.根据权利要求2所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，相邻两个长极距可控偶极电流源的供电电极共用一个接地电极。

4.根据权利要求1所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，所述上位机为仪器车，所述仪器车通过牵拉部件牵引控制所述时频电磁勘探数据采集装置的升降。

5.根据权利要求1所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，所述时频电磁勘探数据采集装置为多个，多个所述时频电磁勘探数据采集装置依次首尾串接组成阵列式井中时频电磁勘探数据采集系统。

6.根据权利要求5所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，每个所述时频电磁勘探数据采集装置的位置深度可调。

7.根据权利要求6所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，每个所述时频电磁勘探数据采集装置包括：

一对不极化电场传感器，其分别安装于对应时频电磁勘探数据采集装置的首尾两端，用于采集所述目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的垂直电场分量数据；

三分量的磁场传感器，用于采集所述目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的三分量磁场数据。

8.根据权利要求7所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，所述不极化电场传感器的形状为环形。

9.根据权利要求7所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，所述磁场传感器为磁通门传感器、磁感线圈或感应式磁场传感器。

10.根据权利要求1所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，所述时频电磁勘探数据采集装置的频带响应范围覆盖所述地上激发源、大地电磁场和天然电磁场的频带范围。

11.根据权利要求5所述的时频电磁勘探系统，其特征在于，每个所述时频电磁勘探数据采集装置配置有独立的电源，各个所述时频电磁勘探数据采集装置的电源的电能由所述地面供电系统提供。

12.一种权利要求1所述时频电磁勘探系统的数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照预设升降方向纵向移动时频电磁勘探数据采集装置至一预定位置深度；

地上激发源异步激发时频电磁勘探信号；

时频电磁勘探数据采集装置采集目标勘探区域在所述时频电磁勘探信号激励作用下的电磁响应数据并保存；

重复上述步骤，直至完成所有预定位置深度的时频电磁数据采集。