CN105319597B

CN105319597B - 一种井中地震接收系统数据记录方法

Info

Publication number: CN105319597B
Application number: CN201410371667.2A
Authority: CN
Inventors: 李守才; 王跃; 董健; 梅有仁; 马国庆; 袁昊
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Geophysical Research Institute
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Geophysical Research Institute
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2018-05-08
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: CN105319597A

Abstract

本发明提供了一种井中地震接收系统数据记录方法，属于地球物理勘探数据存储领域。本方法包括采集单元、测深单元、数传单元、地面记录监控单元，其中采集单元、测深单元和数传单元是在井下工作，地面记录监控单元是在地上工作；所述方法包括采集单元数据处理和打包步骤和地面记录监控单元数据处理和记录步骤；所述采集单元数据处理和打包步骤根据设定的正值和负值对采集数据进行处理，将含有有效信号的数据号进行组合，放在每个数据包的辅助信息中；所述地面记录监控单元数据处理和记录步骤根据收到的数据包，将传统数据信息保存为传统的地震数据记录格式，并将包含有效地震信号的信息记录成辅助文件。

Description

一种井中地震接收系统数据记录方法

技术领域

本发明属于地球物理勘探数据存储领域，具体涉及一种井中地震接收系统数据记录方法。

背景技术

自从二十世纪七十年代出现以集成电路为基础的数字磁带记录地震仪即通常称作的常规数字地震仪以来，又经过了以大规模集成电路为基础的早期遥测地震仪、以及采用△Σ技术的24位A/D为基础的新一代遥测数字地震仪器，发展到现在使用的以专用集成电路ASIC和网络技术为基础的全数字遥测地震仪，地震勘探设备产生了多次质的飞跃。同样，井中接收系统也从单个三分量检波器接收地震信号，经过放大，将模拟信号传输到地面接收设备中进行数字化，存储数字信号，发展到在井中进行数字化，将数字信号传输到地面进行存储，由当初的单个模拟检波器接收信号，发展到多个数字检波器接收地震信号。然而，无论是地面接收系统，还是井中接收系统，记录格式一直延续下来，即SEG-B、SEG-D、SEG-Y，基本没有发生变化。对于传统的勘探，每个文件记录长度少则几秒，多则十几秒，文件记录数据是间断的，不连续的。然而，随着物探技术的不断发展，对接收系统的要求也越来越高，最近几年发展起来的压裂微地震监测和被动源地震勘探，要求地震采集的数据是连续的，这样，地震接收系统记录的数据量呈指数级增长，中间包含了大量的无效信息和少量的有效信息，在对接收数据处理时，需要对海量的数据进行筛选，不仅效率低，而且浪费大量的人力和物力。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种井中地震接收系统数据记录方法，充分利用电子、嵌入式计算机等多种技术发展的成果，从采集单元对采集信号进行初步处理，缩短集中处理数据的时间，提高实时处理的效率，特别是对压裂微地震监测等技术的发展提供支持。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种井中地震接收系统数据记录方法，包括采集单元、测深单元、数传单元、地面记录监控单元，其中采集单元、测深单元和数传单元是在井下工作，地面记录监控单元是在地上工作；

所述方法包括采集单元数据处理和打包步骤和地面记录监控单元数据处理和记录步骤；

所述采集单元数据处理和打包步骤根据设定的正值和负值对采集数据进行处理，将含有有效信号的数据号进行组合，放在每个数据包的辅助信息中；

所述地面记录监控单元数据处理和记录步骤根据收到的数据包，将传统数据信息保存为传统的地震数据记录格式，并将包含有效地震信号的信息记录成辅助文件。

所述采集单元数据处理和打包步骤包括：

(A1)采集单元判断是否有能够读取的采集数据，若是，则读取该采集数据，再将样点计数器加1，然后转入(A2)；若否，则返回(A1)；

(A2)判断该采集数据所在位号的信号有效标志是否为1，如是，则转入(A6)，如否，则转入(A3)；

(A3)判断该采集数据是否大于设定的正值，如果是，则转入(A5)，如果否，则转入(A4)；

(A4)判断该采集数据是否小于小值，如果是，则转入(A5)，如果否，则转入(A6)

(A5)设置信号有效标志为1，然后转入(A6)；

(A6)样点计数器加1；

(A7)判断一帧采集是否结束，如是，则将采集数据和信号有效标志进行打包，把信号有效标志的信息加入到数据包的帧辅助信息中，即组合数据包，然后向地面记录监控单元发送该组合数据包，发送完一帧数据后转入(A8)；如否，则返回(A1)；

(A8)判断是否停止采集，如果是，则转入(A9)，如否，则返回(A1)；

(A9)返回上一级程序。

所述正值和负值的设定有两种方式：一种是预先设置到井中检波器内，另一种是由地面记录监控单元输入，然后通过命令传递给井中检波器，对预设值进行修改。

所述地面记录监控单元数据处理和记录步骤包括：

(B1)接收数据包，读取帧辅助信息，根据帧辅助信息将接收到的组合数据包中的采集数据按照预定格式存储到相应数据文件中；

(B2)读取帧中的信号有效标志。如果信号有效标志为1，表示含有震动信号，转入(B3)；如果信号有效标志为0，表示没有震动信号，则转入(B4)；

(B3)将采集单元号、采集数据帧号存入到辅助文件中，完成了对于一帧采集数据和有效信息的记录；

(B4)返回。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将常规地震数据和有效地震数据信息存为两个单独的文件，一个文件记录原始的采集数据，与传统地震采集系统记录数据兼容；另一个是辅助文件，存储含有有效地震信号的信息，可以准实时分辨出有效信号，缩短集中处理数据的时间，提高实时处理的效率，可以对压裂微地震监测等技术的发展提供强力支持，同时减少了被动源勘探中对无有效信号处理时间。

附图说明

图1井中接收系统框图

图2采集单元主程序流程图

图3采集单元采集子程序流程图

图4地面记录监控单元帧数据存储子程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

随着物探技术的发展，特别是微地震监测和被动源地震勘探技术的发展，原来记录数据方式的弊端也逐渐显现。

本发明主要内容为一种井中地震接收系统数据记录方法，包括采集单元数据处理和打包的方法、记录监控单元数据处理和记录方法。

图1是井中地震接收系统框图。该系统由采集单元、测深单元、数传单元、地面记录监控单元等部分组成，其中采集单元、测深单元、数传单元是在井下工作的，地面记录监控单元是地上。

采集单元，主要功能相当于数字检波器，检测震动信号，将机械震动转换为模拟电信号，然后转换为数字信号，由控制器对数据进行管理、打包，再通过通讯电路传输到数传单元。

测深单元，用于测量采集单元在井下的深度。它是在采集单元下井过程中进行工作的。通过自然伽马测量采集单元下井深度。

数传单元主要作用是对采集单元进行管理，按照将地面记录监控单元的命令对采集单元进行管理，也将采集单元和测试单元的数据进行上传。

地面记录监控单元对整个系统进行管理，根据工作进程，发布命令，管理井下设备。同时，监控井下设备的状态，读取采集数据，按照文件进行记录。

在井中地震接收系统研究中，研究的主要设备包括采集单元、测深单元、数传单元、地面记录监控单元，通讯系统包括两部分：采集单元相互之间、采集单元与测深单元、数传单元之间的级间通讯系统和数传单元与地面记录监控单元之间通讯的长缆通讯系统；软件部分包括采集单元中的控制软件、采集软件、数据管理软件、通讯软件。

测深单元中采集软件、通讯软件，数传单元中采集单元控制软件、数据管理软件、通讯软件，地面记录监控单元中记录软件、监控软件、数据处理软件等。

本发明涉及采集单元中采集数据有效信号判别方法和在记录监控单元中数据存储方法的部分。

图2是采集单元主程序流程图，给出了采集单元上电后工作流程。在采集单元中，加电后，首先进行初始化，即对采集单元的所有电路设置初始状态。初始化完成后，等待接收来自于地面记录监控单元的命令，没有收到，继续等待。若收到，判断是否采集命令。若是，则执行采集子程序(即图3对应的程序)，否则，判断是否停止采集命令，若是，设置停止采集标志，转到等待命令状态，否则判断是否关机命令，若是，关机，否则执行相应的子程序，继续等待命令。

图3是采集单元采集子程序流程图。进入采集子程序后，首先判断AD转换是否完成，即是否有可以读取的数据。如有，则读取AD数据。接着(判断这个采集数据所在位号的信号有效标志是否为1，(这里需要说明一下，一帧数据含有很多采集数据，把n个数据作为一组，每一组用一个信号有效标志表示，同时根据其在帧中的位置，给予一个编号，该号码只表示该组数据在帧中的位置。当一组数据中有一个数据超过预定值时，就把相应的标志设为1，否则设为零。)如果数据所在组标志为1，则不再与预设值进行比较，直接跳转到样点计数器加1；否则，将该值与预设值进行比较，)判断是否大于设定的正值或小于负值(如何确定该正值和负值？)(正值和负值的设定有两种方式，一种是预先设置到井中检波器内，另一种是由地面记录监控单元输入，然后通过命令传递给井中检波器，对预设值进行修改)，若都没有，则直接样点计数器加1；如大于设定的正值或小于负值(这就实现了“有效信号判别”)，则设置相应标志位，(在程序中设置一个标志变量，0表示没有有效信号，1表示有有效信号。在一帧开始采集前将该位设置为0，检测到有效信号后将它设置为1，即设置标志位。)样点计数器加1。再判断一帧采集是否结束，如果一帧结束，则将采集数据和信号有效标志进行打包，把信号有效标志等信息加入到数据包的辅助信息中，即组合数据包，然后向地面记录监控单元发送采集数据，否则，转到等待读取AD数据。发送一帧数据后，判断是否停止采集，如果是，则返回上一级程序，否则，继续等待读取AD数据。

图4是地面记录监控单元收到采集单元一帧后处理数据流程图。首先接收数据包，读取帧辅助信息，根据辅助信息将接收到的数据包中的采集数据按照预定格式存储到相应数据文件中。然后读取帧中状态信息(这个状态信息就是设置的标志位，为1，表示含有有效信号，即后面所说的震动信号，为0，表示没有有效信号。)，判断是否接收到震动信号(同前，如果状态信息为1，表示含有有效信号，即收到震动信号，否则为0，表示没有收到震动信号。)。如果有，则将采集单元号、采集数据帧号存入到辅助文件(辅助文件是在运行采集程序开始时建立的，即在执行本子程序前建立的。本流程图只是处理接收到一帧信息并将信息写入到该文件中的子程序。)。然后返回，此时完成了对于一帧采集数据和有效信息的记录。而对于整个系统来说，只要开始采集，就一直记录，直到收到人工“停止采集“或者达到了预设采集时间为止。

在处理数据程序中，首先读取记录辅助文件。如果含有有效地震信号(辅助文件中只包括有效信号信息，如果没有有效信号，则辅助文件只是一个空文件。)则根据有效信息(指有效信号所在的文件号、在文件中的位置。)，从采集数据存储文件中读取一定数量(根据欲探索的可能目标、可能目标的水平距离、深度等因素综合确定。)的数据，按照物探方法对数据进行处理，然后成像，得到需要的地层结构信息。否则，存储数据文件中没有满足要求的有效信息，不予处理，节省时间。

表1～4是采集单元向地面记录监控系统发送数据帧的结构及信息。表1是在采集单元内传输数据帧结构示意图，包括帧标志、状态、辅助信息、数据、校验码。表2是传输数据帧帧标志。帧标志由6个字节组成，分别为0x00、0x00、0x00、0x7f、0xff、0xff。这是基于地震采集系统的特点选定的。由于地震检波器测量的是振动信号，由于自然界中没有绝对的安静，而检波器是灵敏度很高的敏感器件，这就使得检波器始终有一个信号输出；采集单元采用24bit的模数转换单元，电子线路本身的噪音，即使在没有震源的情况下，其读数也有3～4位在变化，因而，在24bit数据中，最后2到4位数据是无效的，因而，在实际采集数据中，即使偶尔采集到0，可以将其加1，也远远小于噪音值，对处理结果不会产生任何影响。

名称	帧标志	状态	辅助信息	数据	校验码
						字节数	6	2	8	n	2

表1

字节	1	2	3	4	5	6
							数据	0x00	0x00	0x00	0x7f	0xff	0xff

表2

表3是传输数据帧状态标志，共两个字节，16Bit，每一位代表50个样点的状态。当为0时，表示没有数据大于设置数据，为1表示有大于设定数据的样点。B0表示本帧第1～50个样点的状态信息，B1表示本帧第51～100个样点的状态信息，依次类推。每帧最多传输800个样点，最少50个，为50个的倍数。

字节

1

2

3

4

5

6

7

8

1

B15

B14

B13

B12

B11

B10

B9

B8

2

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

表3

表4是发送数据帧帧辅助信息，共8个字节，前2个字节表示采集单元的号码，第3、4、5、6共4个字节表示发送数据帧帧号，第7、8个字节样点数据，是50的整数倍。

含义	采集单元号	帧号	样点数
				字节数	2	4	2

表4

N代表采集的数据。

校验码由前面的数据生成CRC校验码。

表5是一个采样点的数据格式，其中D23是符号位，D22～D0为二进制的真值，D22是最高位，D0是最低位。

表5是一个采集样点的数据格式：

D23

D22

D21

D20

D19

D18

D17

D16

D15

D14

D13

D12

D11

D10

D9

D8

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

表5

本发明与传统流程的不同之处在于：

1、每个采集单元，都可以根据预设值(即上述的正值和负值)对采集数据进行处理，将含有有效信号的数据号进行组合，放在每个数据包的辅助信息(即包头)中。

2、每个采集单元的预设值可以通过系统进行修改。

3、在记录监控系统中，根据收到的数据包，将传统数据信息保存为传统的地震数据记录格式(记录监控系统接收到的来自于采集单元的数据包中，既包含辅助信息，也包含了采集数据。记录监控系统收到数据包后，将采集数据和相应的辅助信息如检波器数、采样率、前放增益、文件长度等直接按照标准格式进行存储。)，可以与其他采集系统记录的数据兼容，用于常规方式进行处理。同时，将包含有效地震信号的信息记录成单独文件，即指图4中的辅助文件，是相对于前面的传统的地震数据记录格式而言的。该文件是在计算机里生成的。

本发明设计了一种采集单元数据处理和打包的方法、记录监控单元数据处理和记录方法，克服了现有数据记录方式的不足，可以提高对有效信号的识别效率，解决了监控过程中有效信号的识别问题，缩短处理时间，从而提高对地震事件辨别的时效性。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims

1.一种井中地震接收系统数据记录方法，包括采集单元、测深单元、数传单元、地面记录监控单元，其中采集单元、测深单元和数传单元是在井下工作，地面记录监控单元是在地上工作；其特征在于：所述方法包括采集单元数据处理和打包步骤和地面记录监控单元数据处理和记录步骤；

所述采集单元数据处理和打包步骤根据设定的正值和负值对采集数据进行处理，将采集数据和信号有效标志进行打包，把信号有效标志的信息加入到数据包的帧辅助信息中；

所述地面记录监控单元数据处理和记录步骤根据收到的数据包，将传统数据信息保存为传统的地震数据记录格式，并将包含有效地震信号的信息记录成辅助文件；

所述采集单元数据处理和打包步骤包括：

(A3)判断该采集数据是否大于设定的正值，如果是，则转入(A5)，如果否，则转入(A4)，

(A4)判断该采集数据是否小于负值，如果是，则转入(A5)，如果否，则转入(A6)；

(A5)设置信号有效标志为1，然后转入(A6)；

(A6)样点计数器加1；

(A9)返回上一级程序；

所述地面记录监控单元数据处理和记录步骤包括：

(B2)读取帧中的信号有效标志，如果信号有效标志为1，表示含有震动信号，转入(B3)；如果信号有效标志为0，表示没有震动信号，则转入(B4)；

(B4)返回。

2.根据权利要求1所述的井中地震接收系统数据记录方法，其特征在于：所述正值和负值的设定有两种方式：一种是预先设置到井中检波器内，另一种是由地面记录监控单元输入，然后通过命令传递给井中检波器，对预设值进行修改。