CN105492723A - 勘探和开采环境下的电震勘测 - Google Patents

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Abstract

用于监测地下岩层的流体开采的系统、方法和计算机程序包括:第一次从第一传感器阵列接收通过至少部分地由所述地下岩层的所述流体开采所产生的地震信号的电震或震电转换所生成的第一组电磁信号;第二次从所述第一传感器阵列接收通过至少部分地由所述地下岩层的所述流体开采所产生的地震信号的电震或震电转换所生成的第二组电磁信号;以及至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述第一组信号和所述第二组信号来确定一个或多个储层性质。所述第一传感器阵列被布置为监测开采操作。

Description

勘探和开采环境下的电震勘测

背景技术

[0001]用于控制井下操作的常规技术可能依赖于各种模块、传感器、试探法以及操作员的判断来确定例如钻头在地表下岩层中的位置或者地表下岩层中的断裂的传播。然而,这些常规勘测技术受到某些限制,这些限制可能妨碍对井下操作的位置和范围的充分了解。例如,特定的勘测技术可能需要使用昂贵和/或耗时的勘测装备和方法,这可能限制对特定的预期区域进行勘测的经济可行性。此外,特定的技术或许能够提供有关地表下区域的一个或多个地球物理性质的信息,但是不能提供有关其它地球物理性质的信息。这样的限制可能导致在对期望区域的不完整和/或不正确的了解的基础上识别要进行钻孔或勘探的期望区域,其可能导致发生不必要的耗时和/或费用来对不具有预期地球物理性质的区域进行勘探或钻探。例如,在不完整或不正确的地球物理勘测的基础上,钻探操作可能钻出干井或者钻到岩层的非目标部分中。

发明内容

[0002]根据本公开内容的教导,可以减少和/或消除与钻井、传播断裂、以及开采储层的常规技术相关联的缺陷和问题。例如,将被动电震或震电勘测技术用于钻井、岩层增强和储层开采可以提供勘测系统。勘测系统可以利用来自被动电震或震电勘测的勘测数据来监测或控制井操作。

[0003]根据本公开内容一个实施例,监测地下岩层的流体的开采的方法包括:在第一时间从第一传感器阵列接收通过至少部分地由地下岩层的流体的开采所导致的地震信号的电震或震电转换所生成的第一组电磁信号。所述方法还包括:在第二时间从第一传感器阵列接收通过至少部分地由地下岩层的流体的开采所导致的地震信号的电震或震电转换所生成的第二组电磁信号。所述方法还包括:至少部分地基于从第一传感器阵列接收的第一组和第二组信号来确定一个或多个储层性质。第一传感器阵列被布置为监测开采操作。

[0004]本发明的某些实施例的技术优势包括执行被动电震或震电勘测的能力。这样的勘测可以检测响应于井处理所导致的电震或震电转换而生成的电磁信号,例如,所述井处理可以是钻井、开采增强操作(例如,断裂)或者储层开采。类似地,这样的勘测可以检测响应于井处理所导致的电震或震电转换而生成的地震信号。电震或震电转换可以发生在地表下地球岩层内。使用这样的技术,可以在不需要昂贵的主动电磁或地震能量源的情况下执行地球物理勘测,这可以提高现场安全性并减少环境影响。装备和功率量的降低连同测量现场的占地面积的对应减少可能是相对于其它勘测系统和方法的优势。从环境和健康角度来讲,运输、现场准备和高能量源的减少可以改善操作装备的工人的总体健康水平和安全性。此外,井操作所生成的电磁场包括从亚赫兹频率到数万赫兹频率的宽频率谱。该宽频率谱允许从数十米到数万米的宽范围的穿透深度。该宽谱还允许实现高空间和深度分辨率。因此,可以对检测到的电磁和/或地震信号进行处理,从而识别出地表下地球岩层和井操作的各种性质。

[0005]根据以下附图、描述和权利要求,本公开内容的其它技术优势对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。此外,下文讨论了特定勘测技术和组合的其它具体优点。此夕卜,尽管在本公开内容中解释了具体优点,但是各种实施例可以包括那些优点中的一些或全部优点,也可能不包括那些优点。

附图说明

[0006]为了更透彻地理解本发明及其特征和优点,现在将结合附图参考以下描述,在附图中:

[0007]图1是示出用于被动电震和震电勘测的示例性系统的透视图;

[0008]图2是示出用于被动电震和震电勘测的示例性系统的透视图;

[0009]图3A和3B是使用本公开内容的技术来监测钻探操作的示例性方法的流程图;

[0010]图4是根据本公开内容的计算系统的框图;

[0011 ]图5是示例性井及储层的截面图;

[0012]图6是示例性井及储层的截面图,其中,视图平面与图5的视图平面垂直;

[0013]图7和图8是包含储层中的井的平面中的截面图和所产生的电场的截面图;

[0014]图9和图10是绘出深处的水平偶极子的垂直电场随着与通过横向的垂直面的水平距离而变化的曲线图;

[0015]图11和图12是绘出水平电场的幅度随着与中心线的水平距离而变化的曲线图;

[0016]图13A和13B是使用本公开内容的技术来监测断裂操作的示例性方法的流程图;

[0017]图14A和14B是使用本公开内容的技术来监测开采操作的示例性方法的流程图;

[0018]图15A、15B和15C是根据本公开内容的传感器的示意图;

[0019]图16是执行对钻探操作的电震和震电勘测的示例性方法的流程图;

[0020]图17是执行对断裂操作的电震和震电勘测的示例性方法的流程图;以及

[0021]图18、19A、19B和20是使用本公开内容的技术来监测开采操作的示例性方法的流程图。

具体实施方式

[0022]文中的示例性实施例可以利用电震和/或震电传感器来检测由于井操作而被动生成的电场和/或地震波。文中讨论的某些实施例可以至少部分地使用被动勘测技术,其利用诸如自然产生的电磁场和/或地震波等被动源并且利用由这些源生成的电磁或地震信号通过电震和/或震电转换与地表下岩层的相互作用来识别地表下地球岩层的特征和/或性质。这样的勘测可用于各种目的,包括识别地表下水和矿物质。尽管被动勘测可能适于用作独立的地球物理勘测方法,但是在一些实施例中,可以结合其它地球物理勘测方法来执行被动勘测,以识别地表下地球岩层的性质。本公开内容的教导旨在包含将被动勘测用作独立勘测技术的实施例以及结合地球物理勘测的一种或多种其它方法来使用被动勘测的实施例。

[0023]可以利用被动源来提供用于在地表下岩层或结构特征中生成电震和/或震电转换的能量。例如,地球的电磁场和/或环境地震能量可能在包含油气或其它矿物质的地表下地球岩层中引发电震或震电转换。如文中所使用的,“被动源”可以包括并非由于勘测操作而主动激发以主动生成地震和/或电磁能量源的任何来源。尽管被动源一般包括自然的电磁能量和/或地震能量源,例如地球的自然电磁场,但是在特定实施例中也可以将诸如电源线或机械装备等其它人工电磁和/或地震辐射源归为被动源。尽管某些人工源可能诱发电磁场或地震波,但是它们与诸如地震发生器、爆破器材、电场发生器等“主动源”还是有区别的,因为这样的源一般是由用以促进对地下岩层的勘测的勘测操作所激发的和/或与所述勘测操作相关联。如文中所使用的,“被动勘测”、“被动电震勘测”和“被动震电勘测”可以指利用与主动源相对的被动源的勘测。被动勘测可以通过电磁源场与各种岩系的耦合而检测二次地震波的生成(电震效应),并通过所生成的地震波与各种岩系的耦合而检测后续的二次电磁场的生成(震电效应),从而对这些岩层及其包含的流体进行探测。替代地或此外,被动勘测可以通过震源场与各种岩系的耦合来检测二次电磁场的生成(震电效应),并通过所生成的电磁场与各种岩系的耦合来检测后续的二次地震波的生成(电震效应),从而对这些岩层及其包含的流体进行探测。随着场向地球表面传播,还可能由于附加的耦合而产生三次以及更高次电磁场和地震波。

[0024]诸如受控源电震或震电勘测等其它勘测技术通常舍弃作为背景噪声的由这种被动发生的转换所生成的信号。然而,利用本公开内容的教导,可以使用各种数据处理技术来检测和处理由响应于被动能量源的震电和电震转换生成的电磁和地震信号,以识别出地表下地球岩层的性质。例如,通过使用时间选择法检测与地震波行进时间相关联的特征时间滞后或频率并且通过由所述时间选择法确定地震信号的震源深度,可以识别所生成的地震信号。

[0025]可以按照任何适当的方式检测由于电震或震电转换而生成的电磁和/或地震信号。例如,可以利用各种传感器来检测由地表下地球岩层响应于被动源电磁或地震信号而生成的电磁信号和地震信号中的一个或多个信号,其中,电磁信号是由被动源电磁或地震信号的电震或震电转换所生成的。在一些实施例中,可以利用传感器阵列。可以利用数据处理来处理信号,以促进上文讨论的地表下地球岩层性质中的一个或多个性质的识别。

[0026]使用这些技术,可以识别出地表下地球岩层的各种性质。例如,对所检测的信号的处理可以指示地下岩层内流体的存在,所述流体例如是油气以及含水流体,例如饮用水、淡水和盐水。在一些实施例中,可以利用本公开内容的教导来识别地表下地球岩层的附加性质,其包括但不限于地表下地球岩层的存在、地表下岩层的深度、地表下地球岩层的孔隙度和/或流体渗透率、地表下地球岩层内的一种或多种流体的成分、地表下地球岩层的空间范围、地表下地球岩层的边界的取向、以及地表下地球岩层的电阻率。基于所识别出的性质,可以开发出地表下地球岩层的模型,包括三维结构模型和时间相关模型。或者或替代地,可以利用本公开内容的技术来识别各种污染物、气体的存在和/或迀移、油气开采中的溢出、断层运动、含水层深度、水的使用、岩浆的存在和/或迀移以及水压断裂性质。

[0027]在一些实施例中,可以将作为被动勘测的结果而获得和/或收集的被动勘测数据与使用各种其它勘测技术获得和/或收集的地球物理勘测数据一起进行处理。对被动勘测数据以及地球物理勘测的其它可用源数据进行处理可以提供各种技术上的好处。例如,这样的处理可以允许附加的信息、更加完整的信息、和/或对有关地表下地球岩层的信息的确认。这样的处理可以利用其它勘测方法的特定长处,以建立用于比较的基线和/或确定这些方法非常适用的特定性质。因此,与单独使用各项技术可获得的对地表下岩层的理解相比,被动勘测技术与其它可用勘测技术结合可以获得对地表下岩层的更加全面的理解。

[0028]尽管上文已经列举了具体的优点,但是各种实施例可以包括所列举的优点中的全部优点、一些优点或者不包括所列举的优点。本公开内容的实施例及其优点可以通过参考图1到图9得到最佳理解,其中,类似的附图标记指代各图的类似且对应的部分。

[0029]本公开内容的示例性实施例可以包括被动电震勘测。被动电震勘测的示例性实施例利用自然产生的电磁场(例如,地球的背景电磁场)及其通过电震和/或震电转换与地表下岩层的相互作用。被动勘测使用并非为所述勘测方法而专门生成的电力源。源自于地球表面的电场穿透到地表下深处,电场在该处与某些岩系相互作用以生成地震波。这些地震波往回传播到地球表面,在该处利用地震或电磁传感器中的一个或两个传感器来检测地震波。检测与地震行进时间相关联的特征时间滞后或频率确定了地震信号的震源深度。返回地震信号的幅度可以指示地表下岩层的一个或多个性质,包括例如地表下岩层的流体含量。

[0030]被动源电震勘测(PSES)可以提供其它方法无法获得的有关地下岩层的信息。借助于地震解析,被动电震勘测能够得到有关岩层孔隙度、流体渗透率、流体成分、电阻率、深度以及含有流体的岩层的横向范围的信息。尽管PSES提供有关很多有用岩层性质的信息,但是其可能无法独立地测量电和地震性质。对地震和电磁性质的补充测量可以得到附加的有用信息。

[0031]对在被动勘测中有用的被动电磁和地震效应的理解开始于对地球内的电磁场的理解,地球内的电磁场的至少一部分可以包括地球的自然产生的背景电磁场。地球的自然产生的电磁场包括从亚赫兹频率到数万赫兹频率的宽频率谱,其在地球表面具有宽广的覆盖范围。该宽谱允许从数十米到数万米的宽范围的穿透深度。地球中的各种电磁频率可以产生于各种自然事件,例如电离层中的电磁波动和/或大气中的自然产生的电磁放电(例如,闪电)。

[0032]地球的电磁场作为电磁调制进行传播,与声波不同的是,其在地表下以低于电磁波在真空或空气中的速率的电磁波速率行进。电磁波通常可以在地球的地表下以大约是1-1OOHz左右的地震频带中的声波的传播速率的一百倍的速率行进。由于电磁波与地震信号相比较时的相对速率,一般出于处理电震和震电数据的目的而忽略电磁波进入地表下地球岩层的行进时间。

[0033]被动电磁勘测和被动地震勘测利用了在很多其它勘测方法中被忽略的地表下电磁传播的两种性质。在第一种情况下,利用与地球表面垂直的电场的电磁调制的衰减很弱。这样的高频波能够传播到从地表到几千米深的岩层内并与之相互作用,并且该高频波未被用于大地电磁学中。这些调制的高频特性允许测量从地表到感兴趣的岩层的电磁行进时间。在某些示例性实施例中,该渡越时间测量可以用于准确地确定深度。在第二种情况中,进入地球表面的电磁调制通过电震转换与接近地面的岩层相互作用。电震转换创建了进入地球向下传播并且可能被储层岩石或其它感兴趣的岩层反射的地震波。地震波从地球表面向下行进并从感兴趣的层返回的渡越时间准确地确定了反射发生的深度。

[0034]来自大气的电磁调制在很大的面积上均匀地冲击地球。接下来,大气场在地球的地表下转换为均匀的电场。该场旋转至垂直取向,并行进到相当大的深度中,在该处,该场可能由于电阻率或极化的对比而发生反射。在地表下创建平面波传播的均匀电场增强了被动电磁勘测的可行性。已知,与在一点生成的或者由任何形状的有限源生成的波相比,平面波行进至更大的深度。

[0035]按照类似的方式,地球表面的被动地震生成可以用于对地表下成像。可以通过几种机制在地球表面生成震波。首先,大气电场在地面生成电震转换。其次,诸如雷等大气扰动在地面创建了压力变化,压力变化还创建了地震响应。再次,诸如卡车、火车和机械设备等人类活动也会创建拟人化的压力和地面层级噪声。地球中的所有这些地震能量源都是用于通过地震反射或折射对地表下成像的潜在源。

[0036]震源的平面波将穿透到地表下的最深处。因而,在很大距离内都均匀的地震能量源最有希望用于地表下成像。源自于大气电场或大规模压力波动(例如,雷导致的)的源最有可能是均匀的,并且最有可能穿透到深处。

[0037]垂直电场随着深度而缓慢衰减,并且垂直传播的地震P波衰减和散射也缓慢衰减。地震衰减计算表明,达到千赫范围的频率可能用于数千英尺的深度。

[0038]文中公开的系统和方法有利地利用了此前被忽略和/或未被检测的信号。大地电磁勘测一般涉及使用源自于地球大气的自然电磁场。在大地电磁勘测中,自然产生的电磁场传播到地表下,在该处遇到具有不同导电率的岩系。在电磁场与具有低导电率的岩层(例如,典型的是油气储层)接触时,在地球表面测得的电磁场将发生变化。可以采用在地球表面测得的空间相关电磁场来指示可能含有油气的低导电率岩层的存在。大地电磁勘测具有几个限制。只有低频率长波长的电磁激励才能到达期望的储层,因为高频的水平电场通过导电的地球而被迅速衰减。长波长的电磁波限制大地电磁法的空间分辨率,从而难以进行储层描绘。此外,大地电磁勘测只提供有关岩层导电率的信息,并且不产生揭示有关孔隙度、渗透率或储层结构的信息的数据。

[0039]与大地电磁勘测法形成对照的是,被动电磁勘测法利用了电磁波从地面行进到目标岩层所用的时间以及电磁波返回地面所用的时间。渡越时间测量得到了对岩层深度的准确测量。此外,被动电磁勘测使用被动电场的垂直分量。已知,电场的垂直分量以高于大地电磁法中的可能频率的频率穿透到地球深处。

[0040] 一般而言,主动源地震勘测使用比1000Hz还低的频率。用于3D成像的典型地震勘测可能受限于低于200Hz的频率,而且往往受限于低于10Hz的频率。频率限制受到几种因素的限制。第一,地震源与地面的耦合差。高频率在源所在处被衰减。第二,用于检测地震能量的地音探测器与地面的耦合差。第三,地震源和接收器是点源和接收器。能量以几何发散的方式从点源迅速传播开。因而,在数千英尺的目标深度处难以检测到超过10Hz的频率。

[0041]被动地震能量测量能够克服常规地震研究的频率限制。具体而言,被动地震测量检测地球的电场,所述电场之后通过近地面的电震转换而创建地震波。电磁探测器不受与地震源和传感器相关联的接地耦合问题的限制。此外,大气中的电磁源能够由具有任意的高频率的元件构成。诸如雷和拟人化的源等声源不太可能具有高频分量。这些考虑因素调解了使用地震源和接收器以研究被动地震学。

[0042]被动地震勘测的示例性实施例使用与电震学中所使用的种类相同的电磁探测器。两种测量之间的显著差异在于被动地震信号是由地表下边界的反射生成的,其不涉及目标深度处的电震转换,并且其是在两倍的地震行进时间处到达的。也就是说,地震信号是在电震到达时间的两倍的时间处到达的。

[0043]在一些示例性实施例中,单个传感器类型(电场或磁场传感器)能够用于检测高频被动地震能量以及高频被动电磁能量,这些能量可用作被动电震法的补充测量。

[0044]可以单独使用被动电磁和地震勘测或二者的组合来克服用于油气勘探和开采勘测的当前技术的限制。在没有电能或地震能的高功率源的情况下,降低了成本、环境和安全顾虑。方法的示例性实施方式可以得到对油气或含水岩层的高空间分辩率。方法的示例性实施方式可以提供对电阻率以及包括地震波和电磁波的速率速度在内的地震性质的测量。

[0045]图1和图2是示出用于电震和震电勘测的示例性系统10的透视图。示例性系统10包括电磁传感器26、地震传感器28和计算系统30。图1示出了一实施例,其中,系统10—般被配置为利用由电磁能量的被动电磁源12所传播的信号14来执行地球物理勘测。图2示出了一实施例,其中,系统10—般被配置为利用可以由被动地震源40传播的信号20和/或22。

[0046] 如图1所不,传感器26和/或28—般检测响应于从被动电磁源12传播的电磁信号14而由地表下地球岩层16生成的信号。之后,计算系统30可以使用各种信号处理技术来处理检测到的信号,以识别出地表下地球岩层16的性质和/或特征。系统10可以检测由于电磁信号14与地表下岩层16之间的电震相互作用而生成的地震信号20,该检测可以单独进行,也可以与电磁信号22的检测组合,电磁信号22可以是由于地震信号20的震电转换而生成的。之后,可以对检测到的信号中的一个或多个信号进行处理,以确定地表下地球岩层的一个或多个性质。

[0047]被动电磁源12表示任何适当的被动电磁能量源。在某些示例性实施例中,被动电磁源12可以包括地球的自然电磁场。在某些示例性实施例中,被动电磁源12可以包括一个或多个人工的电磁或地震能量源,但它们一般不是为了对地下岩层的勘测的目的而创建的。用于被动勘测的人工的电磁能量源可以包括来自电源线或者其它电磁能量源的电磁能量。被动电磁源12将电磁能量作为电磁信号14传播到地球的地表下。例如,电磁信号14可以表示电磁平面波14。随着电磁信号14传播到地球中,其可能遇到各种地表下地球岩层16。电磁信号14与地表下地球岩层16的相互作用可能引起在地表下岩层16的边缘和/或边界18处发生的电震转换。因此,一个或多个地震波20可以朝向地球的地面传播。随着地震信号20a向地面传播,可能由于震电转换而生成电磁信号22。电磁传感器26可以检测电磁信号22。地震传感器28可以检测地震信号20b。

[0048] 被动电磁源12可以表示地球的自然产生的电磁场。地球的自然产生的电磁场可以包括从亚赫兹频率到数万赫兹频率的宽频率谱,其在地球的地面上具有宽广的覆盖范围。该宽谱允许电磁信号14的从数十米到数万米的宽范围的穿透深度。该宽谱还可以允许以高空间和深度分辨率检测地表下结构。地球中的电磁信号14的对应频率可以产生于由各种自然事件所导致的被动电磁源12的变型,所述自然事件例如是电离层中的电磁波动、大气中自然产生的诸如闪电等电磁放电、和/或其它电磁事件。在一些实施例中,电磁信号14的被动电磁源12可以包括自然的电磁辐射源,其可以具有充分低的频率,以到达地下岩层16并与之相互作用。作为另一示例,被动电磁源12可以包括输电线,其可以生成具有适于与地下岩层16相互作用的强度和/或频率的电磁信号14。

[0049]电磁信号14表示电磁波、电磁平面波或者从被动电磁源12传播到地球中的其它适当的电磁信号。例如,响应于地球的电磁场,电磁信号14可以作为电磁调制而传播到地球中,其与声波不同,其在地表下以电磁波的速率行进。电磁波在地表下的速率一般可以低于电磁波在真空或空气中的速率。电磁信号14在地球的地表下通常以大约1-1OOHz左右的地震频带内的声波的传播速率的一百倍的速率行进。由于电磁信号14与地震信号相比时的相对速率,在一些实施例中,可以在对检测到的电磁场22和/或检测到的地震信号20进行处理时忽略电磁信号14进入地表下地球岩层的行进时间。尽管被示为静态场,但是应当指出,电磁信号14可以是时变场。

[0050]电磁信号14可以作为近似的平面波调制向地球的地表下传播,包括在感兴趣的地表下岩层16之上传播。术语“平面波”可以指在与电磁信号14的速度矢量正交的平面上具有大体上均勾的幅度的波。速度矢量一般可以是垂直的,但是其未必垂直于地表下地球岩层16上方的地球表面。例如,速度矢量可以是大体上垂直的,但是在地面处于斜面上的地面处,例如在山坡或其它斜面处,速度矢量可能会相对于垂直轴发生倾斜。由于电震效应和/或震电效应,可以跨越地表下岩层16大体上均匀地生成由电磁信号14产生的地震信号20和/或电磁信号22。因此,地震信号20和/或电磁信号22均可以形成向地球表面行进的大体上垂直的平面波。

[0051 ] 地表下地球岩层16表示出于地球物理勘测的目的而令人感兴趣的任何地表下地球岩层。地表下地球岩层16可以表示含有一种或多种流体的地质岩层。在一些实施例中,地表下地球岩层16表不能够保持流体的多孔岩系。例如,多孔岩系可以包括散布着通道状的多孔空间的固态岩石部分。例如,多孔岩系可以包括含有非土体积或有孔隙空间的地球物质,并且可以包括但不限于固结的、固结性差的或者非固结的土材料。地表下地球岩层16所含的流体可以是诸如油和气等油气、水(包括淡水、盐水、饮用水或卤水)、氦、二氧化碳、矿物质或其它地球流体。在一些实施例中,地表下地球岩层16可以表示含有污染物、岩浆或熔融材料的岩层。地表下地球岩层16可以表示地质层、地层圈闭、断层、褶皱冲断带或者其它感兴趣的地理岩层。地表下地球岩层16可以表示对于勘探操作、钻探操作、开采增强操作或者流体开采而言感兴趣的期望区域或潜在区域。

[0052] 地表下地球岩层16可以包括可极化的流体,其包括与地表下地球岩层16中的流体相关联的一个或多个流体偶极子114。因此,在边界18处可能在可极化流体与固态岩石部分之间形成电化学相互作用。电化学相互作用在流体部分中由“+”号表示,在固态岩石部分中由表示。电磁信号14可能遇到地表下地球岩层16的流体偶极子114和/或与之相互作用。具体而言,电磁信号14可能引起孔隙流体中的偶极子114的极化的变化,这又会引起压力脉冲118的生成。例如,电磁信号14可以修改电化学键或者移动流体偶极子114的电荷,由此在相互作用发生变形的地方有效地创建压力脉冲118。压力脉冲118可以表示压力和/或流体流量的变化,其产生时变的压力梯度,然后所述压力梯度可以传播到和/或被传送到地表下地球岩层16的边界18处的地球岩层(或岩石)中。电磁信号14存在于流体区域的各处,并且可以主要影响处于岩石边界18处或附近的偶极子114的电荷。压力脉冲118所生成的压力梯度可以作为地震信号20向地面传播。应当指出,固态岩石部分可以在岩石表面的至少一部分之上具有自然存在的表面电荷。电化学相互作用可以产生局部孔隙流体偶极子114,其引起局部背景电磁场。此外,背景电磁场的符号或者场极性方向取决于固体上的表面电荷以及流体筛选出该电荷的方式。例如,对于粘土层而言,电荷通常如图所示。然而,在诸如碳酸盐等其它材料中,电荷则可能相反。因而,适当的地表下岩层16可以是地表下地震能量源。

[0053] 边界18可以表示适当的边缘、边界、流体表面或者地表下地球岩层16与地表下的其它部分之间的界面。边界18可以表示油气储层、地层圈闭、褶皱冲断带、地质岩石层、或者含有或可能含有流体以及其它感兴趣的矿物质的其它地质岩层的边界。边界18可以表示任何两种类型的地表下材料之间的边界。

[0054]可能在两种类型的岩石之间的边界18处发生电震能量转换。例如,可能在储层岩石与密封和/或圈限岩石之间的边界18处发生电震能量转换。替代地,可能在孔隙流体之间,例如在油与水之间的界面18处发生电震能量转换。在岩石和/或流体界面18处可能存在化学势梯度。例如,在硅酸盐岩石与碳酸盐岩石之间的边界18处,可能在混合的孔隙流体中发生化学反应。例如,硅酸盐可以分解碳酸盐,并且溶液中的硅酸盐离子可能与溶液中的碳酸盐离子发生反应。可以通过界面18处的化学势梯度来推动总反应。溶液中的正负离子之间的反应产物是电中性的,并且可以从溶液中沉淀析出。在形成沉淀物时,所产生的沉淀物的沉淀将强化岩石,提高其硬度,并提高界面的电阻率。在孔隙空间中的反应过程中,可以在孔隙流体内创建带电离子的浓度梯度。这些浓度梯度可以产生电化学势梯度,其可能将自身表现为宏观的电势梯度。界面处的内部电势梯度可以创建内部应力,并且地球的背景电磁场14与电化学势梯度的相互作用可能改变这些内部应力。由于地球的背景电磁场14中的自然调制,内部应力可以受到调制,从而解释了可以由系统10测量并使用的非线性电震转换。

[0055] 地震信号20表示通过电震效应响应于电磁信号14而生成的任何地震信号和/或地震波。如上文所指出的,地震信号20可以表示朝向地球表面行进的大体上垂直的平面波。随着地震信号20向地面传播,地震信号20可以通过电震效应和震电效应的各种组合来生成后续的次级电磁场和地震波。例如,如图所示,地震波20a可以在近地面岩层24处通过震电效应而被转换为电磁信号22。在一些实施例中,地震信号20可以表不随着它们向地面传播而由地震信号20的各种震电和/或电震转换而生成的次级地震信号。地震信号20可以表示在地球的地表下传播的任何机械地震波,并且可以包括但不限于P波和S波。

[0056]电磁信号22表不通过震电效应响应于地震信号20而生成的任何电磁信号、电磁场或电磁波。如上文所述,电磁信号22可以表示向地球表面行进的大体上垂直的平面波。随着电磁信号22向地面传播,电磁信号22可以生成后续的次级地震信号和电磁信号。电磁信号22可以表示作为地震信号20在其向地面传播时的各种震电和/或电震转换的结果而生成的次级电磁信号。在一些实施例中,可在地球的近地面处和/或在地球表面上方一定距离处检测到电磁信号22。此外,电磁信号22可以表不由震电效应产生的时变电磁场。电磁信号22可以调制地球内(例如,近地面24处)的电磁场,并且因而可以被称为调制信号。“调制”可以指频率调制、相位调制和/或幅度调制。例如,地震信号20可以行进到近地面24处,并直接调制近地面24内的电磁场。地震信号20可以引起近地面24内的电阻抗的变化,这可能导致电磁信号22的时间相关的变化,和/或地震信号20的通过可以与近地面20处的流体或岩石边界相互作用,以产生电磁信号20。

[0057]电震转换还可能产生非线性电磁转换。震电和电震效应生成谐波响应,其中,电磁信号22和地震信号20的耦合在电磁信号22和地震信号20的谐波的频率处创建新的调制。因此,电磁信号22和地震信号20可以表示一个或多个非线性电磁响应。非线性电震转换可以产生可在处理过程中使用的信号。在一些实施例中,作为在地表下地球岩层16含有至少一种流体时与其相互作用的电磁信号14的畸变的结果,可以检测到具有处于被动电磁源12的基频(例如,存在于地球的背景电磁场中的那些频率)的较高频率的谐波上的频率分量的非线性谐波信号。可以单独地或者结合地震信号20和/或电磁信号22的基频对谐波信号进行处理,以确定地表下地球岩层的一个或多个性质。在一些实施例中,可以利用系统10来检测和/或隔离可能存在于电磁信号22和地震信号20两者中的谐波信号。

[0058]地表下岩层16尤其可以在流体存在于多孔岩层(例如,高渗透性的岩层)中时生成地震信号20和/或电磁信号22。因此,地震信号20和/或电磁信号22可以指示流体的存在,和/或可以由系统10用于对特定流体进行定位和/或大概定位,所述特定流体例如是油气、氦、二氧化碳、水、或者如上文所述的其它类型的流体。此外,当在地表下岩层16与地面之间存在常规的地震反射边界18时,可能发生地震反射,并且可以由地震传感器20检测该地震反射。

[0059] 近地面岩层24表示处于地球表面处或附近的地表下岩层。近地面岩层24可以例如表示地下水位或其它多孔岩石层。地震信号20可以与近地面岩层24的孔隙中的流体相互作用。因此,孔隙内的电荷可能被修改。例如,孔隙可以包含存在于地下水位中的淡水。所产生的电荷修改可以生成交变电流场,所述交变电流场可以通过震电效应引起电磁信号22的发射。

[0060]电磁传感器26表示能够检测和/或测量电磁信号22的至少某一部分的感测元件的任何适当的组合。电磁传感器26可以通信耦合至计算系统30和/或被配置为将检测到的信号输出至计算系统30。在一些实施例中,传感器26可以被配置为检测和/或隔离电磁信号22的垂直分量。如上文所指出的,可以在地球表面上方发射电磁信号22作为可检测的电磁场。还应当指出,电磁场一般包括电场和磁场。因此,电磁传感器26可能能够检测电磁信号22、电磁信号22的电部分和/或电磁信号22的磁部分。在一些实施例中,电磁传感器26可以表不能够检测磁场的磁场探测器。在一些实施例中,电磁传感器26可以被配置为衰减和/或舍弃水平或垂直电磁信号。

[0061]电磁传感器26可以被布置成阵列和/或多种图案。任何适当数量的电磁传感器26可以被布置成阵列或图案。例如,电磁传感器26的阵列可以包括从两个到数千个的任何数量的传感器。在一些实施例中,电磁传感器26可以表不一组传感器,其包括一个或多个磁场探测器、一个或多个电场探测器以及一个或多个电磁场探测器,该组探测器可以用于特定位置以进行被动勘测。阵列可以被配置为具有一个或多个所设置的电磁传感器,例如传感器26a和26b,它们以适当的横向距离分开。例如,传感器26a和26b可以位于相隔几英寸到几英里的任何地方。

[0062] 传感器26可以包括能够测量地球的近地面24中的电磁信号22的垂直电场分量的任何类型的传感器。在一些实施例中,还可以测量附加的信号或替代的信号,包括电磁信号14的背景垂直部分、电磁辐射的被动电磁源12、磁场的一个或多个分量、电磁信号的一个或多个水平分量和/或地震振幅的一个或多个分量。在一些实施例中,一个或多个电磁场探测器可以被配置为在一个或多个维度内测量地球电磁场的水平分量。例如,传感器26可以包括被设置为水平对准的电极对,以测量电磁信号22和/或电磁信号14的一个或多个水平分量。在一些实施例中,传感器26可以被配置为测量电磁信号22和/或14的多个分量。例如,传感器26可以表示二轴电磁场探测器和/或三轴电磁场探测器。

[0063] 可以在地球表面上方和/或在地球内设置传感器26。在一些实施例中,可以将传感器26放置到地球表面处或上或者地球表面上方的任何距离处。例如,可以将电磁传感器26设置到地球上方从一英尺到一百英尺的任何位置,取决于传感器26的相对放大能力和电磁信号22的衰减。还可以将传感器26放置于飞行器中。在某些示例性实施例中,飞行器低空飞行。在一些实施例中,可以将传感器26设置到地下水位上方和/或下方、地表下地球岩层16上方和/或下方、和/或位置和深度的任何适当组合。可以使传感器26在特定电磁信号22的检测周期内保持在一个位置上,和/或随后可以发生移动,以提供另一检测周期。另外或替代地,可以使用多个传感器26(例如阵列)来在多个位置处提供多个同时测量。例如,可以将电磁传感器26设置到井眼内。替代地或此外,可以将电磁传感器26的阵列设置到井眼上方和/或周围的区域中,以促进钻探操作和/或对钻探场地的勘探。下文将相对于图7来讨论对这样的实施例的示例性操作的更加详细的讨论。图2A、2B和2C中示出了传感器26的更加详细的示例。

[0064] 地震传感器28表示能够检测和/或测量地震信号20的至少某一部分的感测元件的任何适当的组合。例如,传感器28可以被配置为检测地震信号20的垂直分量。地震传感器28可以通信耦合至计算系统30和/或被配置为将检测到的信号输出至计算系统30。地震传感器28可以包括但不限于地音探测器、水听器和/或包括数字加速度计的加速度计。传感器28可以表示单分量地音探测器、二分量地音探测器或者三分量地音探测器。传感器28还可以表示单轴加速度计、双轴加速度计或者三轴加速度计。在一些实施例中,地震传感器28可以表示一个或多个三分量加速度计。另外或替代地,传感器28可以表示这些类型的地震传感器的任何适当组合。例如,系统10可以利用多种类型的传感器28来检测地震信号20。地震传感器28可以测量多个方向内的地震波,例如,处于与地球表面平行的一个或两个方向内、处于与地球表面垂直的方向内、和/或处于垂直方向内的地震波。地震传感器28可以测量旋转地震能量,其中,地球运动围绕水平轴或垂直轴呈圆形。可以有利地使用旋转传感器来识别表面地震波。

[0065]地震传感器28可以被布置成阵列和/或多种图案。例如,可以按照与上文关于传感器26所讨论的类似的方式来布置地震传感器28和/或按照与上文关于传感器26所讨论的类似的位置来安置地震传感器28。可以将任何适当数量的地震传感器28布置成阵列或图案。作为另一示例,可以使用网格图案。可以使地震传感器28横向隔开一定距离,该距离与预计要检测的最高频率的地面地震波的波长相关。其可以包括比预计要由电震效应在地表下地球岩层内产生的那些频率更高的频率。地震传感器28可以被配置为衰减和/或舍弃地面和/或水平地震信号。这样的信号可能是由各种来源产生的,包括重型装备、车辆交通、和/或诸如地震和/或雷等天然来源。

[0066] 在一些实施例中,电磁传感器26的图案和/或阵列可以与地震传感器28的图案或阵列重叠。可以将传感器26和/或28所检测到的信号传送至计算系统30。在一些实施例中,例如,可以使用常规的地震场记录仪来适当地记录信号。另外或替代地,每个传感器可以具有其自身的记录装置,并且每个记录装置可以处于地震传感器的内部或外部。应当注意,尽管被示为包括传感器26和28,但是根据特定实施例,系统10可以仅包括传感器26或仅包括传感器28。因此,可以利用传感器26和/或传感器28的任何适当组合。

[0067]可以在井眼中放置传感器26和/或28。例如,在一些实施方式中,可以在井下、在套筒的内侧提供一个或多个接触部,以测量电势。借助于这样的构造,可以针对沿井眼的位置来测量电震信号的到达。在其它实施方式中,可以在井下设置一个或多个地震传感器28。

[0068]传感器26和/或28可以形成长期设施的全部或部分,其可以用于进行长期被动勘测。可以在一段时间内的多个时间处检测信号20和/或22,所述时间段可以是数天、数星期、数月或数年的时段。长期勘测可以提供对地表下地球岩层16的各种性质的基于时间的指示,包括在检测到信号的时间段内岩层中的任何变化。因而,可以使用系统10来监测开采周期内油气田和/或水井或含水层的开发和/或消耗。

[0069] 计算系统30表示用于处理、存储和/或分析从传感器26和/或28接收的电磁信号22和/或地震信号20的硬件、软件、信号处理器和控制逻辑的任何适当组合。计算系统30可以包括一个或多个处理器、存储器和/或接口。计算系统30可以例如包括可操作用于与传感器26和/或28通信耦合和/或接收来自传感器26和/或28的信息的接口。计算系统可操作用于接收和/或处理来自传感器26和28的被动勘测数据。被动勘测数据可以包括例如表示信号20和/或22的数据。计算系统30可以包括一个或多个适当的模数转换器,以使信号20和/或22数字化,以进行数字信号处理。替代地或另外,传感器26和/或28可以包括适当的模数转换器。计算系统30可以包括可操作用于接收并存储从传感器26和28接收的数据的记录和/或存储装置。计算系统30可以包括例如数字和/或模拟记录装置和/或非暂态介质。在一些实施例中,计算系统30可能能够实时地处理检测到的地震信号20以及检测到的电磁信号22,而不是首先将所述信号记录到非暂态介质上。

[0070]计算系统30可以形成记录车辆、外壳结构或者被设置为接近传感器26和/或28的不受天气影响的壳体的全部或部分。在一些实施例中,计算系统30可以至少部分地包封在不受天气影响的壳体内。因此,计算系统30可能能够在不受人为干预的情况下在数天至数星期内记录被动勘测数据。此外,尽管被示为处于传感器26和/或28外部,但是计算系统30可以处于一个或多个传感器26和/或28的外壳的内部或外部。此外,计算装置30可以是用于记录一个或多个电信号和/或地震信号的多个计算装置30的其中之一。计算装置30可能能够通过网络(未示出)与其它计算装置30或者其它数据处理服务器通信。网络可以是有线或无线通信网络。因而,可以由一个或多个计算装置30和/或可以由能够对来自各种计算装置30的数据进行处理和相关的远程数据处理服务器来执行文中描述的数据处理技术中的任何数据处理技术。下文将关于图4更详细地讨论计算系统30的示例性实施例。

[007Ί ]如图2所示,被动地震源40表示地震能量的任何适当的被动源。例如,被动源40可以表示地球的自然地震能量。被动源40将地震能量作为地震信号42传播到地球的地表下。地震信号42可以表示例如地震平面波42。随着地震信号42向地球中传播,其可能遇到各种地表下地球岩层16。地震信号42与地表下地球岩层16的相互作用可以导致在地表下岩层16的边缘和/或分界18处发生震电转换。因此,一个或多个电磁信号22和/或地震信号20可以朝向地球的表面传播。随着地震信号20向地面传播,可能由于震电转换而生成电磁信号22。电磁传感器26可以检测电磁信号22。地震传感器28可以检测地震信号20。在一些实施例中,地震传感器28可以检测地震信号40,其可以用作用于检测地表下地球岩层16对信号20和/或22的调制的参考。

[0072]被动地震源40可以表示地球的自然产生的地震能量。地球的自然产生的地震能量可以包括从亚赫兹频率到数万赫兹频率的宽频率谱,其在地球表面具有宽广的覆盖范围。该宽谱允许地震信号42的从数十米到数万米的宽范围的穿透深度。该宽谱还可以允许以高空间及深度分辨率检测地表下结构。地球中的地震信号42的对应频率可以产生于由于各种自然事件而导致的被动源40的变化,所述自然事件例如是地震、潮汐、地壳构造事件、火山活动、雷和大气压波动。在一些实施例中,地震信号42的被动源40可以包括人工的地震波源,其可以具有充分低的频率,以到达地下岩层16并与之相互作用。作为另一示例,被动源40可以包括钻井活动、栗抽流体、汽车噪声、压缩机噪声、农业噪声和制造业噪声,它们可能生成具有适当的强度和/或频率以与地下岩层16相互作用的地震信号42。

[0073]图2包括被动地震源40的几个示例,包括被动地震源40a_40e。被动地震源40a可以表示由钻探操作产生的地震能量源。被动地震源40a可以表示特定深度处的定位钻探事件(例如,钻头或者钻探设备的头部与地下相互作用)和/或可以表示沿一定长度的孔和/或套管的来自钻探活动的振动。被动地震源40b可以表示由水平钻探活动产生的地震能量源,所述活动例如是断裂、水压断裂或其它钻探操作。另外或替代地,被动地震源40b可以表示由移动通过岩石孔隙空间(其可以是水压断裂的结果)的流体所引起的地震能量。被动地震源40c和40d可以表示如上文所述的由地球的自然地震活动和/或微地震或其它自然事件产生的地震能量源。被动地震源40b可以表示由近地面或地面事件产生的地震能量源。因此,被动地震源40可以包括任何适当的地震能量源,和/或可以被设置成与地表下地球岩层16具有任何适当的关系,包括处于地表下地球岩层16上方、下方、旁边或其中。另外或替代地,被动地震源40可以包括由钻头、断裂岩石、移动通过岩石孔隙空间的流体、发生钻探或栗抽活动的井、和/或迀移通过地表下的污染物流体引起的地震能量。

[0074]地震信号42表示从被动源40向地球中传播的地震波、地震平面波或者其它适当的地震信号。因此,地震信号42可以是从任何适当的被动地震源40发出的,所述被动地震源40包括那些源自于地球表面处和/或位于地表下的某一适当深度处的源。例如,地震信号42a-42e可以分别源自于被动地震源40a_40e。应当理解,仅为了清晰起见,在不同的附图中描绘图1和图2所示的各种信号。因此,系统10的特定实施例可能能够利用由被动电磁源12和/或被动地震源40传播的信号20和/或22。此外,系统10可以被配置为在特定时间处利用来自被动电磁源12的信号20和/或22,而在其它特定时间处利用来自被动地震源40的信号20和/或22,和/或可以同时利用所述信号。例如,可以在钻探或断裂或增强的采油期间收集利用被动地震源40和/或被动电磁源12的被动电震/震电勘测,以获取有关油气和/或其它流体的信息。例如,可以在被动地震源40被衰减时收集来自被动电磁源12的勘测数据。例如,可以暂停和/或结束钻探操作。作为另一示例,计算系统30可以在钻探、断裂和/或增强的采油期间执行被动勘测,以获取有关油气和/或其它流体的信息。

[0075]在操作中,系统10检测、存储和/或分析电磁信号22和/或地震信号20。传感器26和28可以分别检测电磁信号22和地震信号20。每个传感器可以将检测到的信号传送至计算装置30以用于存储和/或处理。计算装置30可以记录所得到的电磁信号22和/或地震信号20。计算装置30可以对电磁信号22和/或地震信号20进行处理,以识别与地表下岩层16相关联的各种性质。另外或替代地,传感器26和/或28可以检测由地表下地球岩层16响应于从被动地震源40传播的电磁信号42而生成的信号。之后,计算系统30可以使用各种信号处理技术处理检测到的信号,以识别地表下地球岩层16的性质和/或特征。因而,可以利用本公开内容中讨论的技术来分析由于被动电磁源12和/或被动地震源40而生成的信号20和/或22。下文提供的系统10的操作的某些示例可能是关于被动电磁源12讨论的,但是应当注意,本公开内容的教导相似地和/或相同地适用于由被动地震源40生成的信号。

[0076]系统10的某些实施例通过处理来自一组传感器的信号来监测一个或多个钻探操作、开采强化操作(例如,断裂)或者流体开采操作,所述一组传感器包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28。传感器可以包括但不限于:可以检测地震和/或电磁信号的地音探测器;可以或者可以不包括电磁传感器的加速度计;可以或可以不包括地震加速度计和/或地音探测器和/或磁场传感器的电容式电场传感器;可以或可以不包括用于地震检测的地音探测器或加速度计并且可以或可以不包括磁场传感器的线圈电磁传感器;可以或可以不包括地震传感器并且可以或可以不包括电场和/或磁场传感器的电磁场天线,所述天线为偶极子天线、单极子天线或者本领域技术人员已知的其它电磁场天线;可以或可以不包括电场传感器并且可以或可以不包括地震传感器的磁传感器。

[0077]图4示出了适于实施文中公开的一个或多个实施例的示例性计算机系统30。计算机系统30包括处理器482(可以将其称为中央处理器单元或CPU),所述处理器与包括辅助储存器484、只读存储器(R0M)486、随机存取存储器(RAM)488的存储器装置、输入/输出(I/O)装置490以及网络连接装置492通信。可以将处理器实现为一个或多个CPU芯片。

[0078] 应当理解,通过将可执行指令编程和/或加载到计算系统30上,CPU 482,RAM 488和ROM 486的至少其中之一被改变,从而将计算系统30部分地转变成具有本公开内容所教导的新颖功能的特定机器或设备。对于电气工程和软件工程领域而言基础的是,能够通过公知的设计规则将能够通过向计算机中加载可执行软件而实施的功能转换为硬件实施方式。决定以软件还是硬件来实施原理通常取决于对设计稳定性的考虑以及所要产生的单元的数量,而不是从软件域向硬件域转化所涉及的任何问题。一般而言,仍然遭受频繁变化的设计可以优选被实施成软件,因为重制硬件实施方式要比重制软件设计昂贵得多。一般而言,将被大量生产的稳定的设计可以优选被实施成硬件,例如专用集成电路(ASIC),因为对于大的生产运行而言,硬件实施方式可能没有软件实施方式贵。往往可以以软件形式对设计进行开发和测试,并且之后再通过公知的设计规则将其转变为采用对软件指令进行硬布线的专用集成电路的等价硬件实施方式。特定机器或设备采用与由新ASIC控制的机器相同的方式,同样地可以将利用可执行指令进行编程和/或加载的计算机看作是特定机器或设备。

[0079] 辅助储存器484通常包括一个或多个磁盘驱动器或磁带驱动器,并且用于数据的非易失性存储,并且在RAM 488不够保存所有的工作数据的情况下用作溢位数据存储装置。辅助储存器484可以用于存储在被选定以用于执行时被加载到RAM 488中的程序。ROM 486用于存储在程序执行期间读取的指令以及可能的数据。ROM 486是非易失性存储器装置,相对于辅助储存器484的大存储器容量,ROM 486通常具有小存储器容量。RAM 488用于存储易失性数据,并且有可能存储指令。对ROM 486和RAM 488两者的访问通常比对辅助储存器484的访问快。在一些语境下,可以将辅助储存器484、RAM 488和/SROM 486称为计算机可读存储介质和/或非暂态计算机可读介质。

[0080] I/O装置490可以包括打印机、视频监视器、液晶显示器(IXD)、触摸屏显示器、键盘、小键盘、开关、拨号盘、鼠标、跟踪球、语音识别器、读卡机、纸带读取器或者其它公知的输入装置。

[0081]网络连接装置492可以采取调制调解器、调制调解器组、以太网卡、通用串行总线(USB)接口卡、串行接口、令牌环卡、光纤分布式数据接口(FDDI)卡、无线局域网(WLAN)卡、诸如码分多址(CDMA)、全球移动通信系统(GSM)、长期演进(LTE)、全球微波接入互操作性(WiMAX)和/或其它空中接口协议无线电收发机卡等无线电收发机卡、以及其它公知的网络装置的形式。这些网络连接装置492可能能够使处理器482与因特网或者一个或多个内部网通信。借助于这样的网络连接,可以设想处理器482可能在执行上述方法步骤的过程中从网络接收信息、或者可能向网络输出信息。可以例如采用体现在载波中的计算机数据信号的形式从网络接收以及向网络输出这样的经常被表示为要使用处理器482执行的指令的序列的信息。

[0082]可以例如采用体现在载波中的计算机数据基带信号的形式从网络接收以及向网络输出这样的可以包括要使用处理器482执行的数据或指令的信息。体现在由网络连接装置492生成的载波中的基带信号或信号可以在电导体的表面中或上、在同轴电缆中、在波导中、在光管线(例如,光纤)中、或者在空气中或自由空间中传播。可以按照不同的顺序对嵌入在载波中的基带信号或信号中所包含的信息进行排序,这对于处理或生成信息或者传送或接收信息而言可能是合乎需要的。可以根据本领域技术人员公知的几种方法来生成嵌入在载波中的基带信号或信号、或者当前使用或者以后开发的其它类型的信号。在某些语境下可以将嵌入在载波中的基带信号和/或信号称为暂态信号。

[0083] 处理器482执行其可以从硬盘、软盘、光盘(可以将这些基于各种盘的系统全都看作是辅助储存器484) ,ROM 486,RAM 488或者网络连接装置492访问的指令、代码、计算机程序或脚本。尽管仅示出了一个处理器482,但是也可以存在多个处理器。因而,尽管指令可以被论述为由一处理器执行,但指令可以由一个或多个处理器同时、串行或者以其它方式执行。在某些语境下,可以从辅助储存器484(例如,硬盘驱动器、软盘、光盘和/或其它装置)、ROM 486和/SRAM 488访问的指令、代码、计算机程序、脚本和/或数据可以被称为非暂态指令和/或非暂态信息。

[0084]在一些实施例中,计算系统30可以包括相互通信的两个或更多计算机,它们协作完成任务。例如但并非进行限制,可以通过允许对应用程序的指令进行同时和/或并行处理的方式对应用程序进行划分。替代地,可以通过允许两个或更多计算机对数据集的不同部分进行同时和/或并行处理的方式来对由应用程序处理的数据进行划分。在一些实施例中,计算系统30可以采用虚拟化软件提供一定数量的服务器的功能,而该功能并非直接绑定至计算系统30中的该数量的计算机。例如,虚拟化软件可以在四个实体计算机上提供二十个虚拟服务器。在一些实施例中,可以通过在云计算环境中执行一个和/或多个应用程序来提供上文公开的功能。云计算可以包括使用可动态缩放的计算资源经由网络连接来提供计算服务。可以至少部分地通过虚拟化软件来支持云计算。可以由企业建立云计算环境,和/或可以从第三方提供商按需租用云计算环境。一些云计算环境可以包括由企业拥有并运营的云计算资源以及从第三方提供商租用和/或租借的云计算资源。

[0085]在一些实施例中,可以将上文公开的功能中的一些或全部功能提供为计算机程序产品。计算机程序产品可以包括一个或多个计算机可读存储介质,其具有体现于其中的计算机可用程序代码,以实施上文所公开的功能。计算机程序产品可以包括数据结构、可执行指令及其它计算机可用程序代码。计算机程序产品可以体现在可移除计算机存储介质和/或不可移除计算机存储介质中。可移除计算机可读存储介质可以包括但不限于纸带、磁带、磁盘、光盘、固态存储器芯片,例如模拟磁带、光盘只读存储器(CD-ROM)盘、软盘、跳跃驱动器、数字卡、多媒体卡等等。计算机程序产品可以适于通过计算系统30将计算机程序产品的内容的至少部分加载至辅助储存器484、R0M 486,RAM 488和/或计算系统30的其它非易失性存储器和易失性存储器。处理器482可以部分地通过直接访问计算机程序产品(例如通过从插入到计算系统30的磁盘驱动器外围设备中的CD-ROM盘中进行读取)来处理可执行指令和/或数据结构。替代地,处理器482可以通过远程访问计算机程序产品(例如通过借助于网络连接装置492从远程服务器下载可执行指令和/或数据结构)来对可执行指令和/或数据结构进行处理。计算机程序产品可以包括促进将数据、数据结构、文件和/或可执行指令加载和/或复制到辅助储存器484、R0M 486,RAM 488和/或计算系统30的其它非易失性存储器和易失性存储器的指令。

[0086]在某些语境下可以将体现在载波中的基带信号和/或信号称为暂态信号。在一些语境下,可以将辅助储存器484、R0M 486和RAM 488称为非暂态计算机可读介质或计算机可读存储介质。可以类似地将RAM 488的动态RAM实施例称为非暂态计算机可读介质,因为在动态RAM接收电能并根据其设计进行操作时,例如在计算机980接通并可操作的时间段内,动态RAM存储向其写入的信息。类似地,处理器482可以包括内部RAM、内部R0M、高速缓冲存储器和/或其它内部非暂态存储块、区段或部件,在某些语境下可以将它们称为非暂态计算机可读介质或者计算机可读存储介质。

[0087] 示例性电磁传感器和传感器布置

[0088]图15A、15B和15C是示出用于被动电震和震电勘测的示例性传感器26的框图。如图15A中所示,传感器1560可以是传感器26的特定实施例,其包括一个或多个导电元件1502和1504、耦合网络1510、放大器1508和信号处理单元1509。如上文关于传感器26讨论的,传感器1560可能能够检测电震信号22。传感器1560可以输出表不检测到的电磁信号22的信号。可以将传感器1560安装和/或设置在任何适当外壳中,包括不受天气影响的外壳、可移动车辆和/或永久设施,如上文关于传感器26所讨论的。传感器1560—般通过将稳定的参考电压与响应于地所辐射的电磁信号的电压测量结果进行比较来进行操作。因此,传感器1560可以被配置为感测与参考电压相比较的地信号的变化,地信号可以全部或部分地由电磁信号22构成。

[0089] 导电元件1502和1504—般能够测量地所辐射的电磁信号。如图所示,导电元件1502测量稳定的参考电压,而导电兀件1504—般能够测量电磁信号22的垂直分量。导电兀件1502、1504可以表示任何适当的电容板和/或导电板或者其它感测元件。如图所示,导电元件1502和1504是平行于地球表面布置的电容板。与地球表面大致平行的布置可以允许导电兀件1504对电磁信号22的垂直分量做出响应和/或进行测量,垂直分量可以表不垂直电场。类似地,可以为导电元件1502屏蔽电磁信号22的垂直分量,和/或导电元件1502可以被配置为不测量电磁信号22的垂直分量。在一些实施例中,导电兀件1502、1504可以形成电容器。导电元件1502、1504可以是诸如铜、铝或不锈钢等导电金属。导电元件1502、1504的特定实施例可以具有几平方英寸到大约几平方英尺的面积。如图所示,导电元件1502、1504可以与地球隔开距离X。距离X可以是使得导电元件1502、1504能够对作为垂直电场而被传送到空中的电磁信号22做出响应的任何适当距离。导电元件1502、1504可以被配置为相对接近地。例如,在特定实施例中,可以使电容板1502、1504与地球隔开大约10-12英寸。然而,应当注意,尽管讨论了特定距离作为示例,但是可以使用使导电元件1502、1504能够检测电磁信号22的任何距离。导电元件1502、1504均可以连接至放大器1508的输入端。导电元件1502或导电元件1504也可以连接到地。然而,应当理解,尽管文中讨论了导电元件1502和1504的特定实施例,但是可以使用任何适当的导电元件。例如,导电元件1502可以表示被设置为紧邻可以是天线的导电元件1504的平板导电板。适当的天线可以包括与地相距预定和/或固定距离的平板导电板、地上方的凹面导电板、具有用以集中信号的几何结构的多个导电板、呈现任何适当形状和/或几何结构的金属屏或电线网格、从地向上延伸的单极电线、环绕铁氧体或钢芯的电线、或者能够用作天线的任何其它适当结构。此外,导电元件1502和1504可以表示被布置有使自电容最大化的几何结构的任何适当导电元件。而且,尽管被示为两个部件,但是导电元件1502和1504可以被实施为单个部件。例如,可以使用从地向上延伸的单极电线和/或电池布置来实施导电元件1502和1504。在一些实施例中,导电元件1502和/或1504可以表不导电球。

[0090]放大器1508表示可操作用于将由电容板1504生成的信号与由电容板1502生成的参考信号进行比较的任何适当放大电路。例如,放大器1508可以表示运算放大器。在一些实施例中,放大器1508可以包括任何适当的信号调节电路和/或部件。例如,放大器1508可能能够执行上文关于图1所讨论的预处理和/或处理步骤中的任何一个或多个步骤。放大器1508可以包括适当的输入端和输出端。如图所示,电容板1502、1504连接至输入端。输出端可以连接至计算系统30。例如,放大器1508可能能够将检测到的电磁信号22输出至计算系统30。在一些实施例中,放大器1508可以包括适当的模数转换器,以使检测到的电磁信号22数字化。

[0091] 信号处理单元1509表示硬件、软件以及可操作用于处理放大器1508的输出的其它部件的任何适当的组合。例如,信号处理单元1509可能能够实施文中讨论的预处理步骤中的任何一个或多个步骤。信号处理单元1509可以是传感器1560的硬件实施部分和/或可以形成计算系统30的部分。信号处理单元1509可以包括一个或多个陷波滤波器、低通滤波器、高通滤波器、箝位电路、抽样保持电路或者任何其它适当的信号调节电路。

[0092] 耦合网络1510表示可操作用于将导电元件1502、1504耦合至放大器1508的任何适当的部件网络。如图所示,耦合网络1510包括被布置为滤波器的电容器Cl、电感器L1、电容器C2和电阻器滤波器一般可操作用于为放大器1508选择期望的频带,以及排除可能在其它情况下使放大器1508饱和的频率。电阻器可以具有任何适当的电阻,并且在一些实施例中,可以选择电阻器以设置电磁信号22的输入电路的时间常数。可以跨输入端将电阻器R并联连接至放大器1508。此外,尽管示出了耦合网络1510的特定实施例,但是可以使用任何适当的网络部件。例如,耦合网络1510可以包括匹配电阻器、滤波器、变压器、谐振网络、或者这些部件的任何组合和任何数量的部件。

[0093] 屏蔽1512表不任何适当的电磁屏蔽。屏蔽1512可以被配置为使电磁场的水平分量衰减和/或避免其到达导电元件1514。屏蔽1512可以被配置为围绕导电元件1502和1504的全部或部分。例如,如图所示,屏蔽1512可以包括围绕导电元件1502和1504的顶部和侧面的结构。例如,屏蔽1512可以是垂直设置的圆筒状结构,并且其至少一端(例如顶端)可以是闭合的。替代地,屏蔽1512可以表示箱子或者其它适当的壳体。屏蔽1512可以由任何适当的材料构成,所述材料可操作用于使电磁信号衰减和/或避免电磁信号传播通过所述材料。例如,屏蔽1512可以由高导磁合金、导电板或箔、金属丝网、镀铝聚酯薄膜、带有所提供的静电荷的绝缘板和/或导电塑料制成。高导磁合金可以指代以高磁导率为特征的一个或多个种类的镍铁合金。屏蔽1512可以屏蔽静态或者缓慢变化的电磁场,这些电磁场在其它情况下可能干扰电磁信号22的检测。屏蔽1512可以电连接和/或耦合至放大器1508的输入端。还应当理解,在特定实施例中,屏蔽1512可以或可以不适当和/或必要。

[0094] 在操作中,电磁信号22可以是时变的垂直电场。电磁信号22与电容板1504的相互作用可以在导电元件1504上产生电荷。可以为另一板1502屏蔽电磁信号22。因此,可以将板1502生成的信号解释为参考电压。因此,跨导电元件1502和1504的电容充电可以是对应于电磁信号22的结果。在一些实施例中,电阻器可以与带电的导电元件1502串联耦合。在适当的时间,带电的导电板1502可以被放电,并由此允许通过计算系统30来测量、处理和/或记录表示电磁信号22的时变场。通过使用平行的导电元件1502、1504,传感器1560可以仅检测电磁信号22或者其它电磁信号的垂直分量。因此,平行板设计可以被配置为不对电磁信号22的水平分量做出响应。尽管示出了两个导电元件1502、1504,传感器1560可以包括单个板,其通过一个或多个电阻器件而适当接地并且耦合至计算系统30。

[0095]图15B示出了可以是传感器26的特定实施例的传感器1562,其包括耦合网络1511、屏蔽1512、导电元件1514、电极1516、放大器1518和信号处理单元1519。和传感器1560—样,传感器1562可能能够检测电震信号22,如上文关于传感器26所讨论的。传感器1560还可以输出表示检测到的电磁信号22的信号。可以将传感器1560安装和/或设置在任何适当的外壳中,包括不受天气影响的外壳、可移动载体和/或永久性设施,如上文关于传感器26所讨论的。

[0096] 耦合网络1511表示可操作用于将导电元件1502、1504耦合至放大器1508的任何适当的部件网络。如图所示,耦合网络包括具有适当电阻的电阻器R,可以选择电阻以设置电磁信号22的输入电路的时间常数。可以跨输入端将电阻器R并联连接至放大器1508。此外,尽管示出了耦合网络1511的特定实施例,但是可以使用任何适当的网络部件。例如,耦合网络1511可以包括匹配电阻器、滤波器、变压器、谐振网络或者这些部件的任何组合和任何数量的部件。

[0097]屏蔽1512表不任何适合的电磁屏蔽,如上文关于图15A所讨论的。屏蔽1512可以被配置为围绕导电元件1514的全部或部分。例如,如图所示,屏蔽1512可以包括围绕导电元件1514的顶部和侧面的结构。屏蔽1512可以电连接和/或耦合至放大器1518的输入端。如上文所述,应当理解,在特定实施例中,屏蔽1512可以或可以不适当和/或必要。

[0098]导电元件1514表示可操作用于生成稳定的参考信号的任何适当的导电元件,所述参考信号屏蔽了电磁信号22的一个或多个垂直和/或水平分量。导电元件1514可以表示导电板。如图所示,导电元件1514是包括多重折叠的导电板,所述多重折叠形成了导电元件1514的多个平行部分。将导电元件1514折叠成多个折叠部分可以允许导电元件1514适合处于小得多的体积内,同时还具有充分大的表面积来检测电磁信号22。另外或替代地,导电元件1514可以包括导电脊部分,其形成了通往多个导电鳍的主干或连接。导电元件1514可以电连接和/或耦合至放大器1518的输入端。距离y表示将导电元件1514与地球表面隔开的任何适当的距离。例如,在特定实施例中,所述距离可以是大约24英寸。在一些实施例中,距离y可以相对地大于距离z。

[0099]电极1516表示可被配置为形成与地球的连接和/或检测电磁信号22的一个或多个垂直部分的任何适当的电部件。电极1516可以被配置为形成与地球的电接触,并且可以设置在地球内。例如,电极1516可以设置在钻到地球中的孔中,所述孔在从几英寸到大约10英尺到大约15英尺的范围内。另外或替代地,可以根据需要将电极1516设置在地球内的不同深度处,以形成与地球的电耦合。在一些实施例中,电极1516表示多孔锅式电极(potelectrode)。多孔锅式电极可以包括适当的盐和/或水溶液,以形成与地球的电耦合。可用于电极的适合的盐可以包括但不限于硫酸铜、氯化银、氯化镉、氯化汞、氯化铅及其任何组合。在一些实施例中,电极1516可以包括诸如敲入地面的杆和/或埋在沟槽或浅坑中的金属薄板、网片和/或电线等导电电极。电极1516可以由多种导电材料制成,所述材料包括但不限于铜、不锈钢、铝、金、镀锌金属、铁、铅、黄铜、石墨、钢、它们的合金以及它们的组合。电极1516可以电连接和/或耦合至屏蔽1512以及放大器1518的输入端。电极1516可以表示多孔锅、导电粧、掩埋长度的电线、掩埋的金属丝网和/或上述部件的集合或组合。

[0100] 放大器1518和信号处理单元1519可以与放大器1508和信号处理单元1509类似。如图所示,放大器1518的输入端连接至屏蔽1512,并且另一输入端连接至导电元件1514。耦合网络1511包括跨放大器1518的输入端连接的电阻器R。电极1516还连接至与屏蔽1512连接的输入端。

[0101 ] 在操作中,电磁信号22可以是时变的垂直电场。电磁信号22与导电兀件1516的相互作用可以导致和/或引起电响应被传导和/或传送至放大器1518的输入端。屏蔽1512可以使水平电磁信号衰减和/或避免其到达导电元件1514。因此,由导电元件1514检测到的信号可以表示稳定的参考电压,而由导电元件1516检测到的信号可以表示对应于电磁信号22的信号。放大器1518可以执行适当的信号处理,并将检测到的电磁信号22输出至计算系统30。通过使用导电元件1514和屏蔽1512,传感器1562可以仅检测电磁信号22的垂直分量。因此,传感器1562的设计可以使得传感器1562不对电磁信号22或其它电磁信号的水平分量做出响应。

[0102]图15C示出了可以是传感器26的特定实施例的电流传感器1564,其包括屏蔽1512、电极1516、耦合网络1513、电阻器1526、放大器1528、信号调节单元1529和电池1530。传感器1564可能能够检测电震信号22,其可能能够感测作为跨感测电阻器1526的电流的信号22。传感器1560还可以输出表不检测到的电磁信号22的信号。可以将传感器1560安装和/或设置在任何适当的外壳中,包括不受天气影响的外壳、可移动载体和/或永久性设施,如上文关于传感器26讨论的。

[0103]屏蔽1512表不任何适合的电磁屏蔽,如上文关于图15A所讨论的。屏蔽1512可以被配置为围绕电池1530的全部或部分。例如,如图所示,屏蔽1512可以包括围绕电池1530的顶部和侧面的结构。屏蔽1512可以电连接和/或耦合至放大器1528的输入端。在特定实施例中,屏蔽1512可以另外或替代地围绕耦合网络1513的全部或部分。如图所示,屏蔽1512围绕耦合网络1513的感测电阻器1524。如上文所述,应当理解,在特定实施例中,屏蔽1512可以或可以不适当和/或必要。

[0104]耦合网络1513可以包括可操作用于将电池1530耦合至放大器1518的任何适当的部件。耦合网络1513可以包括与上文关于图15A和15B讨论的类似的部件。如图所示,耦合网络1513包括电流传感器1522和感测电阻器1524。电流传感器1522表示可操作用于检测由电极1516生成的电流I的任何适当的电流传感器。如图所示,电流传感器1522是将电流作为跨感测电阻器1524的电压降而感测出来的电流变压器。电流变压器可以是具有例如高达1000倍或更高的增益的升压变压器。电流传感器1522可以表示任何适当的电流感测技术,包括霍尔效应传感器、感测FET或者其它适当的电流传感器。

[0105]电池1530表示可操作用于允许电流从地跨越感测电阻器1524流动的任何适当的电压源。电池1530可以具有大的自电容。电荷可以从地泄漏并试图对电池1530充电。电池1530可以具有处于电池与地之间的电容和/或电阻,其可以表示空气的电容和/或电阻。电极1516可以连接到电阻器1524的端子。电阻器1524可以连接在电流传感器1522的端子之间。电阻器1524的一个端子可以连接到电池1530的端子。电阻器1526可以与电池1530并联连接。电流传感器1522的输出端可以连接至放大器1528的输入端,放大器1528可以提供表示电磁信号22的输出。放大器1528和信号调节单元1529可以与放大器1508和信号处理单元1509类似。应当注意,在一些实施例中,电池1530可以另外或替代地包括电容器。还应当注意,在一些实施例中,电流放大器可以另外或替代地执行电流传感器1522、感测电阻器1524和放大器1528的功能。

[0106]在操作中,由电磁信号22和地球的背景电磁场14导致的地电势的变化可以感生跨越感测电阻器1524的电流I,可以通过电流传感器1522检测所述电流。放大器1528和/或信号调节单元1529可以执行适当的信号处理,并将检测到的电磁信号22输出至计算系统30。

[0107]然而,应当注意,尽管图15A、15B和15C示出了传感器26的特定实施例,但是传感器26可以包括可操作用于检测电磁信号22的部分的部件的任何适当数量和组合,所述部件例如是各种天线或其它感测元件。适合的天线可以包括但不限于包括两个或更多平行导电板的平行板电容器天线、包括电耦合至地球的一个电极的单板电容器天线、包括导电元件的单极天线、包括两个导电元件的偶极天线、包括多个导电元件的多极天线、包括被布置为对特定方向的信号幅度进行放大的导电元件的定向天线、以及包括一个或多个电线线圈的线圈天线、和/或适合天线的任何组合。在一些实施例中,传感器26可以表示同心电偶极子(CED) XED可以包括具有同心构造的两个电极。例如,电极一般可以是圆形偶极子,其具有同心设置在外部圆形电极内的内部圆形电极。电极一般可以在与地球表面的平面平行的平面内对准。之后,CED可以优选地检测电磁信号22的垂直部分,所述垂直部分大体上垂直于CED的平面。电磁信号22的垂直部分可以在两个电极之间建立可检测的电势差。

[0108] 在一些实施例中,电磁传感器26可以包括与地球接触并且设置在地球内的一对电极。例如,第一电极可以设置在钻到地球中的孔中,所述孔在从大约10英尺到大约15英尺的范围内。第二电极可以设置在地球表面的大约I英尺到大约3英尺的范围内,并且该电极对可以是电耦合的。在一些实施例中,可以根据需要将该电极对设置在地球内的不同深度处,以形成与地球的电耦合。在一些实施例中,电极可以采取多孔锅式电极或者其它电极的形式,例如电极1516。在一些实施例中,电极可以包括与地球接触并且电耦合至多孔锅式电极的导电电极。

[0109] 监测钻探操作

[0110]图3A和3B是根据本公开内容的用于在执行钻探操作的同时基于电震感测来监测并控制钻探操作的示例性方法的流程图,一般通过附图标记300来标示所述方法。可以使用例如图3A和3B的方法来确定在某一时间钻头或钻柱的其它部分在井眼中的位置。示例性实施方式可以省略框305-355中的一个或多个,而在其它实施方式中,可以添加图3A和3B未具体示出的附加步骤。其它实施方式可以按照图3A和3B所示的顺序的替代顺序来执行框305-355中的一个或多个。

[0111]井眼可以是水平偏转的井眼,例如图2所示的井眼。在其它实施方式中,井眼是垂直的或大体上垂直的。在其它实施方式中,井眼的一个或多个偏转区段包括处于垂直与水平之间的偏转。

[0112] 在框305中,包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28的第一传感器阵列被布置为监测钻探操作。在一些实施方式中,传感器阵列位于地球表面上或附近。在其它实施方式中,将传感器中的一个或多个传感器至少部分地放置为恰好位于地球表面之下。在其它实施方式中,使传感器中的一个或多个传感器位于井眼中。下文将关于图5-12更加详细地讨论第一传感器阵列的放置。示例性传感器阵列包括一个或多个地震传感器以及一个或多个电磁传感器。在某些实施例中,可以将一个或多个地震传感器以及一个或多个电磁传感器结合到单个单元中。示例性单个单元包括地音探测器。

[0113]在根据预期的钻探路径布置了传感器阵列之后,并且一旦钻探操作正在进行,在框310中,第一传感器阵列就接收在地下岩层中生成的至少部分地由钻探操作导致的地震信号和电磁信号。具体而言,第一传感器阵列接收由钻探操作生成的地震信号的电震或震电转换所产生的电磁信号。钻头随着其穿透地球以形成井眼而生成地震和电磁噪声。由钻探操作产生的地震和电磁信号两者行进至第一传感器阵列。来自钻头的电磁噪声将在岩层中以光速行进至第一传感器阵列中的电磁传感器26。相比之下,来自钻头的地震噪声将在岩层中以声速行进至地震传感器28。如下文将更详细讨论的,由钻探操作产生的地震信号和电磁信号的检测时间之差指示钻探操作的位置。

[0114]在一些实施方式中,系统10包括被设置为与第一传感器阵列隔开的第二传感器阵列。第二传感器阵列可以包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28。在一些实施方式中,第二传感器阵列被设置为远离第一传感器阵列,以使钻探操作在第二传感器阵列中的影响最小化。可以将第二传感器阵列放置为与第一组传感器隔开一距离,该距离大体上等于或大于对应于钻探操作的深度的距离。例如,计算系统30可以使用第二传感器阵列来从在第一传感器阵列接收到的信号中去除背景噪声(框315)。在其它实施方式中,来自第二传感器阵列的信号用于确定远离发生钻探的区域的地表下岩层的一个或多个性质。在某些示例性实施例中,该地表下岩层性质的确定还基于来自第一传感器阵列的信号。

[0115]在一些实施方式中,放置在与钻探操作相隔很大距离的地震传感器28生成反映地球/空气环境中生成的电场的时间相关信号。在其它实施方式中,放置在勘测现场上方一高度处的电磁传感器26检测空气中的不同于地球发出的电场的电场。可以通过计算系统30使时间相关幅度与在油气田操作之上检测到的信号相关,以对地表下建模。替代地,计算系统30可以使用来自第二组传感器的信号的时间相关来对来自第一传感器阵列的数据进行滤波,以去除信号的背景部分。

[0116] 在其它实施方式中,第二组传感器放置在第一传感器阵列附近但仍然移开一些,并且用于去除例如基础设施噪声。第二组传感器可以放置在第一组传感器与基础设施噪声源之间。替代地,第二组传感器可以放置在基础设施噪声生成对第一组传感器造成干扰的任何附加信号的位置。在一种示例性实施方式中,第二组传感器位于公路附近,以监测并记录由公路生成的特征噪声。之后通过计算系统30从由第一传感器阵列检测到的信号中去除基础设施的这些特征噪声。

[0117]返回图3,在框320中,计算系统30可以执行对来自传感器的信号的一个或多个交叉相关。在某些示例性实施例中,可以在第一传感器阵列的传感器之间执行交叉相关。在某些示例性实施例中,在第二传感器阵列中的传感器之间执行交叉相关。在某些示例性实施例中,在第三传感器阵列中的传感器之间执行交叉相关,如下文所讨论的。在某些示例性实施例中,在第一传感器阵列中的一个传感器与第二传感器阵列中的第二传感器之间执行交叉相关。在某些不例性实施例中,在第一传感器阵列中的一个传感器与第三传感器阵列中的第二传感器之间执行交叉相关。在某些示例性实施例中,在来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的两个阵列的两个传感器之间执行交叉相关。

[0118]某些实施方式执行来自第一传感器阵列中的两个地震传感器28的时间跟踪信号之间的交叉相关,以排除噪声。该交叉相关可以用于确定可能受地面波支配的噪声。交叉相关的结果是对地面噪声的测量,其具有最小值以确定地表下岩层的性态。在一些实施方式中,可以通过计算系统30从来自第一传感器阵列的信号中去除该交叉相关的结果。

[0119]计算系统30还可以计算来自电磁传感器的信号的一个或多个交叉相关,以增强这些信号。在某些实施方式中,在两个电磁传感器26之间所测量的电势差与水平电场成比例,而在单个电磁传感器26处测量的电势与垂直电场成比例。水平电场包含表征电磁能量源的信息,而垂直电场包含表征来自返回的电震转换的信号的信息。之后,如果使两个电磁传感器26之间的电势差与来自两个电磁传感器26的信号之和交叉相关,那么结果将是源信号与返回的电震转换之间的交叉相关。该交叉相关可以抑制电磁传感器26之间的共同噪声以及一个电磁传感器26所特有的噪声两者。在一些实施方式中,所得到的交叉相关提供了到目标的行进时间。

[0120]在系统10的实施方式包括第一传感器阵列的情况下,能够抑制跨越阵列逐步移动的地震或电磁事件。这些系统事件可以是从距基础设施极大距离处或者是基础设施本地的源传播的地面地震波。一旦去除了这些系统的地面噪声,那么所有传感器上的噪声将在水平平面内更加对称。之后第一传感器阵列中的相邻传感器之和与差将产生具有较低的方向相关性的更大的信噪比。

[0121]返回图3,在框325中,计算系统30对来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列的传感器的一个或多个信号执行自相关。在一些实施方式中,该自相关可以确定使第一传感器阵列中的地震传感器28同步的时间。钻头随着其切入地表下岩层中而生成地震噪声。该地震噪声还通过几种机制,包括通过电动耦合而生成电磁响应。所生成的电磁波在岩层中以光速行进到地面,该速度远高于钻头生成的地震波的速度。计算系统30执行在第一传感器阵列中的电磁传感器26处接收的信号的时间迹线的自相关,以确定电磁信号的到达与和地面下的同一钻探事件相关联的地震响应的随后到达之间的时间滞后。可以针对对源和返回信号敏感的任何传感器执行自相关。例如,地音探测器检测电磁能量和地震能量二者。针对地音探测器的自相关可以检测初始源EM信号和随后的地震波返回。示例性实施例包括一个或多个电容传感器,电容传感器又包括加速度计。还包含加速度计的电容传感器能够在电容传感器和加速度计两者上检测源信号和返回信号。

[0122] 在计算系统30向由第一传感器阵列中的每个地震传感器28或电磁传感器26生成的每个时间迹线施加自相关操作时,所产生的时间迹线具有常规主动源地震信号的性质。即,电震勘测中的源电磁信号设置信号记录的开始时间,其方式与常规地震勘测中使地震源与地音探测器阵列同步以设置源信号的开始的方式相同。电震信号的自相关则具有单个地震时间迹线的所有性质。示例性实施例以对电震和/或震电信号的电磁部分和地震部分的同时处理为特征。将所测量的电场用作随后的地震波到达的参考。

[0123]可以通过地震处理领域技术人员已知的所有方法来处理每个电震探测器处生成的作为结果的伪地震时间迹线。这样的信号处理可能包括速度滤波、倾角滤波、共源点堆叠、静态校正以及迀移,以确定源的真正位置。

[0124]返回图3,在框330中,在某些实施方式中,计算系统30向来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列的信号应用一个或多个滤波器。在某些示例性实施例中,计算系统30应用一个或多个速度滤波器。在某些示例性实施例中,计算系统30应用一个或多个空间滤波器。

[0125]在f-k域中执行某些示例性速度滤波器。f-k域是频率(f)对比波数(k)的曲线图。波数是空间波长的倒数。频率是地震传感器28或电磁传感器26处的到达时间的倒数。因而,f-k域中的曲线图将恒定速度显示为直线。

[0126]示例性空间滤波器利用围绕恒定电磁场的场线的中心线的对称性,例如如图5-12所示。示例性空间滤波器利用电场的垂直或水平分量以及在中心线的两侧符号相反的地震偏振。在某些不例性实施例中,电场的垂直或水平分量以及地震偏振将对来自多个电磁传感器26或多个地震传感器28的数据进行堆叠。作为与中心线的距离的函数的地震信号的到达时间的差可以用于确定井下性质,例如钻头位置或井眼位置。作为与中心线的距离的函数的地震信号的到达时间的差连同直接位于井上的地震传感器28的到达时间可以用于确定钻头的三维位置或岩层性质。

[0127]在某些示例性实施例中,在沿水平或垂直方向传播的断裂主要建立了水平或垂直双极结构时,可以使用示例性空间滤波器来区分沿水平或垂直方向传播的断裂。

[0128]在某些示例性实施例中,直接从井源传播的电磁信号同时到达传感器阵列中的各电磁传感器26。各地震传感器28在与距中心线的距离有关的时间接收形成井源的地震信号。可以基于电磁信号与地震信号之间的到达时间之差执行滤波。就在相同位置(例如,地音探测器)处具有成对的电磁传感器26和地震传感器28而言,基于电磁传感器26处的电磁信号的到达时间,每组成对的探测器在零时间处具有其自身的时间标记。具有成对的电磁传感器26和地震传感器28的这种探测器不必为检测到达时间的“时差(moveout)”演变而与其它探测器同步。在某些示例性实施例中,每个成对的电磁传感器26和地震传感器28用于产生自相关。计算系统30可以至少部分地基于成对的电磁传感器26与地震传感器28之间的自相关滞后偏移来确定系统时差。在某些示例性实施例中,自相关的峰值对应于钻头的到达。对于被放置为距中心线较远的电磁传感器26和地震传感器28而言,该自相关的峰值将在较长的滞后处到达。

[0129]在某些示例性实施例中,计算系统30对直接来自电磁传感器26和地震传感器28的探测器信号进行堆叠。在某些示例性实施例中,在这样的堆叠之后,唯一的剩余信号就是来自深处的电磁脉冲的到达。在某些示例性实施例中,该来自深处的脉冲的幅度是对岩层的电阻率的测量。

[0130]如上文所讨论的,由钻头生成的信号具有地震分量和电磁分量二者。电磁分量以光速行进到地球表面。该速率远大于地震波的行进速率。取决于第一传感器阵列中的传感器之间的距离,由穿透地球的钻头产生的电磁调制将大约同时出现在第一传感器阵列中的各电磁传感器26处。将来自第一传感器阵列中的各电磁传感器26的自相关时间迹线相加强调了同时到达的信号。对电磁事件大体上同时到达的假设等价于说电磁调制具有接近无限的速度,其比地震事件的速度高得多。因而,所有记录的电磁信号之和有别于不同时到达所有探测器的地震事件。

[0131] 在某些实施方式中,还通过向观测到的地震波施加滤波器来进一步细化对地震到达的检测(框330)。在某些示例性实施例中,滤波器是具有速度特异性的(velocity-specific) 滤波器。例如 ,在地球表面行进的地震波具有尤其缓慢的速度。地面地震波呈现为系统地跨越探测器阵列的信号,并且在各探测器处的地面波到达之间具有相对较大的时间延迟。具有不同速度的两种类型的地面波为瑞利波和洛夫波。另一种类型的近地面的波是所谓的兰姆波。这些波在地表下行进,在大约30米的深度平行于地表传播。这样的波是压缩波,即P波,其受到接近地球表面的大的地震阻抗对比的引导。经常在地震之后检测到这样的波。这些波的行进速度比瑞利波快,但是比体地震波慢。在地球体内行进的地震波,即“体波”具有较高的速度。这样的波将以小于与地面波和兰姆波相关联的时间偏移的系统时间偏移到达地震探测器26。两种类型的体波是所谓的p波或压缩波以及所谓的s波或切变波。

[0132]在某些实施方式中,通过施加“倾角”滤波器而将以不同速度行进的地震信号分开。在频率/波数域内施加该滤波器。频率/波数域适用于地震传感器26。波数与阵列上的探测器之间的间隔的倒数成比例。还已知,地面地震波和体地震波具有每种地质环境所特有的特征速度。对这些速度的了解用于定义优选地将在地面上行进的波与在地表下传播的波区分开的速度。例如,所述速度与无限速度对EM波进行滤波,以瑞利速度和洛夫速度对地面波进行滤波,以兰姆速度对近地面波进行滤波,并且以P波和s波速度对体波进行滤波,滤波器由此有效地隔离各种类型的波。

[0133]返回图3,在框335中,在某些实施方式中,计算系统30对来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列的信号执行信号处理。

[0134]在一个示例性实施例中,计算系统执行共源点处理。“共源点”是指发源于钻头并且然后行进至地震传感器28的相关信号。这里,图5-8示出了来自钻头的预期信号的几何结构。某些示例性信号还包括球对称分量。因此,能够将由第一阵列检测到的信号处理为地震响应的垂直和水平分量,以得到钻头的深度和水平位置。

[0135]例如,图5显示了地震响应的垂直分量在对称点的相对侧上改变符号,在这种情况下,所述对称点是钻头的位置。对称点两侧上的最大幅度之间的间隔等于钻头的深度。零交叉点对钻头的水平位置定位。

[0136]对自相关时间迹线进行处理提供了所需的信息。在速度滤波并保持垂直位移信号之后,确定每个探测器处的地震波到达时间和幅度。幅度相对于水平距离的曲线图确定了 X水平方向和y水平方向两者内的零幅度点。在图5中,Z是垂直坐标。之后,对来自对称地设置在该零幅度位置的相对侧上的传感器的信号求和,以抑制噪声。结果是穿过原点处的零点并在等于钻头深度的一半的距离处呈现最大值的曲线。在图5的顶部示出了这样的曲线。

[0137]可以针对地震波的水平分量重复该几何计算。如图8所示,地震波的水平分量穿过钻头位置上方的零点,并且最大值之间的距离近似等于深度。在一种实施方式中,直接使用三分量地震传感器28测量地震响应的水平幅度。在另一种实施方式中,通过计算在相邻电磁传感器26上检测到的幅度之间的差来测量地震响应的水平幅度。可以向图7和图8所示的球对称分量施加类似的处理,如下文所讨论的。

[0138]其它示例性实施例在框335执行一种或多种其它类型的信号处理。例如,框335的信号处理可以包括地震处理,其可以包括通过傅里叶方法进行的时间序列分析,所述傅里叶方法包括自相关和交叉相关、卷积和解卷积、维纳滤波、多光谱分析、以及希尔伯特变换中的一个或多个。

[0139]可以用于时间序列分析中的其它示例性信号处理方法也可以应用于从第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列的一个或多个传感器所采集的数据。在某些示例性实施例中,第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列包括地音探测器或加速度计的二维阵列。在以这样的传感器布置为特征的某些示例性实施例中,可以执行二维傅里叶变换和速度滤波。

[0140]在某些示例性实施例中,采用地震传感器26的阵列来通过各种方式对数据进行堆叠,以增强特定信号性质。在某些示例性实施例中,例如,可以完成处理以增加来自第一传感器阵列、第二传感器阵列以及来自源与接收器之间的特定位置(例如源与接收器的中间)处的第三传感器中的一个或多个的信号。可以将其称为共中心点堆叠处理(CMP)。在其它示例性实施例中,信号处理包括关于共用源(CSP)、共接收器位置(CRP)的堆叠、关于固定深度的堆叠、或者共深度点堆叠(CDP)中的一个或多个。

[0141]地震信号在不同时间到达第一传感器阵列、第二传感器阵列或第三传感器阵列中的一个或多个阵列中的各地震传感器28。可以将该地震信号的到达之间的时间差称为“时差”。诸如f-k滤波和时差时间偏移校正等示例性信号处理方法用于该目的。在某些示例性实施例中,观察某些地震速度。这些地震速度可以包括两个相邻地下层之间的速度、层速度、向外行进到连续接收器的波的有效速度、时差速度、以及在使用所有速度校正之后的速度(可以将其称为堆叠速度)中的一个或多个速度。此外,地面地震波包括瑞利波和洛夫波,以标示波偏振。与体波相比,这些波行进缓慢。对来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列的信号的分析可以用于相对于体波而分离出地面波的到达时间。在其它示例性实施例中,包括测量振动的三个正交分量的一个或多个加速度计或地音探测器的传感器阵列可以基于波的偏振和速度来将地面波与体切变波和压缩波分开。

[0142]在多个地震波到达多个探测器时,传播路径的非线性性质可能导致对地表下结构的不准确的定位。在某些示例性实施例中,信号处理(框335)包括试图校正该非线性传播的迀移。

[0143]可以在框335执行的示例性处理方法依赖于地震波的波性质。地震波按照公知的斯涅耳定律进行反射、透射和折射。波形处理与大部分的电震处理不同,因为电震信号的电磁波分中的波长比任何感兴趣的结构大得多。在这种情况下,可以恰当的是考虑低频极限下的电震传播问题,在低频极限下不存在界限分明的界面反射。

[0144]基于从第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列接收的信号、以及上文关于框315-335所描述的后续处理,计算机系统30确定一个或多个钻柱性质。一个示例性钻柱性质是钻头的位置。在某些示例性实施例中,钻头位置是相对于地面处的位置或者地表下岩层内的位置而言的。其它示例性钻柱性质包括钻探管的折曲或螺旋弯曲。在某些示例性实施例中,计算机系统30监测钻柱性质随时间的变化。钻柱性质随时间的变化可以指示钻柱部件是否正常运行。例如,钻柱性质随时间的变化可以指示钻柱的一部分发生了故障。

[0145]基于从第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列接收的信号、以及上文关于框315-335所描述的后续处理,计算机系统30确定一个或多个岩层性质(框340)。这些岩层性质可以包括在钻头上方、下方或前方的一个或多个岩层性质。一个示例性岩层性质是在地表下岩层中存在流体。另一个示例性岩层性质是在地表下岩层中存在断层。另一个示例性岩层性质是岩系层中的变化的位置。其它示例性岩层性质包括地表下岩层中的岩石的硬度以及地表下岩层的渗透性或孔隙度中的一个或多个性质。其它示例性岩层性质包括岩层的孔隙压力。

[0146]在某些示例性实施例中,计算系统30至少部分地基于第一、第二和第三阵列的传感器、以及框325-335中的一个或多个框的结果中的一个或二者来确定钻头在岩层中的位置。例如,在定向钻探期间,计算系统30可以最初基于在钻探操作之前执行的一个或多个勘测并且基于来自沿钻探路径设置的一个或多个勘测传感器的信号来确定钻头位置。在某些实施例中,计算系统30至少部分地基于来自第一和第二传感器阵列的信号或框325-335中的一个或多个框的结果中的一个或二者来修改所计算的钻头位置。

[0147]在某些示例性实施例中,计算系统30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列中的一个或多个阵列的信号以及框325-335中的一个或多个框的结果来对钻头上方、下方或旁边的岩层成像。

[0148]在某些示例性实施例中,计算系统30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列中的一个或多个阵列的信号以及框325-335中的一个或多个框的结果中的一个或多个来识别岩层中的诸如油气、氦、二氧化碳或水等流体的位置。

[0149]在某些示例性实施例中,计算系统30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列中的一个或多个阵列的信号以及框325-335中的一个或多个框的结果来识别断层的位置。然后,对这些断层的位置的识别可以用于改变钻探路径或者改变钻探操作。在其它实施方式中,计算系统30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列中的一个或两个阵列的信号以及框325-335中的一个或多个框的结果来确定在何处启动完成或适当增强过程,例如断裂阶段。

[0150]在某些示例性实施例中,计算系统30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列中的一个或两个阵列的信号以及框325-335中的一个或多个框的结果来监测增强的采油操作的演变。

[0151]在某些示例性实施例中,计算系统30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列中的一个或两个阵列的信号以及框325-335中的一个或多个框的结果来监测其它井操作。

[0152]在某些示例性实施例中,计算系统30通过至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列中的一个或两个阵列的信号以及框325-335中的一个或多个框的结果而识别由井操作所建立的断裂或损伤来执行质量控制。

[0153]在某些示例性实施例中,一个或多个岩层性质的确定包括确定钻头上方、前方、后面或下方的地表下岩层的图像。

[0154]在其它示例性实施方式中,计算机系统30确定地表下岩层中的相邻井或远处井的一个或多个性质。这可以包括地表下岩层中的相邻井或远处井的路径。其它示例性实施例可以至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列中的一个或多个阵列的信号以及框325-335中的一个或多个框的结果来确定相邻井或远处井周围的地表下岩层的一个或多个性质,例如相邻井或远处井周围的岩层中的诸如油气、氦、二氧化碳或水等一种或多种流体的存在、位置或量。

[0155]在框350中,计算系统30可以接收来自一个或多个第三传感器的组的信号。在某些示例性实施例中,来自第三传感器阵列的信号包括电磁信号,其可以是由钻探操作引起的地震信号的电震或震电转换产生的。在一些示例性实施方式中,在框350中,计算系统30至少部分地基于第一、第二和第三阵列的传感器以及框325-335中的一个或多个框的结果中的一个或二者来确定或更新钻柱性质和岩层性质中的一个或多个。在一个示例性实施例中,计算系统基于在第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列处接收到的电磁信号之间的时间差来更新一个或多个钻柱性质或岩层性质。

[0156]在框355中,在某些示例性实施例中,计算系统30还在钻探操作期间测试导电率。一般而言,导电率是检测流体含量和岩性的变化的另一种方式。在某些实施方式中,导电率与第一传感器阵列中的一个或多个地震传感器28的地震响应相关。在一种示例性实施方式中,结合钻探期间的电震勘测,在井与远处电极之间施加电压。在某些示例性实施方式中,针对井头、钻探管和钻头中的一个或多个建立一个电接触。第二电极可以被设置为建立通过感兴趣区的电流。第二电极可以位于钻探装备上的第二位置、和/或位于相邻井筒或钻探装备上、和/或位于诸如管道和/或栅栏等基础设施上,和/或第二电极可以是放置在地球表面上的电极。在某些示例性实施例中,表面电极位于距井位置大约10英尺到20000英尺之间。第一传感器阵列中的一个或多个电震传感器26被配置为与地震数据采集同时和/或在与之不同的时间检测电压。替代地,电磁传感器可以与地震传感器26分开。在钻头遇到诸如水囊等高导电率区域时,电阻率连同第一传感器阵列中的电震传感器26中的电震响应一起降低。组合的影响利于流体导电率的变化。

[0157]在框360中,计算系统30基于先前步骤确定的钻头位置来改变钻探操作。在一些示例性实施方式中,计算系统30引起钻探的钻压的变化。在其它实施方式中,计算系统30在钻柱中激活井下马达,以改变钻柱的方向。在其它实施方式中,计算系统30使得钻柱离开底部并跳到一位置。在其它示例性实施例中,计算系统30改变钻探操作的钻进速度。

[0158]下文将关于图5-12讨论第一传感器阵列的放置。图5是在包含具有垂直区段和水平区段二者的井505的平面内的截面图。钻头510处于储层515内的井眼505的水平部分中。随着钻头510钻入地表下岩层,来自钻头515的声学噪声生成地震和电磁噪声。在一种实施方式中,噪声可能采取双极辐射的形式。在某些实施方式中,这些噪声信号采用在地面接收到的噪声信号的对称性确定钻头515的深度的方式行进至地面。在图5中,最大水平电场和地震幅度出现在离钻头515的头部30度处,如图所示。在该实施方式中,最大值之间的距离等于深度。在+/-30度处记录的信号之间的差是最大幅度之和,并且从两个探测器中去除了公共信号。还可以基于地震信号到地面的行进时间来确定钻头515的深度。地震行进时间随着偏移量(即,与钻头之上的中心线的距离)而增大。尽管图5的井眼505具有水平区段,但是其它井眼505将是垂直的或大体上垂直的。其它井眼505将包括具有处于垂直与水平之间的偏斜的一个或多个偏斜区段。

[0159]图6是在包含井505的平面内的截面图,其中,该视图的平面与图5的平面垂直。注意,电场幅度和地震幅度展现了与图5等同的性态。因此,第一传感器阵列可以被布置为捕获地震或电磁噪声的点源的三维图像。通过在垂直于水平井的平面内对称地放置传感器而确定钻头510的三维位置。这些几何关系适用于在地表下的点处生成的任何声学/地震双极干扰,其中“点”的半径小于在所测量的频率和深度处的地震波的第一地震菲涅耳区段。

[0160]示例性传感器布置可以采取很多形式,例如包括矩形网格上的阵列以及在地震成像中常用的其它布置。此外,可以通过平行于和/或垂直于钻探操作路径和/或与所述路径成一定角度的传感器的线性布置来形成阵列。此外,可以将传感器放置在具有已知位置的随机地点。

[0161]图7是在包含已经钻入储层515中的井505以及在储层515中已经引发的断裂705的平面内的截面图。图7的顶部示出了由于流体从断裂705流出并通过开采套管所产生的电场。在某些实施方式中,从断裂705流出的流体通过电动耦合而建立流动电势。就断裂生成而言,预计地震幅度和电幅度将大体上大于由开采中的流体流动所生成的幅度。在断裂过程中,流体流入储层515中,以形成断裂705。断裂生成过程产生大量的能量,其被施加至储层515,以使岩石断裂。该施加的能量建立了地震响应和电震响应二者,它们都能够被传感器阵列检测到。

[0162]图5-7所描述的情况假设了垂直机械或流体运动,其等同于垂直偶极子源。然而,钻头510还具有与垂直运动类似的水平运动。类似地,断裂705具有水平幅度,其可能达到或者超过断裂705的垂直位移。这可能发生,因为与断裂705的垂直传播相比,断裂在应力最小的方向上的扩展生成更多的岩石移动、更大的岩石移动量。断裂中的流体流动也是这种情况,断裂利用大范围的水平分支来连接地下结构。

[0163]具有水平和垂直分量的机械干扰在其不是球对称的情况下可以被分解成正交的水平偏振和垂直偏振。等同地,在某些示例性实施方式中,可以将信号分成水平和垂直偶极子。

[0164]如图8所示,对于水平偏振,信号几何结构与垂直偏振相同;然而信号几何标记反向。对于水平源偏振,地面上的电场和地震幅度的垂直分量在对称线或对称点的相对侧上反转符号。地面上的电磁和地震信号的水平分量与对称点处的最大值连续。对于任一种或两种偏振,地震响应的到达时间与信号几何结构相结合限定了钻头510的位置。

[0165]在某些实施方式中,可以测量对称点的相对侧上的符号变化,如图6-8所示。因此,可以通过在地面上部署传感器阵列来确定信号的几何性质。这些传感器可以包括一种或多种电场传感器、磁场传感器、单分量地震传感器、二分量地震传感器或三分量地震传感器。

[0166]图9和图10显示了由深处的水平电偶极子生成的示例性预期垂直电场幅度。以相对于目标的深度为单位来表达水平距离。图10显示了电场至少是最大电场的一半时的偏移距离。电场在负偏移处,即在偶极子的起始点或起始线的另一侧上改变符号。

[0167]基于图10所示的预期结果,对于10000英尺深的目标,可以将示例性传感器放置在距离穿过横向的垂直面2000英尺(相对于目标的深度)到19000英尺(相对于目标而言的深度)处。在该距离范围内,传感器处的信号幅度将至少是峰值幅度的一半。该示例的峰值幅度在7000英尺处。

[0168]在某些示例性实施方式中,对于深处的水平电偶极子,垂直电场的峰值幅度出现在目标深度的0.7倍的距离处。其对应于垂直方向与最大幅度的方向之间的44度角。对于深处的垂直偶极子,地面上的水平电场外观上类似。对于垂直偶极子,最大幅度的位置出现在目标深度的0.5倍的距离处,其对应于30度角。在图1和图2中示出了垂直偶极子的情况。

[0169]图11和12与图9和图10类似,但是其针对的是深处的电磁能量的示例性球对称源。水平电场在对称点的相对侧上反转符号。该图显示,偏移相关性对于偶极子情况和球形情况具有不同的形状。形状差异很重要。如果源是垂直或水平偶极子,则电场在较小的偏移处大。在这种情况下,如果源具有偶极子构造,那么地面上的第一传感器阵列的较小覆盖面积将能够实现信号检测。

[0170] 监测并控制使用冲击钻探的钻探操作

[0171]在某些示例性实施例中,对钻头加以控制,以在地震传感器28处接收到的所产生的地震能量中产生可检测的图案。例如,钻探操作(框310)可以是冲击钻探操作,其中,在钻探操作期间将受控振动给予钻柱。在Todd W.Benson的名称为“System and Method forDrilling Hammer Communicat1n’Format1n Evaluat1n and Drilling Optimizat1n”的美国专利N0.8517093中讨论了这样的冲击钻探操作的示例,通过引用将其内容并入本文。在受控振动冲击钻探的某些示例性实施例中,振动被控制为按照已知序列发生。示例性序列是被称为Golay互补序列的序列族。其它的示例性序列为Barker序列。在其它示例性实施例中,冲击钻头被编程为按照受控序列向钻头提供脉冲。在某些示例性实施例中,钻头被编程为提供脉冲的准周期或伪周期序列。在某些示例性实施例中,钻头被编程为提供具有变化的幅度的序列。在某些;^例性实施例中,钻头被编程为提供具有变化的频率的序列。

[0172]可以控制钻柱内引发的振动的频率,以例如增强在地震传感器28处得到的信号的信噪比。在受控振动冲击钻探的某些实施方式中,还对钻柱中引发的振动的幅度加以控制。例如,这可以用于提高在地震传感器28处接收的信号的信噪比。在地震传感器28中的一个或多个传感器处接收由受控振动冲击钻探产生的振动。计算机系统30执行在受控振动冲击钻探期间给予钻柱的信号系列与在地震传感器28处接收的信号的相关。在一些示例性实施方式中,该相关的结果用于确定钻头在岩层中的位置。该相关的结果还可以用于对钻头上方、下方或旁边的岩层成像。该相关的结果还可以用于识别岩层中的诸如油气、氦、二氧化碳或水等流体的位置。该相关的结果还可以用于监测增强的采油操作的演变。该相关的结果还可以用于监测其它井。该相关的结果还可以用于通过识别由井操作建立的断裂或损伤来执行质量控制。

[0173]该相关的结果还可以用于钻头到岩层中有可能产生较大量的流体的位置的地质导向。在其它示例性实施例中,钻头位置的确定用于断层周围的地质导向。

[0174]图16是根据本公开内容的用于勘测岩层的示例性方法的流程图。在框1605中,系统在钻头操作之前执行对地表下地球岩层16的勘测。在某些示例性实施例中,框1605的勘测是被动源电磁勘测,如上文关于图1和图2所述。然后,系统监测钻探操作(框300),如关于图3A和3B所讨论的。在某些示例性实施例中,系统还在钻探操作之后执行勘测(框1610)。在一些实施例中,使用公共的电震传感器26和地震传感器28的组,例如第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列来执行框1605、300和1610,如上文所讨论的。

[0175]在某些示例性实施例中,框1610的勘测是被动源电磁勘测,如上文关于图1和图2所述。在某些示例性实施例中,可以在框1610之后执行进一步的钻探操作。例如,可以在钻探操作之后基于勘测结果来完成对钻探路径的校正。

[0176] 监测并控制断裂操作

[0177]图13A和13B是根据本公开内容的用于在执行断裂操作的同时基于电震感测来监测并控制断裂操作的示例性方法的流程图。一般用附图标记1300来指代所述方法。例如,图13A和13B的方法可以用于确定在某一时间地下岩层中的断裂的取向和演变。示例性实施方式可以省略图13A和13B中所示的框中的一个或多个,而其它实施方式可能具有图13A和13B中未示出的附加步骤。其它实施方式可能按照图13A和13B所示的顺序的替代顺序来执行图13A和13B的框中的一个或多个。

[0178]图13A和13B描述的处理与上文关于图3A和3B描述的处理类似,其中,公共的单元与图3A和3B的框共享公共的附图标记。下文将讨论两者之间的差异。

[0179] 在框1305中,包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28的第一传感器阵列被布置为监测断裂操作。在某些示例性实施方式中,地震传感器28和电磁传感器26可以是诸如地音探测器等单个单元。一般而言,将在套管井的有限长度内启动断裂。在一些实施方式中,传感器阵列位于地球表面上或附近。在其它实施方式中,传感器中的一个或多个传感器至少部分地放置在地球表面正下方。在其它实施方式中,一个或多个电磁传感器26或者一个或多个地震传感器28位于钻孔中或沿钻孔的位置。示例性系统包括具有接触测量的一个或多个电磁传感器26,以测量钻孔套管内侧的电势,由此检测电震信号。将关于图5-12、并且尤是图7来更详细地讨论第一传感器阵列的放置。

[0180]在框1310中,计算机系统30接收在断裂操作期间在地下岩层中生成的一个或多个地震和电磁信号。断裂操作随着其穿透地球以形成井眼而生成地震和电磁噪声。由断裂操作引起的地震和电磁信号两者行进至第一传感器阵列。来自钻头的电磁噪声将在岩层中以光速行进至第一传感器阵列中的电磁传感器26。电磁信号可能是由来自断裂操作的地震信号的电震或震电转换所产生的。相比之下,来自钻头的地震噪声将在岩层中以声速行进至地震传感器28。在一些实施方式中,由断裂生成的处理信号与钻孔的钻探所产生的处理信号类似。在一些实施方式中,可能沿井套管的有限长度发生断裂,并且断裂可能在体积内扩展相当大的距离。这些问题的相关长度尺度是第一地震菲涅耳区段的半径。在一些实施方式中,该尺寸可以是100英尺或更大。断裂通常形成在由封隔器或插塞密封的套管的长度内。如果套管间隔比第一菲涅耳区段的半径大得多,则将源解释为有限体而非点源。

[0181]在一些实施方式中,对于有限的线性体而言,图5-12所示的信号的几何结构在x-y平面内不再对称。相反,在某些实施方式中,共源点处理的使用在X方向和y方向内将具有不同的尺寸。然而,在其它实施方式中,可以将断裂操作建模为点源,正如钻探操作的情况一样。

[0182]在框1315中,计算机系统30至少部分地基于来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列中的一个或多个阵列的信号以及一个或多个处理步骤315-335来确定断裂性质和岩层性质中的一个或多个。在一个示例性实施例中,计算机系统30确定岩层的一个或多个性质,例如地表下岩层中的包括油气或氦的流体的存在和位置。一般而言,计算机系统30可以如上文关于框345所述的那样确定岩层性质。如果在断裂期间在岩层中存在钻柱,则计算机系统30可以确定钻柱性质,如上文关于框340所述的。

[0183]在某些示例性实施方式中,计算机系统30确定被启动的断裂或者其它断裂的一个或多个性质。在一个示例性实施例中,计算机系统30确定断裂的取向。在一个示例性实施例中,计算机系统30确定断裂的程度。在一个示例性实施例中,计算机系统30确定断裂的密度。在一个示例性实施例中,计算机系统30确定断裂的孔隙度或渗透性。在一个示例性实施例中,计算机系统30确定断裂的连通性。在一个示例性实施例中,计算机系统30确定断裂的尺寸或形状。

[0184]在框1320中,计算机系统30测试断裂操作期间的导电率。一般而言,预计断裂是具有高表面积和高导电性的复杂结构。由于断裂提高了岩层中的暴露的流体的面积,因而所测量的导电率随着断裂在地表下岩层中的传播而提高。另一方面,在一些实施方式中,可以在启动或传播断裂的同时基于电阻率的小的变化来检测不良的断裂。在一些实施方式中,该导电率测试将定性地评估与井内的位置有关的断裂。在电阻率低并且所测量的电震幅度小时,该测量还可以揭示低油气饱和度。

[0185]在框1325中,计算机系统30基于所确定的断裂性质和所确定的岩层性质中的一个或多个性质来改变断裂操作。在一个示例性实施例中,计算机系统30至少部分地基于所确定的断裂取向和传播来改变断裂操作。在一些示例性实施方式中,改变断裂的位置和取向。在其它实施方式中,改变断裂压力。在一些实施方式中,改变断裂流体或支撑剂。

[0186]在某些实施方式中,被动电震感测用于在断裂之前和/或之后对井环境成像。所得到的成像可以用于确定涉及断裂质量的一个或多个问题。例如,计算机系统30可以确定断裂的大小、一个或多个绕过区域的位置、非目标岩层内的断裂或者水侵入。

[0187]图17是根据本公开内容的用于勘测岩层的示例性方法的流程图。在框1705中,系统在断裂操作之前执行对地表下地球岩层16的勘测。在某些示例性实施例中,框1705的勘测是被动源电磁勘测,如上文关于图1和图2所述。此后,系统监测断裂操作(框1300),如关于图13A和13B所讨论的。在某些示例性实施例中,系统还在断裂操作之后执行勘测(框1710)。在一些实施例中,使用公共的电震传感器26和地震传感器28的组来执行框1705、1300和1710。在某些示例性实施例中,框1710的勘测是被动源电磁勘测,如上文关于图1和图2所述。在某些示例性实施例中,可以在框1710之后执行进一步的断裂操作。例如,可以基于框1300或1710中的一个或二者的结果而在某一位置处启动新的断裂。在其它实施例中,执行一个或多个后续勘测,以确定断裂操作随时间推移的表现。例如,后续勘测可以确定所引发的断裂是否闭合或随时间改变形状。在某些示例性实施方式中,以秒为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、

23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、

48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59秒)。在其它示例性实施方式中,以分钟为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、

21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、

46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59分钟)。在其它示例性实施方式中,以小时为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22或23小时)。在其它示例性实施方式中,以天为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、

28、29、30或31天)。在其它示例性实施方式中,以月为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、

2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12月)。在其它示例性实施方式中,以年为单位来测量勘测之间的时间。例如,计算机系统30可以从电震传感器26和地震传感器28的组接收定期的测量结果Ο

[0188] 监测并控制开采操作

[0189]图14Α和14Β是根据本公开内容的用于监测并控制对来自地表下岩层的诸如油气、氦、二氧化碳或水等流体的开采的示例性方法的流程图。例如,图14Α和14Β的方法可以用于确定从地表下岩层进行开采的量级以及该岩层的耗尽位置。示例性实施方式可以省略图14Α和14Β中所示的框中的一个或多个框,而其它实施方式可能具有图14Α和14Β中未示出的附加步骤。其它实施方式可能按照图14Α和14Β所示的顺序的替代顺序来执行图14Α和14Β中的框中的一个或多个框。

[0190]图14Α和14Β中描述的处理与上文关于图3Α和3Β所描述的处理类似,其中,公共的要素与图3Α和3Β的框共享公共的附图标记。下文将讨论两者之间的差异。

[0191] 在框1405中,包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28的第一传感器阵列被布置为监测开采操作。在一些实施方式中,传感器阵列位于地球表面上或附近。在其它实施方式中,传感器中的一个或多个传感器至少部分地放置在地球表面的正下方。将关于图5-12、并且尤其是图7来更详细地讨论第一传感器阵列的放置。

[0192]在框1410中,计算机系统30接收在开采操作期间在地下岩层中生成的一个或多个地震信号和电磁信号。对来自流体开采的数据进行处理不同于对钻头和断裂数据进行处理。首先,流体的流动将分布在一般不是点源的管道的长度内。在一些示例性实施方式中,流体从断裂中流出可能建立大的电场而不是大的地震响应。在一些示例性实施方式中,压力波动和电场波动分布在开采流体内并且分布在开采套管的长度的范围内。来自单个断裂的单个事件将被来自很多开采断裂的很多事件掩盖。

[0193]就长的水平井而言,第一传感器阵列可以解析通过管道区段的流动。在某些实施方式中,将这些流速变化示为电场随距离的变化。

[0194]在某些实施方式中,计算机系统30接收在压力测试期间在地下岩层中生成的一个或多个地震信号和电磁信号。由于这样的测试的性质,该情况可以向第一传感器阵列提供可用电震数据。

[0195]在框1415中,计算机系统30测试开采操作期间的导电率。在开采期间,导电率将随着储层被耗尽而系统地变化。在某些实施方式中,一个或多个电磁传感器用于测量电震响应,并且沿开采套管的导电性能够揭示出具有不良开采率的区段。

[0196]在框1420中,计算机系统30基于来自第一传感器阵列的测量结果而改变开采操作。在一些实施方式中,其包括改变井中的栗压或闭锁。在一些实施方式中,其包括改变井的开采速率。在其它示例性实施例中,系统可以从常规开采改变为增强的采油方法。

[0197] 地下储层区段评估

[0198]图18是根据本公开内容的用于评估一个或多个储层性质的示例性方法的流程图。在某些示例性实施例中,系统可以用于监测来自地下岩层的流体的开采。在其它实施例中,系统可以用于对来自地下储层的流体开采的区域进行定位。图18的方法可以例如用于确定开采中的储层的一个或多个性质,包括确定一个或多个储层的轮廓(例如,边缘)。或者,图5的方法可以用于识别新的储层以进行开采。示例性实施方式可以省略框1805-1835中的一个或多个框,而其它实施方式可以包括图18中未具体示出的附加步骤。其它实施方式可以按照图18所示的顺序的替代顺序来执行框1805-1835中的一个或多个框。

[0199]在框1805中,第一传感器阵列被布置为监测来自地下岩层中的储层的诸如油气等流体的开采。在某些示例性实施例中,第一传感器阵列包括一个或多个电磁传感器26。在其它实施例中,第一传感器阵列可以包括一个或多个地震传感器28。在一些实施方式中,传感器阵列位于地球表面上或附近。在其它实施方式中,传感器中的一个或多个传感器至少部分地放置在地球表面的正下方。示例性传感器包括放置在地球中或者附接至接地元件的接地部分。可以将电磁传感器26中的某些传感器永久性地安装在期望的位置。在其它实施方式中,传感器中的一个或多个传感器位于钻孔中。

[0200]在框1810中,电磁传感器26接收由地下岩层中的地震信号的电震或震电转换所生成的一组电磁信号。地下岩层中的地震信号包括由于在开采期间来自地下岩层中的储层的流体的移动而生成的地震信号。由于在开采期间来自地下岩层中的储层的流体的移动而生成的地下的地震信号可以被称为被动源型地震信号。

[0201]在某些示例性实施方式中,在框1815中,将第一传感器阵列重新定位至新的位置。例如,可以随着对储层的开采的演变而移动传感器阵列中的传感器中的一个或多个传感器,以更准确地监测进行中的开采。然而,在其它实施方式中,不在一次或多次勘测之间移动第一传感器阵列。

[0202]返回图18,在框1820中,电磁传感器26第二次接收由地下岩层中的被动源地震信号的电震或震电转换所生成的一组电磁信号。某些实施方式随着时间推移而接收由地下岩层中的被动源地震信号的电震或震电转换所生成的后续的电磁信号组。在一些实施方式中,在后续的勘测之间改变传感器的位置,而在其它实施方式中,使传感器保留在同一位置处。在某些示例性实施方式中,以秒为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、

34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59秒)。在其它示例性实施方式中,以分钟为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、

6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、

33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59分钟)。在其它示例性实施方式中,以小时为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、

4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22或23小时)。在其它示例性实施方式中,以天为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、

15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或31天)。在其它示例性实施方式中,以月为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12月)。在其它示例性实施方式中,以年为单位来测量勘测之间的时间。本领域普通技术人员还将认识到可以采用上述单位的组合来测量勘测之间的时间。在其它示例性实施例中,可以基于用户要求的时间来测量勘测之间的时间。

[0203]在框1825中,计算系统30使用一个或多个所接收的电磁信号组来确定一个或多个储层性质。在某些示例性实施例中,储层性质包括储层中的流体的存在、位置和量。示例性流体可以包括油气、水、氦或二氧化碳中的一个或多个。其它示例性储层性质包括孔隙压力或渗透性中的一个或多个。在某些实施方式中,计算机系统30依赖于一个或多个可用的地震勘测和采集勘测来确定一个或多个储层性质。

[0204]在一个示例性实施例中,计算系统30确定一个或多个开采区段的位置。在其它示例性实施方式中,计算机系统30还依赖于一个或多个可用的地震勘测和开采勘测来确定开采区段。在一些示例性实施方式中,计算系统30将当前未处于开采中的区段的勘测结果与当前处于开采中的区段的勘测结果进行比较以确定当前未处于开采中的区段的预期开采能力。

[0205]在框1830中,计算系统30使用一个或多个接收到的电磁信号组来确定岩层的一个或多个轮廓(例如,边缘)。

[0206]基于所确定的开采区段(框1825)和/或所确定的储层轮廓的位置(框1830),系统可以改变开采操作(框1835)。例如,系统可以确定应当钻探一个或多个加密井或扩边井,以增强开采。其它增强的采油(E0R)操作可以包括化学驱油、混相驱油和热力采油。在某些示例性实施方式中,操作者将执行水力断裂和向地下岩层施用支撑剂。

[0207] 对储层的流体开采的长期监测

[0208]图19A和19B是根据本公开内容的用于监测地下储层的流体开采的示例性方法的流程图。例如,图19A和19B的方法可以用于评估开采操作的驱扫效率。或者,图19A和19B的方法可以用于识别要进行E0R操作的候选项。示例性实施方式可以省略框1905-645中的一个或多个,而其它实施方式可以包括图19A和19B中未具体示出的附加步骤。其它实施方式可以按照图19A和19B中所示的顺序的替代顺序来执行框1905-1945中的一个或多个。

[0209] 在框1905中,包括一个或多个电磁传感器26的第一传感器阵列被布置为监测来自地下岩层中的储层的诸如油气、水、氦或二氧化碳中的一个或多个等流体的开采。在一些实施方式中,传感器阵列位于地球表面上或附近。在其它实施方式中,传感器中的一个或多个传感器至少部分地放置在地球表面的正下方。示例性传感器包括放置在地球中或者附接至接地元件的接地部分。可以通过将电极永久性地掩埋在勘测位置而方便地安装接地连接器。可以通过将所需的电子设备连接至这些掩埋的电极而完成连续或周期性测量。在其它实施方式中,还可以对诸如管道、栅栏和井等某些基础设施进行接地连接。在于长时间段内监测储层的实施方式中,将电磁传感器26永久性地安装在期望的位置处往往是有利的。在其它实施方式中,传感器中的一个或多个传感器位于钻孔中。

[0210]在框1910中,传感器阵列接收由地下岩层中的被动源地震信号的电震或震电转换所生成的一组电磁信号。传感器阵列随时间推移而继续接收第二信号和后续信号。在某些示例性实施方式中,以秒为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59秒)。在其它示例性实施方式中,以分钟为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、

10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、

35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59分钟)。在其它示例性实施方式中,以小时为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、

7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22或23小时)。在其它示例性实施方式中,以天为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、

17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或31天)。在其它示例性实施方式中,以月为单位来测量勘测之间的时间(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12月)。在又一其它示例性实施例中,以年为单位来测量勘测之间的时间。例如,计算机系统30可以从传感器阵列接收定期的测量结果。基于这些测量的结果,计算机系统30监测储层的流体的开采和移动(框1920) ο

[0211]在某些实施方式中,岩层将经历E0R以增强开采。其可以包括用水、蒸汽或其它流体淹没岩层。在这种状况下,传感器阵列可以用于通过将在淹没操作期间来自传感器阵列的信号与先前的传感器测量结果进行比较而跟踪岩层中的溢流。来自传感器阵列的信号的电震幅度的变化对应于诸如油等油气与诸如水、蒸汽或化学驱油剂等溢流剂之间的界面。其归因于一方面的油气或其它流体与另一方面的溢流剂之间的电震响应的差异。

[0212]在某些实施方式中,所述方法还包括至少部分地基于来自传感器阵列的信号来确定能够从储层开采的流体的量(框1930)。电震幅度将基于地表下的流体含量而发生变化。在某些实施方式中,充满油气的岩石与充满E0R流体的岩石具有不同的电震幅度。这些存在差异的幅度使得计算机系统30能够跟踪岩层中的两种流体之间的界面。在某些实施方式中,使界面演变与开采的油的量相关。在这样的实施方式中,界面移动是对驱扫效率以及储层层段的体积的测量。

[0213]在框1935中,所述方法包括检测绕过的流体。如上文在框1930中讨论的,计算机系统30跟踪岩层中的流体之间的界面的演变。在某些示例性情况下,界面具有复杂的形状。例如,在油与E0R流体之间的界面按照复杂的几何形状演变时,其可以指示在储层中存在绕过的流体或复杂性。在某些实施方式中,绕过的流体产生大的电震幅度。在某些实施方式中,不含有油的储层岩石中的复杂性会产生小的电震幅度。

[0214]所述方法还包括在框1940中检测不希望的流体迀移。在某些实施方式中,该过程用于质量控制。储层深度上的、接近钻探操作和/或开采设施处的电震幅度可以指示不希望的油气远离储层、开采操作或钻探设施的迀移。在某些实施方式中,传感器测量可用于跟踪接近地球表面的污染物迀移。

[0215]例如,基于对绕过的流体的检测(框1930 ),系统可以改变开采操作(框1945)。例如,在开采前缘以不规律的方式前进时,其可能揭示相当大量的未受驱扫的流体。在某些实施方式中,未受驱扫的流体呈现为具有不随时间变化的高电震幅度的区域。将这些未受驱扫区域的电震性质与具有良好开采率的已知区域的电震性质进行比较,计算机系统30可以确定具有开采出额外的流体的高可能性的那些位置。然后,计算机系统30可以确定应当钻探一个或多个加密井或扩边井,以增强开采。其它增强的采油(E0R)操作可以包括化学驱油、混相驱油和热力采油。在某些示例性实施方式中,操作者将执行水力断裂和向地下岩层施用支撑剂。

[0216] 对储层连通性的检测

[0217]图20是根据本公开内容的用于基于被动电震勘测而确定储层段的连通性的示例性方法的流程图。例如,图20的方法可以用于确定储层层段的连通性。示例性实施方式可以省略框2005-2020中的一个或多个,而其它实施方式可以包括图20中未具体示出的附加步骤。其它实施方式可以按照图20所示的顺序的替代顺序来执行框2005-2020中的一个或多个。

[0218]在框2005中,所述方法包括将参考电磁传感器26放置在井头处或附近,并且将一个或多个电磁传感器26和地震传感器28放置在距井头一距离处。参考传感器可以是电磁传感器26。在其它示例性实施例中,参考传感器是地震传感器28。在其它实施方式中,电磁或震电发射用作时间零点参考,通过计算机系统30将来自距井头一距离处的一个或多个电磁传感器26的信号与所述时间零点参考进行比较。

[0219]在框2010中,所述方法还包括接收至少部分地由开采操作导致的地下岩层中的地震信号的电震或震电转换所生产的第一组电磁信号。可以将这些地震信号称为被动源地震信号。

[0220]在框2015中,所述方法包括使来自参考传感器与位于远离井头处的一个或多个电磁传感器26和地震传感器28的信号交叉相关。在某些示例性实施例中,通过使有噪声目标与油气开采相关来增强监测开采操作的信噪比。储层层段中的流体压力随着开采时间和开采井的数量而变化。尽管所有的覆盖层和底层都受到开采压力变化的影响,但是储层中的压力变化建立了一阶电渗转换。来自开采操作的机械噪声以声速穿过岩石行进。流体压力噪声以比声速慢得多的压力扩散速度行进。

[0221]然后,基于交叉相关操作的结果(框2015),计算机系统30在框2020中确定一个或多个储层性质。在一种示例性实施方式中,计算机系统30确定储层层段的连通性。压力扩散指示储层层段的连通性。在某些实施方式中,如果两各井未通过连续流体路径连接,那么压力扩散被阻断,并且在井之间没有发展出流动电势。在某些实施方式中,相关幅度随着与井的偏移而快速下降指示断开的储层层段。在一些状况下,断开可能是由断层或岩石性质的变化导致的。断开的层段停止增强的采油。

[0222]在某些实施方式中,计算机系统30还考虑传播的压力扩散的频谱。井内事件与其在储层的远处部分中的镜像之间的时间滞后很长。此外,通过压力扩散的高频滤波使所述频率移至较低频率。在与井相距较大距离处丢失信息。在较短距离处,频率相关是渗透性和开采能力的指示。

[0223] 传感器的放置

[0224] 图3六、38、13六、138、14六和148、16、17、18、19六、198和20所示的本公开内容的实施例可以使用电磁传感器和地震传感器的阵列。其它实施方式可以仅使用一个或很少数量的电磁传感器或地震传感器。一个示例性实施例使用一个或很少数量的电磁传感器或地震传感器来执行对钻探水平井的质量控制。在这样的实施方式中,假定水平井的预期路径是已知的。一个电磁或地震传感器放置在预期的井末端处。随着钻探的进行,电磁传感器信号或地震传感器信号的幅度将增大,并且到达时间将减小。在一些实施方式中,大的幅度变化可以说明钻探正在穿过润湿区段、岩性变化或者已经移到储层外。到达时间的非单调演变可以预示与预期路径的偏离。在其它示例性实施方式中,沿井的希望的路线放置两个或更多电磁传感器或地震传感器。通过这种方式采集的数据将是对钻探期间所采集的标准数据的补充。

[0225]在另一实施方式中,一个或多个电磁或地震传感器安装在固定位置上或几个位置上,以指示增强的采油操作何时跨越空间中的特定点。例如,在注水驱油中,了解水何时接近开采井可能是有用的。在一些实施方式中,在油气/水界面穿过监测储层的电磁或地震传感器的下面时,所述电磁或地震传感器将显示出快速的变化。

[0226]这里,“或”是包含性的而非排他性的,除非明确地另行指示或者通过上下文另行指示。这里,这里的“A或B”是指“A、B或两者”,除非明确的另行指示或者通过上下文另行指示。此外,“和”是联合和各不相同二者,除非明确地另行指示或者通过上下文另行指示。因此,这里的“A和B”是指联合或各不相同的A和B,除非有明确的另行指示或者通过上下文另行指示。

[0227]本公开内容涵盖本领域普通技术人员会领会的对文中的示例性实施例所做的所有变化、替换、变动、变更和修改。类似地,在适当的情况下,所附权利要求涵盖本领域普通技术人员会领会的对文中的示例性实施例所做的所有变化、替换、变动、变更和修改。此外,所附权利要求中对适于、被布置为、能够、被配置为、能够用于、可操作用于或操作用于执行特定功能的设备或系统或者设备或系统的部件的引用涵盖了该设备、系统、部件,而不管所述特定功能是否被激活、接通或解锁,只要该设备、系统或部件是如此适用的、如此布置的、如此能干、如此配置的、如此使能的、如此可操作的或如此运作的。

[0228]可以单独地利用一个或多个硬件或软件模块或者将其与其它装置组合来执行或实施文中描述的任何步骤、操作或过程。在一个实施例中,利用包括含有计算机程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品来实施软件模块,所述计算机程序代码可由计算机处理器运行,以执行文中描述的任何或者所有步骤、操作或处理。

[0229]本发明的实施例还可以涉及用于执行文中的操作的设备。该设备可以是针对所需的目的而专门构造的,和/或其可以包括由存储在计算机中的计算机程序有选择地激活或重新配置的通用计算装置。这样的计算机程序可以存储在有形计算机可读存储介质或适于存储电子指令并且耦合至计算机系统总线的任何类型的介质中。此外,说明书中提及的任何计算系统可以包括单个处理器或者可以是采用提高计算能力的多处理器设计的架构。

[0230]尽管已经利用几个实施例描述了本发明,但是本领域技术人员可以想到很多改变、变动、变更、变换和修改,并且这旨在表明本发明包含落在所附权利要求的范围内的这种改变、变动、变更、变换和修改。此外,尽管已经关于各种实施例描述了本公开内容,但是完全可以预计到,可以视情况将本公开内容的教导组合到单个实施例中。

Claims (30)

1.一种用于监测地下岩层的流体开采的方法,所述方法包括: 第一次从第一传感器阵列接收第一组电磁信号,所述第一组电磁信号是通过至少部分地由所述地下岩层的所述流体开采所产生的地震信号的电震或震电转换所生成的; 第二次从所述第一传感器阵列接收第二组电磁信号,所述第二组电磁信号是通过至少部分地由所述地下岩层的所述流体开采所产生的地震信号的电震或震电转换所生成的;至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述第一组信号和所述第二组信号来确定一个或多个储层性质;以及 其中,所述第一传感器阵列被布置为监测开采操作。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述第一组信号和所述第二组信号来确定一个或多个储层性质还包括: 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述第一组信号和所述第二组信号来确定一个或多个开采区段。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,确定一个或多个开采区段还至少部分地基于所述地下岩层的一个或多个地震勘测。
4.根据权利要求2所述的方法,其中,确定一个或多个开采区段还至少部分地基于一个或多个开采勘测。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述第一组信号和所述第二组信号来确定一个或多个储层性质还包括: 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述第一组信号和所述第二组信号来确定一个或多个储层的一个或多个轮廓。
6.根据权利要求1所述的方法,还包括: 在所述第一次与所述第二次之间对所述第一传感器阵列进行重定位。
7.根据权利要求1所述的方法,还包括: 第三次从位于井头处的参考传感器接收第三组电磁信号;以及 至少部分地基于所述第一组电磁信号和所述第三组电磁信号来确定储层性质。
8.根据权利要求7所述的方法,还包括: 执行所述第一组电磁信号与所述第三组电磁信号的交叉相关。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,至少部分地基于所述第一组电磁信号和所述第二组电磁信号来确定储层性质还包括: 至少部分地基于所述第一组电磁信号和所述第二组电磁信号来确定储层层段的连通性。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,至少部分地基于所述第一组电磁信号和所述第二组电磁信号来确定储层性质还包括: 测量所述地下岩层中的流体的流速。
11.一种用于监测地下岩层的方法,所述方法包括: 从第一传感器阵列接收至少部分地由所述地下岩层的流体开采所产生的一个或多个信号; 从所述第一传感器阵列接收一个或多个电磁信号,所述一个或多个电磁信号是通过至少部分地由所述地下岩层的所述流体开采所产生的所述一个或多个信号的电震或震电转换所生成的; 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述信号来确定所述地下岩层的性质;以及 其中,具有地震传感器的所述第一传感器阵列被布置为监测所述地下岩层的所述流体开米。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述信号来确定所述地下岩层的性质包括: 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述信号来确定在一位置处开采的流体的量。
13.根据权利要求11所述的方法,还包括: 基于所确定的所述地下岩层的性质来改变开采操作。
14.根据权利要求11所述的方法,还包括: 第一次从传感器阵列接收通过至少部分地由所述地下岩层的所述流体开采所产生的地震信号的电震或震电转换所生成的第一组电磁信号; 第二次从所述传感器阵列接收通过至少部分地由所述地下岩层的所述流体开采所产生的地震信号的电震或震电转换所生成的第二组电磁信号; 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的第一组信号和第二组信号来监测所述地下岩层的所述流体开采;以及 其中,所述传感器阵列被布置为监测开采操作。
15.根据权利要求11所述的方法,其中,所述传感器阵列中的传感器包括被配置为电耦合至地的电极,所述电极响应于垂直电磁信号,所述垂直电磁信号是由地表下地球岩层响应于被动电磁源信号的电震或震电转换而生成的。
16.根据权利要求11所述的方法,其中,所述地下岩层包括流体,所述方法还包括: 向所述地下岩层注入溢流剂;以及 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的第一组信号和第二组信号来确定所述流体与所述溢流剂之间的界面。
17.根据权利要求11所述的方法,其中,所述地下岩层包括流体,所述方法还包括: 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的第一组信号和第二组信号来确定能够从所述地下岩层开采的流体的量。
18.根据权利要求11所述的方法,还包括: 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的第一组信号和第二组信号来检测所述地下岩层中的绕过的流体。
19.根据权利要求18所述的方法,还包括: 基于检测到的所述地下岩层中的绕过的流体来执行一个或多个加密或扩边钻探操作。
20.根据权利要求11所述的方法,还包括: 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的第一组信号和第二组信号来检测所述地下岩层中的不希望的流体迀移。
21.—种系统,包括: 第一传感器阵列,其用于检测一个或多个电磁信号;以及 处理器; 存储器,其包括非暂态可执行指令,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 第一次从所述第一传感器阵列接收第一组电磁信号,所述第一组电磁信号是通过至少部分地由地下岩层的流体开采所产生的地震信号的电震或震电转换所生成的; 第二次从所述第一传感器阵列接收第二组电磁信号,所述第二组电磁信号是通过至少部分地由所述地下岩层的所述流体开采所产生的地震信号的电震或震电转换所生成的;至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述第一组信号和所述第二组信号来确定一个或多个储层性质。
22.根据权利要求21所述的系统,其中,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述第一组信号和所述第二组信号来确定一个或多个开采区段。
23.根据权利要求22所述的系统,其中,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 至少部分地基于所述地下岩层的一个或多个地震勘测来确定一个或多个开采区段。
24.根据权利要求21所述的系统,其中,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 至少部分地基于一个或多个开采勘测来确定一个或多个开采区段。
25.根据权利要求21所述的系统,其中,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述第一组信号和所述第二组信号来确定一个或多个储层的一个或多个轮廓。
26.根据权利要求21所述的系统,还包括: 位于井头处的参考传感器,并且其中,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 第三次从位于所述井头处的所述参考传感器接收第三组电磁信号;并且 至少部分地基于所述第一组电磁信号和所述第三组电磁信号来确定储层性质。
27.根据权利要求26所述的系统,其中,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 执行所述第一组电磁信号与所述第三组电磁信号的交叉相关。
28.根据权利要求21所述的系统,其中,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 至少部分地基于所述第一组电磁信号和所述第二组电磁信号来确定储层层段的连通性。
29.根据权利要求21所述的系统,其中,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 测量所述地下岩层中的流体的流速。
30.—种系统,包括: 第一传感器阵列,其用于检测一个或多个电磁信号;以及 处理器; 存储器,其包括非暂态可执行指令,所述非暂态可执行指令在被运行时使得所述处理器: 从第一传感器阵列接收至少部分地由地下岩层的流体开采所产生的一个或多个信号;从所述第一传感器阵列接收通过至少部分地由所述地下岩层的所述流体开采所产生的所述一个或多个信号的电震或震电转换所生成的一个或多个电磁信号; 至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述信号来确定所述地下岩层的性质。
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