CN113759418A - 一种随钻地震立体观测系统、方法、计算机及程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开是关于一种随钻地震立体观测系统、方法、计算机及程序产品，涉及地震勘探技术领域。地震信号接收端，安装在生产井周围，用于接收随钻地震信号；钻头信号接收端，安装在钻头，通过传感器接收钻头震动信号；参考信息传感器，安装在井架上方水龙头顶端，采集由钻杆传导上来的钻头震动参考信号；地面信号、井中信号和参考信号采集系统，高速传输数据到现场中央采集系统进行存储、监控及实时处理分析。本发明充分考虑了随钻RVSP受钻井驱动、泥浆循环、发电机、井场活动等强噪音干扰的特殊性，所发明的随钻立体观测系统能够获得立体多维的波场全面的随钻地震数据资料。

Description

一种随钻地震立体观测系统、方法、计算机及程序产品

技术领域

本发明公开涉及地震勘探技术领域，尤其涉及一种随钻地震立体观测系统、方法、计算机及程序产品。

背景技术

随钻地震(Seismic While Drilling)，简称SWD，该技术于二十世纪九十年代作为一种新兴的井中地震勘探技术率先在国外发展起来。广义随钻地震技术，可根据采集方式的差异进而细分为随钻RVSP(钻头随钻地震)以及随钻VSP两种。

随钻RVSP(钻头随钻地震)技术是国内较为常用也相对成熟的随钻地震技术手段，随钻RVSP(钻头随钻地震)，其观测方式与逆垂直地震剖面(RVSP)相似，伴随着钻头破岩钻进的过程，钻头与岩石的相互作用会产生振动，随钻RVSP技术就是以此为震源，将检波器布设在地面采集由地下底层传来的直达波和反射波等信息。作为一种石油钻井工程与地震勘探技术相结合的崭新产物，随钻地震技术无需中断钻井作业，与钻井同步实时采集地震资料，效率高且成本低。

然而，目前国内的随钻RVSP技术与国外相比依然有较大的差距，除了硬件设备水平滞后外，随钻RVSP采用与常规VSP技术以及常规地面地震勘探技术相同的采集观测系统，没有考虑到随钻RVSP的特殊性，所采集的数据质量差，这也是导致国内随钻RVSP技术发展较为缓慢的重要原因。当前随钻地震数据采集普遍在远离井口一定距离的地面布设检波器组合排列来接收地震信号，但是钻头破岩连续震动、能量小，并且地面接收的常规随钻采集方式受钻井驱动、泥浆循环、发电机等强噪音干扰，使得地面采集的随钻数据信噪比低，大量有效信号被噪音覆盖，复杂噪音对后续弱有效信号的扶植处理造成了极大的困难，更严重影响了随钻地震对高质量成像剖面的获取。随钻地震采集方式的创新迫在眉睫，获得立体多维的高信噪比随钻地震数据资料至关重要。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种随钻地震立体观测系统，解决了现有随钻平面观测系统采集信息有限、不利于全波场分离提高资料信噪比进而影响成像品质的问题。所述技术方案如下：

该随钻地震立体观测系统设置有：

随钻地震信号地面采集端，安装在生产井周围，用于接收随钻地震信号；地面检波器以生产井为中心成米字型排列在生产井和浅井的水平直线上，采集系统实施记录数据并传输及分析；多分量传感器安装在浅井中，与地面采集器相连，存储数据、传输并及时分析；

随钻地震信号浅井采集端，将传感器安装在多口浅井中，采集设备位于井口内，用于采集信号和传输信号；

钻头端钻井破岩信号采集接收端，将传感器设备安装在钻头内部，采集单元安装在钻铤内井台水龙头上方，通过传感器接收采集钻头震动信号并存储；钻头破岩信号连续记录钻头信号进行存储，用于后期综合研究；

随钻地震参考信号生产井钻柱顶端采集端，将信息传感器安装在井架上方水龙头顶端，采集由钻杆传导上来的钻头振动参考信号并传输；参考信号对高速传输数据到现场中央采集系统进行存储、监控及实时处理分析。

在一个实施例中，所述随钻地震信号浅井采集端包括以生产井为中心安装的四分量检波器垂向阵列和分布在八个方位角的浅井的地面三分量检波器。

在一个实施例中，所述浅井的深度为95m-105m。

在一个实施例中，所述四分量检波器垂向阵列包括：P分量检波器、X分量检波器、Y分量检波器和Z分量检波器；

该四分量检波器垂向阵列通过不同深度检波器对噪音的清楚辨识，实现钻头破岩震动信号的波场分离及联合处理。

在一个实施例中，所述地面三分量检波器包括：X分量检波器、Y分量检波器和Z分量检波器。

在一个实施例中，所述钻头内镶嵌三分量检波器接收钻头信号并由安装在钻铤内采集器存储。

在一个实施例中，所述钻头近端的钻铤有自容式采集器，自容式采集器连续采集钻头三分量检波器接收钻头信号。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述随钻地震立体观测系统的方法，其特征在于，该随钻地震立体观测方法包括以下步骤：

步骤一、接收随钻地震信号、钻头震动参考信号以及钻头信号；

步骤二、对上述信号进行预处理后，作为地面检波器信号互相关的参考信号；

步骤三、通过三分量检波器记录钻头破岩的震动速度垂直分量、横向分量和径向分量；

步骤四、通过四分量检波器记录不同深度的噪音并辨识；

步骤五、通过钻头近端钻铤内的钻头破岩信号采集器记录钻头信号；

步骤六、将采集的数据传输到现场中央采集系统进行存储、监控及实时处理分析。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述随钻地震立体观测方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

步骤一、接收随钻地震信号、钻头震动参考信号以及钻头信号；

步骤二、对上述信号进行预处理后，作为地面检波器信号互相关的参考信号；

步骤三、通过三分量检波器记录钻头破岩的震动速度垂直分量、横向分量和径向分量；

步骤四、通过四分量检波器记录不同深度的噪音并辨识；

步骤五、通过钻头近端钻铤内的钻头破岩信号采集器记录钻头信号；

步骤六、将采集的数据传输到现场中央采集系统进行存储、监控及实时处理分析。

本发明公开的实施例提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明充分考虑了随钻RVSP受钻井驱动、泥浆循环、发电机、井场活动等强噪音干扰的特殊性，所发明的随钻立体观测系统能够获得立体多维的波场全面的随钻地震数据资料，为后续全波场分离提高资料信噪比和高精度成像打下基础，为国内随钻RVSP技术的快速发展提供强有力的支撑。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明提供的随钻地震立体观测系统示意图。

图中：1、生产井；2、浅井；3、三分量检波器；4、检波器垂向阵列；5、水龙头；6、钻头破岩；7、钻头破岩信号采集器；8、钻头破岩三分量接收器；9、随钻地震记录地面接收阵列；10、钻头参考信号接收器。

图2是常规地面检波器水平阵列接收随钻地震单炮模拟记录。

图3是本发明提供的在浅井中检波器垂直排列接收随钻地震单炮模拟记录。

图4是本发明提供的随钻地震立体观测方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本发明所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为实现上述目的，本发明提供一种随钻地震立体观测系统，解决了现有随钻平面观测系统采集信息有限、不利于全波场分离提高资料信噪比进而影响成像品质的问题。

如图1所示，一种随钻地震立体观测系统，以生产井1为中心与分布在八个方位角的浅井2(深100m左右)中的井中四分量(P、X、Y、Z)检波器垂向阵列4和地面上的三分量检波器3(X、Y、Z)排列接收随钻地震信号；钻井台水龙头5上方安装三分量(X、Y、Z)传感器接收钻头震动参考信号，钻头内镶嵌三分量检波器3接收钻头信号并由安装在钻铤内采集器存储。三分量检波器3(X、Y、Z)又称全波检波器，在全波地震勘探中，用来接收地面质量X、Y、Z三个方向上的振动位移分量的检波器。

地面排列采用三分量检波器3(X、Y、Z)，浅井2处检波器垂向阵列4安装有四分量(P、X、Y、Z)传感器；钻头近端钻铤布置自容式采集器，内有三分量信号检波器。

所述的参考信息传感器，安装在井架上方水龙头5顶端，可以采集由钻杆传导上来的钻头振动信号，进行预处理后可作为地面检波器信号互相关的参考信号。

所述的钻头内三分量检波器3，可以记录钻头6破岩的震动速度垂直分量、横向分量和径向分量的三个分量。

浅井2中四分量检波器，安装在浅井2中，不同深度检波器对噪音的辨识更清楚，有利于钻头破岩6震动信号的波场分离及联合处理。

钻头近端钻铤内钻头破岩信号采集器7，连续记录钻头信号，利于后期综合研究。

地面排列加浅井2八个采集系统和参考信号采集系统，可以自容与高速传输数据到现场中央采集系统进行存储、监控及实时处理分析。

本发明的立体观测可以极大降低钻井驱动、泥浆循环、发电机、井场活动等强噪音干扰影响，能够获得立体多维的波场全面的随钻地震数据资料，为后续全波场分离提高资料信噪比和高精度成像打下基础。

生产井1位于水龙头5正下方，为正在钻进的井，以生产井1为中心，八口浅井2位置分布在生产井1的八个方位角上，在生产井1的井口与浅井2的井口两者之间的水平直线上布设随钻地震记录地面接收阵列9的三分量检波器3(X、Y、Z)排列，在每口浅井2中垂直布设井中四分量(P、X、Y、Z)检波器垂向阵列4，钻头6钻进过程与地层岩石的相互作用产生振动信号，地面的三分量检波器3与井中检波器垂向阵列4同时记录随钻地震信号。钻杆顶部的钻头参考信号接收器10可以接收来自钻头的震动信号，进行预处理后可与地面检波器信号进行互相关，钻头内镶嵌有三分量钻头破岩信号接收器8和在钻头近端钻铤里面的钻头破岩信号采集器7，利于后期综合研究。

本发明提供的随钻地震立体观测系统将地面检波器以生产井1为中心成米字排列在生产井1和浅井2的水平直线上，与分布在八个方位角的浅井2中的井中检波器垂向阵列4同时采集随钻信号，采集立体多维的高信噪比随钻地震数据资料，大大降低了随钻RVSP受钻井驱动、泥浆循环、发电机等强噪音干扰，所发明的随钻立体观测系统能够为高精度随钻地震立体成像提供，为国内随钻RVSP技术的快速发展提供强有力的支撑。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述随钻地震立体观测系统的方法，其特征在于，该随钻地震立体观测方法包括以下步骤：

S101、接收随钻地震信号、钻头震动参考信号以及钻头信号；

S102、对上述信号进行预处理后，作为地面检波器信号互相关的参考信号；

S103、通过三分量检波器记录钻头破岩的震动速度垂直分量、横向分量和径向分量；

S104、通过四分量检波器记录不同深度的噪音并辨识；

S105、通过钻头近端钻铤内的钻头破岩信号采集器记录钻头信号；

S106、将采集的数据传输到现场中央采集系统进行存储、监控及实时处理分析。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述随钻地震立体观测方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述随钻地震立体观测方法的各步骤。

针对该随钻地震立体观测系统，通过正演模拟可以明显看出，图3在浅井中检波器垂直排列随钻地震单炮模拟记录比图2常规地面检波器水平阵列接收随钻地震单炮模拟记录信噪比更高，由机械振动、泥浆循环等产生的相干干扰的能量更弱，所获取的地层信息更加丰富，印证了该随钻地震立体观测系统能够高保真获得立体多维随钻地震记录的优势，将有力推动随钻地震高质量成像的发展。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种随钻地震立体观测系统，其特征在于，该随钻地震立体观测系统设置有：

随钻地震信号地面采集端，安装在生产井周围，用于接收随钻地震信号；

随钻地震信号浅井采集端，将传感器安装在多口浅井中，采集设备位于井口内，用于采集信号和传输信号；

钻头端钻井破岩信号采集接收端，将传感器设备安装在钻头内部，采集单元安装在钻铤内井台水龙头上方，通过传感器接收采集钻头震动信号并存储；

随钻地震参考信号生产井钻柱顶端采集端，将信息传感器安装在井架上方水龙头顶端，采集由钻杆传导上来的钻头振动参考信号并传输。

2.根据权利要求1所述的随钻地震立体观测系统，其特征在于，所述随钻地震信号浅井采集端包括以生产井为中心安装的四分量检波器垂向阵列和分布在八个方位角的浅井的地面三分量检波器。

3.根据权利要求2所述的随钻地震立体观测系统，其特征在于，所述浅井的深度为95m-105m。

4.根据权利要求2所述的随钻地震立体观测系统，其特征在于，所述四分量检波器垂向阵列包括：P分量检波器、X分量检波器、Y分量检波器和Z分量检波器；

该四分量检波器垂向阵列通过不同深度检波器对噪音的清楚辨识，实现钻头破岩震动信号的波场分离及联合处理。

5.根据权利要求2所述的随钻地震立体观测系统，其特征在于，所述地面三分量检波器包括：X分量检波器、Y分量检波器和Z分量检波器。

6.根据权利要求1所述的随钻地震立体观测系统，其特征在于，所述钻头内镶嵌三分量检波器接收钻头信号并由安装在钻铤内采集器存储。

7.根据权利要求6所述的随钻地震立体观测系统，其特征在于，所述钻头近端的钻铤有自容式采集器，自容式采集器连续采集钻头三分量检波器接收钻头信号。

8.一种实现如权利要求1-7任意一项所述随钻地震立体观测系统的方法，其特征在于，该随钻地震立体观测方法包括以下步骤：

步骤一、接收随钻地震信号、钻头震动参考信号以及钻头信号；

步骤二、对上述信号进行预处理后，作为地面检波器信号互相关的参考信号；

步骤三、通过三分量检波器记录钻头破岩的震动速度垂直分量、横向分量和径向分量；

步骤四、通过四分量检波器记录不同深度的噪音并辨识；

步骤五、通过钻头近端钻铤内的钻头破岩信号采集器记录钻头信号；

步骤六、将采集的数据传输到现场中央采集系统进行存储、监控及实时处理分析。

9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求8所述的随钻地震立体观测方法。

10.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

步骤一、接收随钻地震信号、钻头震动参考信号以及钻头信号；

步骤二、对上述信号进行预处理后，作为地面检波器信号互相关的参考信号；

步骤三、通过三分量检波器记录钻头破岩的震动速度垂直分量、横向分量和径向分量；

步骤四、通过四分量检波器记录不同深度的噪音并辨识；

步骤五、通过钻头近端钻铤内的钻头破岩信号采集器记录钻头信号；

步骤六、将采集的数据传输到现场中央采集系统进行存储、监控及实时处理分析。

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