CN1363047A - 地震波接收装置和将其与诸如底土层的硬介质耦合的方法 - Google Patents

地震波接收装置和将其与诸如底土层的硬介质耦合的方法 Download PDF

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Abstract

一种包括水下听音器和/或地下听音器的地震波接收制作,以及将其与诸如底土层的硬介质耦合起来的方法。该制作包括至少一个被浸入封闭柔性壁外壳(7)中的水下听音器(2),该外壳(7)中充满液体(8),其一端由具有密封管的密封塞子(9)封闭,用于使电缆(10)将水下听音器与信号捕获装置(E)相连。该外壳安放在空腔(6)中,最好通过一种可硬化的材料(例如,水泥),大体在其全部表面上与介质(5)紧密耦合。地下听音器可安放在包含水下听音器(2)的外壳(7)附近的相同的耦合材料中。应用:在地下构造中进行地震勘探或监视操作,尤其是为了确定上行和下行地震波。

Description

地震波接收装置和将其与诸如底土层的硬介质耦合的方法
技术领域
本发明涉及一种包括水下听音器和/或地下听音器的地震波接收装置，以及一种将它其与诸如底土层的硬介质耦合的方法。
根据本发明的装置尤其可以应用于在地下构造中所进行的地震监视或探测。
背景技术
众所周知，在生产期间，通过一种地震系统来长期监视储库(碳氢化合物储库或用于存储气体或其他物质的储库等)的状态变化。该地震系统包括地震脉冲源或地下发射弹性波的地震振子(seismic vibrator)，以及接收装置。该接收装置包括安放在表面或井中并与将被监视的构造耦合的地震拾音器，以便拾取由中断反射的波并把它们记录下来，从而建立代表性的地震图。在预定的时间间隔中执行地震探测，以便通过比较来确定因储库变迁而在其中发生的各种变化。
一般采用与该构造在表面或井中耦合的地下听音器来进行地震监测。地下听音器可以被置于井内，从一根电缆悬挂下来，或者，系到一个管道上，通过折叠的衬垫或弹簧紧压到井壁上。也可以把它们置于井内，系到一个箱体(casing)外部并嵌入箱体与井壁之间环形空间内的水泥内。地下听音器也可以被安装在钻井内并用水泥填塞。
同样众所周知的是，也可以通过用某些液体填充井而与各个构造耦合的水下听音器。
例如，在专利EP-591-037、(US-5,461,594)、FR-2,593,292、(US-4,775,009)、FR-2,728,973、(US-5,724,311)、FR-2,775,349或US-4,534,020中，描述了各种不同的长期地震监视系统。
在同一地点联合使用地下听音器1和水下听音器2所具有的优点是，可以分离沿相反方向传播的地震波3、4(参见图1)。实际上，地下听音器1沿地下听音器的轴向测量在波的作用下被探测的介质粒子的速度矢量的投影，而水下听音器2则测量压力。在传播速度恒定的均匀介质5中，这两个数量是由以下关系联系起来的：
P＝εz V/cos α，其中：
P是压力，
z是介质的地震阻抗，
ε是一个根据波的传播方向或者等于+1或者等于-1的系数，
V是粒子沿平行于传播方向的轴的速度，
α是地下听音器的轴向与传播方向之间的角度。
这是传统的“纵向地震探测(VSP)”操作中的情况，其中，沿井安装的拾音器检测下行波和上行波。众所周知，采用与井彼此相隔一段距离的成对地下听音器和水下听音器，通过速度和压力测量的线性组合来分离这两类波，并且：
Desc＝P-z V/cosα
Mont＝P+z V/cosα。
图2A、2B中所示的地震图对应于分别由地下听音器(速度数据V)和水下听音器(压力数据P)在垂直井中记录的数据。图2C、2D中所示的地震图分别对应于差值(P-V)与和值(P+V)。
虽然数据V和P都包括上行波(M)和下行波(D)，但是，它们的差只包括下行波(图2C)，而它们的和只包括上行波(图2D)。
但是，通过联合使用水下听音器和地下听音器来进行波的辨别会遇到将水下听音器与介质耦合起来的问题。
在井内进行测量的情况下，通过在井中填充泥浆来实现水下听音器与各种地层构造的耦合，这是一个严重的缺点，因为它直接暴露于称作“流体波”的波中，这些波的振幅通常大大高于在介质中传播的波的振幅，并且将被观察到。
发明概述
本发明的装置和耦合方法可以将非常有效的水下听音器和/或地下听音器与介质(例如，一个地下构造)相耦合，特别是，在应用于井内地震现象时，通过避免寄生效应而直接浸入泥浆中。
地震波接收装置包括至少一个水下听音器、一个封闭的柔性壁外壳。该外壳中填充有一种液体，用于大体在其全部表面上与介质紧密耦合，水下听音器浸入其中，外壳的一端由一个密封的具有一个密封管的塞子封闭，用于使电缆将水下听音器与信号捕获装置相连。
接收装置也可以包括与含有水下听音器的封闭外壳附近的介质相耦合的至少一个地下听音器，它与信号捕获装置相连。
例如，其封闭外壳中的地下听音器和/或水下听音器可以通过一种可硬化的材料(例如，在它们与该介质中所提供的一个空腔之间填入的水泥)与介质紧密耦合。
本发明的方法使得可以将包括至少一个水下听音器的地震波接收设备与硬介质(例如，底土层)相耦合，底土层中，有一个埋在该介质中的空腔。该水下听音器被浸入一个封闭的柔性壁外壳中，该外壳填充有一种液体，其一端由密封的具有密封管的塞子封闭，用于使电缆将水下听音器与信号捕获装置相连，并且通过向外壳周围的空腔内注入一种可硬化的材料(例如，水泥)而使外壳大体上全部柔性壁与介质耦合。
安放在包含水下听音器的外壳附近的至少一个地下听音器也可以通过同一可硬化材料与介质耦合。
例如，该接收装置被放置在井与深入到该井内的管子之间的空间内，通过将该材料注入此空间的至少一部分内来与介质耦合起来。
附图说明
通过阅读后面采用非限制性例子并参照附图进行的发明描述，读者将明白本发明的方法和设备的其他特征与优点。图中，
—图1用图解法展示了在地下构造中传播并由与该构造耦合的拾音器接收的弹性波所遵循的路径；
—图2A-2D示出了一些地震图的例子，这些地震图是分别由速度拾取器或地下听音器(图2A)、压力拾取器或水下听音器(图2B)、减少速度与压力信号(图2C)和合计这些信号(图2D)所接收的信号建立起来的；以及，
—图3示出了水下听音器与介质耦合的一个例子。
详细描述
这里使用的用于将地震接收设备的一个或多个水下听音器2与诸如底土层的硬介质5相耦合的耦合方法本质上包括将水下听音器2完全浸入充满有一种液体8的一个封闭的柔性壁外壳7中，该外壳与介质紧密耦合。该外壳或袋囊(bag)7包括一个孔，通过这个孔引进水下听音器2和填充液体8。例如，密封塞子9(例如，一个密垫)使外壳7的内部绝缘起来。塞子9具有一根防止液体透入的管道6，用于使电缆10将水下听音器与放置在(例如)表面的上的外部信号捕获装置E相连。
通过填充安放外壳7的空间6，可以使该接收装置与介质5耦合起来。例如，最好通过在外壳周围灌注一种固体材料11(可以是填充材料或一种诸如水泥的可硬化的材料)，使外壳7与介质5耦合。袋囊必须足够小，以便可以被引进所提供的空间内；同时，袋囊又必须足够大，以便水下听音器的活动部分可以完全与液体接触。
也连接到捕获装置E的地下听音器1最好与其外壳7中的水下听音器2相关联，并且通过同一耦合材料11将它们与介质耦合起来。
通过这种包括地下听音器与水下听音器的组合装置，可获得图2A至2D所示的地震图。
安放该装置的空间6可以是一个孔或只用于安装拾音器的一口井，也可以是深入到该井内的一根管子(例如，一根空心管子)周围并用于地下储库制作(表面与底部之间的流体迁移操作)的一个环形空间。
通过填充材料，特别是通过水泥将外壳埋入地下，可以实现水下听音器和/或地下听音器与该地层构造的耦合，而不会使该水下听音器直接暴露于通过井中流体而传播的强大的管波(tube wave)。该设备使得接收器被埋在离该表面一段距离的地方，以便使它们实际上对表面噪声不敏感。

Claims (7)

1.用于从诸如底层土的硬介质(5)接收地震波的接收装置，在与其耦合的介质的一个空穴(6)中至少包括一个水下听音器(2)，其特征在于，它包括一个封闭的柔性壁外壳(7)，所述外壳主要用于使其全部表面与介质紧密耦合，它填充有一种液体(8)，水下听音器(2)被浸入其中，其一端由一个密封且具有密封管的塞子(9)封闭，用于使电缆(10)将水下听音器连接到一个信号捕获装置(E)。
2.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，包含水下听音器(2)的封闭外壳(7)通过注入一种诸如水泥的可硬化材料(11)与所述介质紧密耦合。
3.如权利要求1中所述的接收装置，其特征在于，它包括至少一个与含有水下听音器(2)的封闭外壳(7)附近的介质相耦合的地下听音器(1)，并且所述地下听音器(1)还与信号获得装置(E)相连。
4.如权利要求3所述的接收装置，其特征在于，所述地下听音器(1)和含有水下听音器(2)的封闭外壳(7)通过注入一种诸如水泥的可硬化材料(11)与所述介质紧密耦合。
5.一种将含有至少一个水下听音器的地震波接收装置与如底土层的硬介质耦合的方法，其中，有一个空腔使其被埋入所述介质中，其特征在于，水下听音器(2)被浸入一个封闭的柔性壁外壳(7)中，所述外壳(7)中填充有液体(8)，所述外壳的一端由一个密封的具有密封管的塞子(9)封闭，用于使电缆(10)将水下听音器连接到信号获得装置(E)，并且实质上，通过向外壳周围的空腔内注入诸如水泥的可硬化材料，而将外壳(7)的整个柔性壁与所述介质耦合起来。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，安放在含有所述水下听音器(2)的外壳(7)周围的至少一个地下听音器(1)采用相同的可硬化材料而与所述介质耦合。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述接收装置被放置在一口井与降低到该井内的一根管子之间的一个中间间隔中，并且通过将所述材料注入到此间隔内的至少一部分中而与所述介质耦合。
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