CN213813970U

CN213813970U - 基于分布式光纤声波传感的时移vsp数据采集系统

Info

Publication number: CN213813970U
Application number: CN202022278773.XU
Authority: CN
Inventors: 余刚; 梁兴; 安树杰; 陈沅忠; 吴俊军; 李建国; 冉曾令; 王熙明; 夏淑君
Original assignee: Optical Science and Technology Chengdu Ltd of CNPC
Current assignee: Optical Science and Technology Chengdu Ltd of CNPC
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2030-10-13

Abstract

本实用新型提供了一种基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，包括钻孔中的套管、套管外全井段布设的井中分布式光纤声波传感铠装光缆、地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器、地面人工激发震源、井中和地面地震数据采集车和分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器，铠装光缆连接到分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器，以使地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器与井中分布式光纤声波传感铠装光缆同步同时采集并记录井中变偏移距垂直地震剖面数据和地面地震数据，数据处理解释结果，可以评价水力压裂储层改造效果，监测油气生产或注水注气井周围不同流体界面的动态变化趋势，优化油气生产方案，降低油气生产成本。

Description

基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统

技术领域

本实用新型属于应用地球物理、地球物理勘探技术、地震勘探技术领域，尤其涉及一种基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统。

背景技术

地震勘探是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探是地球物理勘探中最重要、解决油气勘探问题最有效的一种方法。它是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。

地震勘探则是利用人工的方法引起地壳振动(如雷管或炸药爆炸、重锤下落或敲击、电火花或压电晶体或气枪震源在水中或井中激发、可控震源振动)，再用精密仪器按一定的观测方式记录爆炸后地面上各接收点的振动信息，利用对原始记录信息经一系列加工处理后得到的成果资料推断地下地质构造的特点。在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。

在对地震勘探所获取的地震数据进行处理和解释的过程中，计算出各种地震波在地层中传播的速度和地下介质(地层或岩层)的弹性或粘弹性参数是必须和非常重要的步骤之一。如果不能准确的获取地下地层的地震波速度和地下介质(地层或岩层)的弹性或粘弹性参数，则会非常不利于或者无法进行后续的地震数据的处理和解释。因此，准确的测量和计算地下地层的地震波速度和地下介质(地层或岩层)的弹性或粘弹性参数，是进行地震勘探数据处理解释的首要任务之一。

现有的地面和井中的地震数据采集系统，使用的是通用的动圈式或数字式地面单分量或三分量检波器和井中的动圈式三分量检波器阵列，进行井─地联合立体同步采集地面和井中变偏移距垂直地震剖面数据。由于现有的井中动圈式三分量检波器重量大、成本高，测井电缆一次最多只能在井里下放100级动圈式三分量检波器，采集数千米深的全井段井中变偏移距垂直地震剖面数据需要移动或上提井中动圈式三分量检波器阵列数次，每提升一次井中动圈式三分量检波器阵列，地面的所有人工激发震源(炸药或重锤或电火花或气枪或压电晶体或可控震源)点就需要重新激发一次，这不仅造成了井地联合立体采集的地震数据的成本极高，在每个震源点的重复激发很难保证每次激发的能量一致，频谱一致，震源和地面的每次耦合也完全一致。由于以上这些众所周知的原因，通用的动圈式或数字式地面单分量或三分量检波器和井中的动圈式三分量检波器阵列进行时移井─地联合立体同步采集地面和井中变偏移距垂直地震剖面数据很难得到推广应用。

时移井中-地面地震联合立体勘探技术作为地面地震勘探和井中地震勘探技术结合起来形成的一项新型地震勘探方法，实现了井中与地面地震数据采集的结合，可以达到同步采集、同步处理的目的从而提高勘探区的成像精度，提高目的层反射信号的信噪比与分辨率。有利于识别特殊地质体，精细的开展储层预测与评价，研究砂体及岩性圈闭；精细研究井旁周围地层的构造、储层及油层内的流体动态变化特征，评价水力压裂或储层改造的效果，是一种新型的地震勘探技术。

发明专利申请(CO₂气驱前缘位置的判断方法及其模型训练方法、装置，202010012707.X)提供了一种CO₂气驱前缘位置的判断方法及其模型训练方法、装置，涉及CO₂封存监测技术领域，该模型训练方法包括：获取样本测井的垂直地震剖面数据；对垂直地震剖面数据进行全波形反演，获得全波形反演结果；将垂直地震剖面数据以及全波形反演结果输入至预设的神经网络模型中进行训练；得到CO₂气驱前缘位置判断的模型。通过将多个时期的时移地面地震数据输入至预先完成训练的CO₂气驱前缘位置判断模型，输出多个时期的储层参数，通过差异性数据体进行分析，得到CO₂气驱前缘位置。该方法充分利用地面地震及VSP数据，在保证了地面地震数据观测范围大的同时不降低分辨率，降低了全波形反演的计算量。

实用新型内容

本实用新型公开了一种基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，为解决现有技术存在的无法保证两次以上的井下三分量检波器采集时移 VSP数据时的深度位置和井下检波器推靠贴壁耦合条件完全一致，无法在油气生产井内进行不干扰生产的时移VSP数据采集的难题；本实用新型公布的利用套管内外铠装光缆和地面检波器进行时移井中VSP数据─地面地震数据联合采集的方法，可以实现高密度、高效率、高分辨率、低成本的井─地联合时移VSP 数据和地面地震数据的同步采集。同步采集的时移VSP和地面地震数据的处理解释结果，可以评价水力压裂储层改造效果，监测油气生产或注水注气井周围不同流体界面(油水界面或气水界面)的动态变化趋势，优化油气生产方案，降低油气生产成本。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，包括钻孔中的套管、套管外全井段布设的井中分布式光纤声波传感铠装光缆、地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器、地面人工激发震源、井中和地面地震数据采集车和分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器，所述井中分布式光纤声波传感铠装光缆连接到分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器，以使所述地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器与井中分布式光纤声波传感铠装光缆可同步同时采集并记录Walkaway DAS-VSP数据(井中变偏移距垂直地震剖面数据) 和地面地震数据。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述人工激发震源为：地面炸药震源、重锤震源、电火花震源、压电晶体震源、气枪震源、可控震源中的至少一种。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述井中分布式光纤声波传感铠装光缆是布设在套管外，并用固井水泥永久固定在套管外侧的，或者用分布在井中分布式光纤声波传感铠装光缆外面的永久磁铁环将井中分布式光纤声波传感铠装光缆吸附在套管的内壁上，或者用等间距的环形金属卡子将井中分布式光纤声波传感铠装光缆固定在套管内安装的油管的外壁上。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述井中分布式光纤声波传感铠装光缆的尾端做消光处理，即将井中分布式光纤声波传感铠装光缆内光纤的尾端安装消光器或者在井中分布式光纤声波传感铠装光缆内光纤的尾端打一个结。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器在地面沿Walkaway DAS-VSP震源线等间距分布。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述地面有线检波器通过光电复合缆连接地面地震数据采集车上的地震数据记录仪器。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述地面有线检波器为：有线单分量或三分量动圈式检波器、有线单分量或三分量数字式检波器、有线单分量或三分量加速度式检波器、有线单分量或三分量光纤检波器中的一种。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述无线节点地震数据采集仪器的检波器为：无线单分量或三分量动圈式检波器、无线单分量或三分量数字式检波器、无线单分量或三分量加速度式检波器、无线单分量或三分量光纤检波器中的一种。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型利用布设在地面的有线或无线节点式单分量或三分量检波器，井中套管外、套管内或油管外布设的井中分布式光纤声波传感铠装光缆，以及地面上均匀或非均匀布设的人工激发震源信号，并利用常规地震数据记录仪器和分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器快速高效低成本的同步采集时移地面地震数据和沿井下分布式光纤声波传感铠装光缆的时移井中变偏移距垂直地震剖面数据。此实用新型可以实现高密度、高效率、高分辨率、低成本的井中─地面联合立体地震勘探。井中变偏移距垂直地震剖面数据处理的结果可以提取子波、识别多次波、获取地层的平均和层间纵波速度、横波速度、求取纵波速度和横波速度在不同方位上的速度各向异性、计算纵波和横波在地下介质中传播的衰减系数(特性)，然后精细准确的建立井周围地下介质的地震波速度模型和地下介质的弹性或粘弹性参数模型，并对地面地震资料进行静校正处理、去除多次波处理、振幅恢复处理、后续的地面地震数据的提高分辨率处理以及叠前各向异性深度偏移成像和叠前道集数据的Q补偿或和Q偏移成像。本实用新型公布的利用套管内外铠装光缆和地面检波器进行时移井中VSP数据─地面地震数据联合采集的方法，可以实现高密度、高效率、高分辨率、低成本的井─地联合时移VSP数据和地面地震数据的同步采集。同步采集的时移VSP和地面地震数据的处理解释结果，可以评价水力压裂储层改造效果，监测油气生产或注水注气井周围不同流体界面(油水界面或气水界面)的动态变化趋势，优化油气生产方案，降低油气生产成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例对应的基于分布式光纤传感的时移VSP数据和时移地面地震数据采集系统示意图。

附图标记：1-钻井内的套管；2-井中分布式光纤声波传感铠装光缆；3-分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器；4-铠装光缆内光纤的尾端安装的消光器；5-地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器；6-人工激发震源。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，包括钻孔中的套管1、套管1外全井段布设的井中分布式光纤声波传感铠装光缆2、地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器5、地面人工激发震源6、井中和地面地震数据采集车和分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器3，所述井中分布式光纤声波传感铠装光缆2连接到分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器3，以使所述地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器5与井中分布式光纤声波传感铠装光缆2可同步同时采集并记录Walkaway DAS-VSP数据(井中变偏移距垂直地震剖面数据)和地面地震数据。

在本实施例中，所述地面人工激发震源6为：地面炸药震源、重锤震源、电火花震源、压电晶体震源、气枪震源、可控震源中的至少一种。

在本实施例中，所述井中分布式光纤声波传感铠装光缆2是布设在套管1 外，并用固井水泥永久固定在套管1外侧的，或者用分布在井中分布式光纤声波传感铠装光缆2外面的永久磁铁环将井中分布式光纤声波传感铠装光缆2吸附在套管1内壁上，或者用等间距的环形金属卡子将井中分布式光纤声波传感铠装光缆2固定在套管1内安装的油管的外壁上。

在本实施例中，所述井中分布式光纤声波传感铠装光缆2的尾端做消光处理，即将井中分布式光纤声波传感铠装光缆2内光纤的尾端安装消光器4或者在井中分布式光纤声波传感铠装光缆2内光纤的尾端打一个结。

在本实施例中，所述地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器5在地面沿Walkaway DAS-VSP震源线等间距分布。

在本实施例中，所述地面有线检波器通过光电复合缆连接地面地震数据采集车上的地震数据记录仪器。

在本实施例中，所述地面有线检波器为：有线单分量或三分量动圈式检波器、有线单分量或三分量数字式检波器、有线单分量或三分量加速度式检波器、有线单分量或三分量光纤检波器中的一种。

在本实施例中，所述无线节点地震数据采集仪器5的检波器为：无线单分量或三分量动圈式检波器、无线单分量或三分量数字式检波器、无线单分量或三分量加速度式检波器、无线单分量或三分量光纤检波器中的一种。

本实用新型利用布设在地面的有线或无线节点式单分量或三分量检波器，井中套管外、套管内或油管外布设的铠装光缆，以及地面上均匀或非均匀布设的震源信号，并利用常规地震数据记录仪器和分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器快速高效低成本的同步采集时移地面地震数据和沿井下分布式光纤声波传感铠装光缆的时移井中变偏移距垂直地震剖面数据。此实用新型可以实现高密度、高效率、高分辨率、低成本的井中─地面联合立体地震勘探。井中变偏移距垂直地震剖面数据处理的结果可以提取子波、识别多次波、获取地层的平均和层间纵波速度、横波速度、求取纵波速度和横波速度在不同方位上的速度各向异性、计算纵波和横波在地下介质中传播的衰减系数(特性)，然后精细准确的建立井周围地下介质的地震波速度模型和地下介质的弹性或粘弹性参数模型，并对地面地震资料进行静校正处理、去除多次波处理、振幅恢复处理、后续的地面地震数据的提高分辨率处理以及各向异性偏移成像和叠前道集数据的Q补偿或和Q偏移成像。本实用新型公布的利用套管内外铠装光缆和地面检波器进行时移井中VSP数据─地面地震数据联合采集的方法，可以实现高密度、高效率、高分辨率、低成本的井─地联合时移VSP数据和地面地震数据的同步采集。同步采集的时移VSP和地面地震数据的处理解释结果，可以评价水力压裂储层改造效果，监测油气生产或注水注气井周围不同流体界面(油水界面或气水界面)的动态变化趋势，优化油气生产方案，降低油气生产成本。

在一些实施例中，井中分布式光纤声波传感铠装光缆2使用的纪录和调制解调仪器3是相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)，安放在地面地震和井中变偏移距垂直地震剖面数据采集车内。

在一些实施例中，地面无线节点地震数据采集仪器5可以是布设在地面的有线或无线节点单分量或三分量动圈式或数字式或加速度式或光纤检波器。

在一些实施例中，所述地面有线检波器使用的分布式光纤声波传感(DAS) 调制解调仪器3是相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)，安放在井中和地面地震数据采集车内。

在一些实施例中，所述人工激发震源6可以是炸药震源、或重锤震源、或电火花震源、或压电晶体震源、或气枪震源、或可控震源。

在一些实施例中，所述地面地震数据采集系中检波器的间距相等或不相等的距离为3.125米、6.25米、12.5米或25米。

在一些实施例中，所述井下分布式光纤声波传感铠装光缆2的空间采样间距相等距离为0.1米至2米。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，其特征在于，包括钻孔中的套管(1)、套管(1)外全井段布设的井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)、地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器(5)、地面人工激发震源(6)、井中和地面地震数据采集车和分布式光纤声波传感调制解调仪器(3)，所述井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)连接到分布式光纤声波传感调制解调仪器(3)，以使所述地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器(5)与井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)可同步同时采集并记录井中变偏移距垂直地震剖面数据和地面地震数据。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，其特征在于，所述地面人工激发震源(6)为：地面炸药震源、重锤震源、电火花震源、压电晶体震源、气枪震源、可控震源中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，其特征在于，所述井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)是布设在套管(1)外，并用固井水泥永久固定在套管(1)外侧的，或者用分布在井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)外面的永久磁铁环将井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)吸附在套管(1)的内壁上，或者用等间距的环形金属卡子将井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)固定在套管(1)内安装的油管的外壁上。

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，其特征在于，所述井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)的尾端做消光处理，即将井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)内光纤的尾端安装消光器(4)或者在井中分布式光纤声波传感铠装光缆(2)内光纤的尾端打一个结。

5.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，其特征在于，所述地面有线检波器或无线节点地震数据采集仪器(5)在地面沿井中变偏移距垂直地震剖面震源线等间距分布。

6.根据权利要求5所述的基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，其特征在于，所述地面有线检波器通过光电复合缆连接地面地震数据采集车上的地震数据记录仪器。

7.根据权利要求6所述的基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，其特征在于，所述地面有线检波器为：有线单分量或三分量动圈式检波器、有线单分量或三分量数字式检波器、有线单分量或三分量加速度式检波器、有线单分量或三分量光纤检波器中的一种。

8.根据权利要求5所述的基于分布式光纤声波传感的时移VSP数据采集系统，其特征在于，所述无线节点地震数据采集仪器(5)的检波器为：无线单分量或三分量动圈式检波器、无线单分量或三分量数字式检波器、无线单分量或三分量加速度式检波器、无线单分量或三分量光纤检波器中的一种。