随钻地震钻头震源侧帮地质构造探测方法技术

本发明专利技术公开了随钻地震钻头震源侧帮地质构造探测方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：将检波器设置在钻柱尾端，用于接收钻头发射波；第二步：将三分量传感器组设置在巷道侧帮，三分量传感器能同时检测直达波和反射波；第三步：启动钻机；第四步：检波器将钻头震源通过钻柱传送的振动信号通过无线发射模块发送给防爆地质侧帮探测仪主机；三分量传感器组将收到的直达波和/或反射波通过无线发射模块发送给防爆地质侧帮探测仪主机；第五步：防爆地质侧帮探测仪主机对收到的数据进行分析处理，得出探测结论；本发明专利技术可实时预测钻头前方地层构造的细节,可广泛应用于煤矿、野外油气勘探、隧道建设以及地震探测等领域。

【技术实现步骤摘要】

： 本专利技术涉及地质构造探测方法，具体涉及随钻地震钻头震源侧帮地质构造探测方 法。 技术背景： 自然界地震包括自然地震和人工地震，其中人工地震包括主动地震和被动地震， 在地震勘探中，人工震源用来携带有用的地质信息数据；在地震勘探中的地震波是人工激 发产生的，即为人工震源，可以分为两类，一类是炸药震源，另一类是非炸药震源。炸药震源 激发的地震波具有良好的脉冲特性和能量高的优点，是野外油气勘探激发地震波的主要 震源.非炸药震源有落重式震源、气爆震源、电火花震源、可控震源和随钻地震震源等。 在国外，早在1936年，weatherby就提出了将钻头振动作为震源对地下构造进行 成像的思路，上世纪80年代以来，随钻地震（SWD，SeismicWhileDrilling)是逐步发展 起来，上世纪九十年代，随钻地震从理论探索逐步向工程应用过渡，形成了一整套技术， 并开始对外服务，这些系统目前仍在不断的完善中。它以钻井作业中钻头破岩时产生的振 动作为地下震源，通过安装在井架和钻杆顶端的传感器采集由钻杆传送上来的钻头振动 信号，并通过地面测线上的检波器排列采集经地层传播上来的钻头信号的直达波和反射 波图。可实时预测钻头前方地层构造的细节，异常地层孔隙流体压力，减少钻探风险，确 定套管的最佳下放深度，对于提高钻井工程安全与效益具有非常重要的意义。目前，基于 水平钻机钻头震源的随钻地震侧帮探测技术还未见报道，因此需要进行基于日常生产采掘 设备的侧帮被动震源的地质勘探研宄，填补空白。
技术实现思路
： 本专利技术所要解决的技术问题是提供。 为了解决上述问题，本专利技术技术方案是，随钻地震钻头震源侧帮地质构造探测方 法，其特征在于：包括如下步骤： 第一步：将检波器设置在钻柱尾端，用于接收钻头发射波； 第二步：将三分量传感器组设置在巷道侧帮，三分量传感器能同 时检测直达波和反射波； 第三步：启动钻机； 第四步：检波器将钻头震源通过钻柱传送的振动信号通过无线发射模块发送给防 爆地质侧帮探测仪主机；三分量传感器组将收到的直达波和/或反射波通过无线发射模块 发送给防爆地质侧帮探测仪主机； 第五步：防爆地质侧帮探测仪主机对收到的数据进行分析处理， 得出探测结论；数据分析处理按如下方法进行： 当直达波行程方向无异构体时，第一至第m三分量传感器接收到钻头震源信号的 直达波，第m+1至第n三分量传感器未接收到直达波；则：Cl，c2,h，T2，Li，可以通过方程 组①求得：【主权项】1. ，其特征在于：包括如下步骤： 第一步：将检波器（B)设置在钻柱尾端，用于接收钻头发射波； 第二步：将三分量传感器组（Al，A2，……，Am，Am+l，……，An)设置在巷道侧帮，三分 量传感器能同时检测直达波和反射波； 第三步：启动钻机； 第四步：检波器（B)将钻头震源通过钻柱传送的振动信号通过无线发射模块发送给防 爆地质侧帮探测仪主机；三分量传感器组（A1，A2，......，Am，......，An)将收到的直达波和 /或反射波通过无线发射模块发送给防爆地质侧帮探测仪主机； 第五步：防爆地质侧帮探测仪主机对收到的数据进行分析处理，得 出探测结论；数据分析处理按如下方法进行： 当直达波行程方向无异构体时，第一至第m三分量传感器（Al~Am)接收到钻头震源 信号的直达波，第m+1至第η三分量传感器（Am+1~An)未接收到直达波；则：Cl，c2，τ i， τ2, Li,可以通过方程组①求得：其中：τ i为第一三分量传感器（Al)接收到的钻头震源信号直达波旅行时间，τ 2为第 m三分量传感器（Am)接收到的震源信号直达波旅行时间；^为检波器（B)接收的钻头震源 信号在钻柱的传播时间；At1为第一三分量传感器（Al)接收的钻头震源信号直达波旅行 时间与钻头震源信号在钻柱传播时间的时间差，At 2为第m三分量传感器（Am)接收的钻头 震源信号直达波旅行时间与钻头震源信号在钻柱的传播时间的时间差，i为从掌子面到侧 帮布置的传感器序号，i = 1，2,…m，LiS钻头震源与第i个三分量传感器在垂直方向的 距离，L1为钻头震源与第一三分量传感器（Al)在垂直方向的距离，L tl为三分量传感器间距， X1为三分量传感器埋设深度，X2为开采巷道宽度；C1为钻头震源到第一三分量传感器（Al) 的直线距离，〇 2为钻头震源到第m三分量传感器（Am)的直线距离；第一三分量传感器（Al) 为三分量传感器组中与钻头距离最近的那个三分量传感器；第η三分量传感器（An)为三分 量传感器组中与钻头距离最远的那个三分量传感器。2. 根据权利要求1所述的随钻地震钻头震源侧帮地质构造探测方 法，其特征在于：第五步数据分析处理还包括： 当第kl至第k2三分量传感器收到钻头震源信号反射波时，说明有效探测区域有异构 体；I < kl < η ;1 < k2 < n ;kl < k2 ; 则：Id1，b2, Cl，c2，τ 3，τ 4, Li, Ytl可以通过方程组②求得：其中：Ytl为异构体直径；τ 3为第kl三分量传感器（Akl)接收的钻头震源信号在γ汸 向反射波旅行时间，τ4为第k2三分量传感器接收到的钻头震源信号在γ 2方向反射波旅行 时间，At3为第kl三分量传感器接收的钻头震源信号在γ方向反射波旅行时间与钻头震 源信号在钻柱传播时间的时间差，At 4为第k2三分量传感器接收到的钻头震源信号在γ 2 方向反射波旅行时间与钻头/钻杆震源信号在钻柱传播时间的时间差；卜为γ i方向第kl 三分量传感器到异构体界面距离，b2S γ 2方向第k2三分量传感器到异构体界面距离；c3 为钻头震源到第kl三分量传感器的直线距离，c4为钻头震源到第k2三分量传感器的直线 距离；Y 1为异构体上边界的反射波与水平方向夹角，γ 2为异构体下边界的反射波与水平 方向夹角； 当无反射波信号时，说明有效探测区域无异构体，或者探测区域超出传感器探测精度。3.根据权利要求1所述的，其特征在于： 将三分量传感器组中第j三分量传感器（Aj)埋设深度变为X3, j < m ;Χ3> X 1;当第j 三分量传感器（Aj)收到反射波信号时，说明有效探测区域有异构体；则： 则b3, b4, c4, c5，τ 5，τ 6, Li, Ytl可以通过方程组③求得：其中：I < j < η ; τ 5为第j三分量传感器（Aj)接收的钻头震源信号在γ 5方向反射 波旅行时间，τ6为第j三分量传感器（Aj)接收的钻头震源信号在γ 4方向反射波旅行时 间，At5为第j三分量传感器（Aj)接收的γ 5方向反射波旅行时间与钻头震源信号在钻柱 传播时间的时间差，At6为第j三分量传感器（Aj)接收的γ 4方向反射波旅行时间与钻头 震源信号在钻柱传播时间的时间差汕3为γ 5方向第j三分量传感器（Aj)到不良异构体界 面距离，1^4为γ 4方向第j三分量传感器（Aj)到不良异构体界面距离，c5为钻头震源到第 j三分量传感器的直线距离；γ5为第j三分量传感器（Aj)接收的异构体上边界的反射波 与水平方向夹角，γ4为第j三分量传感器（Aj)接收的异构体下边界的反射波与水平本文档来自技高网...

【技术保护点】
随钻地震钻头震源侧帮地质构造探测方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：将检波器(B)设置在钻柱尾端，用于接收钻头发射波；第二步：将三分量传感器组(A1，A2，……,Am，Am+1，……,An)设置在巷道侧帮，三分量传感器能同时检测直达波和反射波；第三步：启动钻机；第四步：检波器(B)将钻头震源通过钻柱传送的振动信号通过无线发射模块发送给防爆地质侧帮探测仪主机；三分量传感器组(A1，A2，……,Am，……,An)将收到的直达波和/或反射波通过无线发射模块发送给防爆地质侧帮探测仪主机；第五步：防爆地质侧帮探测仪主机对收到的数据进行分析处理，得出探测结论；数据分析处理按如下方法进行：当直达波行程方向无异构体时，第一至第m三分量传感器(A1～Am)接收到钻头震源信号的直达波，第m+1至第n三分量传感器(Am+1～An)未接收到直达波；则：c1，c2，τ1，τ2，Li，可以通过方程组①求得：c1=f(L0,L1,i,X1,X2);c2=f(L0,L1,i,X1,X2);τ1=Δt1+t1;τ2=Δt2+t1;Li=L1+(i-1)*L0;]]>   式①其中：τ1为第一三分量传感器(A1)接收到的钻头震源信号直达波旅行时间，τ2为第m三分量传感器(Am)接收到的震源信号直达波旅行时间；t1为检波器(B)接收的钻头震源信号在钻柱的传播时间；Δt1为第一三分量传感器(A1)接收的钻头震源信号直达波旅行时间与钻头震源信号在钻柱传播时间的时间差,Δt2为第m三分量传感器(Am)接收的钻头震源信号直达波旅行时间与钻头震源信号在钻柱的传播时间的时间差,i为从掌子面到侧帮布置的传感器序号，i＝1,2，…m，Li为钻头震源与第i个三分量传感器在垂直方向的距离，L1为钻头震源与第一三分量传感器(A1)在垂直方向的距离，L0为三分量传感器间距，X1为三分量传感器埋设深度，X2为开采巷道宽度；c1为钻头震源到第一三分量传感器(A1)的直线距离，c2为钻头震源到第m三分量传感器(Am)的直线距离；第一三分量传感器(A1)为三分量传感器组中与钻头距离最近的那个三分量传感器；第n三分量传感器(An)为三分量传感器组中与钻头距离最远的那个三分量传感器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴燕清，郑万波，胡运兵，何昭友，秦伟，马代辉，马少杰，阎家光，张碧勇，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85