一种四分量VSP随钻测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种四分量VSP随钻测量系统及方法。包括：震源、VSP井下测量工具，其中，所述VSP井下测量工具包括：在深度上以距离L为间隔而设置的第一水听器和第二水听器；分别在X、Y、Z轴向上分布的X向检波器、Y向检波器、Z向检波器；用于容纳检波器并能够在控制电路的控制下将检波器推出和收回的推靠块内部型腔；用于和地面时钟同步装置进行时钟同步的精密时钟组件。因此，本发明专利技术具有如下优点：通过三个轴向检波器同时测量到地震的纵波和横波，并利用两个水听器接收的地震信号无方向性，能够快速对数据处理做定量分析，计算出当前的震波速度及直达波与反射波做波场分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种随钻测量系统及方法，属于地球物理勘探
，具体涉及一种四分量VSP随钻测量系统及方法。
技术介绍
随着油气勘探开发难度的加大，垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling，VSP)随钻测量技术的应用价值日益凸现，尤其是其地层前探功能，探测范围远大于其他随钻测井工具。深井超深井碳酸盐溶洞精确定位和高压地层的卡层等问题目前仍难以解决。例如，有关数据表明，塔里木地区塔北地区溶洞一次钻井成功率为59.5％，利用随钻VSP工具对该地区失利井进行二次定位，可使溶洞的钻遇率将提高至85％，潜山深度定位误差小于1％，显著降低钻探风险，节约钻井作业成本，并提高钻井时效。随钻VSP是一种井中地震观测技术，它以电缆VSP技术为基础，将地震波检测、数据采集与存储等仪器集成到井下钻具上，在不影响正常钻井作业情况下，实时测量并记录地面震源产生的地震波经地层透射、反射后的信号，从而获取随钻VSP数据，通过对测量结果的走时、极性、相位、幅值等分析，得到钻头前方地层的界面深度、地层剖面以及岩石属性等，其探测范围可达钻头前数百米。与地面地震相比，由于随钻VSP数据在井底中获取，地震波传播路径相对较短，高频信号衰减较少，因此，具有信噪比高、分辨率高，以及运动学、动力学特征明显等优势。与常规电缆VSP相比，随钻VSP是在钻井作业接单根期间进行测量，不干扰钻井作业，占用钻机时间少，施工风险小，钻井成本低。此外，随钻VSP能同时接收到上行波和下行波，可用来为地面地震数据估算反褶积算子；多分量随钻VSP还可同时记录纵波及横波，实现多波多分量勘探。现有技术中主要采用三分量VSP测量，但是在直井和套管井中，三分量检波器因其耦合效果较差，检测精度较低，无法有效预测校验炮记录使用。在水平井中水听器不能提供定向信息，但所提供一致性数据对地震处理器有所帮助，检波器对垂直传播的波形不灵敏。三分量检波器数据可以旋转到最大能量方向上，以便有更好的信噪比进行初至波检测。此外，使用所有分量可以确定相对源点的波至方向，帮助消除某些成像的不定性。四分量数据可以通过多种方式改善VSP数据质量，除了用于对上行波与下行波进行分离，还可以发展横波处理及其各种应用。利用四分量数据可以在靠近盐丘的位置上进行盐体近程测量，以便确定钻头相对盐体翼部的位置。四分量随钻VSP测量工具的关键技术是精确测量地震波单程旅行时间，然而井下恶劣环境中获得高精度时钟，是限制四分量随钻VSP测量工具能否实际应用的关键因素，通常要求工作200小时后井下计时累计误差小于1ms，这对于常规的晶振而言，难以满足精确测量地震波旅行时间的需要。在钻进过程中井下传感器器要承受强振动、冲击，需要设计特殊的安装结构方能满足随钻仪器的要求。震源激发的地震波经地层衰减达到井底后，VSP测量工具上的传感器与井壁的耦合效果对信号检测由决定性影响，此外，现有的地面与井下实时通信技术因数据传输速率限制，无法快速有效获取井下测量数据。总而言之，如何确保四分量VSP地震波传感器与井壁的耦合效果、传感器减震结构以及高精度井下时钟是四分量随钻VSP技术需要克服的主要难题。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的在直井和套管井中，三分量检波器因其耦合效果较差，检测精度较低，无法有效预测校验炮记录使用的技术问题，提出了一种四分量VSP随钻测量系统及方法。该系统及方法通过三个轴向检波器同时测量到地震的纵波和横波，并利用两个水听器接收的地震信号无方向性，能够快速对数据处理做定量分析，计算出当前的震波速度及直达波与反射波做波场分离。本专利技术还有一目的是解决现有技术所存在的传感器在钻进过程中受到强振动和冲击的技术问题，提供了一种随钻测量系统及方法。该随钻测量系统及方法采用特殊设计的安装结构，在测量时通过驱动机构将传感器推出并与井壁耦合，在钻进时将传感器收纳于测量工具中，从而防止了钻进过程中对传感器的强振动和冲击，并且通过密封圈，防止了泥浆浸入推靠块内部型腔中。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种四分量VSP随钻测量系统，包括：震源、VSP井下测量工具，其中，所述VSP井下测量工具包括：在深度上以距离L为间隔而设置的第一水听器和第二水听器；分别在X、Y、Z轴向上分布的X向检波器、Y向检波器、Z向检波器；用于容纳检波器并能够在控制电路的控制下将检波器推出和收回的推靠块内部型腔；用于和地面时钟同步装置进行时钟同步的精密时钟组件。优化的，上述的一种四分量VSP随钻测量系统，所述VSP井下测量工具还包括：信号采集电路、信号发射电路、信号接收电路、信号采集电路、数据存储电路。优化的，上述的一种四分量VSP随钻测量系统，所述地面震源为连续扫频振动可控震源，频率范围约为10～100Hz。为了解决上述问题，根据本专利技术的另一个方面，提供了一种四分量VSP随钻测量方法，包括以下步骤：钻前准备步骤，井下工具同步地面时钟，并设置井下仪器的工作参数；状态检测步骤，检测钻井作业所处状态，其中：当检测到钻井作业停止，则开启井下采样模式，将检波器推出以检测信号；当检测到钻井作业开始，则收回检波器并关闭井下信号采集电路，同时将采样模式下检测的数据保存于存储器中。优化的，上述的一种四分量VSP随钻测量方法，所述井下采样模式中，若钻具处于静止状态，且泥浆循环暂停，则激发地面震源，由井下测量工具检测地震波信号。优化的，上述的一种四分量VSP随钻测量方法，还包括：钻中数据分析步骤，利用泵压将数据携带器压入井底，与VSP测量工具进行数据交互，读取测量数据以及每个炮点提取的初至波时间，地面系统利用初至波时间及时修正速度模型以及时深转换关系，并将钻头定位于地表地震剖面上。优化的，上述的一种四分量VSP随钻测量方法，还包括：钻后数据分析步骤，起钻后将井下存储器中的全场波形采集数据导出，后期做VSP数据处理。优化的，上述的一种四分量VSP随钻测量方法，所述井下采样模式中:通过检波器阵列测量震源经过地层传输的初至波信号bz，从震源产生信号az到井下接收到信号bz，所经历的时间tz1；通过检波器阵列测量震源信号az向下继续传播到地层不同界面产生的反射波信号cz和dz，反射波信号cz和dz被井下检波器阵列接收到所用的走时tz2和tz3；在数据处理时，将震源扫描信号az、信号bz、cz、dz进行互相关运算处理得到信号fz；利用信号fz在时域上得到与时间tz1、tz2和tz3相关的分别对应初至波信号az、反射波信号bz和cz的三个特征信号，然后进行VSP数据处理。因此，本专利技术具有如下优点：(1)通过三个轴向检波器同时测量到地震的纵波和横波，便于对数据处理做定量分析，通过两个水听器接收地震信号无方向性，便于计算出当前的震波速度及直达波与发射波做波场分离；(2)在测量时通过驱动机构将传感器推出并与井壁耦合，在钻进时将传感器收纳于测量工具中，从而防止了钻进过程中对传感器的强振动和冲击。附图说明附图1是随钻VSP测量原理示意图；附图2是随钻VSP测量流程示意图；附图3是随钻VSP测量工具示意图；附图4是四分量VSP测量的地震波信号波形示意图；附图5是随钻VSP测量传感器安装设备示意图；附图6是钻具振动状态波形图；附图7是推靠机构控制原理图；附图8是数据携本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四分量VSP随钻测量系统，其特征在于，包括：震源(106)、VSP井下测量工具(103)，其中，所述VSP井下测量工具(103)包括：在深度上以距离L为间隔而设置的第一水听器(303)和第二水听器(310)；分别在X、Y、Z轴向上分布的X向检波器(308)、Y向检波器(315)、Z向检波器(307)；用于容纳检波器并能够在控制电路的控制下将检波器推出和收回的推靠块内部型腔；用于和地面时钟同步装置(107)进行时钟同步的精密时钟组件。

【技术特征摘要】
1.一种四分量VSP随钻测量系统，其特征在于，包括：震源(106)、VSP井下测量工具(103)，其中，所述VSP井下测量工具(103)包括：在深度上以距离L为间隔而设置的第一水听器(303)和第二水听器(310)；分别在X、Y、Z轴向上分布的X向检波器(308)、Y向检波器(315)、Z向检波器(307)；用于容纳检波器并能够在控制电路的控制下将检波器推出和收回的推靠块内部型腔；用于和地面时钟同步装置(107)进行时钟同步的精密时钟组件。2.根据权利要求1所述的一种四分量VSP随钻测量系统，其特征在于，所述VSP井下测量工具还包括：信号采集电路(314)、信号发射电路(302)、信号接收电路(312)、信号采集电路(314)、数据存储电路(313)。3.根据权利要求1所述的一种四分量VSP随钻测量系统，其特征在于，所述地面震源为连续扫频振动可控震源，频率范围约为10～100Hz。4.一种四分量VSP随钻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：钻前准备步骤，井下工具同步地面时钟，并设置井下仪器的工作参数；状态检测步骤，检测钻井作业所处状态，其中：当检测到钻井作业停止，则开启井下采样模式，将检波器推出以检测信号；当检测到钻井作业开始，则收回检波器并关闭井下信号采集电路，同时将采样模式下检测的数据保存于存储器中。5.根据权利要求4所述的一种四...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岩生，盛利民，艾维平，蔡志东，贾衡天，张庆红，张磊，
申请(专利权)人：中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11