利用非破坏性井下地震源获得地质结构信息的方法技术

本发明专利技术涉及利用一种非破坏性的井下地震源，它能够单独地或组合地产生Ｓ－［Ｖ－波，Ｓ－［Ｈ］－波和Ｐ－波，以确定关于周围地质结构的信息的方法，包括实现井间层面照相和逆垂直地震剖面的方法，以及在钻孔内进行地震测井工作的方法。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用非破坏性的液压的井下地震源获得被至少一个钻井穿过的地下结构的信息的方法。在钻一口井的过程中或钻完了一口井后，常常希望得到关于该钻井周围的结构的信息，在所钻的井进入或穿过含有碳氢化合物的结构的区域时，要求具有得到有关这些生产区的信息的技术。测井曲线图常常被用来决定诸如电阻率、电导率等参数，以及可用来导出油和产油结构的特性，给出该钻井周围环境的较清楚的图案的其它一些参数。一种测量技术包括在地面地震源产生穿过该地质结构的地震波的同时，使用放入钻井下面的地震探测器，该地震探测器感受这些波，对由这些波所产生的记录进行随后的处理，提供钻井周围环境的较清楚楚的图案。然而，地壳的风化层使地震源的能量在到达钻井周围感兴趣的结构区域之前显著地减弱了。在风化层以下，在钻井内提供一个地震源并在离开一段距离的另外的钻井中放置地震探测器可以消除风化层的影响。典型地，通过在钻井内用水泥固定一个套筒形成一口井的结构。在钻井中使用的任何源必须能够把所需量的能量传入将要在地面或者在邻近的钻井中检测的结构中。然而，能量的形式必须不产生能使套筒和水泥分离的剪切或压缩钻孔的应力。这种应力应小于推荐的在套管水泥界面上的最大剪切应力，它大约为20磅/平方英寸(pSi)，这是由美国石油学会提出的(API，RP2A，1984年10月22日)。附图说明图12与图13中比较了已知的破坏性井下源，即1.1磅(500克)的甘油炸药，40立方英寸(655立方厘米)的气枪和本专利技术的输出为4，000磅(18，000牛顿)的地震源之间在钻孔应力和有效能量上的区别。这些值适用于100赫兹附近，这频率处于常用的频带之间。这些图表明该地震振动源达到了高的有效能量而具有低的钻孔应力。由本专利技术的地震源产生的10pSi的钻孔应力只是根据美国石油学会标准(API RP2A 1984年10月22日)推荐的在套管水泥界面上的最大允许剪切应力的一半。当前，采用一种称为“垂直地震剖面”(VSP)的技术获得关于钻井周围结构内感兴趣的特殊区域的信息。典型地，这种技术要求在提供诸如甘油炸药那样的各种地面地震能源的同时在钻井内放入地震探测器，把地震能量传入结构中，被地震探测器接收。该地震探测器放在钻井中的指定深度处，一个地面地震能源放在地面上，把地震能量传入结构中，由地震探测器检测与记录。把地震探测器移到不同的深度，并重复此过程。把地面地震能源移到离钻井不同距离的各种位置，并重复此过程。这种过程是极其费钱和费时的。这样重复地使用破坏性的地面源使得这种方法不宜用于人口稠密地区，并且不受土地所有的欢迎。如果能把一个非破坏性的地震源放入钻井中并使用逆VSP(RVSP)方法，可以节省大量时间与费用。RVSP方法需要在钻井中的一个源和在地面上的许多地震探测器，由地面上的地震探测器来检测地震源所产生的地震能量。由于大量的地震探测器可以相对于钻井放置成一个两维列阵，因而可以移动地震源，同时，保持地震探测器的位置不动，而不是要求同时移动地震源和地震探测器。假定可以将一个非破坏性的地震源放在一个钻井中，而在分开一段距离的一个邻近的钻井中放置一个或多个地震探测器，由于源可以放在引起衰减的地壳风化层之下，所以可以使用生产井的井间层面照相的高级方法。在研究陆下结构时，要求接收并分析许多不同类型的地震波，例如P-波，SV-波，SH-波。这样，极其希望有一种仪器能够在一个钻井中非破坏性地产生一种或几种这样类型的波，由放在地面或一个邻近的钻井中的地震探测器接收以推断出关于结构的信息。还希望有一个能在风化层以下非破坏性地产生频率超过100赫兹的源，以进行井间层面照相和井间剖面图。目前不能用油井来实现相邻钻井之间的井间层面照相，是因为现在市售的井下地震源(诸如甘油炸药或空气枪)为得到可检测的地面地震波都是产生超过API标准规定的剪应力的脉冲力。用地面数据采集源(例如地震探测器)形成层面照相图象库的企图已经失败，其原因是风化层的衰减效应和高频滤波性质以及不恰当的源-接收器的结构。我已经专利技术了一种非破坏性的井下地震源，它能够产生可检测的地震波，亦即，可被放在钻井本身内、地面上或一个邻近的钻井内的敏感装置所检测的波。该源可单独地或组合地产生P-波，SV-波和SH-波以完成RVSP，井间层面照相和其它为确定关于结构的信息的有用操作。通过用与井下振动器放在同一井内的接收器记录地震信号，该地震源还可以被用来记录井内的日常地震状况。该接收器应以夹紧的方式离开地震源一段距离但与地震源相连。在源与接收器之间有一个衰减隔离物，阻尼沿着含源与接收器的器具传播的振动。该非破坏性井下地震源最好不仅产生低频振动，还产生超过100赫兹直到500赫兹或更高的高频振动，随着所产生的地震波的频率增加，任何测量的分辨率也增加，因而可以分析结构中更细小的区域的性质，这将使生产工程师可以研究一种特殊的技术，使生产区之间的碳氢化合物的产量达到最大和/或延长生产区的寿命。另外，该地震源可以从仅约300磅(136公斤)的作用质量获得4000磅(18，000牛顿)的非破坏性输出力，这个功率在数量级上大于迄今存在的可用的井下振动源，诸如气动振动器，其它具有高振动功率输出的脉冲源会破坏钻井。图1表示在钻井剖面图中的井下地震源的一个实施例。图2表示在钻井中的井下地震源的又一个实施例。图3表示在钻井中的由图2表示的井下地震源的顶视图。图4表示在钻井剖面图中的井下地震源的又一个实施例。图5表示图4表示的实施例的顶视图。图6表示在钻井剖面图中的井下地震源的另一个实施例。图7给出由图2表示的一个井下液压式地震源的力输出图。图8说明井下地震源如何产生地震SV-波和P-波。图9说明由井下地震源产生的另一个地震波。图10说明使用井下地震源的三维逆垂直地震剖面图;以及图11说明使用井下地震源的井间层面照相。图12是使用甘油炸药、空气枪和本专利技术的4，000磅地震源的井下源所产生的钻孔应力的比较图;以及图13是比较使用甘油炸药、空气枪和本专利技术的振动源的井下源所产生的有效能量的比较图，参照着附图可以更清楚地说明本专利技术的各种方法和装置的实施例，图1表示在一个被钻井500穿过的地球结构100内的井下地震源10。放入钻井500中的地震源10带有一根与一个适当的锚具28连结的缆绳29。该地震源10包括一个与适当的夹具结合在一起的上体12、以保持该源可靠地放于钻井内预先确定的位置上，该夹具应产生足够的力在套管或钻井中固定源10，但不打破钻井、套管、套筒或破坏水泥，该夹具产生的力应该至少大于地震源运行状态下产生的力输出。通常比所产生的振动力大一倍，但在任何情况下要小于使套管或钻井套筒破裂或使水泥破坏所需要的力，源10中的一种适用的夹具表示为由板16连结在一起的液压活塞14a和14b组成的液压夹具。夹具工作期间，作为缆绳29的一部分的输液管道18由地面加压，强制活塞14a与14b从它们的套筒中伸出，使平板17顶住钻井500。一个液压致动器装置22用任何适当的方式，诸如螺栓、焊接等与上体12相连接，在致动器装置22中的活塞26可以使平行于钻井与其相连的作用质量24运动，产生如图8所示的水平方向的SV-波以及从垂直到接近垂直(离垂直0-45度)的P-波，所述方向(例如水平，垂直)适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从被钻井穿透的结构中得到信息的方法，包括如下步骤：把一个非破坯性的井下地震源放入穿过一个结构的钻井中；把上述地震源逐次停放在钻井中预定的位置上；停下地震源，并将它卡紧在钻井上；当地震源被卡紧后，用液压产生具有预定形状的地 震波；以及在所需位置处检测该地震波。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：比耶尔恩保尔森，
申请(专利权)人：切夫伦研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]