基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置及采集方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置及采集方法，包括地面人工震源和多个井中三分量光纤地震信号接收采集短接，井中三分量光纤地震信号接收采集短接通过铠装光电复合缆与地面复合调制解调仪器相连接，铠装光电复合缆控制井中三分量光纤地震信号接收采集短接在井中的深度位置，同步采集DAS‑VSP数据；井中三分量光纤地震信号接收采集短接内安装有三分量光纤地震信号传感器模块、三分量光纤姿态传感器。本发明专利技术灵敏度高，且采集装置十分简单，采集装置下到所有的高温井里采集高品质井中三分量地震数据或微地震数据，同步采集检波器以上全井段的DAS‑VSP数据，为油藏地球物理技术应用提供有力的技术支持。

【技术实现步骤摘要】
基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置及采集方法
本专利技术属于井筒地球物理勘探
，特别涉及一种基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置及采集方法。
技术介绍
井中地震技术包括垂直地震剖面技术(VSP)、井间地震技术和井中微地震监测技术。垂直地震剖面技术是是目前探测地下地质结构的最直接，有效和可靠的地球物理勘探方法之一。它的基本原理和实施方法是将多个井中三分量地震检波器按一定间隔放在钻井中不同深度，在地面或水面井口附近或其邻近区域进行单点或多点的地震震源激发。激发产生的地震波向地下传播，当地震波遇到不同的地质界面就形成折射和反射。所有的地震波信号经过钻井中的检波器时为检波器接收和记录。对接收的地震波信号进行数学处理我们可以得到地下不同深度岩石的物理特性。如果地下检波器和地面震源的数目足够多，我们就可计算出地下地质界面一维，二维或三维的几何位置和物理特性。这种方法的优点是所获得的地下地质结构物理特性的信息详细和准确。它的缺点是必须有钻井，而且只能得到钻井附近地下的地质结构物理特性的资料。目前行业内使用最广泛的就是常规的井中三分量检波器采集井中地震(VSP)数据。三分量检波器是多波勘探时使用的特种检波器。与单分量的常规地震检波器不同，每个检波器内装有三个互相垂直的传感器，以记录质点振动速度向量的三个分量，用于同时记录纵波、横波、转换波。常规的检波器主要是由外壳、圆柱行磁钢、环行弹簧片和线圈等组成。磁钢被垂直的固定在外壳中央，线圈通过上下两个弹簧片与外壳做软连接，使它置于磁钢和外壳之间环行磁通间隙间，能够上下移动。当地震波传到地表观测点时，检波器外壳连同磁钢随之发生震动，线圈则由于惯性而滞后于磁钢，形成二者之间的相对运动。在这样的运动中，线圈切割磁力线产生感应电动势，输出与震动周期相对应的电流信号，通过专门的仪器可将这些信号放大并记录下来，从而实现了将地面振动信号转化为电振动的机电转换，拾取到了地震波。这类检波器输出的信号电压和其振动的位移速度有关，因此称为速度检波器。这类检波器的特点是：它的输出电压反映检波器外壳的位移随时间的变化率即速度，其性能指标包括固有频率，灵敏度，线圈自流电阻，阻尼，谐波畸变和寄生共振。从实际上考虑还有耐用性，大小和形状。一般来说，对于检波器的大小和形状，用户没有多少选择的余地。通常选用灵敏度高(阻尼约为0.6)、谐波畸变小、寄生共振频率在记录频率之外，并且耐用性好的检波器。对不同型号的检波器的寄生噪声做对比，发现固有频率为100Hz的检波器不但可以消除低噪声，而且可将频带展宽到650Hz左右。为了记录井下检波器感应到的震动信号，井下检波器阵列内还设置有检波器输出的模拟信号放大、滤波、去噪、模数转换、数据存储和数据传输等电路模块，以便将井下三分量检波器阵列采集到的井中地震数据通过数千米长的铠装测井电缆传送到井口旁边仪器车上的采集控制计算机里存储起来。由于深井下的高温高压作业环境，要求井下三分量检波器阵列要能够在井下长期稳定可靠的工作，这样的要求给井下三分量检波器阵列的研制带来了很大的困难。井下常规三分量检波器阵列里面的电子器件难以在高温环境下长期工作，另外目前井下三分量检波器阵列采集的井中地震数据完全靠铠装测井电缆从井下向地面传输，由于长距离(数千米)电缆数据传输的局限性，没有办法实现井下大量数据向地面的高速传输。上面这些因素极大的限制了井下三分量检波器阵列技术的发展和推广应用。
技术实现思路
为了解决井下常规三分量检波器和井中地震数据采集仪器不能在高温井里长时间作业和目前长距离电缆数据传输能力有限的瓶颈困难问题，本专利技术提出了一种基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置及采集方法，通过在井中阵列式三分量光纤地震信号接收采集装置内采用一种耐高温的基于MEMS光纤检波器、耐高温的三分量光纤姿态传感器、光电复合缆、井口附近的光纤井中三分量地震数据采集控制和分布式光纤声波传感(DAS)与光纤MEMS加速度计复合调制解调仪器，实现超深超高温井里的井中三分量地震数据的采集、三分量光纤检波器以上全井段的DAS-VSP数据采集和高密度高频率采集的大量数据从井下到井口的高速传输，解决井下阵列式常规三分量检波器里面的电子器件难以在高温环境下长期工作和井下大量数据向地面的高速传输的瓶颈问题。本专利技术还提供了基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置及采集方法，可采集地下井中全波场(三分量)地震信号，对后续实现储层参数的解释与评价、对地层含油气的解释与评价以及井周围高分辨率地质构造成像提供参考数据。光纤地震检波器具有灵敏度高、频带宽、高频响应好、具有平坦的频率特性响应、相位呈线性变化、技术参数一致性好、性能稳定可靠、井下无源、耐腐蚀、耐高温的优势，是地震检波器技术的发展方向。光纤检波器比常规的检波器具有更高的灵敏度、更好的高频响应特性，可实现多通道、大数据量、高速传输。而且由于前端没有电子元件，使其具有更高的可靠性，耐高温高压，无需供电，防水耐腐蚀，可长期布放，抗电磁干扰，通道串扰小。本专利技术采用的技术方案之一为：基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置，包括：地面人工震源和多个井中三分量光纤地震信号接收采集短接，所述井中三分量光纤地震信号接收采集短接通过铠装光电复合缆与井口附近的地面复合调制解调仪器相连接，所述的地面复合调制解调仪器为光纤井中地震数据采集控制和分布式光纤声波传感与光纤MEMS加速度计复合调制解调仪器，所述铠装光电复合缆控制井中三分量光纤地震信号接收采集短接在井中的深度位置，并用于同步采集DAS-VSP数据；所述的井中三分量光纤地震信号接收采集短接内安装有三分量光纤地震信号传感器模块、三分量光纤姿态传感器。其中，所述三分量光纤地震信号传感器模块包括多个光纤MEMS加速度计，多个光纤MEMS加速度计采用了三轴分立式结构。进一步的，所述三分量光纤地震信号传感器模块包括6个或12个光纤MEMS加速度计组成，每个分量方向各由一对或两对光纤MEMS加速度计并联叠加构成。相邻的井中三分量光纤地震信号接收采集短接之间通过铠装光电复合缆相连接，间距为5米到20米之间。优选的，所述三分量光纤地震信号传感器模块安装在井中三分量光纤地震信号接收采集短接的中部，光纤MEMS加速度计通过铠装光电复合缆与地面复合调制解调仪器相连接，光纤MEMS加速度计的下方安装三分量光纤姿态传感器。进一步的，所述井中三分量光纤地震信号接收采集短接中部有推靠机构，所述的推靠机构为推靠装置，或者弓形弹簧片、电磁铁吸附装置中的一种；所述的推靠装置机械推靠装置、机电推靠装置、电磁推靠装置、液压推靠装置中的一种；所述的推靠机构用于将井中三分量光纤地震信号接收采集短接推靠或吸附在井下套管内壁上或井壁上；所述的推靠机构与铠装光电复合缆连接。本专利技术还提供一种利用所述的基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置的采集方法，包括以下步骤：a、停在井口旁边的仪器车逐级将井中三分量光纤地震信号接收采集短接下放到井底或待测井段，仪器车内的地面复合调制解调仪器通过铠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置，其特征在于：包括：地面人工震源和多个井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)，所述井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)通过铠装光电复合缆(2)与井口附近的地面复合调制解调仪器(11)相连接，所述的地面复合调制解调仪器(11)为光纤三分量地震数据采集控制和分布式光纤声波传感与光纤MEMS加速度计复合调制解调仪器，所述铠装光电复合缆(2)控制井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)在井中的深度位置，并且用于同步采集DAS-VSP数据；/n所述的井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)内安装有三分量光纤地震信号传感器模块(5)、三分量光纤姿态传感器(6)。/n

【技术特征摘要】
1.基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置，其特征在于：包括：地面人工震源和多个井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)，所述井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)通过铠装光电复合缆(2)与井口附近的地面复合调制解调仪器(11)相连接，所述的地面复合调制解调仪器(11)为光纤三分量地震数据采集控制和分布式光纤声波传感与光纤MEMS加速度计复合调制解调仪器，所述铠装光电复合缆(2)控制井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)在井中的深度位置，并且用于同步采集DAS-VSP数据；
所述的井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)内安装有三分量光纤地震信号传感器模块(5)、三分量光纤姿态传感器(6)。


2.根据权利要求1所述的基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置，其特征在于：所述三分量光纤地震信号传感器模块(5)包括多个光纤MEMS加速度计(4)，多个光纤MEMS加速度计(4)采用了三轴分立式结构。


3.根据权利要求2所述的基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置，其特征在于：所述三分量光纤地震信号传感器模块(5)包括6个或12个光纤MEMS加速度计(4)组成，每个分量方向各由一对或两对光纤MEMS加速度计(4)并联叠加构成。


4.根据权利要求1所述的基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置，其特征在于：相邻的井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)之间通过铠装光电复合缆(2)相连接，间距为5米到20米之间。


5.根据权利要求1所述的基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置，其特征在于：其特征在于，所述三分量光纤地震信号传感器模块(5)安装在井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)的中部，光纤MEMS加速度计(4)通过铠装光电复合缆(2)与地面复合调制解调仪器(11)相连接，光纤MEMS加速度计(4)的下方安装三分量光纤姿态传感器(6)。


6.根据权利要求1所述的基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置，其特征在于：所述井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)中部有推靠机构，所述的推靠机构为推靠装置(7)，或者弓形弹簧片(8)、电磁铁吸附装置(9)中的一种；所述的推靠装置(7)机械推靠装置、机电推靠装置、电磁推靠装置、液压推靠装置中的一种；所述的推靠机构用于将井中三分量光纤地震信号接收采集短接(1)推靠或吸附在井下套管(10)内壁上或井壁上；所述的推靠机构与铠装光电复合缆(2)连接。


7.根据权利要求1到6任一项所述的基于MEMS光纤检波器的井中地震数据采集装置的采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、停在井口旁边的仪器车逐级将井中三分...

【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，梁兴，冉增令，安树杰，王熙明，夏淑君，
申请(专利权)人：中油奥博成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51