CN211402765U - 光纤声波传感井地地震数据联采系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，为解决现有技术存在的井中和地面地震数据分别采集时存在的每个震源点重复激发时造成的能量不一致，频谱不一致，震源和地面的耦合也不完全一致的问题；本实用新型基于井中的分布式光纤声波传感地震数据采集单元和地面地震数据采集单元构成的井中─地面地震数据联合立体采集系统，进行井中─地面联合立体勘探和同步采集地面和井中地震数据，实现高密度、高效益、高分辨率、低成本的井─地联合立体地震勘探技术，进行油气资源勘探与综合评价。

Description

光纤声波传感井地地震数据联采系统

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、地震勘探领域，特别涉及一种基于井中分布式光纤声波传感技术的井中─地面地震数据联采系统和井驱数据处理方法。

背景技术

地震波(Seismic Wave)是由地震震源向四处传播的振动，指从震源产生向四周辐射的弹性波。按传播方式可分为纵波(P波)、横波(S波)(纵波和横波均属于体波)和面波(L波)三种类型。地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。地震波的传播速度都因传播介质不同而有差异，通常与岩石类型、围限压力、岩石结构以及其他地质因素有关。

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地震数据。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地震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井─地联合立体同步采集地面和井中地震数据的作业很难得到推广应用。

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、储层及油层的变化特征，是一种新型的地震勘探技术。

现有的已知技术，例如：专利申请号为201611224463.1、201810499456.5、201710747770.6、201410140366.9、200710141556.2、201711453533.5、200810138351.3、201110436378.2、200820026051.1、201010134001.7、201510673600.9、201420694552.2、201811088989.0、201280044880.1、201711066824.9、201511001188.2、201280061525.5中均公开了井中-地面地震联合立体勘探技术方案，但是仍然存在：需要井中三分量检波器阵列移动或上提数次才能采集完成全井段的井中地震数据，每提升一次井中三分量检波器阵列，就需要重复激发地面的所有人工激发震源(炸药或重锤或电火花或压电晶体或气枪或可控震源)，每个震源点重复激发的能量不一致，频谱不一致，震源和地面的耦合也不完全一致的问题，均会对后续的地面地震数据处理和成像精度产生影响。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型公开一种基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统和井驱数据处理方法，通过井中─地面联合立体勘探和同步采集地面和井中地震数据，实现高密度、高效益、高分辨率、低成本的井─地联合立体地震勘探技术，进行油气资源勘探与综合评价。

本实用新型采用的技术方案之一为：基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，包括：钻井11、沿全井段布设的井中分布式光纤声波传感铠装光缆12、地面有线检波器13、人工震源激发点14、电缆15以及地面地震和井中地震数据采集车16，所述地面有线检波器13连接电缆15，所述沿全井段布设井中分布式光纤声波传感铠装光缆12连接地面地震和井中地震数据采集车16，所述地面有线检波器13、沿全井段布设井中分布式光纤声波传感铠装光缆12以及地面地震和井中地震数据采集车16同步同时采集并记录地震数据。

将电缆15替换为铠装光电复合缆。

所述地面检波器13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、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。

人工震源激发点14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、可控震源中的一种。

本实用新型采用的技术方案之二为：基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，包括：钻井21、全井段井中三分量检波器22、地面有线检波器23、人工震源激发点24、电缆25以及地面地震和井中地震数据采集车26，所述地面有线检波器23连接电缆25，所述全井段井中检波器22通过铠装测井电缆连接地面地震和井中地震数据采集车26，所述地面有线检波器23、全井段井中检波器22以及地面地震和井中地震数据采集车26同步同时采集并记录地震数据。

本实用新型采用的技术方案之三为：基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，包括：钻井31、全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆32、地面无线检波器33、人工震源激发点34以及井中地震数据采集车35，所述全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆32连接井中地震数据采集车35，所述地面无线检波器33、全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆32以及井中地震数据采集车35同步同时采集并记录地震数据。

本实用新型采用的技术方案之四为：基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，包括：钻井41、全井段井中三分量检波器42、地面无线检波器43、人工震源激发点44以及井中地震数据采集车45，所述全井段井中检波器42连接井中地震数据采集车45，所述地面无线检波器43、全井段井中检波器42以及井中地震数据采集车45同步同时采集并记录地震数据。

本实用新型的有益效果：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)调制解调系统快速高效低成本的同步采集地面三维地震数据和沿井下分布式光纤声波传感铠装光缆的井中地震数据。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。井中地震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二维或三维地震波速度模型和地下介质的二维或三维弹性或粘弹性参数模型，并对三维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、后续的三维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，并通过综合解释技术进行油气资源的精细勘探与综合评价。

附图说明

图1是本实用新型实施例1对应的地震数据采集系统示意图。

图2是本实用新型实施例2对应的地震数据采集系统示意图。

图3是本实用新型实施例3对应的地震数据采集系统示意图。

图4是本实用新型实施例4对应的地震数据采集系统示意图。

附图标记：11-钻井；12-全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆；13-地面有线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；14-地面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；15-检波器连接电缆或光纤检波器连接铠装光缆，16-地面地震和井中地震数据采集车；21-钻井；22-全井段井中三分量动圈式或数字式或加速度式或光纤检波器阵列；23-地面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；24-地面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；25-检波器连接电缆或光纤检波器连接铠装光缆，26-地面地震和井中地震数据采集车；31-钻井；32-全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆；33-地面无线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；34-地面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；35-井中地震数据采集车；41-钻井；42-全井段井中三分量动圈式或数字式或加速度式或光纤检波器阵列；43-地面无线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；44-地面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；45-井中地震数据采集车。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本实用新型的技术内容，下面结合附图对本实用新型内容进一步阐释。

实施例1

以下结合附图详细说明本实用新型。

图1是本实用新型所针对的井中分布式光纤声波传感铠装光缆和地面有线地震数据采集系统示意图。井中─地面联合分布式光纤声波传感地震数据采集系统由图1中所示的钻井11、全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆12、地面有线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13、地面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14、检波器连接电缆或铠装光缆15和地面地震和井中地震数据采集车16组成。井中分布式光纤声波传感铠装光缆和地面单分量或三分量光纤检波器13使用的纪录仪器都是相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)，安放在地面地震和井中地震数据采集车16内。

进行井中─地面联合立体地震数据采集作业时，先在钻井11中沿全井段布设井中分布式光纤声波传感铠装光缆12，在地面按照预先设计好的测网布设有线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13，然后在预先设计好的震源位置布设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14，最后沿地面预先设计好的人工震源激发点14逐点激发并通过布设在施工现场的检波器13连接电缆或铠装光缆15、沿全井段布设井中分布式光纤声波传感铠装光缆12和地面地震和井中地震数据采集车16同步同时采集并纪录地面和井中地震数据，实现井中─地面联合立体地震勘探。

井中地震数据采集系统由沿全井段布设的分布式光纤声波传感铠装光缆或沿全井段布设井下三分量动圈式或数字式或加速度式或光纤检波器阵列12和地面的井中地震数据采集车16组成，地面地震数据采集系统由有线或无线节点式单分量或三分量动圈式检波器或数字检波器或加速度检波器或光纤检波器13和地面地震数据采集车16组成，井─地联合光纤地震数据采集系统的作业震源14可以采用地面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。

实施例2

以下结合附图详细说明本实用新型。

图2是本实用新型所针对的井中三分量检波器阵列和地面有线地震数据采集系统示意图。井中─地面联合光纤地震数据采集系统由图2中所示的钻井21、全井段井中三分量动圈式或数字式或加速度式或光纤检波器阵列22、地面有线节点式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23、地面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24、电缆或铠装光缆25和井中地震数据采集车26组成。井中三分量光纤检波器阵列22使用的纪录仪器都是相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)，安放在地面地震和井中地震数据采集车26内。

进行井中─地面联合立体地震数据采集作业时，先在钻井21中沿全井段布设井下三分量动圈式或数字式或加速度式或光纤检波器阵列22，在地面按照预先设计好的测网布设有线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23，然后在预先设计好的震源位置布设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24，最后沿地面预先设计好的人工震源激发点24逐点激发并通过布设在施工现场的检波器23连接电缆或铠装光缆25、井中三分量检波器阵列22和井中地震数据采集车26同步同时采集并纪录地面和井中地震数据，实现井中─地面联合立体地震勘探。

实施例3

以下结合附图详细说明本实用新型。

图3是本实用新型所针对的井中分布式光纤声波传感铠装光缆和地面无线节点式地震数据采集系统示意图。井中─地面联合光纤地震数据采集系统由图3中所示的钻井31、全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆32、地面无线节点式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33、地面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34和井中地震数据采集车35组成。井中分布式光纤声波传感铠装光缆32使用的纪录仪器是相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)，安放在地面地震和井中地震数据采集车35内。

进行井中─地面联合立体地震数据采集作业时，先在钻井31中沿全井段布设井中分布式光纤声波传感铠装光缆32，在地面按照预先设计好的测网布设无线节点式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33，然后在预先设计好的震源位置布设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34，最后沿地面预先设计好的人工震源激发点34逐点激发并通过布设在施工现场的无线节点式单分量或三分量检波器33、井段布设井中分布式光纤声波传感铠装光缆32和井中地震数据采集车35同步同时采集并纪录地面和井中地震数据，实现井中─地面联合立体地震勘探。

实施例4

以下结合附图详细说明本实用新型。

图4是本实用新型所针对的井中三分量检波器阵列和地面无线节点式地震数据采集系统示意图。井中─地面联合分布式光纤声波传感地震数据采集系统由图4中所示的钻井41、井中三分量动圈式或数字式或加速度式或光纤检波器阵列42、地面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43、地面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44和地面地震和井中地震数据采集车45组成。井中三分量光纤检波器阵列42和地面单分量或三分量光纤检波器43使用的纪录仪器都是相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)，安放在地面地震和井中地震数据采集车45内。

进行井中─地面联合立体地震数据采集作业时，先在钻井41中沿全井段布设井下三分量动圈式或数字式或加速度式或光纤检波器阵列42，在地面按照预先设计好的测网布设无线节点式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43，然后在预先设计好的震源位置布设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4，最后沿地面预先设计好的人工震源激发点44逐点激发并通过布设在施工现场的无线节点式单分量或三分量检波器43、井中三分量检波器阵列42和井中地震数据采集车45同步同时采集并纪录地面和井中地震数据，实现井中─地面联合立体地震勘探。

上述4个实施例中的井中分布式光纤声波传感铠装光缆或井下三分量光纤检波器阵列使用的纪录仪器是相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)，安放在地面地震和井中地震数据采集车内。

上述4个实施例中的地面地震数据采集系可以是布设在地面的二维或三维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。

所述的地面有线单分量或三分量光纤检波器使用的纪录仪器是相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)，安放在地面地震和井中地震数据采集车内。

所述的地面震源可以是炸药震源、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。

所述的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几米至几十米。

所述的井下分布式光纤声波传感铠装光缆的空间采样间距相等距离为0.1米至10米。

所述的井下三分量检波器在井下的间距相等或不相等的距离为几米至几十米。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (7)

1.基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，其特征在于，包括：钻井、全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆、地面有线或无线检波器、人工震源激发点以及井中地震数据采集车，所述全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆连接井中地震数据采集车，所述地面有线或无线检波器与全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆同步同时采集并记录地震数据。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，其特征在于，所述人工震源激发点为：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、可控震源中的一种。

3.根据权利要求2所述的基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，其特征在于，将全井段井中分布式光纤声波传感铠装光缆替换为全井段井中三分量检波器。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，其特征在于，将地面无线检波器替换为地面有线检波器，将井中地震数据采集车替换为地面地震和井中地震数据采集车，还包括电缆，所述地面有线检波器通过电缆连接地面地震和井中地震数据采集车。

5.根据权利要求1-3任一所述的基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，其特征在于，所述地面无线检波器为：无线单分量动圈式检波器、无线单分量数字式检波器、无线单分量加速度式检波器、无线单分量光纤检波器中的一种。

6.根据权利要求3所述的基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，其特征在于，所述全井段井中检波器为：有线三分量动圈式检波器、有线三分量数字式检波器、有线三分量加速度式检波器、有线三分量光纤检波器中的一种。

7.根据权利要求4所述的基于分布式光纤声波传感井地地震数据联采系统，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。

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