CN88101902A - 钻井中地震数据采集以及把数据传送到控制和记录中央系统的装置 - Google Patents

Abstract

本发明包括装配有许多地震传感器接收系统，地震传感器是布置在至少有一个探头下降的钻井中，探头是悬挂在具有几根传输线的电缆的一端。所述探头含有几个描定臂结合到由中央系统控制的液压设施，以及一台适宜于收集由不同传感器所接收信号的采集仪，并把信号通过所述电缆的传输线路以多路传输和数字化信号的取样系列形式传送到中央系统。

Description

钻井中地震数据采集以及把数据传送到控制和记录中央系统的装置

本发明内容是关于在一油井或钻井中的测量数据特别是地震数据的采集系统。

在一钻井中的测量数据采集一般是将悬挂在一多功能电缆上的一个或几个探头下降到钻井中实现的。探头具有一伸长壳体和一个或几个可动臂。

液压千斤顶可将各个臂从靠在探头壳体上的静止位置移动到打开位置，在此位置，可动臂正好锚定在钻井壁上，因此使探头无法活动。液压回路把千斤顶与在压力下释放液体的设施连接，液压回路一般含有一台电动机和几台电动阀。

多功能电缆往往含有许多输送电流的导线以馈电于电动机和传输各种性质的信号。例如关于从一地面实验室将控制信号传输到探头以及从探头发送回答信号。回答信号可由控制信号或试验信号或者由探头传感器测得的数据构成。例举的这种探头在法国专利FR-2，501，380中有所介绍。

也可使用一种配有锚定臂的探头，探头下井时，通过由锁闭器保持压力下的弹簧而推动锚定臂。液压设施具有用于锚定臂解锁和打开的几台电动阀。

电动阀是通过控制信号而动作的，控制信号是借助于多功能电缆而接收的。例举的这种探头在法国专利FR-2，548，727中有所介绍。

不同的传感器下降到井口以实现不同性质的测量可包括在单探头中或者还可包括在一探头组中，探头组具有一主探头以及位于主探头下、悬挂在不同深度的许多卫星探头。例举的这种探头组在法国专利中FR-2，564，599中有所介绍。

地震勘探作业是例如井中部署许多传感器用于通过地下层的断裂以检测返回波，返回波起源于安排在地面上的、或在井旁的或在另一口井中的地震震源。人们可利用接收信号以获得地下层的地震剖面。

地震传感器一般是有方向性的，且按照一个或几个直交方向彼此之间定向。它们是布置在一探头组内以捕集在不同深度处所接收的地震信号，以及它们是与地面实验室连接的，或者通过包括在多功能电缆中的一根专用导线直接连接的或者借助于一台地震数据采集仪而连接的。

在后一情况下，对不同信号进行收集，取样，并使之数字化，且通过当功能电缆的一根或几根导线以编码方式传送。译码后，这些信号由地震实验室记录和处理。

传感器的放大以及为钻井中地震勘探要求所必需的探头总是使下降、装配和仪表功能良好的控制作业变得复杂和精细。特别是在重要深度处温度和压力较苛刻的条件下操作更是如此。

一种监视单探头下降到井中的传统方法包括控制支承电缆的张力。推进中的制动会引起容易觉察到的张力跃变。当使用一种具有几个探头的接收装置时，此检测方法实际上是较不可能的，这是因为在顶部的卫星探头在推进中的止动所导致的张力变化是太低的。在延迟探检测条件下，会遇到难以解决的钻井体积问题

根据本发明的装置可采集钻井中的地震数据以及把数据传输到部署在钻井外的记录和控制的中央系统，从而对接收和采集设备进行控制和试验提供了可能性。

本发明装置包括配装有许多震传感器的接收系统，地震传感器是布置在至少有一个探头下降的钻井中，探头是悬挂在具有几根传输线的电缆的一端。所述探头含有几个描定臂结合到由中央系统控制的液压设施，以及一台适宜于收集由不同传感器所接收信号的采集仪，并把信号通过所述电缆的传输线路以多路传输和数字化信号的取样系列形式传送到中央系统。

本发明装置的特征在于它含有的控制系统配有沿钻井监视接收系统进展的设施以及采集仪与控制系统作断续连接的设施，从而确保把由所述控制系统所产生的信号传送到中央系统。

控制系统含有例如确定锚定臂位置的设施。

本发明装置也可具有测试不同传感器的设施以及在实现地震数据采集循环前的采集仪。

沿着钻井监视接收系统进展的设施含有例如一台电平（或能量）比较仪以检测由中央系统接收的以及来自传感器的信号，信号幅度应低于预定的阈限值。

包括在根据本发明装置中的控制系统可在其沿钻井位移过程中监视接收系统，检查锚定是否良好以及进行许多原位测量以便在进行数据采集循环前或循环进行过程中检验其功能。

因此，井中地震记录的获得和解释是容易的。

根据本发明装置的其它特征和优点将显现在参阅附图阅读作为一非限制实例所提供的实现方式说明中。

图1表示在一口井中的多探头接收系统

图2表示主探头详细图，

图3概括地表示连接地面接收系统的载流子电缆剖面，

图4表示采集仪和布置在主探头内的控制系统的概要图，

图5概括地表示一台锚定臂打开检测器，

图6概括地表示布置在主探头中的接口系统，

图7概括地表示一传感器测试元件和地震通路，

图8表示施加于测试元件的信号计时图，

图9表示通过中央系统对传感器和地震通路进行的测试回答所接收信号的分布随时间的变化。

图10概括地表示一电源方框图，

图11表示控制和记录系统的一般概要图，

图12表示包括在控制和记录系统内的控制装置，

图13表示包括在上一相同系统内的处理装置，

图14表示处理装置的概要图。

地下层的地震勘探，可将悬挂在一根多功能载流子电缆一端的单探头或更为一般的是一探头组下降到一口钻井中而实现。

在前头，安装例如在前述法国专利FR-2，501，380中所介绍类型一台主探头3（图2），它具有分成几个室的一个壳体。下室4中容纳一个或几个地震探头。专利也涉及到例如组合为3个的定向地震检波器（三轴地震检波器）以便按照3个直交方向捕集极化波。

在中间室内布置一液压系统供千斤顶控制两个可动臂6，可动臂在靠向壳体的一个折迭位置以及打开位置之间作位移，在打开位置时，可动臂锚定在钻井壁内而探头壳体贴靠在完全相反一面的钻井壁上。顶室5中布置一数据采集电子仪，将联系图4予以说明。

在主探头下悬挂一个或几个卫星探头8，卫星探头的下部是容纳一个或几个地震传感器的一个室9。在卫星探头的上部布置一控制机构（图中未示出）可触发可动臂10的打开以将卫星探头锚定在井壁。

该机构含有例如可遥控的一弹簧和一锁闭器，这样一种卫星探头例如在前述法国专利FR-2，548，727或2，564，599中有所介绍。

多功能电缆2将探头或一系列探头连接到一地面装置，地面装置具有电动设备（未图示）与作业电缆盘12结合的一支承结构11。

多功能电缆2为一种通常类型（图3），它具有7根导线（L…L）和一金属外护套。通过电缆输送电流，使电动机运转，以确保操作千斤便所需要的液压油形成压力，以及确保打开或关闭控制电动阀的断续电流，电缆2的其它线路用来传送控制信号和数据（阅后面说明）。

电缆2是与装载有控制和记录中央系统的车辆13连接。震源14是部署在地面，并按中央系统的指令，发射在地中传送的地震波。各种不同的信号是由下降到井中的不同传感器所接收，均由布置在主探头3中的数据采集仪所收集，并传送到中央系统。

图示意图4中表示的数据采集仪包括，含有12个分别为XP1到XP12基准输入的一台主多路调制器15，而地震信号或测试信号是施加于此12个基准输入的。

这些信号是通过各自连接到地震传感器G～G的12个相同回路而产生的。每个回路都含有一测试元件16（图7中详细示出），其输入连接到地震传感器G～G，而其输出连接到增益固定的前置放大器17。放大信号各自施加于由在地震信号频带上置中的过滤通频带组18。

过滤通频带组18的输出施加于主多路调制器的输入XP1～XP12。

主多路调制器的附加输入XP13连接到8通道的辅助多路调制器19。变化相当缓慢的信号则施加到辅助多路调制器19。变化相当缓慢的信号则施加到辅助多路调制器19的输入。

由一例如表示卫星探头锚定臂状态的电压通过线路L施加于辅助多路调制器输入之一XA1。此电压由一可变电位器式分压器（图5）所输出，可变电位器式分压器由一初级固定电阻R1和可变电阻组成，可变电阻包括一固定电阻R2，它与通过转换开关C₁，C₂，C₃，C₄而得到一个附加电阻RS1，RS2，RS3或RS4并联。

使与一新电阻并联的转换，是通过3个卫星探头的一个（或几个）锚定臂的打开而获得的。

此可变电位器式分压器是连接在电源电压V₊和地线之间，分压器中点的电压V₊表示打开的锚定臂数目，因此在采集数据的一切操作之前，可及时地获悉摇头组在撺测过程中是否适宜地静止不动。

通过布置在接口组中（图4）的一个传感器发送的变换成工作温度的信号以及由一电源部分21提供的电压，分别通过两条线路L和L被施加于辅助多路调制器19的其它两个输入XA1，XA3，此信号和电压可使供电处于最佳状态，联系图6和图10可较详细了解之。

主多路调制器15的输出是连接到含有可变增益放大器22的数据采集链，可变增益放大器在例如公布的法国专利申请No2，593，004或2，592，537中有所介绍。

放大信号是在一台模拟数字转换器23中取样和使之数字化的。然后，在数字化取样施加于发射元件25前，数字化取样是按照双极编码（例如为传输专家所熟悉的HDB3代码）通过一专用回路编码的。此发射元件的输出是连接到多功能电缆2的线路L₇。

由振荡器26产生的时钟信号H施加于同步逻辑组27，产生信号序列以控制两个多路调制器15和19，以及数据采集链22～25。

传感器28是布置在主探头中以测量液压回路中的压力。它们产生的信号是施加于一接口电子模29，并经常性地在传输电缆的线L₅上传递。

一台测试同步器30，其功能在有关的图7明确表达之，它是从通过同步逻辑组27所产生的一个信号HT开始，用来按程控制对12个多路传输的地震通路的测试。

电源部分21连接到传输电缆的供电线L₁。此同一电缆的导线L₂，L₃，L₄和L₆是应用于接口组20的。

接口组20含有（图6）与电缆线路L₃和L₆连接的一台光电子耦合器31，并通过线路L₃和L₆接收一同步信号以使多路调制器和数据采集链同步，并确定时间“选通脉冲”，在此时间选通脉冲过程中进行信号采集。

来自耦合器31的信号是通过线路L₁施加于逻辑组27（图4）。线路L₁输送馈电电流。第1个继电器R可将信号或者通过线路L₂施加于主探头电动机，或者通过线路L₃施加于卫星探头的电动阀。

第2个继电器R可继续地把零电压施加于线路L₄，线L₄连接到同步器30（图4）的一个控制输入。电压的跃变瞬间划定测试有效选通脉冲范围VT（图8）。

一温度传感器32是布置在接口组20中的。它所产生的信号是通过线路L₅施加于辅助多路调制器19的输入XA2。

第1继电器R1和第2继电器R2的断开是由单线L₄控制的，在单线L₄上可施加或一正电压，或一负电压，或一零电压。

由同步器30和元件16（图4）构成的测试系统可按程序测试传感器G₁到G₁₂以及有关的地震通道的功能是否良好。各个测试元件16（图7）含有一线路33它经常地与前置放大器17的一个输入连接，并借助于一电子开关TSW1与一换能器Gi（i＝1～12）连接。其它两个同类型电子开关TSW2和TSW3分别按基准电压V_R和通过电阻接地，连接线路33。

同一元件16的三个开关是通过来自同步器30的控制信号tsw1，tsw2，tsw3而起作用的。这些信号的产生是从同步逻辑组27发生的时钟信号开始的。

各个测试程序是由持续时间T_C的信号V_T（图8）划分界限的，信号V_T是通过线路L₄（图4）在同步器上接收的。此程序含有分布在两个组中的不同传感器G₁到G₁₂的第1次测试。

第一组含有传感器G₁～G₆，第二组含有传感器G₇到G₁₂。一个信号是同时施加于所有电子开关TSW1以便在它们的各个前置放大器17的输入端连接传感器G₁～G₁₂。该连接是经常性的且与测试周期无关。

电子开关TSAW3仍是断开的（tsw3处于低电平），于是，首次按程序以及在短瞬间两个两个地闭合开关TSW2以便将电流脉冲I₁～I₁₂分别施加于传感器G₁～G₁₂。脉冲I₁和I₇是同步的，脉冲I₁₂和I₈或脉冲I₃和I₉等也是同步的。

不同传感器的回答信号V₁，V₂……V₁₂（图9）是两个两个地传送到主多路调制器15，施加于采集链22～25，并通过线L₇（图4）传送到地面上的控制和记录系统。于是，操作人员可检测到可能发生的故障原因。

在第1个时间间隔T₁结束后，信号tsw1处于低逻辑电平，而信号tsw3处于高逻辑电平以便将不同传感器G₁～G₁₂从它们相关的震通道中断开，并将一确定的电阻并联于前置放大器17的输入上。

类似于前述方法，按程序以及两个两个地闭合开关TSW2以便将电流峰值I^′ ₁～I^′ ₁₂施加于12个地震通道。脉冲I^′ ₁和I^′ ₇是同步的。对于脉冲I^′ ₂和I^′ ₈，I^′ ₃和I^′ ₉等等来说也是同步的。不同地震通道的回答信号V₁～V₁₂是两个两个地施加于主多路调制器15并穿过采集链22～25，传送到地面中央系统。此第2步骤持续一个时间间隔T₂。

对穿过带过滤波器18的回答信号的分析，可允许分别控制回答信号的截止频率和陡变。

在测试试循环的第3部分T₃过程中，让不同元件16的开关TSW1和TSW2处于相同情况，以及如果不存在所有施加的信号时，可测量由不同地震通道17，18和采集链22～25所发生的电子放射噪声。

测试程序是以一个可变周期性进行的，例如在进行一次或几次地震数据采集循环之前，于每一个深度（那里接收装置是不动的））。

电源部分21（图10）具有连接到线L₁的切断型馈电装置。施加于此线上的直流电压V是由一切断开关CD、电力变压器34、一整流桥35和几个电压调节器36变换成两个对称电压V₊和V_-以供电于地震数据采集仪的不同电子模。

一根线L₆一方面连接到整流桥35的输出以及（另一方面）连接到辅助多路调制器19的另一输入XR3。数值V_S可使用于整流桥的输出，而且可有规则地向地面传送。

这样就可把未调节直流电压保持在最佳值。此电压与出现在线L端的直流电压成正比。根据所使用的传输电缆和其总长度，线路损失或多或少是大的。

从控制中央系统增加施加于线L₁的电压，可保持一个适当的数值V_S如果线路损失很高的话。

如果电压V_S相反太大，电压调节器36将耗散大量热能，这样，由于探头经常在温度很高的深井中运转，而受到更多的约束。

在地面上的操作人员因此也可关心保持数值不太高的V_S，在电缆的欧姆损耗不高的情况下，可降低施加于线L₁的直流电压。

控制和记录中央系统是布置在地面上传输电缆2的另一端（图1），含有允许控制和观测不同功能程序的一控制装置37（图11），一信号处理装置38和一地震数据记录装置39。

控制装置37（图12）含有一台功率发生器40，通过一电流计41而连接到供电于不同探头中的电动机和电动阀的线L₂。按照转换开关42的位置，或者可将正电压V_CC施加于线L₄而断开继电器R（图6），从而可施加电功率于辅助探头8，或者，当进行试验时通过信号处理装置38用线L₇施加一负电压，此负电压断开电器R（图6）。

一调整元件43经常地接收由线L₅传递的液压测量信号，并将它们施加于一压力计44。

控制装置37具有控制主探头锚定臂，断开卫星探头锚定臂以及观测馈电电压和液压的功能。

线L₁₁，L₃，L₆，L₇是穿过控制装置37直接连接到处理装置38的一个端子41。对引自控制装置的线L₇来说也是一样的。

两根线L₈，L₉把处理装置38分别也地与记录装置39（图11）和与一示波器45连接。一根线L₁₀可将一断开信号CE传递到一“爆炸”控制箱（未图示）。通过另一根线L₁₁，处理装置38接收来自同一爆炸控制箱的信号TB，TB表示地震震源断开的有效瞬时。一荧光屏46（图13）可显示测试、控制或过程中地震数据采集的程度。通过2个键盘可选择不同程度。

在概要图14中，可以见到处理装置38具有一台微处理机48，借助于一接口元件49与控制屏46和键盘47连接，以及借助于一“母线”50与采集组51和接口组52连接。

采集组51通过接收模53连接到数据传送线L₇。此采集组适应于一方面把通过线L₇到达的编码恢复到状态良好，另一方面把信号译码和控制信号。

所有传送信号是被提取的，即数据信号NR，曾被用于主探头采集仪以便使传送同步的一时钟信号CK，以及有可能指示已检测出传送错误的信号ED。不同的提取信号是施加于采集组51的。采集组含有重建并行形式的数字“字”的设施（数字字是按串行形式接收的），一台模拟数字转换器和一台缓冲存储器（这些不同装置未图示）。

采集组按实际时间通过线L₉将模拟形式恢复成数字形式的12个传感器信号输送到示波器45（图13）。微处理机48阅读缓冲存储器以及把其内容传送到接口组49，在将数字“字”存储于F1 0型缓冲存储器之前，接口组是以数字“字”的形式匹配的，并把数字字通过线L₈转换到记录装置39。线L₃，L₆，L₇，L₁₀和L₁₁是从接口组52出线的。

处理装置38还含有馈电箱54，输送电压V于线L₁以馈电于探头中的电子模。

根据本发明系统的特点之一在于使用成套采集装置以便在探头下井过程中控制所有探头。

传感器G₁到G₁₂对探头在下井时所承受的严重震动和抖动起反应，产生了幅度比在地震数据采集阶段中所接收的信号幅度要大得多的信号。在此情冽况下，由一个或几个传电器所产生的，特别是最深的卫星探头中所含有的使感器所产生的信号的大量衰减，因此是意味着进展的不规则性。

所以，监视由传感器传递的不同信号的幅度操作人员就能知道处于最低位置的探头（可能是那些它的后随者）是否刹住或固定。

一次采集循环是在确定的时间间隔下（例如每隔数秒钟）探头下井过程中实现的，而由不同传感器传送的电压V_X是与一阈电压比较的。该操作是例如通过连接到微处理机48的电压比较器55而实现的。

如果一个或几个电压降到低于阈电压时，处理装置34便在其荧光屏43上（图13）显示传感器的号码对应于产生不规则性的探头）并通过音响信号预先通知操作人员。

Claims (15)

1、钻井中地震数据采集和把数据传送到钻井外布置的控制和记录中央系统的装置，含有一接收系统，该接收系统具有多个地震传感器(G₁…G₁₂)，这些传感器是布置在下降到井中的至少为1个探头(3)内，探头是悬挂在含有多路输送线的一根电缆(2)的一端，所述探头含有锚定臂(6)是结合到由中央系统控制的液压设施的，以及一个采集仪适用于收集由不同传感器所接收的信号，并通过所述电缆的输送线将信号以多路传输和数字化信号的取样系统列形式传送到中央系统，其特征在于包括具有沿着钻井监视接收系统进展设施的控制系统，以及断续地使控制系统与和采集仪连接的设施，从而确保由所述控制系统产生的信号向中央系统传送。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于控制系统还配备确定锚定臂位置的设施。

3、根据权利要求1的装置，其特征在于控制系统还含有为测试不同传感器和采集仪的设施。

4、根据权利要求1的装置，其特征在于控制和记录中央系统含有一处理装置，以便通过所述电缆的线路来管理互换信号。所述处理装置含有比较设施（55）以检测由中央系统接收的和起源于所述传感器的信号，其幅度应低于预定阈值。

5、根据权利要求2的装置，其特征在于确定锚定臂位置的设施含有一分压器，该分压器含有至少与一个开关（C₁）结合的电阻网络，开关C₁是通过锚定臂的打开而断开的，通过分压器提供的电压是施加于采集仪的。

6、根据权利要求3的装置，其特征在于采集仪含有放大设施以及连接到不同传感器（G₁～G₁₂）的滤波设施（17，18），以及其特征在于为测试不同传感器和采集仪的设施含有与一台测试同步器（30）结合的测试元件（16）以便断续地将校准信号施加到传感器和放大设施以及滤波设施，来自这些后者的信号是通过采集仪传送到控制和记录中央系统，以便接连地测试单个采集仪以及与所述传感器组合的觅集仪。

7、根据权利要求1～3之一的装置，其特征在于采集仪含有一电源部分（21）是从中央系统通过电缆的一线路（L₁）而供电的，以及其特征在于控制装置含有一线路（L₆）以便把在电源部分预取的一电压（V_s）施加于采集仪。

8、根据权利要求6的装置，其特征在于每个测试元件（16）含有一个第一转换开关（TSW1）供断续地连接已结合到放大和滤波设施的输入的传感器，以及一个第二转换开关（TSW2）用于将校准电压施加于放大和滤波设施的输入，以及其特征在于测试同步器（30），含有逻辑元件，用于在第一转换开关（TSW1）的第一个闭合时间间间隔（T₁）时将闭合脉冲按顺序施加于至少与一系列不同传感器结合的第二转换开关（TSW2）组，而第一转换开关（TSW1）须结合所有系列的传感器，以及用于在第一个时间间隔（T₂）过程中，向同样的第二转换开关（TSW2）组重复相同的闭合脉冲顺序，以便测试与所述一系列传感器连接和分离的所述采集仪的回答，控制和记录中央系统含有的一些设施是为了所述同步器断续地向所述电缆的一线路（L₄）施加测试有效指令。

9、根据权利要求之一的装置，其特征在于采集仪含有信号多路传输设施（15，19），控制系统是连接到所述多路传输设施的至少一个输入通道。

10、根据权利要求1的装置，其特征在于采集仪含有放大和过波组合（17，18）以便放大和过滤由各个传感器（G₁～G₁₂）发送的信号，多路传输系统使来自所述系统的信号施加于一地震（数据）采集链，它含有一放大器（22），一模拟数字转换器（23），数字化信号的编码设施在输送电缆的一线路（L₇）上编码信号的发射设施（25），多路传输设施（至少含有一个附加输入以将由控制系统发送的信号施加地震（数据）采集链）。

11、根据权利要求10的装置，其特征在于控制系统含有一提供电压的分压器，电压值取决于各个探头的描定臂的位置，来自分压器的电压是施加于多路调制设施（15，19）的一个输入。

12、根据权利要求10的装置，其特征在于采集仪含有一电源部分（21）是从中央系统通过输送电缆的一线路（L₁）供电的，以及其特征在于控制系统含有一温度传感器（32），此传感器和电源部分是连接到多路传输设施的两个输入通道（XA₂，XA₃）。

13、根据权利要求10的装置，其特征在于控制记录中央系统含有一处理装置，用于通过输送电缆的线路来管理互换信号，所述处理装置适用于当接收系统在井中进展期间断续地操纵多路传输设施和地震数据采集链，以测量由不同传感器所发送的信号幅度。

14、根据权利要求10的装置，其特征在于多路传输设施含有一主多路调制器（15），它与所有放大和滤波组合连接，以及一辅助多路调制器（19），其输出是连接到主多调制器的一个输入，控制系统是连接到辅助多路调制器。

15、根据权利要求8和10，其特征在于测试同步器（30）是适用于将同一闭合脉冲施加于两个不同测试元件（15）的第二转换开关（TSW2）组。

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