[实用新型]一种差分定位随钻地震仪

说明书

技术领域

本实用新型针对地震勘探领域中的随钻地震新技术开发，同时也适用于地质勘查、煤炭等勘探领域，以高精度差分定位模块为基础，可实现虚拟测线的新一代高性能实时地震数据采集系统。

背景技术

垂直地震剖面技术(VSP)是一种有效的井旁地震勘探方法。为了获取井旁垂直地震剖面，VSP数据采集时需中断钻井过程，在井中安放井下检波器，通过地面震源激发进行测量。由于在裸眼井中作业存在着风险，所以VSP测量通常在固井后进行。VSP测量是在钻井到达某一阶段时进行的，这种测量的滞后性使得人们在钻井过程中无法及时掌握钻头与目的层的相对位置，如果此时钻头已偏离目的层，就失去了调整钻头轨迹的最佳时机。而更多的情况则可能会因为费用太高或者地表条件不允许安置地面震源时，无法得到所需的井旁地震资料。

随钻地震方法以钻井作业中钻头破岩时产生的震动作为地下震源，通过安装在井架和钻杆顶端的传感器采集由钻杆传送上来的钻头震动信号，并通过地面测线上的地震仪采集经地层传播上来的钻头信号的直达波和反射波。由钻杆上采集到的信号通常称为参考信号，将参考信号经过预处理后与地面检波器的信号进行互相关和时移以及各种去噪处理，实时地确定钻头在地面地震时间剖面上的位置，并能实时地预测钻头前方的地层压力情况，从而协助钻井安全决策和优化套管设计，促进了随钻地震技术的发展。

普通地震仪系统针对大规模的地震勘探设计，设有庞大的中央控制器、绘图仪、磁带机、电台、发电机、空调、机箱、仪器车以及沉重的测线，测量设计通常为几千道甚至上万道，不适用于随钻地震测量现场应用。

现有技术的地震记录系统大部分测量单元的模拟和数字组建分开设计，需要外部布线将一个或几个单元的地震检波器模拟组件与数字记录单元和遥测组件相连接，给现场施工带来许多不便。数字记录单元和遥测组件及地震传感器的操作是通过预先编程的情况下进行的，无法实时控制并监视数字记录单元和遥测组件及地震传感器。

普通地震仪通过勘探前的实验来设计检波器组的摆放位置，并计算相应的道间距和偏移距，但实际施工中由于实际环境的约束，检波器组的实际位置产生的道间距和偏移距无法保证与计算值的吻合，道间距的误差大小，直接影响到随钻地震数据处理和解释工作。另外，检波器组的倾角变化也是影响地震勘探精度的重要因素，目前的地震仪无法实现对此信息的实时监测。

发明内容

本实用新型的目的是为随钻地震新技术提供地面地震数据采集支持，通过高精度的差分定位位置信息，监控中心计算机实现精确虚拟测线，计算出精确道间距及偏移距，降低随钻地震处理解释误差，以获得高质量的随钻地震地面数据。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：提供一种满足随钻地震测量要求的差分定位随钻地震仪，由地震检波器、前置放大器、A/D芯片、数字滤波器、D/A测试模块、差分GPS定位模块、高精度GPS时标模块、WIFI模块、ARM微处理器、高精度MEMS芯片、倾角传感微处理器、SD卡、锂电池组成；差分GPS定位模块由GPS接收机、RTCM差分微处理器组成；高精度时标模块装有GPS和RTC时钟。其特征在于将上述硬件模块安装在同一电路板上，各模块通过ARM处理器内部接口通讯，差分定位信息通过WIFI模块传输。外壳采用全密封防水设计，外部接口为两个防水航空插头，一个为四芯航空插头，集成GPS天线及WIFI天线，另一个为两芯航空插头，连接锂电池。该装置在钻井过程中，利用大动态范围的地震检波器测量钻头撞击地层产生的地震波，通过信号处理电路将测量到的地震波转换为数字信号，与差分定位模块产生的位置信息、高精度GPS时标模块产生的时间信息和倾角传感器产生的地震检波器垂直信息组合，形成钻进过程中的地震数据，基于WIFI数据传输模块形成的钻井井场无线局域网，实现上述地震数据的高速实时传输。

所述的地震信号采集模块由地震检波器、前置放大器、A/D芯片、数字滤波器、D/A测试模块组成，实现X、Y、Z三向地震信号采集。

所述的特征参数单元由差分GPS定位模块、高精度GPS时标系统以及倾角传感器构成。

所述的高精度时标模块是指在GPS模块在接收一颗卫星以上的情况下，GPS定位有效，GPS输出精确的时间和秒脉冲信号，通过ARM微处理器把秒脉冲平均分割成更小的单位，获得微秒级的时标。当GPS定位无效时，GPS输出的秒脉冲信号不准，可以使用RTC时钟的秒信号来代替GPS输出的秒脉冲信号，达到获得精确时标的目的。