[发明专利]用于钻前危险评价和随钻地震记录的分布式声学感测系统

说明书

本发明公开了用于钻前危险评价和随钻地震记录的分布式声学感测系统。一种获得高信噪比地震“随钻”数据以及具有主井和位于该主井附近的至少一个井口的地质场地的稳健速度剖面的系统和方法，所述地震剖面是从位于主井处的钻井设备产生的地震波获得的。所述方法包括在所述至少一个井口内竖直地部署至少一根分布式声学光缆，该光缆的至少一部分位于超过地面下的预定深度的深度处；在至少位于预定深度处的所述至少一根光缆上的记录站接收地震数据；在处理器处产生高信噪比随钻地震信号；从接收的地震数据产生可靠的速度剖面，并从产生的高信噪比随钻地震数据确定近地表危险的存在。

技术领域

本公开涉及地球物理勘测，尤其涉及一种使用分布式声学感测来获得地质场地的可靠速度剖面、并通过在钻头穿过地下地层时连续记录高信噪比(SNR)地震数据来检测近地表层中的任何钻井危险的系统和方法。

背景技术

在石油和天然气勘探中，为了提高钻井安全性，在深钻井眼之前，确定是否存在岩溶、断层或洞穴等近地表危险非常重要。一种常用于确定此类危险的技术是浅层垂直地震剖面(VSP)法。VSP勘测记录产生源自地面震源的地震图像的全波形纵波(P波)和横波(S波)信号，并揭示关于地下结构和岩性的宝贵信息。

已经使用了一种被称为随钻地震(SWD)的相关技术利用主动钻头作为地震源来获取关于地球的地下结构的信息。几十年来，这种技术一直用于预测钻头前方的危险，并提供一些关于井况的信息。但是，由于通常使用的地面接收器数量有限，并且所收集的被动数据的信噪比(SNR)非常低，因此钻头地震法不能像VSP那样提供所需的地震图像。记录钻头噪声的一个关键目标是在钻头穿过不同的地下地层时重建地球的地下结构。常规的陆上SWD系统包括作为地震源的钻头、记录接收到的地震波场的地面地震检波器、以及记录钻头特征的顶驱传感器。常规的SWD系统存在的一个主要缺点是，当在钻井现场附近记录信号时，钻井作业的各种部件(例如泥浆泵、旋转驱动装置、泥浆振动筛等)会产生强烈的地震噪声。理想情况下，通过将在记录站处记录的波场与由顶驱传感器记录的钻头噪声导频相关联，能获得从地下获取的所需信号。但是，由地面状况产生的噪声通常会使所需信号变得模糊，尤其是在井口附近。

图1示出了典型的地震相关钻头道集图。由对角方向的线表示的主要线性事件10代表由地面震源引起的噪声。从噪声中恢复地下信号需要对记录的钻头道集图进行精细的滤波。使用典型的20Hz低截止滤波器来滤除不需要的表面噪声。图2示出了滤波后的共接收点道集图，该图示出了在距钻井大约475米处获得的钻头直达波。通过捡取零检距(即，近检距)共接收点道集上的初达纵波，获得SWD校验炮(速度测量)剖面。沿着暗线所示的路径的点20表示在钻头穿透总深度为3千米时来自钻头位置的直达波的初至捡取点。由于与地面震源产生的噪声相比地下钻头信号的信噪比较低，因此这种典型的SWD接收点道集是在距钻井较大的检距位置(400米)处获得的。以这种方式获得的剖面不够稳健，并且不包含以期望的精度和准确性表征近地表危险所需的足够的有用信息。

发明内容

所公开的系统和方法提高了随钻地震数据的质量，这有助于重建钻井附近和周围的更稳健的速度剖面和地下图像，从而实现更安全、更快速和成本更低的钻井挖掘。

本公开说明了一种用于获得高信噪比地震“随钻”数据并从作为地震源的钻井设备产生的地震数据构建正在使用钻井设备钻主井的地质场地的可靠速度剖面的系统。该系统包括位于主井附近的从地面延伸到地面下30米以上的预定深度的至少一个井口；竖直地部署在每个井口中的至少一根分布式声学光缆，该光缆的至少一部分至少位于所述预定深度；以及在所述至少一根光缆上位于预定深度处的地震数据记录站。位于所述至少一根光缆上的记录站可操作以记录从位于预定深度的钻井设备产生的地震数据的高信噪比地震速度剖面，可根据该剖面评价地质复杂结构处的近地表危险。

在一个特定实施例中，所述系统进一步包括用于使用激光束探询所述至少一根光缆的控制站。

所述至少一个井口之中的一个或多个和部署在其中的至少一根光缆可延伸到地面以下100米至150米的深度。