钻头随钻地震技术综述

钻头随钻地震技术是利用钻井过程中钻头冲击地层产生的振动作为震源的井中勘探技术．它凭借不中断钻井作业这一特点,可以实现连续的逆垂直地震剖面（Reverse Vertical Seismic Profile,RVSP）测量,以达到实时监测钻头位置、预测钻头前方地层地质参数、前瞻成像等目的．钻头随钻地震的本质是RVSP技术,因此本文通过常规RVSP技术引出钻头随钻地震,对钻头随钻地震的基本原理、采集技术和处理技术的优化进行重点介绍,并简单介绍部分应用实例．最后结合钻头随钻地震的优势和局限对其未来的发展方向做出展望．     

钻柱振动信号特征及多次波成像

钻柱是连接地面和井底钻头及地层的通道,伴随着钻头旋转破岩产生的钻柱振动包含丰富的信息,通过分析在钻柱顶端采集的钻头振动信号能够获得钻头、钻具的工作状态以及所钻地层甚至钻头前方地层的岩性、地层压力等信息,进行井下诊断和钻前预测.钻柱是由具有不同横截面积的单元组成,截面变化引起的波阻抗差异使钻头振动信号沿钻柱传播时发生多次反射,形成钻柱多次波.利用单边反褶积自相关等方法对井场采集的钻柱振动信号进行了处理,得到了振动信号的特征、反射界面多次波成像和振动信号沿钻柱的传播速度以及钻柱的实际转速等,并与理论结果吻合较好,为钻柱振动录井和随钻地震技术研究打下了基础.     

基于压缩感知谱反演算法及其在随钻过程中的应用

在超高温高压环境下的深海钻井过程中,受关键层位、尤其是薄弱层(弱抗张力地层)影响,加上缺乏海上超高温高压薄弱层精准快速识别及关键层位精准卡层技术方法,以致钻井事故频发,是海上超高温高压油气勘探开发亟待解决的重要问题.随钻过程中高精度地震数据的应用,作为钻井过程实时监测的手段,能够有效提供钻头前方精细地质构造信息.本文在谱反演提高分辨率技术基础上,提出了基于压缩感知L0范数算法的谱反演算法,并形成完整的提高分辨率技术流程.该方法能够相对保幅保真地实现地震数据的有效拓频,识别薄弱层及实现随钻地震高精度关键层位综合预测.方法在南海西部油田深层的随钻实际数据分析中,有效识别了钻头前方薄弱层、关键地层、储层深度等关键信息,结果与钻后测井资料吻合,验证了方法有效性,为南海西部油田超高温高压钻井的风险评估提供依据.     

随钻地震信号特征及分析方法研究

随钻地震(Seismic While Drilling,SWD)是以钻头破岩振动为震源,进行钻前预测的新技术。由于不需要井下设备,不打扰钻井作业等优点,随钻地震技术是近些年的一个研究热点。随钻地震是国内外公认的技术难题,因为它是多源多传播路径系统,记录到的是非常复     

反褶积干涉成像及其在随钻地震数据处理中的应用

随钻地震是石油工程领域的一项新技术,是利用钻头破岩的连续随机振动信号进行钻前预测,通常需要利用钻头震源函数与地面记录互相关进行处理,而地下数千米震源函数的获取难度很大,成为制约随钻地震技术的一个关键问题.反褶积干涉成像是在互相关基础上发展起来的,可以利用随机噪音获得地震台站间的格林函数,对地下构造和速度结构成像,同时这种方法不依赖于震源函数信息.本文回顾了干涉成像的发展历程,分析了互相关干涉和反褶积干涉的原理、方法和特点,结合随钻地震数据处理需要,结合实例分析了反褶积干涉应用于随钻地震数据处理的前景,为发展新型随钻地震技术提供了重要参考信息.     

大闭环伺服控制随钻智能导向钻井方法

深层油气资源量巨大,是全球油气开发的重要方向.随着钻井朝着深层(＞4500 m)和超深层(＞6000 m)发展,地质条件更加复杂,深层钻井泥浆信号传输速率受限,井下随钻测井等数据传输延迟,增加了钻井事故的频率及钻出储层的风险.当前井场智能决策钻井的方法不适用,井下自主智能钻进是未来深层超深层高效钻进的发展方向.本文借鉴无人驾驶汽车的理论技术架构,提出了一种大闭环伺服控制随钻智能导向钻井方法,集旋转导向、地质导向、随钻地震、电磁前探、随钻测量、信号传输、自动钻机等技术于一体,利用"边钻边学"的人工智能评价与决策方法,智能识别钻头前方油气藏甜点,智能决策钻进方向和钻速,并利用大闭环伺服控制实现井下钻头的自主智能导向和钻进.大闭环伺服控制随钻智能导向钻井架构包括钻进感知、智能决策与大闭环控制3个部分.钻进感知部分通过随钻测井数据获取钻头定位信息、井周地层及钻头前方特性参数,智能决策部分依据钻进感知部分获取的信息通过人工智能决策模型修正轨道和优化钻进策略,大闭环控制部分根据智能决策指令调整钻进方向和速度.本文在钻进感知部分采用支持向量机算法利用随钻测井数据进行岩性智能识别,优选随机森林算法和长短期记忆(Long Short Term Memory,LSTM)循环神经网络对孔隙度、渗透率、饱和度和泥质含量进行评价.在智能决策部分优选随机森林算法对机械钻速进行预测与优化,均获得了高准确率.     

钻柱振动倒谱分析及其钻头源信号提取方法研究

随钻地震参考信号处理的关键是从众多噪音成分中提取较弱的钻头源信号.钻头随机激励源信号由于其频率范围宽,持续时间短,易受钻柱和其他机器噪音的影响.倒谱分析方法是一种非线性滤波技术,该技术不但可以将时域卷积信号转变为倒时域信号的相加,而且通过窗函数的选择,还可消除结构混响,提取源信号.本文根据钻柱模拟实验数据,利用了倒谱滤波技术进行瞬态源信号的提取,并用该方法进行SWD参考信号的处理,从而达到钻头源信号强化的目的.     

地震仪器中应用的网络通讯技术研究

网络通讯是决定地震勘探仪器系统性能和规模的关键核心技术之一,按照所采用的数据传输方式,数字地震仪目前可分为有线遥测地震仪、无线遥测地震仪和无缆存储式地震仪.本文分别举例介绍了三类地震勘探仪器中应用的经典地震网络通讯技术,并对其设计理念、网络通讯原理、通信构架、通信协议进行了分析和对比,针对有线地震仪器的电缆管理难、无线地震仪器的数据传输稳定性差和无缆存储式地震仪缺少质量监控手段的问题,讨论了无线监控与本地存储相结合的地震网络通讯技术方案,提出了基于宽带无线通信技术的无缆无线混合型地震仪的设想.     

数字地震仪系统传递函数的一种计算方法

随着科学技术的发展 ,近年来我国地震观测大量采用数字地震仪系统 ,并将逐步取代原模拟记录系统 ,这是地震观测工作中的一大飞跃 .它使我们有可能更快地进行大震速报 ,更方便地从地震记录中获取更多、更真实的来自地球内部介质和震源过程的信息 ,从而进行更深入的地震科学研究 .由我国港震公司生产的速度型数字地震仪系统包括FBS 3A宽带反馈式地震计 ① 、EDAS 3型地震数据采集器以及电信传输系统和计算机系统 .当地震发生时 ,仪器记录了地震信号 ,而我们从计算机中读出的信号只是一些无量纲整数 ,并非是真正的地动速度或地动位移 ,它必…     

超深层目标随钻测井引导的动态地震成像

超深层油气储层目标上覆巨厚的复杂介质,基于地面观测数据估计的地震波传播速度存在误差,将导致地震成像结果不准确,增加深井钻探风险或勘探成本.随钻测井提供的地层速度信息可用于提高偏移速度模型的精度,从而通过叠前深度偏移重处理减小井震闭合误差,及时地重新定位深层的钻探目标,并为钻井轨迹调整提供科学依据.为此,本文提出一种随钻测井引导的动态地震成像方法.它在相对地质年代信息约束下,将测井资料处理获得的层速度用于修正井孔周围一定范围内的偏移速度模型,结合波动方程基准面延拓实现局部三维叠前深度偏移处理,利用图形处理单元(GPU)加速以便更新钻头前方的地震图像.基于实际地震与测井资料的仿真试验表明该方法技术具有可行性,预期可为面向深储层的智能导向钻井提供有力支撑.     

Recovery of long-period ground vibrations from short-period seismometer records

The possibilities of recovering long-period ground vibrations from the records of short-period seismometers, geophones, and vibration sensors are considered. The procedures of recovering vibrations with periods equal to several minutes and several hours from initial seismograms recorded by short-period seismometers are presented.     

Seeing coal‐seam top ahead of the drill bit through seismic‐while‐drilling

Blast damage to the tops of coal seams due to incorrect blast standoff distances is a serious issue, costing the industry in Australia about one open‐cut mine for every ten operating mines. The current approach for mapping coal‐seam tops is through drilling and pierce‐point logging. To provide appropriate depth control with accuracy of ±0.2 m for blast hole drilling, it is typically necessary to drill deep reconnaissance boreholes on a 50 m x 50 m grid well in advance of overburden removal. Pierce‐point mapping is expensive and can be inaccurate, particularly when the seam is disturbed by rolls, faults, and other obstacles.Numerical modelling and prototype‐field testing are used in this paper to demonstrate the feasibility of two seismic‐while‐drilling‐based approaches for predicting the approach to the top of coal during blast hole drilling: (i) reverse “walk‐away” vertical seismic profiling recording, in which the drill bit vibration provides the source signal and the geophones are planted on the surface near the drill rig, and (ii) in‐seam seismic recording, in which channel waves, driven by the coupling to the coal of the seismic signal emitted by the approaching drill bit, are guided by the seam to geophones located within the seam in nearby or remote boreholes.     

Feasibility of using molecular-electronic seismometers in passive seismic prospecting: Deep structure of the Kaluga ring structure from microseismic sounding

Field experiments involving molecular-electronic seismometers, along with conventional pendulum geophones, were performed to study the deep structure of the upper crust (in the area of the Kaluga ring structure) by passive seismic methods. The microseismic sounding survey was carried out along a geophysical profile crossing the central part of the structure with simultaneous data acquisition by molecular-electronic and conventional seismometers at each measurement point. Experimental data on the propagation of Rayleigh waves along the curvilinear surface have been collected. The feasibility of using molecular-electronic seismometers for passive seismic studies has been confirmed by the results of comparative analysis of the vertical geophysical cross sections, which reveal upper crustal heterogeneities, and by the results of a series of laboratory tests.     

地震科学探测台阵无线监控技术

地震科学探测台阵是开展地震学综合研究的大型野外观测系统,可根据观测目的布置在一定区域内进行连续观测。其特点是数量大、分布广,台站工作状况易受外部环境的影响。实际工作中迫切需要掌握流动地震仪的工作状态,而人工巡台工作量大,时效性不能保证。流动地震仪器工作状态的监控对于野外流动观测具有重要意义。我们采用虚拟网络（VPN）技术,通过无线（CDMA／GPRS）通讯方式组成局域网,实现了科学探测台阵总控中心一流动监控中心一观测仪器间的实时通讯,可方便、快速地对大量流动观测台进行实时监控和数据传输,显著提高了远程仪器维护的工作效率,便于提高观测质量。     

陆上高分辨率地震勘探检波器性能及应用效果分析(英文)

地震检波器的性能是高分辨率地震数据采集中的一个重要因素,对资料的品质影响很大。为此,作者在不同类型地区对目前在高分辨率地震勘探中常用的动圈式检波器、涡流检波器和数字检波器的性能进行了对比试验。通过野外工作的实际,总结了动圈式检波器、涡流检波器和数字检波器在不同表层地质条件地区的应用效果,提出了适合该类地区高分辨率地震检波器的性能指标,指出合理选择检波器类型和检波器的联接方式,能提高地震资料的信噪比和分辨率。     

Correction of frequency characteristics of seismic sensors and noise of corresponding measuring channels

The paper has assessed the noise of the measuring channel, which includes a seismic receiver, preliminary amplifier, and correction filter (this filter broadens the frequency characteristics of the seismic receiver into the low frequencies range). The correction, mainly from the preliminary amplifier, contributes an additional noise into the measuring channel, therefore application of corrected seismometers and geophones is restricted by the class of signals that provide a signal-to-noise ratio of no less than 3–5. Such signals are seismic waves from regional earthquakes and industrial blasting.     

宽频带流动地震台站中地震计浅井式安装研究

在井下地震观测中,各种地表背景噪声具有显著衰减作用,针对中国地震科学台阵现有大量非专用浅井式设计的Guralp CMG系列地震计,以及目前多个新获批项目在高背景噪声区域的观测需求,设计一种野外实用浅井观测方式,在北京国家地球观象台进行不同深度、不同井壁材质的观测对比实验,分析研究观测数据的背景噪声功率谱密度,结果表明,随着浅井深度的增加,地震背景噪声在垂直、水平向得到改善,改善程度随频率变化有所不同。分析认为,在华北现有地质环境下,6 m浅井是较为经济的观测方式,性价比高、占地小、施工简便,可用于后续多个项目的宽频带流动地震台阵观测。     

地震检波器的横向灵敏度特性

地震检波器受到地面横向运动激励时的输入输出关系定义为检波器的横向灵敏度特性.本文对检波器线圈受到横向激励时产生的轴向振动进行了分析.可以看到,当悬挂线圈的弹簧片悬丝发生动力失稳时,检波器的横向灵敏度突然增大;在线圈横向振幅很小的情况下,失稳频率接近悬丝的横向固有频率.利用谱分析技术可以准确地从检波器噪声中检测出检波器的横向灵敏度和失稳频率,即检波器假频.