[发明专利]随钻地震波发生器及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种井下随钻发生地震波的新震源及使用方法，属于地震勘探领域。

背景技术

随钻地震是在传统地面地震勘探方法和已成熟的垂直地震剖面的基础上结合钻井工程发展起来的一项学科交叉的新技术。

随钻地震是一种逆VSP(vertical seismic profiling)，随钻地震剖面是利用钻井期间旋转钻头的振动作为井下震源，在钻杆的顶部安装应力传感器，在井口附近的地表埋置地震检波器和地震仪器，分别接收经钻杆和地层传输的钻头振动信号，这些振动信息经加工处理，可以实时获得各种地层参数(如层速度、钻头前方反射界面的深度等)，根据获得的各种地质参数可以估算出钻头前方待钻地层的岩石类型，岩石孔隙度、孔隙压力和其它声学敏感的岩石参数，同时，结合声波测井资料，可以更准确地研究井眼附近的地层性质，因此也称它为结合了地面地震和井中垂直地震(VSP)的优点，具有不干扰钻井工作、不占用钻井时间、无检波器下井风险、在深度方向可以连续测量、勘探效率高等特点。最重要的是通过现场处理，它能实时预测井筒周围、钻头前方地层的构造细节，以达到减少钻探风险的目的。

随钻地震在地面井场周围进行全方位观测，可得到多条过井的随钻地震剖面，用直达法可以求出不同方向的钻头偏离垂直井轴的距离，最终确定钻头深度的空间位置(井斜角、方位角)。将不同深度处的钻头空间位置连接起来，就得到井身轨迹的空间曲线及井身参数值，为井眼轨迹控制提供地质导向依据，使井眼轨迹准确“入窗中靶”，实现实时地质导向。由于地震波在油、气、水等流体中的传播速度比在岩石基质中的速度小，随钻地震在探井中发现油气层成为可能，从而提高探井成功率。随钻地震获取的信息是油藏未被污染的原始参数，对制定保护油气层和油藏描述工作有重要价值。

随钻VSP技术与常规VSP技术相比，具有其自身的特点和独特的优越性，正是由于上述优越性，随钻VSP技术一直受到石油勘探开发界的广泛关注。早在1936年B.B.Weatherby第一次提出利用钻头(顿钻钻具组合)的振动作为震源进行逆VSP观测。此后，国外众多专家、学者对上述技术进行了系统研究。研究结果表明：牙轮钻头所产生的能量和频带宽度足以用作逆VSP震源。

但由于以下几方面原因限制了该项技术的发展：

1、钻头振动信号为随机噪声信号，其强度与地面井场附近的各种干扰噪声比，处于绝对弱势，在井场强干扰噪声背景下准确地采集和恢复弱钻头反射信号，并使之变成等效的地层脉冲响应，存在一定困难；

2、随钻VSP记录质量与所钻地层的岩性和钻井参数如钻头类型、钻压、钻头转速等因素有关，但其中部分机理尚不完全明了；

3、无法在井下钻具非旋转状态下，采集钻头地震波；

4、旋转状态下，钻具与井壁多点碰撞，产生多源震动波，增加了分析井下钻具振动波场性质和钻头波场性质的难度；

5、无法调整地震波的频率和钻头振动的能级；

6、无法多点、多井段重复地震波测量；

7、无法减弱和消除地面某一强噪音，即无法在减少，或者消除井场某一震源的条件下，改变地面波场的格局；

8、钻头的振动和钻具的振动均是随机振动，不仅振动信号弱，而且震动参数未知，难以甄别钻头波场性质；

9、无法提高钻井速度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种随钻地震波发生器及使用方法，使其具有以下作用：

1、提高井底地震波的能量，改变井口附近地面声噪比；

2、消除或减弱钻头类型、钻压、转速、钻具结构对随钻VSP记录的影响；

3、能够在循环泥浆时间段内、停止钻具转动的条件下，发生地震波；

4、能够在井下改变地震波频率、振动能量，为随钻勘探提供更多地震波剖面；

5、把钻头的随机振动改变为有规律的振动，或者增加钻头振动的规律性，提高地震波的采集、处理、解释的准确性和精确程度；

6、能够在井眼的任何井段连续，或者多点间断发生地震波；

7、能够在井底任何井段随钻发生与地震波同频率，或者相近频率的泥浆脉冲信号，并可在井口的泥浆泵输出管上检测、记录泥浆脉冲信号，作为地震波的参考信号；

8、能够在钻具顶端的水龙头上，通过应力传感器检测、记录钻杆波；

9、能够在发生地震波的同时，提高钻井速度。