[其他]非破坏性井下地震振动源和利用该振动获得地质结构信息的方法

说明书

本发明涉及井下地震源。特别，本发明涉及非破坏性的液压的井下地震源和获得被至少一个钻井穿过的地下结构的信息的方法。

在钻一口井的过程中或钻完了一口井后，常常希望得到关于该钻井周围的结构的信息。在所钻的井进入或穿过含有碳氢化合物的结构的区域时，要求具有得到有关这些生产区的信息的技术。测井曲线图常常被用来决定诸如电阻率、电导率等参数，以及可用来导出油和产油结构的特性，给出该钻井周围环境的较清楚的图案的其它一些参数。

一种测量技术包括在地面地震源产生穿过该地质结构的地震波的同时，使用放入钻井下面的地震探测器。该地震探测器感受这些波，对由这些波所产生的记录进行随后的处理，提供钻井周围环境的较清楚的图案。然而，地壳的风化层使地震源的能量在到达钻井周围感兴趣的结构区域之前显著地减弱了。在风化层以下，在钻井内提供一个地震源并在离开一段距离的另外的钻井中放置地震探测器可以消除风化层的影响。

典型地，通过在钻井内用水泥固定一个套筒形成一口井的结构。在钻井中使用的任何源必须能够把所需量的能量传入将要在地面或者在邻近的钻井中检测的结构中。然而，能量的形式必须不产生能使套筒和水泥分离的剪切或压缩钻孔的应力。这种应力应小于推荐的在套管水泥界面上的最大剪切应力，它大约为20磅/平方英寸（Psi），这是由美国石油学会提出的（API，RP2A，1984年10月22日）。

图12与图13中比较了已知的破坏性井下源，即1.1磅（500克）的甘油炸药，40立方英寸（655立方厘米）的气枪和本发明的输出为4，000磅（18，000牛顿）的地震源之间在钻孔应力和有效能量上的区别。这些值适用于100赫兹附近，这频率处于常用的频带之间。这些图表明该地震振动源达到了高的有效能量而具有低的钻孔应力。由本发明的地震源产生的10psi的钻孔应力只是根据美国石油学会标准（API    RP2A    1984年10月22日）推荐的在套管水泥界面上的最大允许剪切应力的一半。

当前，采用一种称为“垂直地震剖面”（VSP）的技术获得关于钻井周围结构内感兴趣的特殊区域的信息。典型地，这种技术要求在提供诸如甘油炸药那样的各种地面地震能源的同时在钻井内放入地震探测器，把地震能量传入结构中，被地震探测器接收。该地震探测器放在钻井中的指定深度处，一个地面地震能源放在地面上，把地震能量传入结构中，由地震探测器检测与记录。把地震探测器移到不同的深度，并重复此过程。把地面地震能源移到离钻井不同距离的各种位置，并重复此过程。这种过程是极其费钱和费时的。这样重复地使用破坏性的地面源使得这种方法不宜用于人口稠密地区，并且不受土地所有者的欢迎。

如果能把一个非破坏性的地震源放入钻井中并使用逆VSP（RVSP）方法，可以节省大量时间与费用。RVSP方法需要在钻井中的一个源和在地面上的许多地震探测器，由地面上的地震探测器来检测地震源所产生的地震能量。由于大量的地震探测器可以相对于钻井放置成一个两维列阵，因而可以移动地震源，同时，保持地震探测器的位置不动，而不是要求同时移动地震源和地震探测器。

假定可以将一个非破坏性的地震源放在一个钻井中，而在分开一段距离的一个邻近的钻井中放置一个或多个地震探测器，由于源可以放在引起衰减的地壳风化层之下，所以可以使用生产井的井间层面照相的高级方法。

在研究陆下结构时，要求接收并分析许多不同类型的地震波，例如P-波，S_V-波，S_H-波。这样，极其希望有一种仪器能够在一个钻井中非破坏性地产生一种或几种这样类型的波，由放在地面或一个邻近的钻井中的地震探测器接收以推断出关于结构的信息。还希望有一个能在风化层以下非破坏性地产生频率超过100赫兹的源，以进行井间层面照相和井间剖面图。目前不能用油井来实现相邻钻井之间的井间层面照相，是因为现在市售的井下地震源（诸如甘油炸药或空气枪）为得到可检测的地面地震波都是产生超过API标准规定的剪应力的脉冲力。用地面数据采集源（例如地震探测器）形成层面照相图象库的企图已经失败，其原因是风化层的衰减效应和高频滤波性质以及不恰当的源一接收器的结构。