[发明专利]利用井底工作的钻头进行地震探测的方法及装置

说明书

本发明涉及利用由井底工作的钻头产生的微动来进行地震探测的方法及装置。

根据一般采用的技术，钻井是通过将由一组相互连接的钻杆组成的钻杆管柱穿过一在地面处的电动转盘来实现的，且管柱的下端有一钻头。

这类钻头可产生强大的地震波，已设想利用此波对钻头在钻井过程中所穿过的地层进行测量工作，尤其是地震探测工作(称作MWD工作)，因为油井不会因此而停止向下钻孔，所以可减少油井探测费用。然而，这类工作因很多原因而很难进行。由钻头产生的微动的幅度在很大程度上取决于所穿过的地层的硬度。信号由钻头一直传送，不可能确定一个恒定的参数。另外，所传播的频谱与很多因素有关：所采用的钻头的类型、其旋转速度、构成钻杆组的各种机械构件、所穿过的地层的特性等等。

由于发射点和地面站之间有一定距离，波源的形式及发射谱一般是未知的。微动经常是这样拾取的，即：在沿管形钻柱机械传播之后，由布置在地面附近并与管形钻柱接触的加速度计来拾取。而且，所传递的信号被沿钻柱的复杂的共振和吸收现象所严重扭曲，这取决于地面设备的结构。由于钻柱组合的传递函数是未知的，因此，没有用来处理地震信号的精确的参数。

另一种熟知的方法包括将一传感器固定至钻杆底部以产生代表所发射的微动的信号并且通过调制波将它们传送至地面，比如沿钻井内的流体传播的声波。当数据传送率较低时采用这种方法，但当所采集的信号在较大的探测工作范围内，它就不适用了，除非有一非常强大的井底储存装置。

数据处理的困难还在于微动并不只在钻头的深度处发射。已观察到沿钻柱的许多部位都是次级微动源。在地面的钻井平台也是这样的情况，它会将沿钻柱传播的机械能量通过其支脚部传送至地层，因此也起到一个次级微动源的作用。

此领域内的实施例子描述于专利US4,965,774、4,926,391、4,718,048、4,675,852等中。

本发明的主要目的在于，提供一种进行地震探测的方法和装置，该方法和装置可以控制钻头产生的微动的幅度，并提高地震探测的精度和可靠性。

本发明的另一个目的在于，提供一种进行地震探测的方法和装置，该方法和装置可以抑制钻头微动沿着钻柱的传播，克服次级微动源的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种在地层中进行地震探测的方法，利用由连接至一位于钻过地层的井底处的管形钻柱的钻头产生的微动来进行，此方法包括设置一组与地层相接触的地震检波器，这些检波器连接至一用来采集并记录来自地层的地震信号的控制及采集站，其中，该方法还包括如下步骤：在钻头附近探测表示由钻头产生且施加于地层的微动的参考信号；将它们传递至所述控制及采集站；以及使所采集的地震信号与所述参考信号相关。

如果参考信号和地震信号是沿几个正交轴线方向拾取的，则可使它们分别相关。

可利用沿管形钻柱布置的材料传递通道来实现参考信号的传送。

根据一有利的实施步骤，此方法包括利用解耦装置来衰减由钻头产生的微动沿管形钻柱的直接传播，比如钻柱构件，此构件有弹性冲击吸收装置，冲击吸收装置可在受拉或压缩状态下工作且置于离钻头有一些距离的钻柱上，且最好选择成可主要用来衰减其频率包含在对地震探测有用的频带范围内的振动。

上述步骤也可以利用置于管形钻柱上、靠近钻头之处的装置来加以改进，以通过共振构件和形成声学不连续面的构件来修改所发射的频谱。

根据一实施例，此方法可以包括根据指令来加强在钻井期间产生的微动。

应用本发明方法可使地震数据记录的利用大为简化，因为所采用的源非常强大，它的发射很长并且因此可获得高的信噪比S/B，并且尤其是由工作钻头产生的信号在任何时候都是完全知道的。而且，当采用这个能发射准确定义且定位的信号的源时，沿钻柱的钻头振动的自由传播被阻止了，因此，许多伴生的地震可以被抑制，且对所获得的地震记录的数据处理变得方便了。

因为参考信号真正代表了传递的地震能，此方法也可包括对参考信号进行直接分析以确定由钻头穿过的岩石的特性。

该方法也可包括通过记录所接收的信号对所探测的地震活动进行后处理以及确定地震波在油井周围的地层内的传播速度的变化。