專利名稱：用于檢測(cè)地震信號(hào)以便獲得鉆孔操作過程的垂直地震剖面圖的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震勘測(cè)方法，該方法的目的在于借助于對(duì)穿過地層傳播的地震信號(hào)的測(cè)量獲取有關(guān)鉆孔操作所感興趣的巖層構(gòu)造特性的數(shù)據(jù)。
這樣的一種檢測(cè)基本上是根據(jù)對(duì)應(yīng)于由一個(gè)地震源所產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)的若干反射信號(hào)的檢測(cè)時(shí)間的測(cè)量，由地震源所產(chǎn)生的這個(gè)信號(hào)是由振動(dòng)或彈性能量脈沖構(gòu)成，測(cè)量是在由地震源所產(chǎn)生的信號(hào)在各種深度水平被若干地質(zhì)層反射之后進(jìn)行的。概括地說，該檢測(cè)系統(tǒng)是由一個(gè)地震源和圍繞并分布的一系列用于接收直接的和反射的信號(hào)的信號(hào)接收器構(gòu)成，還包括用于對(duì)由這些接收器所檢測(cè)的返回信號(hào)進(jìn)行處理和數(shù)據(jù)分析的若干裝置和程序。
這種檢測(cè)技術(shù)雖然是用于鉆孔，但目前仍然用它的縮寫“VSP”(垂直地震剖面圖)來稱呼，并且使得能夠由構(gòu)成地面下層的一些地層上的信號(hào)反射出發(fā)獲得對(duì)毗鄰被鉆孔的該地面下層的描述。這些各種地面下層地層的位置是根據(jù)該信號(hào)返回這些接收器伴隨的延遲時(shí)間來再現(xiàn)的。
用于對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的技術(shù)還借助于以計(jì)算機(jī)保障的數(shù)據(jù)處理業(yè)已得到重大地發(fā)展，使得能夠根據(jù)鉆孔感興趣的地層以及根據(jù)該鉆孔的走向獲取信息。
用于VSP勘測(cè)的通常技術(shù)需要中斷鉆井操作，從井孔中抽出鉆具組和鉆頭，將一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)地震檢波器放入已鉆好的鉆孔中，并在表層，或在淺層以及在靠近井處發(fā)出聲脈沖(例如通過引爆炸藥包)，以及檢測(cè)到達(dá)安裝在井內(nèi)部中的地震檢波器的信號(hào)。這樣的一種操作方式不引起有關(guān)在地表層所產(chǎn)生的“初級(jí)”信號(hào)的誤差，并且，所檢測(cè)到的返回信號(hào)并不形成嚴(yán)重的數(shù)據(jù)分析上的困難，但還是有明顯的缺陷。這種情況導(dǎo)致上述操作還由于需要將鉆井操作中斷很長時(shí)間而成為一種成本高的操作，并且因此這種操作在鉆井過程中只能進(jìn)行極少次數(shù)。提出鉆具組并重新插回去的操作是一種非常復(fù)雜并且有風(fēng)險(xiǎn)的操作，因此需要采用特別安全的操作步驟和預(yù)防措施。
最近，有人建議，進(jìn)行這樣一些勘測(cè)應(yīng)該利用在鉆井操作過程中由鉆頭所產(chǎn)生的同一信號(hào)作為地震源。
例如，可以引證這樣一些勘測(cè)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)公開于授予Atlantic Richfield的美國專利4965744;授予Western Atlas Inc.的美國專利4862423、4954998和4964087，授予S.N.Elf AquAtaine的美國專利4718048和授予Gas Research Institute的美國專利5050130。
利用同一鉆井鉆頭作為地震源提供了這樣一種優(yōu)點(diǎn)，這優(yōu)點(diǎn)就是在鉆孔操作過程中可以進(jìn)行地表測(cè)量而不干擾鉆井操作并且可以采集大量數(shù)據(jù)，然而成本低并且風(fēng)險(xiǎn)小，可以頻繁地進(jìn)行檢測(cè)活動(dòng)，或甚至可以連續(xù)地進(jìn)行。不幸的是由鉆井鉆頭所產(chǎn)生的信號(hào)有如下這樣的缺陷，這缺陷就是受傳播擾動(dòng)的影響并且連續(xù)地超時(shí)工作，因此，要確定由鉆井鉆頭所產(chǎn)生的可靠的信號(hào)以便能將它與由安裝在地層(該地層處于正在鉆探的井的周圍區(qū)域)中的檢測(cè)器所檢測(cè)到的返回信號(hào)進(jìn)行有效的比較是困難的。
在

圖1中顯示出了一個(gè)鉆井設(shè)備和該地震測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一些特有的部件的典型的構(gòu)造，在圖中-1表示鉆塔的結(jié)構(gòu)，-2表示鉆具組，在其端部裝有鉆井鉆頭，-3表示鉆井鉆頭，-4表示將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳輸給鉆具組2的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，-5表示驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4的電動(dòng)機(jī)，-6表示泥漿槽，-7表示泥漿輸送泵，所述泥漿沿著該鉆具組內(nèi)部流動(dòng)，向下流至鉆頭3，在此處泥漿離開該鉆具組，并且沿著井流動(dòng)，上升返回地面，-8表示在鉆頭3向下在地面下層內(nèi)運(yùn)動(dòng)過程中由該鉆頭鉆出的井，在該井之內(nèi)被泵7輸送的泥漿上升返回地表面，-9表示一列檢測(cè)傳感器10，這些傳感器接收由以鉆頭為代表的地震源所產(chǎn)生的直接的地震信號(hào)和反射的地震信號(hào)，這些信號(hào)穿過地層，借助于記錄器11被采集和記錄。
這一(幾)個(gè)檢測(cè)器通常簡稱為“地震測(cè)線”，并且通常根據(jù)最優(yōu)化判據(jù)被定位于距該鉆井設(shè)備一定距離的地方，所述最優(yōu)化判據(jù)使得可以從具有圍繞被鉆出的孔的一定的地表面積的區(qū)域獲取地震數(shù)據(jù)。這是指鉆孔是在陸地上進(jìn)行的情況，如果鉆探操作是在近海進(jìn)行，則是由水下地震檢波器構(gòu)成。
被測(cè)量的返回信號(hào)通過一個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)被耦合在由鉆頭產(chǎn)生的信號(hào)上并且通常要受到噪聲的影響。如果人們成功地探測(cè)到鉆頭信號(hào)[這種鉆頭信號(hào)的分布超出規(guī)定的時(shí)間范圍并受到強(qiáng)烈的環(huán)境噪聲(例如由在該鉆井設(shè)備上運(yùn)轉(zhuǎn)的其他機(jī)器零件和一些泵所產(chǎn)生的噪聲)的影響]并將所述信號(hào)與這樣的噪聲分離開，那么這地震源就可以提供若干種很大的好處。換句話講，此刻的發(fā)明旨在解決的技術(shù)問題就是獲得足夠高的信噪比，以便得到關(guān)于該鉆孔工作所感興趣的巖性構(gòu)造的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的有意義的信息。
存在于初級(jí)信號(hào)中的噪聲的強(qiáng)度引起了檢測(cè)量的衰減，該噪聲分量必須從這樣的一種信號(hào)中盡可能完全的被除去。
本發(fā)明是基于這樣一種技術(shù)，該技術(shù)的要點(diǎn)是增加大量在一個(gè)離散的時(shí)間周期內(nèi)被這些檢測(cè)傳感器所收集到的大量數(shù)據(jù)的影響，以便提高所述信噪比?？蓞R總所述數(shù)據(jù)的期間所述的時(shí)間周期的長度受到以下這樣的因素的限制，這種因素就是在工作過程中，鉆頭的推進(jìn)同時(shí)伴隨著下沉。這樣的一種技術(shù)發(fā)現(xiàn)了實(shí)用特性的應(yīng)用范圍，例如鉆探較軟的或不那么致密的地層就產(chǎn)生較弱信號(hào)并且測(cè)量就必須延續(xù)更長的時(shí)間周期，以便更有意義。不幸的是，在這種情況下，鉆進(jìn)更為快并且一些限制必定要面臨有關(guān)這些測(cè)量所能允許的時(shí)間周期的長度的問題，以便不損失空間分辨率，這歸因于在這些測(cè)量的過程中鉆頭的過分下沉。
這種噪聲阻止對(duì)鉆頭信號(hào)的清楚的檢測(cè)，并且導(dǎo)致借助于這樣一種技術(shù)也是能將該噪聲部分地除去，這種技術(shù)的要點(diǎn)是增加在一些離散的時(shí)間周期內(nèi)重復(fù)的大量的測(cè)量的影響可以完成的結(jié)果就是更好的信噪比，但是該信噪比還不夠高。該噪聲可以根據(jù)它的特性(例如某種規(guī)則性，或以隨機(jī)峰為特征這樣的因素)來加以識(shí)別。由于在鉆孔操作過程中鉆頭/巖石耦合的偶然性，鉆頭信號(hào)包含有不可預(yù)見的分量。它具有一個(gè)脈動(dòng)形自相關(guān)，并且可以借助于環(huán)境噪聲加以識(shí)別。
根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)方法是基于借助于檢測(cè)器10采集該返回信號(hào)(或更好一些是一些信號(hào))以及基于返回信號(hào)同由鉆頭產(chǎn)生的信號(hào)的測(cè)量值的相互關(guān)系，這是在對(duì)返回信號(hào)進(jìn)行處理后一通過采集和利用從一系列檢測(cè)器所獲得的鉆頭信號(hào)的一系列共同測(cè)量值(以下稱為“指示信號(hào)”)，以便獲得在極為有利的條件下對(duì)返回信號(hào)所做出的有意義的測(cè)量，這種測(cè)量值又構(gòu)成了一種代表該鉆頭信號(hào)的新的指示信號(hào)。
這種相關(guān)操作的要點(diǎn)從定性觀點(diǎn)看來在于在一段時(shí)間內(nèi)移動(dòng)兩個(gè)待相互比較的信號(hào)，直到使它們最終對(duì)準(zhǔn)一些非常類似的剖面為止。如果這種操作沒有產(chǎn)生有效的結(jié)果，那么在被比較的兩個(gè)信號(hào)之間就不存在相關(guān)性。自相關(guān)操作的要點(diǎn)在于將該信號(hào)與其自身相比較以識(shí)別可能的回波或混響。互相關(guān)是指示信號(hào)與借助于地震測(cè)線采集到的信號(hào)之間的相關(guān)操作。
按照這種方式，對(duì)由脈沖的時(shí)序構(gòu)成的信號(hào)(帶有正或負(fù)號(hào)的強(qiáng)度峰)加以識(shí)別該信號(hào)被濃集于所測(cè)量的每一地球物理現(xiàn)象的一個(gè)單個(gè)脈沖信號(hào)中，例如由鉆頭發(fā)射的直接信號(hào)，該信號(hào)之后繼之以它的反射信號(hào)。這種信號(hào)一般由一系列脈沖構(gòu)成，這些脈沖具有得到很好鑒定的相對(duì)振幅和時(shí)間坐標(biāo)。
還必須將這樣一種因素考慮進(jìn)去，這一因素就是指示信號(hào)實(shí)際上并不是一種理想的信號(hào)，這是因?yàn)?該指示信號(hào)由于從鉆頭到用于測(cè)量該信號(hào)的檢測(cè)器的信號(hào)傳播有其自身的延遲。由于相關(guān)時(shí)間是兩信號(hào)之間的一種相對(duì)的延遲，為了獲得在該區(qū)域所測(cè)量的地球物理數(shù)據(jù)的絕對(duì)延遲，所以，已包含在指示信號(hào)中的延遲必須加以補(bǔ)償;
-指示信號(hào)并不是鉆頭所產(chǎn)生的脈沖的唯一的時(shí)序，然而，由于例如在鉆孔設(shè)備內(nèi)部的混響現(xiàn)象它還包括它的若干再現(xiàn)，這種鉆孔設(shè)備有它自身的彈性振動(dòng)特性;因而利用這些檢測(cè)器所采集到的每一個(gè)信號(hào)在該處理步驟過程中必須是去混響的，以便人們能重新構(gòu)組一個(gè)由鉆頭產(chǎn)生的有意義的信號(hào)。
用于確定指示信號(hào)的每一測(cè)量值都包含有疊加到鉆頭信號(hào)上的環(huán)境的和寄生的噪聲;為了減少這種噪聲的存在并使該信號(hào)加強(qiáng)，必須對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理。
根據(jù)到目前所暴露出來的問題并根據(jù)利用鉆頭作為地震源的地震檢測(cè)技術(shù)的總的方針，現(xiàn)在將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)就其典型的構(gòu)成部分參考圖1的簡圖加以討論，所述的簡圖說明了它的一典型的實(shí)施例，該實(shí)施例是用于說明的，并非為了對(duì)它加以限制。
已在以上所引用的美國專利4954998中所建議的是從所述指示信號(hào)中有效地扣除噪聲的解決辦法，所采用的方式是選擇這樣一種噪聲的頻帶，將噪聲放大，然后從指示信號(hào)中將它扣除，根據(jù)以上解決辦法用一些安裝在同一鉆具組上的不同的檢測(cè)器采集噪聲，而所用的這個(gè)檢測(cè)器指的是實(shí)質(zhì)上對(duì)鉆頭信號(hào)無響應(yīng)的檢測(cè)器。
不幸的是，這樣的一種技術(shù)解決辦法看起來確實(shí)不能令人滿意，因?yàn)檫@沒有考慮到同時(shí)存在一系列來自不同來源的信號(hào)和噪聲記錄道。這篇已有技術(shù)文獻(xiàn)所提出的技術(shù)結(jié)果是一種基于單獨(dú)測(cè)量存在于指示信號(hào)中的噪聲的正交化技術(shù)，然而這并不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)獨(dú)立性。事實(shí)上，為了將這種信號(hào)從輸出信號(hào)中扣除而又不產(chǎn)生失真，這種信號(hào)應(yīng)不含任何殘留的鉆頭信號(hào)，在這樣一種情況下，考慮到以上所述先有技術(shù)的文獻(xiàn)，我們不可能理解這種技術(shù)是如何在工業(yè)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的要點(diǎn)實(shí)質(zhì)上在于發(fā)生指示信號(hào)。然后這種指示信號(hào)必須與用地震檢測(cè)器10所采集的信號(hào)相關(guān)。在已有技術(shù)所公開的那些方法中，被指定用來檢測(cè)由鉆頭發(fā)出的指示信號(hào)的那些檢測(cè)器一般是安裝在鉆具組上。
當(dāng)使用一個(gè)單個(gè)指示信號(hào)檢測(cè)器時(shí)，選擇傳感器將是很重要的，借助于這種檢測(cè)器，很重要的是鑒別鉆頭信號(hào)，這種信號(hào)不僅很強(qiáng)(就它的有意義的峰具有有意義的振幅而言)，而且尤其是高質(zhì)量的信號(hào)[就這樣的有意義的峰不受噪聲(這種噪聲可能使它們難以鑒定)的影響而言]。
借助于本發(fā)明的方法(該方法將一系列信號(hào)組合起來，以便將它們分解，使那些成分量不同的物理現(xiàn)象分離開)，操作者可以使用強(qiáng)信號(hào)，而不必限制自身使用不可能得到的無噪聲信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的方法使得信號(hào)能有益地用于以下一種情況，在這種情況下噪聲和鉆頭信號(hào)顯示出了甚至可以比較的能譜，假若這些信號(hào)和噪聲當(dāng)它們實(shí)際出現(xiàn)時(shí)是以在所進(jìn)行的測(cè)量中按不同的規(guī)則和按不同的比例測(cè)量的統(tǒng)計(jì)學(xué)特性為特征的。
根據(jù)本發(fā)明，依據(jù)一系列(至少兩個(gè)或更多個(gè))不同類型的指示檢測(cè)器的檢測(cè)獲得指示信號(hào)并對(duì)它進(jìn)行處理，這些指示檢測(cè)器如下面所指出的那樣-(a)安裝在鉆塔結(jié)構(gòu)1上的振動(dòng)檢測(cè)器13，例如，地震檢波器、加速度傳感器、或者(無論是采用什么方式)單軸或三軸檢測(cè)器，這些檢測(cè)器供給有關(guān)環(huán)境噪聲以及有關(guān)由鉆頭運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的脈沖的信息，以便通過借助于支承懸索14聯(lián)接的鉆塔-鉆具組檢測(cè)通過鉆具組傳給鉆塔的信號(hào)。事實(shí)上，人們發(fā)現(xiàn)，不必將檢測(cè)器直接安裝在鉆具組上，在鉆具組上，這些傳感器要進(jìn)行安裝和管理是困難的并且是不方便的，這是因?yàn)椴僮髡邔?duì)鉆具組的不斷干預(yù);
-(b)電流強(qiáng)度檢測(cè)器15，例如，電流表，以便測(cè)量旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4的馬達(dá)5的電流的瞬態(tài)吸收。施加到鉆具組的部件上扭轉(zhuǎn)應(yīng)力傳到同一鉆具組，傳遞到與該馬達(dá)相連接的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。這些檢測(cè)器提供與振動(dòng)檢測(cè)器13所測(cè)量的大小不同類型的可變化的大小的測(cè)量，然而，由于這種測(cè)量，最終導(dǎo)致了嚴(yán)格的相關(guān)性;
-(c)安裝在泥漿環(huán)路中(例如在泵7的輸送管道中)的壓力傳感器16。在鉆孔工序期間由鉆頭3的撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)通過泥漿傳播并到達(dá)地表面。通過泥漿的傳播在這些脈沖的波至與通過鉆具組鋼的同樣的脈沖的波至之間引起了一個(gè)時(shí)間的偏移并且對(duì)混響現(xiàn)象不太敏感，而恰恰相反，這種混響現(xiàn)象就通過金屬的傳播這一方面來說達(dá)到了相當(dāng)可觀的程度;
-(d)地震檢測(cè)器12，或等效的振動(dòng)檢測(cè)器，安裝在與鉆具組所在場(chǎng)地相同的場(chǎng)地上，適合于從地面以不同振幅檢測(cè)由鉆機(jī)所產(chǎn)生的噪聲和來自鉆頭的有用信號(hào)這樣兩種信號(hào)。
這些打算彼此組合起來使用的不同類型的傳感器的每一個(gè)檢測(cè)一種通過不同傳遞方式傳播的信號(hào);這些傳遞方式包括通過鉆具組的鋼、通過馬達(dá)的電氣連接，通過鉆孔泥漿和通過正在進(jìn)行鉆孔的地層，每一種傳遞方式對(duì)信噪比具有不同的影響。
相互組合起來使用的這些檢測(cè)器的每一種提供一種信號(hào)，或更準(zhǔn)確地講，是一種相對(duì)于其他檢測(cè)器具有一時(shí)間偏移的記錄道，在這樣的記錄道中，信號(hào)/噪聲成分呈現(xiàn)出不同的數(shù)，因此這些成分可以彼此分離開，以便獲取準(zhǔn)備用于互相關(guān)的由鉆頭產(chǎn)生的有意義的信號(hào)。
因此，每一個(gè)檢測(cè)器提供一個(gè)一些測(cè)量值的時(shí)序，這些測(cè)量值或者以數(shù)字值或者以模擬值來表示，通常稱之為“記錄道”。
每一個(gè)記錄道由一組以數(shù)字值或模擬值表示的測(cè)量值構(gòu)成，其特征在于兩個(gè)基本的數(shù)據(jù)，即一個(gè)強(qiáng)度值和一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)值，這些值在測(cè)定過程中可以成為測(cè)量的一個(gè)序數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的強(qiáng)度值，按照所用的檢測(cè)器，由于聲音的傳播所形成的彈性波的影響可以表示為質(zhì)點(diǎn)速度(當(dāng)用地震檢波器測(cè)量時(shí))，可以表示為壓力(當(dāng)用安裝在泥漿輸送管道上的壓力計(jì)測(cè)量時(shí))以及可以表示為加速度(當(dāng)用加速度計(jì)測(cè)量時(shí))，或者最后可以表示為被電動(dòng)機(jī)吸收的電流(當(dāng)用安培計(jì)測(cè)量時(shí))。另一種可測(cè)量的參數(shù)可以是應(yīng)變，它可以使用精密應(yīng)變儀測(cè)量。
由以上所提到的檢測(cè)器所獲得的那些記錄道最終是彼此相干的，并且使由鉆頭脈沖所測(cè)定的峰可以根據(jù)相關(guān)性來鑒別。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，這些數(shù)據(jù)的檢測(cè)和記錄可以利用數(shù)值來進(jìn)行。然后將這些測(cè)量值彼此相互組合，以形成非常有意義的指示信號(hào)，這些指示信號(hào)將用于它與借助于地震測(cè)線所測(cè)定的信號(hào)的相關(guān)。用于產(chǎn)生這種指示信號(hào)的這些組合方法可以或多或少得到改進(jìn)。
指示信號(hào)受到時(shí)間矯正或進(jìn)行簡單的再分布根據(jù)這些測(cè)量的順序，測(cè)量掃描時(shí)間可以提供時(shí)間相對(duì)應(yīng)性;它們可以加以濾波，以便變得類似于具有已知延遲的一個(gè)參考信號(hào)，該參考信號(hào)可以是以上所列指示信號(hào)中的一個(gè)。
例如，可以采用由檢測(cè)器13獲得的記錄道作為參考記錄道，因?yàn)殂@具組的長度和鋼中的聲速是已知的，因此，可以得到一次鉆頭撞擊和與其相對(duì)應(yīng)的脈沖到達(dá)檢測(cè)器13這兩時(shí)刻之間的真實(shí)延遲的可靠的數(shù)值。
如以上已經(jīng)作過的說明那樣，用于監(jiān)視被指定產(chǎn)生指示信號(hào)的傳感器12、13、15和16……接收N個(gè)記錄道Pj(ω)，其中j＝1…N。這些記錄道被用作它們的頻率范圍內(nèi)的變換(ω表示頻率)。
所謂“該頻率范圍內(nèi)的變換”這種說法一般指的是將該信號(hào)分解為存在于其中的基本的正弦波振蕩，它們之中的每一個(gè)都具有它自身的相位和振幅。
結(jié)果，為了描述每一個(gè)分量，需要兩個(gè)實(shí)數(shù)，并因此使用一些復(fù)數(shù)(參考Prodi G.“Analisi Matematica”，1976，Pages 91/97)。這種變換以“富利葉變換”這一名稱著稱(見Bracewell R.“The Fourier transform and its applications”，1985)。
這個(gè)頻率范圍構(gòu)成了一個(gè)非常有用的用于測(cè)定信號(hào)的區(qū)域，這歸因于呈現(xiàn)在這個(gè)范圍內(nèi)的兩個(gè)信號(hào)之間的相關(guān)性運(yùn)算的簡單性，這種運(yùn)算的要點(diǎn)僅在于計(jì)算第一信號(hào)乘以第二信號(hào)的共軛復(fù)數(shù)(用符號(hào)“★”表示的乘積(頻率×頻率)。
此外，進(jìn)行濾波運(yùn)算是通過簡單地頻率乘頻率，即濾波器頻譜乘待濾波的信號(hào)的頻譜。
借助于這一必須的說明性的前言，檢測(cè)器13的記錄道P1(ω)于是根據(jù)P2(ω)…PN(ω)的值，使用以下方法加以估算。
在對(duì)指示信號(hào)(作為時(shí)間的一個(gè)函數(shù))進(jìn)行矯正(在近似的基礎(chǔ)上)之后，對(duì)新的值
加以計(jì)算。
水平線表示頻率平均值，而e表示空白噪聲，即被疊加到表示平均能譜｜Pj(ω)2｜的那一項(xiàng)上以便使該變換穩(wěn)定的恒定的頻率值。這個(gè)值是個(gè)相當(dāng)小的值，以至不能使信號(hào)頻譜發(fā)生有意義的變化，但又要大到足以防止在沒有信號(hào)的那些區(qū)域(以頻率計(jì))接近0的分母值可能在公式(1)中產(chǎn)生過大的分?jǐn)?shù)值。表達(dá)式(1)的分?jǐn)?shù)表示一個(gè)使信號(hào)Pj(ω)適合于信號(hào)P1(ω)以便產(chǎn)生估計(jì)值 的濾波器。
值 (j＝2，……N)的每一個(gè)值構(gòu)成了一個(gè)新的經(jīng)過處理的指示信號(hào)，該信號(hào)再現(xiàn)了存在于P1(ω)中的相關(guān)的部分，即被與用其他傳感器所采集的其他信號(hào)共享的信號(hào)，這一信號(hào)最終是存在于Pj(ω)之中。
一個(gè)簡單的組合方法的要點(diǎn)在于計(jì)算值Pj(ω)(j＝2，……N)的總和以及將這一值用作指示信號(hào)。這一數(shù)據(jù)必須用P1(ω)的延遲加以修正，結(jié)果在存在于P1之中的相關(guān)的噪聲可忽略不計(jì)的情況下將優(yōu)于單獨(dú)從P1導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，并且優(yōu)于由其他一些傳感器單獨(dú)提供的那些數(shù)據(jù)。
這樣測(cè)定的數(shù)值加強(qiáng)了那兩個(gè)指示傳感器之間的相關(guān)部分。如果取自這些指示傳感器的那兩個(gè)信號(hào)之間的相關(guān)的噪聲可以忽略不計(jì)，那么濾波器的估算是有效的，并且殘余噪聲被從求和運(yùn)算中除去。反過來，如果那些指示信號(hào)之間的相關(guān)的噪聲不能忽略的話，那么就存在束縛著來自兩個(gè)不同的指示傳感器之間的鉆頭的那些信號(hào)的濾波器的失真。在這種情況，可以借助于如下處理程序進(jìn)行那些噪聲的剩余扣除，所述處理程序公開于以下內(nèi)容之中，并且這使得該程序有可能在進(jìn)行的同時(shí)也使信號(hào)受到相當(dāng)可觀的噪聲特性的影響。事實(shí)上，這一方法使得指示信號(hào)有可能同在估算一個(gè)高質(zhì)量的有代表性的信號(hào)時(shí)被提高的信噪比結(jié)合起來，以便求出(甚至是從含噪聲相當(dāng)可觀的信號(hào)中)有意義的鉆頭信號(hào)并將存在于同一數(shù)據(jù)中的噪聲除去。
該方法的要點(diǎn)在于將指示信號(hào)分解為來自幾種物理現(xiàn)象的成分，這幾種物理現(xiàn)象被總計(jì)入用那些傳感器所采集的測(cè)量數(shù)據(jù)中。一些不同指示信號(hào)彼此相互組合，同時(shí)還要注意到產(chǎn)生信號(hào)(強(qiáng)度峰，例如機(jī)械的或聲振動(dòng)的，壓力的或吸收電流的，這些強(qiáng)度峰取自鉆頭、鉆具組部件的側(cè)碰撞、場(chǎng)地噪聲等等)的那些物理現(xiàn)象的特征在于不同的統(tǒng)計(jì)學(xué)分布。
該方法的目的在于通過由用指示傳感器測(cè)定的信號(hào)出發(fā)來處理來自鉆頭的碰撞，這種處理的出發(fā)點(diǎn)是由該操作的機(jī)械的靜態(tài)運(yùn)行所產(chǎn)生的噪聲還有鉆具組沿井的側(cè)碰撞以及由鉆孔操作所產(chǎn)生的其他噪聲，只是不包括鉆頭脈沖。為了獲得這種分離，可以采納一些不同的方法，例如人們可以借助于證實(shí)一些重建的方法的獨(dú)立性，或借助于證實(shí)重建的方法具有與那些事前假定的推測(cè)相一致的統(tǒng)計(jì)學(xué)特性。
在兩種情況下，這種運(yùn)算是借助于使指示信號(hào)相互補(bǔ)償來進(jìn)行的，以便將可能被反褶積的相應(yīng)的波至加以比較-通過“反褶積”，一種反濾波運(yùn)算，目前認(rèn)為這種反濾波運(yùn)算有效地除去了混響以及鉆頭信號(hào)的多次反射波-為了除去存在于它們之中的混響，還可能加以濾波，以便使出自單獨(dú)的波道的脈沖響應(yīng)彼此類似。
如果一個(gè)瞬時(shí)波至產(chǎn)生一個(gè)在一個(gè)波道中測(cè)量的信號(hào)，它不精確地產(chǎn)生一個(gè)脈沖，而是形成一個(gè)具有波形、一般說來時(shí)間過程極短的信號(hào)，這取決了一系列的因素，例如，傳感器的特性，被測(cè)量的維數(shù)，傳感器和加有信號(hào)的介質(zhì)之間的耦合，等等。因此，可以制造一些濾波算子，當(dāng)評(píng)估這些用于人工匹配來自不同傳感器的信號(hào)的濾波器時(shí)，這些濾波算子通過從對(duì)該設(shè)備的特性的了解出發(fā)以及從直接的測(cè)量數(shù)據(jù)出發(fā)對(duì)這些差別進(jìn)行補(bǔ)償，如上文所公開的那樣。
這里公開了根據(jù)獨(dú)立性鑒別法和根據(jù)一致性要求的分離運(yùn)算，為簡單起見，參考二個(gè)指示信號(hào)P1和P2P1＝aS+bNP2＝cS+dN (2)P1和P2分別通過將信號(hào)S和噪聲N疊加，并加權(quán)a、b、c、d而構(gòu)成。
獨(dú)立性鑒定方法有效地利用了這樣的概念，這就是信號(hào)和噪聲不僅是相互垂直的，而且在統(tǒng)計(jì)學(xué)上也是獨(dú)立的。為了提供更清楚的論述以及更好地說明借助于本發(fā)明的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理的技術(shù)應(yīng)用，在以下將更詳細(xì)地說明信號(hào)的正交性和統(tǒng)計(jì)學(xué)獨(dú)立性的概念的意義。
變量X和Y表示兩個(gè)隨機(jī)變量，通常稱為“隨機(jī)的”，也就是說它們顯示出一種以幾率分布為特征的性質(zhì)(這里參考了Papoulis A.“Probability，random variables and stochastic processes”，2nd Edition，1984)。
統(tǒng)計(jì)學(xué)上的獨(dú)立性的條件指的是E[f(x)g(y)]＝E[f(x)]E[g(y)] (3)其中f()和g()是兩個(gè)無論什么種類的函數(shù)，E表示期待值(見Papoulis)。
對(duì)于由M個(gè)取樣構(gòu)成的一組來說，期待值E的非常好的近似的表達(dá)是利用下式 (4)同時(shí)，以公式(3)所表達(dá)的條件隱含著在x和y之間的相關(guān)，即E[xy]＝E[x]E[y] (5)對(duì)于相應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明處理地震數(shù)據(jù)的實(shí)際情況的應(yīng)用顯示出特殊的意義。在真實(shí)實(shí)際情況中，存在著一個(gè)非限定性條件，即該數(shù)據(jù)具有零平均E[x]＝E[y]＝0 (6)且同樣情況對(duì)于它們的奇數(shù)次乘方還保持成立。
E[x(2n+1)]＝E[y(2n+1)]＝0 n＝0，1，2，…(7)從表達(dá)式(5)和(6)可以看出，x和y是彼此垂直的，即E[xy]＝E[x]E[y]＝0 (8)類似地，公式(3)和(7)保證用式(3)的第一項(xiàng)表示的相互動(dòng)量對(duì)于階數(shù)比隨機(jī)變量x和y的第一階冪高的奇數(shù)次冪來說是零。
利用這些說明性的前提，通過將這一類型的處理方法運(yùn)用于指示信號(hào)，該程序如下在只有兩個(gè)指示信號(hào)，P1和P2的簡單情況下，這兩個(gè)信號(hào)P1和P2與適當(dāng)?shù)南禂?shù)(或權(quán))相組合，以便得到x和y的組合，并且借助于式(8)，驗(yàn)證由這樣的組合定義的重組信號(hào)是否彼此不相關(guān)，并且進(jìn)一步驗(yàn)證所述統(tǒng)計(jì)學(xué)上的獨(dú)立性。這樣的驗(yàn)證使得組合(x，y)的區(qū)域中的一點(diǎn)得以設(shè)定，這樣就得出了所探尋的問題的解決辦法。通過增加組合的區(qū)間的范圍和驗(yàn)證正交性和獨(dú)立性的次數(shù)對(duì)一系列信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展。
這點(diǎn)確定了指示信號(hào)結(jié)合的加權(quán)函數(shù)，以便基本上達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)上的獨(dú)立性并且不僅僅獲得不同組合的不相關(guān)性，這如在已有技術(shù)中所描述的那樣。換句話講，借助于本發(fā)明的方法，將來自鉆頭的信號(hào)通過將指示傳感器信號(hào)分解為統(tǒng)計(jì)學(xué)上的獨(dú)立的波至的方式加以集中和區(qū)分。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)不同的實(shí)施例，一個(gè)進(jìn)一步的驗(yàn)證方法的要點(diǎn)在于將疊加在一起的過程分離成根據(jù)式(2)的幾個(gè)指示信號(hào)，同時(shí)驗(yàn)證這些重組過程具有與事先根據(jù)該現(xiàn)象的物理性質(zhì)假定的那些特性一致的統(tǒng)計(jì)學(xué)上的特性，這要借助于使用x和y變量的第n個(gè)動(dòng)量，對(duì)于變量x來說，這可以表示為mn＝E[xn] x＝1，2，……N (9)事實(shí)上，借助于利用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的假設(shè)可以引入一些條件，這些條件不僅與第一動(dòng)量(平均值)或第二動(dòng)量有關(guān)(相關(guān)性的統(tǒng)計(jì)學(xué)定義)，而且與較高階的動(dòng)量相關(guān)。
這樣的一個(gè)進(jìn)一步的驗(yàn)證方法憑借了“峰態(tài)”(Kurtosis)(見Walden A.T.，1985，Non-Gaussian reflectivity，entropy and deconvolutionGeophysics，Vol.50，No.12，pages 2862-2888)，所述“峰態(tài)”是用該變量的第二動(dòng)量的平方去除第4動(dòng)量計(jì)算出來的。驗(yàn)證這樣的條件的所得到信號(hào)的組合然后就是所尋求的解。
為了說明性的目的，當(dāng)被疊加到根據(jù)式(2)的信號(hào)上的鉆頭信號(hào)和噪聲具有脈沖自相關(guān)性而彼此不相關(guān)時(shí)，可以將這種情況考慮進(jìn)去。它們產(chǎn)生一個(gè)脈沖峰，既是自相關(guān)，又與信號(hào)(2)互相關(guān)，因此不可能知道它們之中的這一個(gè)或那一個(gè)對(duì)這樣的信號(hào)的貢獻(xiàn)達(dá)到什么程度。
如果噪聲和鉆頭信號(hào)不具有相同的統(tǒng)計(jì)學(xué)特性，并且其中之一，例如第1個(gè)，是以隔離脈沖信號(hào)為特征(如同對(duì)于鉆具組的側(cè)撞擊所發(fā)生的情況那樣)，峰態(tài)被證實(shí)是一個(gè)估算手段，這種手段較高階的統(tǒng)計(jì)學(xué)特性是敏感的并且最終成為存在隔離峰的一種良好的指示(峰態(tài)大于3并且該峰上升的越高則被隔離的程度越大)。這種性質(zhì)使得最大(或最小)的峰態(tài)條件可能受到帶有適合的系數(shù)的信號(hào)(2)的組合的影響，或者更一般地講，是受到所述組合的一些函數(shù)的影響。該組合以及從而鑒別它的權(quán)函數(shù)(它們遵守這樣的一種最大或最小條件)就是所要尋求的解，因?yàn)檫@個(gè)解將較高的峰態(tài)過程(例如以隔離峰為特征的噪聲)與較低的峰態(tài)過程(例如由鉆頭發(fā)射的更為均勻的信號(hào))完全隔離開。在相反的情況下，即反過來噪聲比起鉆頭信號(hào)具有更高的均勻性時(shí)(在這種情況下，較高的峰態(tài)過程是鉆頭信號(hào)過程)同樣的分離方法仍然保持同樣的效果。此外，這種驗(yàn)證方法使得一個(gè)良好的鉆頭信號(hào)可以重新構(gòu)成。
用以上所公開的方法處理的指示信號(hào)而后被用于代表初始信號(hào)的指示信號(hào)和用地震測(cè)線的地震檢波器10所采集的信號(hào)之間的互相關(guān)。
借助于到目前為止所公開的處理方法所獲得的結(jié)果是代表鉆頭脈沖并與它的噪聲分量分離開的一種高質(zhì)量的地震信號(hào)。
實(shí)例在S.Margherita Staffora(PV)的市區(qū)范圍內(nèi)，在型號(hào)為Casanova Staffora 1 of Agip S.P.A的鉆孔設(shè)備上，按照以下方式在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。
利用多組信號(hào)進(jìn)行記錄，每次記錄時(shí)間長24秒，每一組(20-21次記錄)總的時(shí)間大約為500秒。鉆頭每鉆進(jìn)2米之后開始記錄。
在圖2中給出了鉆孔場(chǎng)地和各種設(shè)備及連接機(jī)構(gòu)的位置的頂視圖，地震測(cè)線的構(gòu)造標(biāo)示在圖3的地圖中。選擇這樣的一種布置草圖是為了識(shí)別和區(qū)分由外部環(huán)境噪聲源所產(chǎn)生的噪聲或“寄生噪聲”，即可以求和并掩蓋由鉆頭產(chǎn)生的噪聲的那種噪聲。特別是記錄測(cè)線被設(shè)置在被認(rèn)為是最無噪聲的地區(qū)(所謂最無噪聲是就寄生噪聲，例如道路交通或其他由于人類在這一地區(qū)的活動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲而言)，這是根據(jù)一幅具有等級(jí)差別和具有以下參數(shù)的草圖-內(nèi)區(qū)間(intertrace)，即兩相鄰監(jiān)聽點(diǎn)之間的距離，20米;
-10Hz地震檢波器;
-記錄測(cè)線或地震測(cè)線的每一個(gè)監(jiān)聽點(diǎn)是由12個(gè)等間隔的地震檢波器(垂直分量區(qū))，將它的信號(hào)求合。
安裝在鉆孔設(shè)備上的信號(hào)檢測(cè)裝置是-壓差檢測(cè)儀16，被設(shè)置在輸送管道的通路上。
-電流表，安裝在電源系統(tǒng)上，該系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的電動(dòng)機(jī)提供電源;
-地震檢波器13(垂直分量z)，以剛性方式用鍵固定到鉆孔鉆塔的框架上。
現(xiàn)場(chǎng)上的監(jiān)聽點(diǎn)由一些地震檢波器12構(gòu)成，它們其中的一些具有垂直分量z，而其他的則具有三個(gè)分量(x，y，z)，安裝在泥漿泵和發(fā)電機(jī)單元附近。
用于該試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)備的技術(shù)性能和要求如下-記錄儀Sercel型 SN-348波道數(shù) 128控制系統(tǒng) IFP控制動(dòng)態(tài)特性 84db數(shù)據(jù)格式 GRC 6250 BPI SEG B記錄道數(shù) 9-地震檢波器類型 傳感器SM4固有頻率 10Hz阻抗 70歐姆每個(gè)鉆具組的數(shù)量(Number per string) 12-壓力計(jì)制造廠家 PCB Piezoelectronics Inc.
型號(hào) H112AS/N 6720范圍 0-3000psi最大壓強(qiáng) 10000psi分辨率 0.004psi
靈敏度 1.26pC/psi線性度 1%FS固有頻率 300KHz尺寸-直徑 1.23英寸-長度 0.25英寸重量 5克-電流表這是一個(gè)用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)所通過電流的測(cè)量儀表。該電流表提供一種電信號(hào)，該電信號(hào)與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的電動(dòng)機(jī)所通過的電流的變化成正比，通常測(cè)量所述電流的變化，為了控制施加到鉆具組上的扭矩。
在緊急情況下，將該電流表安裝到電動(dòng)機(jī)電源電纜上，它產(chǎn)生一個(gè)0至100mV范圍內(nèi)的電壓信號(hào)。然后，將這樣的一個(gè)信號(hào)放大至0-10V范圍，再將它傳送到一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)將它轉(zhuǎn)變?yōu)榍Э嗣?。該信?hào)首先用一個(gè)外圍設(shè)備單元將其由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量之后，這樣的一些數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)操作控制監(jiān)測(cè)器上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并記錄到現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。
記錄測(cè)線設(shè)計(jì)在地面上，若干個(gè)測(cè)點(diǎn)按10米的規(guī)則距離設(shè)置，在每一個(gè)第二測(cè)點(diǎn)(即在那些帶有偶數(shù)的順序號(hào)的測(cè)點(diǎn))安裝一組地震檢波器，所采用的方式為從圖3中的100測(cè)點(diǎn)出發(fā)至220測(cè)點(diǎn)為止。該記錄測(cè)線始自距該井100米處，延續(xù)到西北方1200米處。
數(shù)據(jù)采集操作持續(xù)大約3個(gè)月。24秒長的信號(hào)記錄了6633個(gè)。信號(hào)的采集是成組地按照鉆頭每鉆進(jìn)2米的間隔(并不總是完全規(guī)則地)從-743m的深度進(jìn)行到-1837m的深度。
而后，所采集的數(shù)據(jù)借助于前面所公開的技術(shù)利用數(shù)字處理方法進(jìn)行處理，以便識(shí)別出由鉆頭所產(chǎn)生的信號(hào)直接波至，也就是為了檢驗(yàn)它們的“屬性”，以及與鉆孔設(shè)備的物理性質(zhì)的關(guān)系。
除去直接波至之外，還要辨別可被再傳送到在鉆頭之下被反射的波至的其他成分，這些成分被用來完成相關(guān)的VSP斷面圖。
通過按照4毫秒的抽樣頻率對(duì)若干個(gè)24秒長的信號(hào)的單記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得了以下例子中報(bào)告的結(jié)果。關(guān)于在圖4、6和7的無關(guān)化曲線圖中所報(bào)導(dǎo)的數(shù)據(jù)，在橫座標(biāo)軸上標(biāo)出那個(gè)角(按六十進(jìn)制的度計(jì))，所考慮到的指示記錄道與該角相組合，不用說，借助這種表達(dá)方式，第一個(gè)指示記錄道被乘以所述角的余弦，而第二個(gè)指示記錄道被乘以所述角的正弦，并且所得的值彼此相加，以便得到該組合。
為了驗(yàn)證這種獨(dú)立性，必須根據(jù)前面所述的那些公式利用兩個(gè)組合(當(dāng)考慮到兩個(gè)指示信號(hào)時(shí))。
它們是按照以下所述獲得的對(duì)于每一個(gè)組合，要確定最好地驗(yàn)證了正交條件的其他組合。而后，對(duì)于這樣的一些對(duì)，檢驗(yàn)較高的動(dòng)量，于是得到所記錄的曲線圖。
相反，在縱座標(biāo)上記錄了與被檢測(cè)尺寸的最大值相關(guān)的振幅。中心線表示零軸，該曲線圖的上部的值是正值。在這種情況下所測(cè)的尺寸，對(duì)于X和Y的偶次冪，是式(3)的相對(duì)偏差，換句話講，所測(cè)的尺寸是公式(3)的第一項(xiàng)與第二項(xiàng)之間的差，對(duì)于以上所引述的組合對(duì)的偶數(shù)次動(dòng)量，要除以同一公式的第一項(xiàng)。無論何時(shí)這一相對(duì)偏差總是零，于是，獨(dú)立性條件(3)被驗(yàn)證。
關(guān)于在圖4、5、6和8的相關(guān)曲線圖中所記錄的尺寸，在縱座標(biāo)t(s)上時(shí)間分布表示相關(guān)時(shí)間，所述相關(guān)時(shí)間的零值應(yīng)該考慮在該圖的分布中的2.0秒處。換句話講，時(shí)間0.0表示相關(guān)時(shí)間-2.0，時(shí)間4.0表示相關(guān)時(shí)間2.0，等等。
圖4和6的曲線圖(上部)的相關(guān)性表示對(duì)于具有地震測(cè)線的相同的記錄道的指示信號(hào)的不同組合重復(fù)的相關(guān)性。在這種情況下，水平座標(biāo)是獨(dú)立曲線圖(下部)的同一個(gè)角。
在圖5和8的曲線圖中，觀測(cè)沿著地震測(cè)線的信號(hào)。這些圖的水平座標(biāo)表示離開井的距離，該距離在所指示出的預(yù)先選擇的測(cè)線記錄道的間隔之內(nèi)變化。
對(duì)以下所報(bào)導(dǎo)的那些例子的總的觀察表明獨(dú)立性檢驗(yàn)曲線圖通過借鑒驗(yàn)證相關(guān)性的過程使得不同性質(zhì)的處理方法之間的整個(gè)走向和分隔點(diǎn)通過觀察在驗(yàn)證相關(guān)性中的這些方法的作用有可能被清楚地定位。特別是對(duì)于那些被標(biāo)出的數(shù)據(jù)可以觀察到一個(gè)清晰的脈沖信號(hào)，這個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)于來自鉆頭的信號(hào)的直接波至，該信號(hào)在2秒后立即到達(dá)(在附圖的范圍內(nèi))。此外，對(duì)于相應(yīng)的組合值，噪聲的分離也是很清晰的。這些點(diǎn)利用設(shè)在這些圖的下部的一些箭頭來識(shí)別。
應(yīng)該詳細(xì)說明的是在以下例子中的反褶積運(yùn)算指的是所謂的“尖峰信號(hào)”反褶積算子長度2秒以及加上去的0.5%的空白噪聲(見0.Yilmaz，“Seismic Data Processing，1987，Society of Exploration Geophysicists，Pages 100，101，103，114 and 116)。
例1所使用的指示信號(hào)是由安裝在泥漿系統(tǒng)中的壓力計(jì)提供的記錄道和安裝在鉆塔上的傳感器-地震檢波器的記錄道。進(jìn)行這些測(cè)量是在鉆頭在864米的深度進(jìn)行鉆孔(這是相對(duì)于旋轉(zhuǎn)平臺(tái))的同時(shí)。
進(jìn)行以下處理步驟1.對(duì)鉆塔信號(hào)進(jìn)行反褶積;
2.根據(jù)式(1)利用壓力計(jì)信號(hào)估算這樣的一個(gè)信號(hào);
3.而后，將這樣處理過的兩個(gè)信號(hào)利用相對(duì)權(quán)彼此組合，根據(jù)以上所公開的內(nèi)容，借助于從0°至180°的旋轉(zhuǎn)標(biāo)示出，以便確定彼此垂直的(X，Y)組合;
4.然后，利用單獨(dú)的組合對(duì)的表達(dá)式(3)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)獨(dú)立性，使用以下算法(E [ X4Y2] - E[X4] E [Y2])/(E [X4Y2])在圖4的曲線中，底部表示對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)獨(dú)立性條件的驗(yàn)證。用左側(cè)箭頭標(biāo)出的第一點(diǎn)(橫座標(biāo)大約為52°)和用右側(cè)箭頭標(biāo)出的第二點(diǎn)(橫座標(biāo)大約為127°)是隔離點(diǎn)。
在圖4的曲線圖中，高的部分記錄了一種事后的檢驗(yàn)，以便說明根據(jù)本發(fā)明的方法的效果。這效果代表了圖的下部的相應(yīng)的組合同帶有設(shè)置在大約400米處的監(jiān)聽點(diǎn)的一地震測(cè)線試驗(yàn)記錄道的相關(guān)性。對(duì)于那些被識(shí)別的隔離點(diǎn)，信號(hào)和噪聲之間分離得到證實(shí)事實(shí)上，在試驗(yàn)相關(guān)性時(shí)，在角度為52°處，可以觀察到沿著該記錄道分布的噪聲的一極小峰，并且在角度126°處信號(hào)相關(guān)性峰幾乎完全消失。
例2圖5的曲線圖表示信號(hào)和噪聲之間的分離，這種分離是通過根據(jù)圖4的曲線圖中所做的檢驗(yàn)使獨(dú)立的組合相關(guān)而得到的，這需要通過對(duì)來自安裝在井附近的地震測(cè)線的信號(hào)進(jìn)行處理(水平橫座標(biāo)的分布是從相應(yīng)于距該井240米的距離的左側(cè)的記錄道到相應(yīng)于距井1300米距離的右側(cè)的記錄道54)。左側(cè)部分表示噪聲，即用127°角進(jìn)行的組合，而右側(cè)部分表示鉆頭信號(hào)，即用52°角進(jìn)行的組合。
例3從繪制在圖6中的曲線圖可以看出記錄了一些結(jié)果，這些結(jié)果是在使用由安裝在現(xiàn)場(chǎng)的地震檢波器傳感器所產(chǎn)生的記錄道和由安裝在鉆塔上的地震檢波器傳感器產(chǎn)生的記錄道作為指示信號(hào)時(shí)而獲得的。
測(cè)量是在鉆頭在-864米深度鉆進(jìn)(這是指旋轉(zhuǎn)平臺(tái))時(shí)進(jìn)行的。處理程序與例1中所公開的和所使用的一樣。在圖6的曲線圖中，底部表示對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)獨(dú)立性條件的檢驗(yàn)，這種檢驗(yàn)在這種情況下是使用以下算法進(jìn)行的(E [ X4Y4] - E[X4] E [Y4])/(E [X4Y4])第一點(diǎn)和第二點(diǎn)的鑒別是在橫座標(biāo)值分別大約為105°和165°處進(jìn)行的。與水平軸的交叉點(diǎn)(用繪在該圖的底部的箭頭表示)鑒定了將鉆頭信號(hào)與噪聲分離的獨(dú)立組合，因?yàn)槎笠鶕?jù)與試驗(yàn)記錄道的相關(guān)性對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，該試驗(yàn)記錄道是從大約400米距離的地震測(cè)線中的監(jiān)聽點(diǎn)獲得的，這在該圖的頂部表示。
例4取一些來自電流表和來自安裝在鉆塔上的地震檢波器的信號(hào)做為指示信號(hào)。當(dāng)鉆頭在-1544米的深度鉆進(jìn)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，所使用的程序如下1.借助于式(1)根據(jù)電流表信號(hào)估算鉆塔信號(hào);
2.而后，將所得信號(hào)以類似例1中所公開的方式組合起來，以便得到正交的(X，Y)的組合對(duì);
3.按照式(3)，使用例3的算法檢驗(yàn)單獨(dú)的組合的統(tǒng)計(jì)學(xué)獨(dú)立性，如圖7所記錄的那樣;
4.而后，使表示分離結(jié)果的組合(橫座標(biāo)為73°和156°)反褶積。
根據(jù)圖8的曲線圖中所記錄的內(nèi)容，這些記錄道與來自放置在距井一定距離的地震測(cè)線的信號(hào)相關(guān)(從距井800米處的記錄道40到距井1300米處的記錄道61，如在圖8頂側(cè)所記錄的那樣)。
在圖8中說明了利用來自鉆塔的唯一的指示信號(hào)在反褶積之后(記錄A)所得到的信號(hào)與分離后的重組信號(hào)之間所作的比較。這些數(shù)據(jù)加到一濾波器上，所述濾波器除去了由于反褶積所帶來的高噪聲頻率和較低的頻率。在記錄B中，記錄了具有73°角的噪聲。在記錄C中，在右側(cè)描述了具有156°角的信號(hào)。相對(duì)于記錄A的相應(yīng)部分，信號(hào)的直接波至是以重組的形式出現(xiàn)在記錄C的中心部分中，就如同人們通過在側(cè)面箭頭的頂點(diǎn)觀察該圖所注意到的那樣。
權(quán)利要求
1.一種用于作成能提供有關(guān)井孔鉆孔操作所感興趣的地下地質(zhì)構(gòu)造的信息的垂直地震剖面圖(VPS)的方法，該方法利用由同一個(gè)鉆頭所產(chǎn)生的振動(dòng)作為地震源，并且利用互相關(guān)將它們與由一系列接收器所采集的信號(hào)加以比較，這些接收器所采用的設(shè)置方式使它們構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)旨在接收由運(yùn)轉(zhuǎn)的鉆頭所產(chǎn)生的地震波的接收地震測(cè)線，其特征在于獲得代表由鉆頭所產(chǎn)生的信號(hào)的指示信號(hào)并根據(jù)由一系列不同類型的、分布在鉆孔設(shè)備之上和其周圍的傳感器所探測(cè)的記錄道加以處理，由每個(gè)傳感器類型提供的記錄道具有隨時(shí)間分布的特征以及它的信號(hào)/噪聲成分的加權(quán)特征，這些信號(hào)/噪聲成分不同于由不同類型的傳感器所獲得的記錄道的那些信號(hào)/噪聲成分，在該方法中，進(jìn)行所述處理是通過將這樣一些成分彼此分離，以便重新構(gòu)成準(zhǔn)備用于所述互相關(guān)的有意義的鉆頭信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，用于作成能提供有關(guān)井孔鉆孔操作所感興趣的地下地質(zhì)構(gòu)造的信息的垂直地震剖面圖(VPS)的方法，該方法利用由同一個(gè)鉆頭所產(chǎn)生的振動(dòng)作為地震源，其特征在于準(zhǔn)備用于組合的傳感器至少是屬于兩個(gè)不同的類型，并且在于這些傳感器是選自于-振動(dòng)傳感器，例如地震檢波器或加速度計(jì)，這些傳感器提供有關(guān)鉆頭運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的脈沖的數(shù)據(jù)，以便檢測(cè)通過鉆具組、通過鉆塔一鉆具組聯(lián)接傳遞給鉆塔的信號(hào)，這些傳感器還適合檢測(cè)通過鉆塔傳遞的、最好是分布在鉆孔鉆塔的相同結(jié)構(gòu)上的環(huán)境噪聲，-電流強(qiáng)度傳感器，如電流表，以便測(cè)量被驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的電動(dòng)機(jī)所消耗的瞬時(shí)電流，-壓力傳感器裝置，安裝在鉆井泥漿管線系統(tǒng)上，例如安裝在泥漿循環(huán)泵輸送管道上，-地震檢波器或等效的振動(dòng)傳感器，安裝在鉆孔探頭的同一場(chǎng)地，適合于捕獲由鉆頭產(chǎn)生的并通過土壤傳播的脈沖，以及通過所述土壤傳播的環(huán)境噪聲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2之中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，用于作成能提供有關(guān)井孔鉆孔操作所感興趣的地下地質(zhì)構(gòu)造的信息的垂直地震剖面圖(VSP)的方法，該方法利用由同一個(gè)鉆頭所產(chǎn)生的振動(dòng)作為地震源，其特征在于所述鉆頭信號(hào)的處理中，對(duì)由鉆頭信號(hào)傳感器獲得的記錄道進(jìn)行預(yù)先去混響，所述去混響是借助于反褶積進(jìn)行的，即所謂“逆濾波”，以便從它們之中除去混響以及鉆頭信號(hào)的“多頻率”。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，用于作成能提供有關(guān)井孔鉆孔操作所感興趣的地下地質(zhì)構(gòu)造的信息的垂直地震剖面圖(VSP)的方法，該方法利用由同一個(gè)鉆頭所產(chǎn)生的振動(dòng)作為地震源，其特征在于在所述鉆頭信號(hào)的處理中，由鉆頭信號(hào)傳感器獲得的記錄道當(dāng)它們?cè)谧约旱念l率范圍內(nèi)被變換時(shí)被使用，其特征還在于當(dāng)所獲得的信號(hào)得到時(shí)間矯正之后，進(jìn)行信號(hào)濾波操作是通過頻率×頻率，即濾波頻譜乘待濾波的信號(hào)的頻譜，這是根據(jù)下式 并且而后將這樣獲得的值 加以組合，并且用由該組合得到的值作為用于與借助于地震測(cè)線所采集的信號(hào)互相關(guān)的鉆頭指示信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，用于作成能提供有關(guān)井孔鉆孔操作所感興趣的地下地質(zhì)構(gòu)造的信息的垂直地震剖面圖(VSP)的方法，該方法利用由同一個(gè)鉆頭所產(chǎn)生的振動(dòng)作為地震源，其特征在于在所述鉆頭信號(hào)的處理中，通過賦予它們系數(shù)，例如權(quán)，把由這些傳感器所獲得的信號(hào)P1、P2、……Pn處理為隨機(jī)變量，以便得到相互正交的不相關(guān)組合，并且其特征還在于通過將由指示傳感器所提供的信號(hào)分解為統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的獨(dú)立波至的方式進(jìn)一步檢驗(yàn)它們的統(tǒng)計(jì)學(xué)獨(dú)立性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5，用于作成能提供有關(guān)井孔鉆孔操作所感興趣的地下地質(zhì)構(gòu)造的信息的垂直地震剖面圖(VSP)的方法，該方法利用由同一個(gè)鉆頭所產(chǎn)生的振動(dòng)作為地震源，其特征在于進(jìn)行脈沖型的波至和相同特性的波至之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)分離是通過將曲線的峰態(tài)，即除以變量的第二動(dòng)量的平方的第四動(dòng)量，作為一種適合于較高階統(tǒng)計(jì)學(xué)的估算手段和作為隔離峰存在的標(biāo)志，對(duì)于鉆頭信號(hào)的分離，所述波至類型的分離是借助于利用最大峰態(tài)(或最小峰態(tài))條件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于精確制作鉆孔操作所感興趣的地下的垂直地震剖面圖(VSP)的方法，該方法包括使用鉆頭所產(chǎn)生的振動(dòng)作為震源，實(shí)行鉆頭信號(hào)與用地震檢波器測(cè)線所采集的信號(hào)之間的互相關(guān)系，在該方法中，通過將一系列幾種類型的傳感器設(shè)置在鉆孔設(shè)備上并由此記錄一系列記錄道來對(duì)鉆頭信號(hào)進(jìn)行處理，在所述記錄道中，信號(hào)/噪聲成分具有不同的特性并可以借助于引入過濾函數(shù)，根據(jù)這些函數(shù)的富利葉變換運(yùn)算或根據(jù)這些函數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分布進(jìn)行運(yùn)算加以分離。
文檔編號(hào)G01V1/28GK1101428SQ9410275
公開日1995年4月12日 申請(qǐng)日期1994年2月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月5日
發(fā)明者加姆皮埃羅·安格萊利, 塞爾吉奧·帕索利亞, 弗拉維奧·伯萊托, 法比歐·羅卡 申請(qǐng)人:阿吉普公司, 奧斯瓦托里奧·齊奧費(fèi)斯科·斯帕瑞曼托利