CN102985850B - 使用多能级传感器阵列的无源地震数据获取和处理 - Google Patents

Abstract

一种用于无源地震勘测的方法，包括在设置在要评估的一定体积的地下地层之上的多个空间分布井眼（10）中部署地震传感器（12）。每个井眼（10）中的传感器（12）形成一行传感器。每个传感器（12）响应于地震振幅而生成光或电信号。来自每个传感器（12）的地震信号被记录达所选时间段。地震传感器（12）记录的响应是被导向至地下中的所选点或所选体积中的至少一个的射束。在射束导向响应中识别至少一个微震事件。

Description

使用多能级传感器阵列的无源地震数据获取和处理

技术领域

本发明一般地涉及无源地震勘测领域。更具体地，本发明涉及用于部署传感器并获取无源地震数据以减少噪声并增强识别微震事件的能力的方法。

背景技术

无源地震发射断层成像是其中在地球表面上（或在海上勘测中的水底上）以所选图案部署地震传感器阵列并在传感器处检测源自于在地球的地下层发生的各种地震事件（“微震事件”）的地震能量的过程。特别地，使用处理由传感器所检测的信号来确定发生各种地震事件处的地球的地下层中的位置。

用于无源地震发射断层成像的应用包括例如确定由沿着地质断层（岩层或地层中的中断）的移动、地下储层中的流体的移动而引起的微震的起始点以及监视被注入到地下储层中以增加通过产生碳氢化合物的地下地球地层所钻的井眼（“压裂”）的有效井眼半径的支撑剂填充流体的移动。称为“压裂监视”的后一种应用意图使得井眼操作员能够相对于时间确定支撑剂填充流体通过特定地下地球地层的方向和速度。

用于上述类型的解释的无源地震发射断层成像包括从在每个地震传感器处检测的信号内确定所谓的地震引发事件，并且针对在地震传感器处所检测的每个事件，确定地震事件的起源的空间位置和时间。

在用于与储层和/或压裂监视有关的无源地震发射断层成像的应用中，通常，接近于地球的表面发生显著的噪声源。用于减少此类噪声的一个技术是将每个传感器放置在通过沉积物和岩石的近地面层所钻的井眼中。通过将传感器放置在井眼中，通常在约100米的深度处，能够减少所检测地震信号中的地面发生的噪声。即使使用此类技术，仍需要改进的地面发生降噪以使得能够检测小振幅微震事件。一般地，地面噪声随着传感器的深度而减少，并且信号随着传感器更接近于事件而增加，导致增加的信噪比。因此，此类监视传感器的最常见安装是尽可能深地向每个井眼中部署一个地震检波器。即使在此类更大的深度处，仍需要无源地震感测阵列中的改善的降噪。

发明内容

一种根据本发明的一方面的用于无源地震勘测的方法包括在设置在要评估的一定体积的地下地层之上的多个空间分布井眼中部署地震传感器。每个井眼中的传感器形成一行传感器。每个传感器响应于地震振幅而生成光或电信号。来自每个传感器的地震信号被记录达所选时间段。地震传感器记录的响应被射束导向至地下层中的所选点和所选体积中的至少一个。在射束导向响应中识别至少一个微震事件。

根据本发明的另一方面的计算机可读介质包括存储在其上面的计算机程序。该程序具有可操作用于促使可编程计算机执行包括以下各项的步骤的逻辑。计算机接受由地震传感器所检测的电或光信号的记录作为输入，所述地震传感器被设置在要评估的一定体积的地下地层之上的多个空间分布井眼中。每个井眼中的传感器形成一行传感器。地震传感器记录的响应是被导向至地下层中的所选点和所选体积中的至少一个的射束。在射束导向响应中识别至少一个微震事件。

通过以下说明和所附权利要求，本发明的其它方面和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明的传感器阵列中的一行传感器的剖视图。

图2是每个在其中具有如图1所示的地震传感器的多个井眼的平面图。

图3示出根据本发明的可编程计算机和包括用于执行方法的计算机程序的计算机可读介质。

具体实施方式

图1示出根据本发明的传感器的二维阵列中的一行传感器的剖视图。多个井眼10被钻至在地球表面以下的所选深度。在实践中，该深度通常为约100米，虽然可以使用不同的深度。例如，在存在非常高的能级的地面发生噪声的情况下，可以将井眼钻得更深。在某些示例中，可以使用现有井眼，例如不再被用来产生或注入流体的井眼。

在本示例中可以将基本上垂直布置的地震传感器阵列12放置到每个井眼中。例如，传感器12可以是单分量或多分量（三个灵敏轴）地震检波器。可以通过将传感器12悬挂在电缆16上并然后填充井眼10来将传感器12插入。在一个示例中，相邻传感器之间的间距为约17米。所示的示例在每个垂直阵列中使用四个传感器12，但是每个阵列中的传感器的准确数目不是对本发明的范围的限制。通常，可以将每个阵列中的相应传感器12、亦即最低传感器、次最低等传感器的深度放置在基本上相同的深度处。在其它实施例中，可以将处于倾斜角的浅井眼钻至例如约100米的实际垂直深度。倾斜角可以是包括能级的任何角度。

传感器12将所检测的地震能量转换成被传导至记录单元14的电或光信号。记录单元14包括用以实现来自每个传感器12或者在多分量传感器的情况下来自每个传感器12的每个单独输出端的信号的时间索引记录的设备（未单独地示出）。

微震事件13在将使用下文进一步解释的方法确定的地下体积中的位置和时间发生。微震事件可以自然地发生，或者可以例如通过向地下体积中的岩层中泵送流体或从其中去除流体来引发。

图2示出了二维（2D）井眼阵列10的示例，每个具有设置在其中的传感器，如参考图1所解释的。阵列的尺寸以及因此井眼的数目将取决于预期将发生微震事件的深度。阵列尺寸是由目标深度和期望的空间分辨率确定的。为了实现商业项目所需的分辨率，阵列的半径可以近似等于目标的深度。虽然在图2中示出了规则间隔开的阵列，但依照本发明，可以使用井眼的其它布置。

相邻井眼之间的间距是用以适应用于期望空间分辨率和噪声抑制所需的地震检波器数目的所需阵列尺寸的设计选择。用于井眼之间的间距的典型值是1km。

在如图2所示的2D阵列的操作期间，由每个传感器（图1中的12）所检测的信号被记录（例如在图1中的记录单元14中）达所选时间段。然后可以处理该信号记录（例如在图1中的记录单元14中的处理器中）以对传感器的响应进行射束导向以增强信号检测并减少噪声。在一个示例中，可以沿着预定方向对每个传感器阵列（即单个井眼中的那些传感器）进行射束导向。在本示例中，用于每个井眼的所选方向可以是到地下的公共点或公共体积。然后可以将来自每个垂直阵列的射束导向信号组合。在另一示例中，能够将沿着所有能级和在每个井眼（图1中的10）中的所有传感器记录射束导向到地下中的公共点或体积。可以通过向来自每个传感器的信号记录添加适当的时间延迟来执行射束导向，从而使得如果在特定时间发生的事件源自于特定点处或来自地下的特定体积，则该事件将在关联的延迟时间到达每个接收机。从每个传感器施加于信号的时间延迟因此将取决于每个传感器的地理位置和深度，以及地下中的地层的地震（声学）速度的空间分布。速度空间分布通常是用有源源反射地震勘测或类似技术预先确定的，在某些情况下，与从穿透岩层至少至目标深度的一个或多个井眼进行的声学测量组合。

然后重复前述射束导向过程以使阵列的响应聚焦到将针对信号记录中的微震事件进行评估的总所选体积内的地下的每个点或体积。

在如上文所解释地生成用于总所选体积内的每个地下点或地下体积的射束导向响应之后，可以关于其起源的位置和时间来识别微震事件。在被颁发给Duncan等人并与本发明被共同所有的美国专利号7,663,970中描述了微震事件的识别的一个特定示例。

在特定示例中，还可以通过使用在一个传感器处测量的噪声、特别是例如由电功率使用引起的周期性和/或谐波噪声来预测在下一个传感器处发生、例如在最浅传感器处开始并继续至每个井眼中的随后较深传感器的噪声来在每个井眼中所检测的地震信号中进一步减少地面发源噪声。预测连续较深传感器处的噪声的一个方式是使用Weiner滤波器。参见例如J.Wang,F.Tilmann,R.S.White和H.Soosalu的UniversityofCambridge,U.K.和P.Bordoni,IstitutoNazionalediGeofisicaeVulcanologia,Rome,Italy,ApplicationofmultichannelWienerfilterstothesuppressionofambientseismicnoiseinpassiveseismicarrays,TheLeadingEdge,SocietyofExplorationGeophysicists,2008年2月。Weiner滤波器可以用来通过用每个较深传感器处的所记录信号减去预测噪声来减少连续较深传感器中的此类周期性噪声的振幅。

在另一方面，本发明涉及在其上面存储了用于执行上文参考图1和2所述的方法的计算机程序的计算机可读介质。参考图3，如参考图1～5所解释的前述过程能够用计算机可读代码来体现。可以将代码存储在计算机可读介质上，诸如软盘164、CD-ROM162或磁（或其它类型）的硬盘驱动器166，其形成通用可编程计算机的一部分。如本领域中所已知的，计算机包括中央处理单元150、诸如键盘154的用户输入设备和诸如平板LCD显示器或阴极射线管显示器的用户显示器152。计算机可以形成记录单元（图1中的14）的一部分，或者可以是另一计算机。根据本发明的此方面，计算机可读介质包括用于促使计算机对地震信号记录执行如上文所阐述并相对于前图所解释的动作（例如将每个井中的阵列或传感器的响应射束导向至地下的所选点或体积并由此识别至少一个微震事件的起源的时间和位置）。

根据本发明的用于获取和处理无源地震信号的方法与在井眼中仅使用单“层”（单个公共平面部署）的地震传感器的先前方法相比可以提供在接近地球表面（或水底）起源的噪声的改善的抑制。

虽然已经相对于有限数目的实施例描述了本发明，但受益于本公开的本领域的技术人员将认识到可以设计不脱离如本文公开的本发明的范围的其它实施例。因此，应仅由所附权利要求来限制本发明的范围。

Claims (9)

1.一种用于无源地震勘测的方法，包括：

在设置在要评估的一定体积的地下地层之上的多个空间分布井眼中部署地震传感器，每个井眼中的传感器形成一行传感器，每个传感器响应于地震振幅而生成光或电信号；

在所选时间段内记录来自每个传感器的地震信号；

将地震传感器记录的响应射束导向至地下的所选点和所选体积中的至少一个；

在射束导向响应中识别至少一个微震事件；

将地震传感器记录的响应射束导向至要评估的地下的所选体积中的每个点或体积；以及

确定在所选体积内起源的微震事件的起源时间和起源位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对每个单独井眼中的所有传感器执行射束导向。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，对所有井眼中的所有传感器执行射束导向，使其导向至地下地层的相同所选点和所选体积。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器是单分量地震检波器。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器是多分量地震检波器。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，每个井眼中的对应传感器被设置在距离地面的相同深度处。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括在每个井眼中确定来自第一传感器的所记录信号中的噪声，并预测至少一个相邻传感器处的噪声。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，使用维纳滤波器来执行预测噪声。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括用相邻传感器处的所记录信号减去所预测噪声。