CN103576189B - 一种随钻地震直达波组搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地震勘探领域中对随钻地震资料进行处理的领域，尤其涉及一种基于地面地震剖面的随钻地震直达波组搜索方法。本发明利用地面地震剖面提供的反射信息和钟形余弦函数得到地面地震反射波“模板”，再利用随钻地震波的能量和同相度计算直达波存在概率，然后将地面地震反射波模板与直达波存在概率作互相关，根据互相关量值变化最终确定随钻地震直达波序列。

Description

一种随钻地震直达波组搜索方法

技术领域

本发明属于地震勘探领域中对随钻地震资料进行处理的技术领域，尤其涉及一种基于地面地震剖面的随钻地震直达波组搜索方法。

技术背景

随钻地震技术是地震勘探技术与石油钻井工程技术相结合的一种新兴的井中地震技术，具有不干扰钻井施工、在深度方向可以连续测量、勘探效率高等特点，是一项具有战略意义的高新技术。

随钻地震所用“震源”是钻井过程中钻头撞击地层岩石所产生的振动，这个信号与地面环境噪音相比，能量非常弱。且随钻地震仪靠近钻井井场，周围地物多变，环境复杂，加之长时间、露天、无警戒的记录条件，造成随钻地震记录的噪音类型多，噪音能量强，很微弱的有效直达波和反射波基本上被淹没在各种类型的噪音之中，信噪比极低。另外，钻头震动信号是连续的非脉冲的随机信号，数据量大，能量和频率的变换极不稳定，无法从海量数据中确定有效波的发生时间、性质与来源。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供了一种利用地面地震所提供的反射序列信息快速、高精度搜索随钻地震直达波组的搜索方法。

本发明的技术方案包括：所述方法利用地面地震剖面提供的反射信息和钟形余弦函数得到地面地震反射波“模板”，再利用随钻地震波的能量和同相度计算直达波存在概率，然后将地面地震反射波模板与随钻地震直达波存在概率作互相关，根据互相关量值变化最终确定随钻地震直达波序列。具体步骤包括：

1.利用地面地震过井成果剖面，获取指定深度下方反射波组R_i；

2.计算地面地震的反射系数ζ(t)；

ζ(t)＝R_i t＝Tr_i时

ζ(t)＝0 t≠Tr_i时

式中：Tr_i为第i个反射的零炮检距双程旅行时。

其中，偏移距为0的虚拟道的零炮检距双程旅行时为：

Tr₀＝(VT₀-Z)/V

式中：T₀是指定深度下方某一界面的反射波的地面—界面双程旅行时间，V为地层速度，Z为钻头深度。

第i个反射的零炮检距双程旅行时为：

${\mathrm{Tr}}_i=\sqrt{{({\mathrm{VT}}_0-Z)}^2+X_i^2}/V$

式中：X_i为第i道的偏移距。

3.将反射系数ζ(t)与钟形余弦函数C(t)做互相关，得到地面地震反射波“模板”；

$H\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}C\left(t\right)\mathrm{\ζ}(t+\mathrm{\τ})d\mathrm{\τ}$

其中，钟形余弦函数C(t)为：

$C\left(t\right)=cos\left(2\mathrm{\π}ft\right)e^{-{\mathrm{\βt}}^2}$

4.获取随钻地震原始记录；

5.对随钻地震原始记录进行各种滤波处理，得到随钻地震初始剖面；

6.用随钻地震初始剖面，沿时距方程曲线轨迹，计算随钻地震波的能量和同相度；

${\mathrm{Td}}_i=\frac{1}{V}\sqrt{Z^2+X_i^2}$

随钻地震波的能量为：

$E_{sum}=\underset{j=1}{\overset{L}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_i^2({\mathrm{Td}}_i+j)$

式中：L为时窗宽度，N为道数，S_i为偏移距X_i的第i道振幅随钻地震波的同相度；

$F_{sum}=\underset{j=1}{\overset{L}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{S}_i({\mathrm{Td}}_i+j)S_{i+1}({\mathrm{Td}}_{i+1}+j)$

7.利用随钻地震波能量和同相度计算直达波存在概率；

P＝w₁E_sum+w₂F_sum

式中：w₁为能量加权系数，w₂为同相度加权系数

8.将地面地震反射波序列“模板”与随钻地震直达波存在概率作互相关；

$M\left(t\right)=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}H\left(t\right)P\left(t\right)dt$

9.根据互相关量值变化判断随钻地震直达波序列的存在。

本发明的优点在于充分利用地面地震反射波序列“模板”和随钻地震直达波存在概率来搜索随钻地震直达波组。该方法具有搜索速度快，准确率高等特点，能够满足钻井工程领域现场实时处理的需要。现场应用结果表明：该方法适用于所有地震勘探资料直达波组的快速搜索，能够提高资料处理的精度，明显改善剖面分辨率。

附图说明

图1是地面地震过井剖面

图2是利用该发明计算得到的地面地震反射波序列“模板”

图3是随钻地震采集原始记录

图4是经过滤波处理的随钻地震初始剖面

图5是随钻地震波的能量、同相度及直达波存在概率曲线

图6左图是地面地震反射波序列“模板”与随钻地震直达波存在概率互相关曲线；右图是利用该发明得到的一组随钻地震直达波。

具体实施方式

本发明实施例中使用的数据是从野外实际观测的随钻地震记录中抽取的部分数据。

按设计方案在地表放置随钻地震仪接收经地层传播的钻头震动信号，此信号即随钻地震采集原始记录(图3)。

首先获取过该井的地面地震成果剖面(图1)，找出指定深度下方的各个主要反射层R_i，从中提取各层的反射系数ζ(t)，并与钟形余弦函数C(t)互相关，得到地面地震反射波序列“模板”H(τ)(图2)，其幅值与反射波的强度相互对应。然后将随钻地震原始记录进行压制地表直达波，消除低频大时差面波等各种滤波处理，得到随钻地震初始剖面(图4)，利用处理后的随钻地震初始剖面，沿时距方程曲线轨迹计算时窗内随钻地震波的能量E_sum和同相度F_sum，对能量和同相度进行加权，得到随钻地震直达波存在概率P(图5)，在同相轴出现时刻，其能量、同相度和直达波存在概率均取得极值。接下来将地面地震反射波序列H(τ)与随钻地震直达波存在概率P进行互相关，根据互相关曲线的极值变化(图6左图)确定随钻地震直达波组，图6右图为利用该发明计算得到的一组直达波。如果直达波序列出现的时间间隔、能量、速度各方面都得到了证实，该序列就可以作为下一步反射波成像的基础数据。

Claims (3)

1.一种随钻地震直达波组的搜索方法，其特征是所述方法利用地面地震剖面提供的反射信息和钟形余弦函数,将反射系数ζ(t)与钟形余弦函数C(t)做互相关,得到地面地震反射波“模板”，再利用随钻地震波的能量和同相度计算直达波存在概率:P＝w₁E_sum+w₂F_sum,式中w₁为能量加权系数，w₂为同相度加权系数，然后将地面地震反射波“模板”与随钻地震直达波存在概率作互相关，根据互相关量值变化最终确定随钻地震直达波序列。

2.根据权利要求1所述的一种随钻地震直达波组的搜索方法，其特征是所述方法包括如下步骤：

(1)利用地面地震过井成果剖面，获取指定深度下方反射波组R_i；

(2)计算地面地震的反射系数ζ(t)；

ζ(t)＝R_i t＝Tr_i时

ζ(t)＝0 t≠Tr_i时

式中：Tr_i为第i个反射层的零炮检距双程旅行时

(3)将反射系数ζ(t)与钟形余弦函数C(t)做互相关，得到地面地震反射波“模板”；

$H\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}C\left(t\right)\mathrm{\ζ}(t+\mathrm{\τ})d\mathrm{\τ}$

其中，钟形余弦函数C(t)为一个呈指数衰减的偶谐振函数：

$C\left(t\right)=cos\left(2\mathrm{\π}ft\right)e^{-{\mathrm{\βt}}^2}$

(4)获取随钻地震原始记录；

(5)对随钻地震原始记录进行各种滤波处理，得到随钻地震初始剖面；

(6)利用随钻地震初始剖面，沿时距方程曲线轨迹，计算随钻地震波的能量和同相度；

设直达波的旅行时间为：

${\mathrm{Td}}_i=\frac{1}{V}\sqrt{Z^2+X_i^2}$

式中：V为地层速度，Z为钻头深度，X_i为第i道的偏移距，

随钻地震波的能量为：

$E_{sum}=\underset{j=1}{\overset{L}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_i^2({\mathrm{Td}}_i+j)$

式中：L为时窗宽度，N为道数，S_i为偏移距为X_i的第i道的振幅，

随钻地震波的同相度为：

$F_{sum}=\underset{j=1}{\overset{L}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{S}_i({\mathrm{Td}}_i+j)S_{i+1}({\mathrm{Td}}_{i+1}+j)$

(7)利用随钻地震波能量和同相度计算直达波存在概率；

P＝w₁E_sum+w₂F_sum

式中：w₁为能量加权系数，w₂为同相度加权系数，

(8)将地面地震反射波“模板”与随钻地震直达波存在概率作互相关；

$M\left(t\right)=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}H\left(t\right)P\left(t\right)dt$

(9)根据互相关量值变化判断随钻地震直达波组的存在性。

3.根据权利要求2所述的一种随钻地震直达波组的搜索方法，其特征是所述步骤(2)中第i个反射层的零炮检距双程旅行时的计算步骤为：

偏移距为0的虚拟道的零炮检距双程旅行时为：

Tr₀＝(VT₀-Z)/V

式中：T₀是钻头下方某一反射界面的双程旅行时间，

第i个反射层的零炮检距双程旅行时为：

${\mathrm{Tr}}_i=\sqrt{{({\mathrm{VT}}_0-Z)}^2+X_i^2}/V.$