CN105531603A - 勘探和开采环境内的电震勘测 - Google Patents

Abstract

用于监测地下岩层内的钻探作业的***、方法和计算机程序，包括：从第一传感器阵列接收一个或多个至少部分地由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的地震信号；从所述第一传感器阵列接收通过至少部分地由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的一个或多个地震信号的电震或震电转换来生成的一个或多个电磁信号；以及至少部分地基于从所述第一传感器阵列所接收的地震信号和对应的电磁信号来确定钻柱和所述地下岩层中的一者或多者的性质。将所述第一传感器阵列布置为监测所述钻探作业。

Description

勘探和开采环境内的电震勘测

背景技术

用于控制井下作业的常规技术可能依赖于各种模型、传感器、探试以及操作人员的判断来确定例如钻头在地表下(subsurface)岩层内的位置或者地表下岩层内的破裂传播。但是，这些常规勘测技术受到某些限制，这些限制可能妨碍对井下作业的位置和范围的充分了解。例如，特定的勘测技术可能需要使用昂贵和/或耗时的勘测设备和方法，其可能限制对特定的远景区域进行勘测的经济可行性。此外，特定的技术或许能够提供有关地表下区域的一个或多个地球物理性质的信息，但是不能提供有关其它地球物理性质的信息。这样的限制可能导致基于对远景区域的不完整和/或不正确的了解来识别要进行钻孔或勘探的远景区域，其可能导致对不具有预期地球物理性质的区域进行勘探或钻探所引起的不必要的耗时和/或费用。例如，基于不完整或不正确的地球物理勘测，钻探作业可能钻出干井或者钻到岩层的非目标部分内。

发明内容

根据本公开内容的教导，可以减少和/或消除与钻井、传播压裂、开采储集层的常规技术相关联的缺陷和问题。例如，通过将被动电震或震电勘测技术用于钻井、岩层增强和储集层开采而提供了一种勘测***。所述勘测***可以利用来自被动电震或震电勘测的勘测数据来监测或控制井作业。

根据本公开内容的一个实施例，一种用于监测地下(subterrannean)岩层的钻探作业的方法包括从第一传感器阵列接收一个或多个至少部分地由地下岩层内的钻探作业而导致的地震信号。所述方法还包括从第一传感器阵列接收通过至少部分地由地下岩层内的钻探作业而导致的一个或多个地震信号的电震或震电转换所生成的一个或多个电磁信号。所述方法还包括至少部分地基于接收自第一传感器阵列的地震信号和对应的电磁信号来确定钻柱和地下岩层中的一者或多者的性质。将所述第一传感器阵列布置为监测所述钻探作业。

从第一传感器阵列接收一个或多个至少部分地由地下岩层内的钻探作业而导致的地震信号。所述方法还包括从第一传感器阵列接收由地下岩层内的钻探作业而导致的被动源地震信号的电震或震电转换所生成的一个或多个电磁信号。所述方法还包括至少部分地基于接收自第一传感器阵列的信号来确定钻头位置。将地震传感器的第一传感器阵列布置为监测钻探作业。还将电磁传感器的第一传感器阵列布置为监测钻探作业。

本发明的某些实施例的技术优势包括执行被动电震或震电勘测的能力。这样的勘测可以检测响应于由井处理而导致的电震或震电转换而生成的电磁信号，例如，所述井处理可以是钻井、开采增强作业(例如，压裂)或者储集层开采。类似地，这样的勘测可以检测响应于由井处理而导致的电震或震电转换而生成的地震信号。所述电震或震电转换可以发生在地表下地球岩层内。利用这样的技术，可以在不需要昂贵的主动电磁或地震能量源的情况下执行地球物理勘测，其可以提高现场安全性并且减少环境影响。设备和功率量的降低连同对应的测量现场的占地面积的减少可以相对于其它勘测***和方法成为优势。从环境和健康角度来讲，运输、井场准备和高能源的减少可以改善操作设备的工人的总体健康水平和安全性。此外，井作业所生成的电磁场包括从亚赫兹频率到数万赫兹频率的宽频率谱。这一宽频率谱允许从数十米到数万米的很宽范围的穿透深度。这一宽频谱还允许实现高空间和深度分辨率。因此，可以对检测到的电磁和/或地震信号进行处理，从而识别出地表下地球岩层和井作业的各种性质。

对于本领域的普通技术人员而言，在参阅了下述附图、说明书和权利要求之后，本发明的其它技术优势将变得显而易见。此外，下文将讨论特定勘测技术和组合的其它具体优点。此外，尽管在本公开内容中解释了具体优点，但是各种实施例可以包括这些优点中的一些或全部，也可以不包括这些优点。

附图说明

为了更为透彻地理解本发明及其特征和优点，现在将参考下述结合附图给出的说明，其中：

图1是图示了用于被动电震和震电勘测的示例性***的透视图；

图2是图示了用于被动电震和震电勘测的示例性***的透视图；

图3A和3B是采用本公开内容的技术的监测钻探作业的示例性方法的流程图；

图4是根据本公开内容的计算***的块图；

图5是示例性井及储集层的截面图；

图6是示例性井及储集层的截面图，该图的视平面与图5的视平面垂直；

图7和图8是包含储集层内的井的平面内的截面图和所产生的电场的截面图；

图9和图10是图解深处水平偶极子的随着与通过横向的竖直平面的水平距离而变化的竖直电场的图表；

图11和图12是图解随着与中心线的水平距离而变化的水平电场的幅度的图表；

图13A和13B是用于采用本公开内容的技术来监测压裂作业的示例性方法的流程图；

图14A和14B是采用本公开内容的技术来监测开采作业的示例性方法的流程图；

图15A、15B和15C是根据本公开内容的传感器的示意图；

图16是用于执行钻探作业的电震和震电勘测的示例性方法的流程图；

图17是用于执行压裂作业的电震和震电勘测的示例性方法的流程图；并且

图18、19A、19B和20是采用本公开内容的技术来监测开采作业的示例性方法的流程图。

具体实施方式

文中的示例性实施例可以利用电震和/或震电传感器来检测因井作业而被动生成的电场和/或地震波。文中讨论的某些实施例可以至少部分地采用被动勘测技术，其利用被动源，例如，自然发生的电磁场和/或地震波，并且利用由这些来源所生成的电磁或地震信号通过电震和/或震电转换与地下岩层的相互作用来识别地表下地球岩层的特征和/或性质。这样的勘测可用于各种目的，包括识别地下水和矿物。尽管被动勘测可能适于被用作独立的地球物理勘测方法，但是在一些实施例中可以将被动勘测连同其它地球物理勘测方法一起执行，以识别地表下地球岩层的性质。本公开内容的教导旨在包含将被动勘测用作独立勘测技术的实施例以及将被动勘测连同地球物理勘测的一种或多种其它方法一起使用的实施例。

可以利用被动源来提供用于在地下岩层或结构特征中生成电震和/或震电转换的能量。例如，地球的电磁场和/或环境地震能量可能在包含碳氢化合物或其它矿物质的地表下地球岩层内引发电震或震电转换。文中采用的“被动源”可以包括任何并非因勘测作业主动激发而主动生成地震和/或电磁能量源的来源。尽管被动源一般包括自然的电磁能量和/或地震能量源，例如，地球的自然电磁场，但是在特定实施例中也可以将其它人工电磁和/或地震辐射源，例如，电源线或机械设备也可归为被动源。尽管某些人工源可能引发电磁场或地震波，但是与诸如地震发生器、***器材、电场发生器等的“主动源”还是有区别的，因为这样的被动源一般是由用以促进地下岩层勘测的作业所激发的和/或与之相关。文中采用的“被动勘测”、“被动电震勘测”和“被动震电勘测”可以指利用与主动源相对的被动源的勘测。被动勘测可以通过电磁源场与各种岩系的耦合而检测二次震波的生成(电震动效应)，并通过所生成的地震波与各种岩系的耦合而检测后续的二次电磁场的生成(震电效应)，来对这些岩层及其包含的流体进行检测。或者或此外，被动勘测可以通过震源场与各种岩系的耦合而检测二次电磁场的生成(震电动效应)，并通过所生成的电磁场与各种岩系的耦合而检测后续的二次震波的生成(电震效应)，来对这些岩层及其包含的流体进行检测。随着场向地球表面的传播，还可能因额外的耦合而产生三次以及更高次电磁场和震波。

其它勘测技术，例如，可控源电震或震电勘测通常将这样的被动发生转换所生成的信号作为本底噪声舍弃。但是，利用本公开内容的教导，可以采用各种数据处理技术检测和处理响应于被动能量源的震电和电震转换生成的电磁和地震信号，以识别出地表下地球岩层的性质。例如，可以采用时间选择法确定与地震波传播时间有关的特征时间滞后或频率以及由所述时间选择法确定地震信号的震源深度，来识别所生成的地震信号。

可以按照任何适当的方式检测由于电震或震电转换而生成的电磁和/或地震信号。例如，可以利用各种传感器检测地表下地球岩层响应于被动源电磁或地震信号生成的电磁信号和地震信号中的一者或多者，其中，所述电磁信号是由被动源电磁或地震信号的电震或震电转换生成的。在一些实施例中，可以利用传感器阵列。可以利用数据处理进行信号处理，以促进上文讨论的地表下地球岩层性质中的一者或多者的识别。

采用这些技术，可以识别出地表下地球岩层的各种性质。例如，对检测信号的处理可以指示地下岩层内流体的存在，例如，所述流体为碳氢化合物以及含水流体，例如，饮用水、淡水和盐水。在一些实施例中，可以利用本公开内容的教导识别地表下地球岩层的额外性质，其包括但不限于地表下地球岩层的存在、地表下岩层的深度、地表下地球岩层的孔隙度和/或流体渗透率、地表下地球岩层内的一种或多种流体的成分、地表下地球岩层的空间范围、地表下地球岩层的边界的取向以及地表下地球岩层的电阻率。基于所识别出的性质，可以开发出地表下地球岩层的模型，包括三维结构模型和时间相关模型。或者或此外，可以利用本公开内容的技术识别各种污染物的存在和/或迁移、气体、碳氢化合物开采中的驱出、断层运动、含水层深度、水的利用、岩浆的存在和/或迁移以及水压致裂性质。

在一些实施例中，可以将作为被动勘测的结果而获得和/或收集的被动勘测数据与采用各种其它勘测技术获得和/或收集的地球物理勘测数据一起进行处理。对被动勘测数据以及其它可用来源的地球物理勘测数据的处理可以提供各种技术上的好处。例如，这样的处理可以获取额外的信息、更加完整的消息和/或对有关地表下地球岩层的信息的确认。这样的处理可以利用其它勘测方法的特定力量建立用于比较的迹线和/或确定这些方法非常适用的特定性质。因此，与单独采用各项技术可获得的对地下岩层的了解相比，将被动勘测技术与其它可用勘测技术结合可以获得对地下岩层的更加全面的了解。

尽管上文已经列举了具体的优点，但是各种实施例可以包括所列举的优点的全部、其中的一些或者不包含所列举的优点。本公开内容的实施例及其优点可以通过参考图1到图9得到最佳理解，其中，采用类似的附图标记表示各图的类似部分以及对应部分。

本公开内容的示例性实施例可以包括被动电震勘测。被动电震勘测的示例性实施例利用自然发生的电磁场(例如，地球的本底电磁场)及其通过电震和/或震电转换与地下岩层的相互作用。被动勘测采用并非为所述勘测方法专门生成的电力源。源自于地球表面的电场穿透到地下深处，在该处其与某些岩系相互作用从而生成了震波。这些震波往回传播到地球表面，在该处采用地震或电磁传感器之一或两者对其进行检测。检测与地震传播时间相关的特征时间滞后或频率将确定地震信号的震源深度。返回地震信号的幅度可以指示地下岩层的一个或多个性质，包括例如地下岩层的流体含量。

被动源电震勘测(PSES)可以提供其它方法无法获得的有关地下岩层的信息。借助于地震解析，被动电震勘测能够得到有关岩层孔隙度、流体渗透率、流体成分、电阻率、深度以及含有流体的岩层的横向范围的信息。尽管PSES可以提供有关很多可用岩层性质的信息，但是其可能无法独立地测量电及地震性质。对地震和电磁性质的补充测量可以得到额外的可用信息。

对被动勘测中可用的被动电磁和地震效应的理解开始于对地球内部的电磁场的理解，地球内部电磁场的至少一部分包括自然发生的地球的本底电磁场。地球的自然出现的电磁场包括从亚赫兹频率到数万赫兹的频率的宽频率谱，其在地球表面具有宽广的覆盖范围。这一宽频率谱允许从数十米到数万米的很宽范围的穿透深度。地球中的各种电磁频率可以产生于各种自然事件，例如，电离层内的电磁波动和/或大气中的自然发生的电磁放电(例如，闪电)。

地球的电磁场作为电磁调制进行传播，与声波不同的是，其在地下以低于电磁波在真空中的速度的电磁波传播速度进行传播。电磁波通常可以在地球的地表以下按照大约是1-100Hz左右的地震频带中的声波的传播速度的一百倍的速度传播。由于与地震信号相比较时电磁波的相对速度的原因，一般将出于处理电震和震电数据的目的而忽略电磁波向地表下地球岩层内的传播时间。

被动电磁勘测和被动地震勘测利用了在很多其它勘测方法中忽略的地下电磁传播的两种性质。在第一种情况当中，借助于与地球表面垂直的电场的电磁调制的衰减很弱。这样的高频波能够传播到从地表到几千米深的岩层内并与之相互作用，其在大地电磁学中未得到使用。这些调制的高频性质允许测量从地表到所研究的岩层的电磁传播时间。在某些示例性实施例中，可以采用这一渡越时间测量准确地确定深度。在第二种情况当中，进入地球表面的电磁调制通过电震转换与接近表面的岩层相互作用。电震转换建立了向地球内部传播的震波，其可以受到储层岩石或其它感兴趣的岩层的反射。地震波从地球表面向下传播并从所研究的层返回的渡越时间将准确地确定反射发生的深度。

来自大气的电磁调制在各个很大的面积上冲射地球。接下来，大气场在地球的地表以下转换成均匀电场。这一场旋转至竖直取向，并传播到相当大的深度当中，在这样的地方其可能因电阻率或极化的对比度而发生反射。在地下建立平面波传播的均匀电场增强了被动电磁勘测的可行性。已知，与在某一点生成的或者由任何形状的有限源生成的波相比，平面波将传播至更大的深度。

可以按照类似的方式采用地表的被动地震生成进行地下成像。可以通过几种机制在地表生成震波。首先，大气电场在地表生成电震转换。其次，诸如雷的大气扰动在地表建立了压力变化，其也会建立地震响应。再次，人类活动，例如，卡车、火车和机械设备也会建立人为压力和地面层级噪声。地球中的所有这些地震能量来源都是潜在的通过地震反射或折射进行地下成像的来源。

震源的平面波将穿透到地下的最深处。因而，在很大距离的范围内保持均匀的地震能量源最有希望用于地下成像。源自于大气电场或者大规模压力波动(例如，由雷产生的)的源最有可能是均匀的，并且最有可能穿透到深处。

竖直电场随着深度缓慢衰减，竖直传播的地震p波的衰减和散射也缓慢衰减。地震衰减计算表明，达到千赫范围的频率或许可用于数千英尺的深度。

文中公开的***和方法有利地利用了此前被忽略和/或不加检测的信号。大地电磁勘测一般涉及利用源自于地球大气当中的自然电磁场。在大地电磁勘测当中，自然发生的电磁场传播到地下，并在那里遇到具有不同导电性的岩系。在电磁场与具有低导电率的岩层(例如，油气藏就是其典型表示)接触时，在地表测得的电磁场将发生变化。可以采用在地球表面测得的空间相关电磁场指示可能含有碳氢化合物的低导电率岩层的存在。大地电磁勘测具有几个限制。只有低频率长波长的电磁激励才能抵达远景储集层，因为高频的水平电场将因导电的地球而迅速衰减。长波长的电磁波将限制大地电磁法的空间分辨率，从而难以进行储集层描绘。此外，大地电磁勘测只提供有关导电性的信息，其不产生揭示有关孔隙度、渗透率或储层结构的信息的数据。

与大地电磁勘测法形成对照的是，被动电磁勘测法利用了电磁波从地表传播到目标岩层所用的时间以及返回地表所用的时间。渡越时间测量获得了对岩层深度的测度。此外，被动电磁勘测利用了被动电场的竖直分量。已知，电场的竖直分量以高于大地电磁法中的可能频率的频率穿透到地球深处。

一般而言，主动源地震勘测采用比1000Hz还低的频率。用于3D成像的典型地震勘测可能局限于低于200Hz的频率，而且往往局限于低于100Hz的频率。频率限制受到几种因素的限制。第一，震源与地面耦合得差。高频在源所在处衰减。第二，用于检测地震能量的地音探测器与地表耦合得差。第三，地震源及接收器是点式源及接收器。能量以几何发散的方式从点源迅速传播开。因而，在数千英尺的目标深度上难以检测到超过100Hz的频率。

被动地震能量测量克服了常规地震研究的频率限制。具体而言，被动地震测量检测地球的电场，所述电场之后将因近地表的电震转换而建立地震波。电磁检测器不受与地震源和传感器相关的耦合问题的限制。此外，大气中的电磁源可能由任意高的频率的构成元构成。诸如雷和人类活动源的声源不太可能具有高频分量。这些考虑因素夹在其间妨碍了采用地震源和接收器研究被动地震状况。

被动地震勘测的示例性实施例采用与电震学当中采用的相同种类的电磁检测器。两种测量之间的显著差异在于被动地震信号是由地下边界的反射生成的，其不涉及目标深度上的电震转换，并且其是在两倍的地震波传播时间上抵达的。也就是说，地震信号是在两倍于电震抵达时间的时间上抵达的。

在一些示例性实施例中，可以采用单一传感器类型的电场或磁场传感器检测高频被动地震能量以及高频被动电磁能量，这些能量可用作被动电震法的补充测量。

可以单独采用被动电磁及地震勘测或者对其结合使用，以克服当前的用于碳氢化合物勘探和开采勘测的技术的限制。由于没有电能或地震能的高功率源，因而降低了成本，减少了环境和安全顾虑。所述方法的示例性实施方式可以获得对含碳氢化合物的或含水的岩层的高空间分辩力。所述方法的示例性实施方式可以提供电阻率的以及包括地震波和电磁波的速度在内的地震性质的测度。

图1和图2是图示了用于电震和震电勘测的示例性***10的透视图。示例性***10包括电磁传感器26、地震传感器28和计算***30。图1图示了这样一个实施例，其中，大体上将***10配置为利用电磁能量的被动电磁源12所传播的信号14来执行地球物理勘测。图2图示了这样一个实施例，其中，大体上将***10配置为利用可以由被动地震源40传播的信号20和/或22。

如图1所示，传感器26和/或28大体检测地表下地球岩层16响应于被动电磁源12传播的电磁信号14所生成的信号。之后，计算***30可以采用各种信号处理技术处理所检测到的信号，以识别出地表下地球岩层16的性质和/或特征。***10可以检测由于电磁信号14和地下岩层16之间的电震相互作用而生成的地震信号20，该检测可以单独进行，也可以与电磁信号22的检测结合进行，电磁信号22可以是由于地震信号20的震电转换而生成的。之后，可以对检测到的信号中的一者或多者进行处理，以确定地表下地球岩层的一个或多个性质。

被动电磁源12表示任何适当的被动电磁能量源。在某些示例性实施例中，被动电磁源12可以包括地球的自然电磁场。在某些示例性实施例中，被动电磁源12可以包括一个或多个人为产生的电磁或地震能量源，但其一般不是为了地下岩层勘测而建立的。所述的用于被动勘测的人为产生的电磁能量源可以包括来自电线或者其它电磁能量源的电磁能量。被动电磁源12将电磁能量作为电磁信号14传播到地球的地下。例如，电磁信号14可以表示电磁平面波14。随着电磁信号14向地球内部传播，其可能遇到各种地表下地球岩层16。电磁信号14与地表下地球岩层16的相互作用可能引起在地下岩层16的边缘和/或边界18处发生电震转换。因此，一个或多个地震波20可以朝向地球的表面传播。随着地震信号20a向地表的传播，可能由于震电转换而生成电磁信号22。电磁传感器26可以检测电磁信号22。地震传感器28可以检测地震信号20b。

被动电磁源12可以表示地球的自然发生的电磁场。地球的自然发生的电磁场可以包括从亚赫兹频率到数万赫兹的频率的宽频率谱，其在地球表面具有宽广的覆盖范围。这一宽频率谱允许电磁信号14的从数十米到数万米的很宽范围的穿透深度。这一宽频谱还可以允许以高空间及深度分辨率来检测地下构造。地球中的电磁信号14的对应频率可以产生于各种自然事件所导致的被动电磁源12的变化，例如，这些事件可能是电离层中的电磁波动、大气当中自然发生的诸如闪电的电磁放电和/或其它电磁事件。在一些实施例中，电磁信号14的被动电磁源12可以包括天然的电磁辐射源，其可以具有充分低的频率，从而抵达地下岩层16并与之相互作用。作为另一示例，被动电磁源12可以包括输电线，其可以生成具有适于与地下岩层16相互作用的强度和/或频率的电磁信号14。

电磁信号14表示电磁波、电磁平面波或者其它适当的从被动电磁源12向地球内部传播的电磁信号。例如，响应于地球的电磁场，电磁信号14可以作为电磁调制向地球内部传播，其与声波不同，将以电磁波在地下的速度进行传播。电磁波在地下的速度一般低于电磁波在真空或空气中的速度。电磁信号14通常在地球的地表下以大约一百倍于1-100Hz左右的地震频带内的声波的传播速度的速度进行传播。由于与地震信号相比的电磁信号14的相对速度的原因，在一些实施例中，可以在对检测到的电磁场22和/或检测到的地震信号20进行处理时忽略电磁信号14向地表下地球岩层内的传播时间。尽管被图示为静态场，但是应当指出，电磁信号14可以是时变场。

电磁信号14可以作为近似的平面波调制向地球的地下传播，包括在感兴趣的地下岩层16之上仍然如此。“平面波”一词可以指在与电磁信号14的速度矢量正交的平面上具有基本上均匀的幅度的波。速度矢量一般可以是竖直的，但是其未必垂直于地表下地球岩层16之上的地球表面。例如，速度矢量可以是基本上竖直的，但是在地表存在斜坡的地方，例如，在山坡或其它斜坡处，其可能会相对于地表的竖直轴发生倾斜。由于电震效应和/或震电效应，可以跨越地下岩层16基本上均匀地生成由电磁信号14产生的地震信号20和/或电磁信号22。因此，地震信号20和/或电磁信号22每者可以形成向地球表面传播的基本上竖直的平面波。

地表下地球岩层16表示任何出于地球物理勘测的目的而令人感兴趣的地表下地球岩层。地表下地球岩层16可以表示含有一种或多种流体的地质岩系。在一些实施例中，地表下地球岩层16表示能够容纳流体的多孔岩系。例如，多孔岩系可以包括散布着通道状的多孔空间的固态岩石部分。例如，多孔岩系可以包括含有非土质体积或含有孔隙空间的地球物质，并可以包括但不限于固结的、固结性差的或者未固结的土质(earthen)材料。地表下地球岩层16所含的流体可以是诸如油气的碳氢化合物、水(包括淡水、含盐水、饮用水或卤水)、氦、二氧化碳、矿物质或其它地球流体。在一些实施例中，地表下地球岩层16可以表示含有污染物、岩浆或熔融材料的岩层。地表下地球岩层16可以表示地质层、地层圈闭、断层、褶皱逆冲带或者其它感兴趣的地理岩层。地表下地球岩层16可以表示对于勘探作业、钻探作业、开采强化作业或者流体开采而言感兴趣的远景区或可能含矿区。

地表下地球岩层16可以包括可极化的流体，其包括一种或多种与地表下地球岩层16内的流体相关的流体偶极子114。因此，在边界18处可能在可极化流体和固态岩石部分之间形成电化学相互作用。电化学相互作用在流体部分当中通过“﹢”号表示，在固态岩石部分内通过“﹣”表示。电磁信号14可能遇到地表下地球岩层16的流体偶极子114和/或与之相互作用。具体而言，电磁信号14可能引起孔隙流体当中的偶极子114的极化的变化，这又会引起压力脉冲118的生成。例如，电磁信号14可以修改电化学键或者移动流体偶极子114的电荷，由此有效地建立压力脉冲118，在这样的地方将使得所述相互作用发生畸变。压力脉冲118可以表示压力和/或流体流量的变化，其将生成时变压力梯度，所述压力梯度可以传播到和/或被传输到地表下地球岩层16的边界18处的地球岩层(或岩石)内。电磁信号14遍布于流体区域存在，其可以主要影响处于岩石边界18处或其附近的偶极子114的电荷。压力脉冲118生成的压力梯度可以作为地震信号20向地表传播。应当指出，固态岩石部分可以在岩石表面的至少一部分之上具有自然存在的表面电荷。所述电化学相互作用可以产生局部孔隙流体偶极子114，其将引起局部本底电磁场。此外，本底电磁场的符号或者场极性方向取决于固体上的表面电荷以及流体屏蔽该电荷的方式。例如，对于粘土层而言，电荷通常如图所示。但是，在诸如碳酸盐的其它材料中，电荷则可能相反。因而，适当的地下岩层16可以是地下地震能量源。

边界18可以表示适当的边缘、边界、流体表面或者地表下地球岩层16与地下的其它部分之间的界面。边界18可以表示油气藏的边界、地层圈闭、褶皱逆冲带、地质岩石层、或者其它含有或者可能含有流体以及其它感兴趣的矿物的地质岩层的边界。边界18可以表示任何两种类型的地下材料之间的边界。

可能在两种类型的岩石之间的边界18处发生电震能量转换。例如，可能在储层岩石与密封和/或圈限岩石之间的边界18处发生电震能量转换。或者，可能在孔隙流体之间，例如，在油和水之间的界面18处发生电震能量转换。在岩石和/或流体界面18处可能存在化学势梯度。例如，在硅酸盐岩石和碳酸盐岩石之间的边界处，可能在相互混合的孔隙流体内发生化学反应。例如，硅酸盐可以分解碳酸盐，而溶液中的硅酸盐离子可能与溶液中的碳酸盐离子发生反应。可以通过界面18处的化学势梯度推动总反应。溶液中的正负离子的反应产物是电中性的，其可以从溶液中沉淀析出。在形成沉淀物时，所产生的沉淀物的沉淀将强化岩石，提高其硬度，并提高界面的电阻率。在孔隙空间内的反应期间，可以在孔隙流体内建立带电离子的浓度梯度。这些浓度梯度可以产生电化学势梯度，其将自身彰显为宏观的电势梯度。界面处的内部电势梯度可以建立内部应力，并且地球的本底电磁场14与电化学势梯度的相互作用可能改变这些内部应力。由于地球的本底电磁场14中的自然调制的原因，所述内部应力可以受到调制，从而解释了可以通过***10测量并加以采用的非线性电震转换的原因。

地震信号20表示任何通过电震效应响应于电磁信号14生成的地震信号和/或地震波。如上文所指出的，地震信号20可以表示朝向地球表面传播的基本上竖直的平面波。地震信号20可以随着向地表的传播而通过电震效应和震电效应的各种组合生成后续的次级电磁场和地震波。例如，如图所示，地震波20a可以在近地表岩层24处通过震电效应转换成电磁信号22。在一些实施例中，地震信号20可以表示随着它们向地表的传播而因地震信号20的各种震电和/或电震转换而生成的次级地震信号。地震信号20可以表示任何在地球的地下传播的机械地震波，其可以包括但不限于P波和S波。

电磁信号22表示通过震电效应响应于地震信号20生成的任何电磁信号、电磁场或电磁波。如上文所述，电磁信号22可以表示向地球表面传播的基本上竖直的平面波。电磁信号22可以随着其向地表的传播生成后续的次级地震信号和电磁信号。电磁信号22可以表示随着其向地表的传播而因地震信号20的各种震电转换和/或电震转换生成的次级电磁信号。在一些实施例中，可在接近地球地表的地方和/或在地球地表之上的一定距离处检测到电磁信号22。此外，电磁信号22可以表示油震电效应产生的时变电磁场。电磁信号22可以调制地球内的，例如，近地表24处的电磁场，因而可以将其称为调制信号。“调制”可以指频率调制、相位调制和/或幅度调制。例如，地震信号20可以传播到近地表24处，并直接调制近地表24之内的电磁场。地震信号20可以引起近地表24内的电阻抗变化，其可能导致电磁信号22的时间相关变化，并且/或者地震信号20的通过可以与近地表20处的流体或岩石边界相互作用，从而产生电磁信号20。

电震转换还可能产生非线性电磁转换。震电和电震效应将生成谐波响应，其中，电磁信号22和地震信号20的耦合将在作为所述电磁信号22和地震信号20的谐波的频率上建立新的调制。因此，电磁信号22和地震信号20可以表示一个或多个非线性电磁响应。非线性电震转换可以生成可在处理期间使用的信号。在一些实施例中，由于在地表下地球岩层16含有至少一种流体时与其相互作用的电磁信号14的畸变的原因，可以检测到具有处于被动电磁源12的基频(例如，那些存在于地球的本底电磁场内的频率)的更高频率的谐波上的频率分量的非线性谐波信号。可以对所述谐波信号进行单独处理或者将其连同地震信号20和/或电磁信号22的基频一起处理，以确定地表下地球岩层的一个或多个性质。在一些实施例中，可以利用***10检测和/或分离出可能存在于电磁信号22和地震信号20两者内的谐波信号。

地下岩层16尤其可以在有流体存在于多孔岩层，例如，具有高渗透性的岩层内时生成地震信号20和/或电磁信号22。相应地，地震信号20和/或电磁信号22可以指示流体的存在，并且/或者***10可以利用它们对特定的流体定位和/或大概定位，例如，所述流体是碳氢化合物、氦、二氧化碳、水或者如上文所述的其它类型的流体。此外，当在地下岩层16和地表之间存在常规的地震反射边界18时，可能发生地震反射，并且可以通过地震传感器20检测到。

近地表岩层24表示处于地球表面处或附近的地下岩层。近地表岩层24可以例如表示地下水位(watertable)或其它多孔岩石层。地震信号20可以与近地表岩层24的孔隙当中的流体相互作用。因此，孔隙内的电荷可能受到修改。例如，所述孔隙可以包含存在于地下水位当中的淡水。所产生的电荷修改可以生成交变电流场，所述场可以通过震电效应引起电磁信号22的发射。

电磁传感器26表示任何适当的能够检测和/或测量电磁信号22的至少某一部分的感测元件的组合。电磁传感器26可以通信耦合至计算***30和/或被配置为将检测到的信号输出至计算***30。在一些实施例中，可以将传感器26配置为检测和/或隔离电磁信号22的竖直分量。如上文所指出的，可以在地球表面之上发射电磁信号22作为可检测电磁场。还应当指出，电磁场一般包括电场和磁场。相应地，电磁传感器26可以能够检测电磁信号22、电磁信号22的电部分和/或电磁信号22的磁部分。在一些实施例中，电磁传感器26可以表示能够检测磁场的磁场检测器。在一些实施例中，可以将电磁传感器26配置为衰减和/或舍弃水平或竖直电磁信号。

电磁传感器26可以按照阵列和/或各种图案排列。可以按照阵列或者图案布置任何适当数量的电磁传感器26。例如，电磁传感器26的阵列可以包括从两个到一千个之间任意数量的传感器。在一些实施例中，电磁传感器26可以表示一组传感器，其包括一个或多个磁场检测器、一个或多个电场检测器以及一个或多个电磁场检测器，可以在特定的地点采用这些检测器进行被动勘测。可以将所述阵列配置为具有一个或多个所设置的电磁传感器，例如，传感器26a和26b，它们以适当的横向距离隔开。例如，传感器26a和26b可以位于相隔几英寸到几英里的任何地方。

传感器26可以包括任何类型的能够测量地球的近地表24当中的电磁信号22的竖直电场分量的传感器。在一些实施例中，也可以测量额外的信号或替代信号，包括电磁信号14的本底竖直部分、电磁辐射的被动电磁源12、所述磁场的一个或多个分量、所述电磁信号的一个或多个水平分量和/或所述地震振幅的一个或多个分量。在一些实施例中，可以将一个或多个电磁场检测器配置为测量一个或多个维度内的地球电磁场的水平分量。例如，传感器26可以包括被设置为水平对准的电极对，以测量电磁信号22和/或电磁信号14的一个或多个水平分量。在一些实施例中，可以将传感器26配置为测量电磁信号22和/或14的多个分量。例如，传感器26可以表示二轴电磁场检测器和/或三轴电磁场检测器。

可以在地球表面之上和/或在地球内设置传感器26。在一些实施例中，可以将传感器26放置到地球表面上或者地球表面之上的任何距离处。例如，可以将电磁传感器26设置到从地球上方一英尺到一百英尺的任何位置，具体取决于传感器26的放大能力和电磁信号22的衰减。也可以将传感器26置于飞行器内。在某些示例性实施例中，所述飞行器低空飞行。在一些实施例中，可以将传感器26设置到地下水位之上和/或之下，地表下地球岩层16之上和/或之下，和/或采取位置和深度的任何适当组合。可以使传感器26在特定电磁信号22的检测周期内保持在一个位置上，和/或接下来发生移动，一提供另一检测周期。或者或此外，可以采用多个传感器26，例如，阵列提供多个位置上的多个同时测量。例如，可以将电磁传感器26设置到井眼内。或者或此外，可以将电磁传感器26的阵列设置到井眼之上和/或周围的区域内，以促进钻探作业和/或对钻探场地的勘探。下文将相对于图7讨论对这样的实施例的示例性操作的更加详细的讨论。图2A、2B和2C图示了传感器26的更加详细的示例。

地震传感器28表示任何适当的能够检测和/或测量地震信号20的至少某一部分的感测元件的组合。例如，可以将传感器28配置为检测地震信号20的竖直分量。地震传感器28可以通信耦合至计算***30和/或被配置为将检测到的信号输出至计算***30。地震传感器28可以包括但不限于地音探测器、水听器和/或包括数字式加速度计在内的加速度计。传感器28可以表示单分量地音探测器、二分量地音探测器或者三分量地音探测器。传感器28还可以表示单轴加速度计、二轴加速度计或者三轴加速度计。在一些实施例中，地震传感器28可以表示一个或多个三分量加速度计。或者或此外，传感器28可以表示这些类型的地震传感器的任何适当组合。例如，***10可以利用多种类型的传感器28来检测地震信号20。地震传感器28可以测量多个方向内的地震波，例如，处于与地球表面平行的一个或两个方向内的、处于与地球表面垂直的方向内的和/或处于竖直方向内的。地震传感器28可以测量旋转地震能量，其中，地球运动围绕横轴或纵轴呈圆形。可以有利地采用旋转传感器识别表面地震波。

地震传感器28可以按照阵列和/或各种图案排列。例如，可以按照与上文联系传感器26讨论的类似的方式和位置对地震传感器28进行布置和/或定位。可以按照阵列或图案布置任何适当数量的地震传感器28。作为另一示例，可以采用网格图案。可以使地震传感器28横向隔开一定的距离，该距离与预计要检测的最高频率的地表地震波的波长相关。其可以包括比预计将通过电震效应在地表下地球岩层内产生的那些频率更高的频率。可以将地震传感器28配置为衰减和/或舍弃表面和/或水平地震信号。这样的信号可能是由各种来源导致的，包括重型设备、交通车辆和/或诸如地震和/或雷的天然来源。

在一些实施例中，电磁传感器26的图案和/或阵列可以与地震传感器28的图案或阵列重叠。可以将传感器26和/或28检测到的信号发送至计算***30。在一些实施例中，例如，可以采用常规的地震场记录仪适当地记录所述信号。或者或此外，每一传感器可以具有其自身的记录装置，并且每一记录装置可以处于地震传感器的内部或外部。应当指出，尽管被示为包括传感器26和28，但是***10可以仅包括传感器26或仅包括传感器28，这要视具体实施例的情况而定。相应地，可以利用传感器26和/或传感器28的任何适当组合。

可以在井眼中放置传感器26和/或28。例如，在一些实施方式中，可以沿钻孔在套筒的内侧提供一个或多个接触，以测量电势。借助于这样的配置，可以针对沿井眼的若干位置测量电震信号的抵达。在其它实施方式中，可以沿钻孔放置一个或多个地震传感器28。

传感器26和/或28可以形成长期安装的全部或部分，可以利用所述长期安装进行长期被动勘测。可以在一定时间周期之内的多个时间上检测信号20和/或22，所述时间周期可以是数天、数星期、数月或数年的周期。长期勘测可以提供对地表下地球岩层16的各种性质的基于时间的指示，包括在检测所述信号的时间周期内岩层当中的任何变化。因而，可以采用***10监测开采周期内油气田和/或水井或含水层的发展和/或消耗。

计算***30表示用于处理、存储和/或分析接收自传感器26和/或28的电磁信号22和/或地震信号20的硬件、软件、信号处理器和控制逻辑的任何适当组合。计算***30可以包括一个或多个处理器、存储器和/或接口。计算***30可以例如包括可用于与传感器26和/或28通信耦合和/或由其接收信息的接口。计算***可用于接收和/或处理来自传感器26、28的被动勘测数据。被动勘测数据可以包括例如表示信号20和/或22的数据。计算***30可以包括一个或多个适当的模数转换器，从而使信号20和/或22数字化，以供数字信号处理之用。或者或此外，传感器26和/或28可以包括适当的模数转换器。计算***30可以包括可用于从传感器26和28接收数据并存储由其接收到的数据的记录和/或存储装置。计算***30可以包括例如数字和/或模拟记录装置和/或非暂态介质。在一些实施例中，计算***30可以能够实时地处理检测到地震信号20以及检测到的电磁信号22，而不是首先将所述信号记录到非暂态介质上。

计算***30可以形成记录车、外壳结构或者所处位置接近传感器26和/或28的不受天气影响的壳体的全部或部分。在一些实施例中，计算***30可以至少部分地包封在不受天气影响的壳体内。因此，计算***30可以在不受人为干预的情况下在数天乃至星期的时间内记录被动勘测数据。此外，尽管被示为处于传感器26和/或28之外，但是计算***30可以处于一个或多个传感器26和/或28的外壳的内部或外部。此外，计算装置30可以是用于记录一个或多个电信号和/或地震信号的多个计算装置30之一。计算装置30可以能够通过网络(未示出)与其它计算装置30或者其它数据处理服务器通信。网络可以是有线或无线通信网络。因而，可以由一个或多个计算装置30和/或由能够对来自各种计算装置30的数据进行处理和相关的远程数据处理服务器执行文中描述的数据处理技术中的任何数据处理技术。下文将联系图4更详细地讨论计算***30的示例性实施例。

如图2所示，被动地震源40表示地震能量的任何适当的被动源。例如，被动源40可以表示地球的自然地震能量。被动源40将地震能量作为地震信号42传播到地球的地下。地震信号42可以表示例如地震平面波42。随着地震信号42向地球内的传播，其可能遇到各种地下地球岩层16。地震信号42与地表下地球岩层16的相互作用可以导致在地下岩层16的边缘和/或分界18处发生震电转换。因此，一个或多个电磁信号22和/或地震信号20可以朝向地球的表面传播。随着地震信号20向地表的传播，可能由于震电转换而生成电磁信号22。电磁传感器26可以检测电磁信号22。地震传感器28可以检测地震信号20。在一些实施例中，地震传感器28可以检测地震信号40，其可以用作检测地表下地球岩层16对信号20和/或22的调制的参考。

被动地震源40可以表示地球的自然发生的地震能量。地球的自然发生的地震能量可以包括从亚赫兹频率到数万赫兹的频率的宽频率谱，其在地球表面具有宽广的覆盖范围。这一宽频率谱允许地震信号42的从数十米到数万米的很宽范围的穿透深度。这一宽频谱还可以允许以高空间及深度分辨率检测地下构造。地球中的地震信号42的对应频率可以产生于由于各种自然事件导致的被动源40的变化，例如，所述自然事件是地震、潮汐、构造事件、火山活动、雷和大气压波动。在一些实施例中，地震信号42的被动电磁源40可以包括天然的地震波源，其可以具有充分低的频率，从而抵达地下岩层16并与之相互作用。作为另一示例，被动源40可以包括钻井活动、泵抽流体、汽车噪声、压缩机噪声、农业噪声和制造业噪声，它们可能生成具有适当的强度和/或频率从而与地下岩层16相互作用的地震信号42。

图2包括被动地震源40的几个示例，包括被动地震源40a-40e。被动地震源40a可以表示由钻探作业产生的地震能量源。被动地震源40a可以表示特定深度上的定位钻孔事件(例如，钻头或者钻探设备的头部与地下相互作用)和/或可以表示沿一定长度的孔和/或套管的来自钻井活动的振动。被动地震源40b可以表示由水平钻井活动导致的地震能量源，例如，所述活动是压裂、水压致裂或其它钻探作业。或者或此外，被动地震源40b可以表示流体通过岩石孔隙空间移动(其可以是水压致裂的结果)所引起的地震能量。被动地震源40c和40d可以表示如上文所述的由地球的自然地震活动和/或微地震或其它自然事件导致的地震能量源。被动地震源40b可以表示由近地表或地表事件导致的地震能量源。因此，被动地震源40可以包括任何适当的地震能量源，并且/或者所处位置与地表下地球岩层16具有任何适当的关系，包括处于地表下地球岩层16之上、之下、旁边或背部。或者或此外，被动地震源40可以包括钻头、压裂岩石、流体通过岩石孔隙空间的移动、发生钻探、泵抽活动的井和/或在地下迁移的污染物流体引起的地震能量。

地震信号42表示从被动源40向地球内传播的地震波、地震平面波或者其它适当的地震信号。相应地，地震信号42可以是任何适当的被动地震源40发出的，包括那些源自于地球表面和/或位于地表下的某一适当深度的源。例如，地震信号42a-42e可以分别源自于被动地震源40a-40e。应当理解，在不同的附图中描绘图1和图2所示的各种信号只是为了清晰起见。相应地，***10的具体实施例可以能够利用被动电磁源12和/或被动地震源40传播的信号20和/或22。此外，可以将***10配置为在特定时间上利用来自被动电磁源12的信号20和/或22，而在其它特定时间上则利用来自被动地震源40的信号20和/或22，和/或可以同时利用所述信号。例如，可以在钻探或压裂或提高油采收率的期间收集利用被动地震源40和/或被动电磁源12的被动电震/震电勘测，以取得有关碳氢化合物和/或其它流体的信息。例如，可以在被动地震源40受到衰减时收集来自被动电磁源12的勘测数据。例如，可以暂停和/或结束钻孔作业。作为另一示例，计算***30可以在钻探、压裂和/或提高油采收率的期间执行被动勘测，以采集有关碳氢化合物和/或其它流体的信息。

在操作中，***10检测、存储和/或分析电磁信号22和/或地震信号20。传感器26和28可以分别检测电磁信号22和地震信号20。每一传感器可以将检测到的信号发送至计算装置30以供存储和/或处理。计算装置30可以记录所得到的电磁信号22和/或地震信号20。计算装置30可以对电磁信号22和/或地震信号20进行处理，以识别与地下岩层16相关的各种性质。或者或此外，传感器26和/或28可以检测地表下地球岩层16响应于被动地震源40传播的电磁信号42生成的信号。之后，计算***30可以采用各种信号处理技术处理检测到的信号，以识别出地表下地球岩层16的性质和/或特征。因而，可以利用本公开内容中讨论的技术分析由于被动电磁源12和/或被动地震源40而生成的信号20和/或22。下文提供的***10的操作的某些示例可能是联系被动电磁源12讨论的，但是应当指出本公开内容的教导同样和/或类似地适用于被动地震源40生成的信号。

***10的某些实施例通过处理来自一组传感器的信号监测一项或多项钻探作业、开采强化作业(例如，压裂)或者流体开采作业，所述的一组传感器包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28。传感器可以包括但不限于：可以检测地震和/或电磁信号的地音探测器；可以包括或者不包括电磁传感器的加速度计；可以包括或不包括地震加速度计和/或地音探测器和/或磁场传感器的电容式电场传感器；可以包括或不包括用于地震检测的地音探测器或加速度计并且可以包括或不包括磁场传感器的线圈电磁传感器；可以包括或不包括地震传感器并且可以包括或不包括电场和/或磁场传感器的电磁场天线，所述天线为偶极子天线、单极子天线或者其它本领域技术人员已知的电磁场天线；可以包括或不包括电场传感器并且可以包括或不包括地震传感器的磁传感器。

图4图示了适于实施文中公开的一个或多个实施例的示例性计算机***30。计算机***30包括处理器482(可以将其称为中央处理器或CPU)，所述处理器与包括辅助存储器484、只读存储器(ROM)486、随机存取存储器(RAM)488在内的存储装置、输入/输出(I/O)装置490以及网络连接装置492通信。可以将处理器实现为一个或多个CPU芯片。

应当理解，通过将可执行指令编程和/或加载到计算***30上，CPU482、RAM488和ROM486的至少其中之一受到改变，从而将计算***30部分地转换成特殊的具有本公开内容教导的新颖功能的机器或设备。对于电气工程和软件工程领域而言，一项很基础的认识就是，能够通过公知的设计规则将通过向计算机内加载可执行软件而实施的功能转换为硬件实施。决定以软件还是硬件实施某一原理通常取决于设计稳定性的考虑以及所要制造的单元的数量，而不是从软件范畴向硬件范畴的转换所涉及的任何问题。一般而言，仍然遭受频繁变化的设计可以优选以软件实施，因为将硬件实施重走一遍要比将软件设计重走一遍昂贵得多。一般而言，将大量开采的稳定设计可以优选通过硬件实施，例如，通过专用集成电路(ASIC)实施，因为对于大的开采运行而言，硬件实施可能没有软件实施贵。往往可以以软件形式对设计进行开发和测试，之后再通过公知的设计规则将其转换成对软件指令进行硬布线的专用集成电路中的等价硬件实施。特定机器或设备采取与受到新ASIC控制的机器相同的方式，同样地可以将采用可执行指令编程和/或加载了可执行指令的计算机看作是特定机器或设备。

辅助存储器484通常包含一个或多个磁盘驱动器或磁带驱动器，其用于数据的非易失性存储，并且在RAM488不够保存所有的工作数据的情况下用作溢流数据存储装置。可以采用辅助存储器484存储在被选定予以运行时加载到RAM488内的程序。采用ROM486存储在程序运行期间读取的指令以及可能的数据。ROM486是非易失性存储装置，相对于辅助存储器484的大存储容量而言，其通常具有小存储容量。采用RAM488存储易失性数据，也有可能存储指令。对ROM486和RAM488这两者的访问通常比对辅助存储器484的访问快。在一些语境下，可以将辅助存储器484、RAM488和/或ROM486称为计算机可读存储介质和/或非暂态计算机可读介质。

I/O装置490可以包括打印机、视频监视器、液晶显示器(LCD)、触摸屏显示器、键盘、小键盘、开关、拨号盘、鼠标、跟踪球、语音识别器、读卡机纸带读取器或者其它公知的输入装置。

网络连接装置492可以采取调制调解器、调制调解器组、以太网卡、通用串行总线(USB)接口卡、串行接口、令牌网卡、光纤分布式数据接口(FDDI)卡、无线局域网(WLAN)卡、诸如码分多址(CDMA)、全球移动通信***(GSM)、长期演进(LTE)、全球微波互连接入(WiMAX)和/或其它空中接口协议无线电收发机卡的无线电收发机卡以及其它公知的网络装置的形式。这些网络连接装置492能够使处理器482与Internet或者一个或多个内部网通信。借助于这样的网络连接，可以设想处理器482可能在执行上述方法步骤的期间从网络接收信息或者向网络输出信息。可以从网络接收以及向网络输出这样的经常表示为要采用处理器482运行的指令序列的信息，例如，其可以采取包含在载波内的计算机数据信号的形式。

可以从网络接收以及向网络输出这样的可以包括要采用处理器482运行的数据或指令的信息，例如，其可以采取包含在载波内的计算机数据信号的形式。包含在网络连接装置492生成的载波内的基带信号或信号可以在电导体内或表面上、在同轴电缆内、在波导内、在光管线(例如，光纤)内或者在空气当中或自由空间内传播。可以按照不同的顺序对载波内包含的基带信号或信号中包含的信息或者信号排序，这对于信息的处理或生成或者信息的发送或接收而言可能是合乎需要的。可以通过本领域技术人员公知的几种方法生成载波内嵌入的基带信号或信号或者其它类型的当前使用或者以后开发的信号。在某些语境下可以将载波内嵌入的基带信号和/或信号称为瞬态信号。

处理器482运行其可以从硬盘、软盘、光盘(可以将这些基于各种盘的***全都看作是辅助存储器484)、ROM486、RAM488或者网络连接装置492访问的指令、代码、计算机程序或脚本。尽管只示出了一个处理器482，但是也可以存在多个处理器。因而，尽管在讨论时只是说指令是由处理器运行的，但实际上指令可以是由一个或多个处理器同时、串行或者以其它方式运行的。在某些语境下，可以从辅助存储器484(例如，硬盘驱动器、软盘、光盘和/或其它装置)、ROM486和/或RAM488访问的指令、代码、计算机程序、脚本和/或数据可以被称为非暂态指令和/或非暂态信息。

在一些实施例中，计算***30可以包括两个或更多相互通信的计算机，它们协作完成任务。作为示例而非限制，可以通过某种方式对应用进行划分，从而允许对应用的指令进行同时和/或并行处理。或者，可以通过某种方式对应用处理的数据进行划分，从而允许两个或更多计算机对数据集的不同部分进行同时和/或并行处理。在一些实施例中，计算***30可以采用虚拟化软件提供一定数量的服务器的功能，而该功能并非直接捆绑至计算***30当中的该数量的计算机。例如，虚拟化软件可以在四个实体计算机上提供二十个虚拟服务器。在一些实施例中，可以通过在云计算环境中运行一个和/或多个应用而提供上文公开的功能。云计算可以包括采用可动态缩放的计算资源通过网络连接提供计算服务。可以至少部分地通过虚拟化软件支持云计算。云计算环境可以是由企业建立的，并且/或者其可以是从第三方提供商按需租用的。一些云计算环境可以包括企业拥有并运营的云计算资源以及从第三方提供商租用和/或租借的云计算资源。

在一些实施例中，可以将上文公开的功能的部分或全部提供为计算机程序产品。所述计算机程序产品可以包括一个或多个具有包含于其内的用以实施上文公开的功能的计算机可用程序代码的计算机可读存储介质。计算机程序产品可以包括数据结构、可执行指令及其它计算机可用程序代码。可以将计算机程序产品体现到可拆卸计算机存储介质和/或不可拆卸计算机存储介质当中。所述可拆卸计算机可读存储介质可以包括而不限于纸质纸带、磁带、磁盘、光盘、固态存储芯片，例如，光盘只读存储器(CD-ROM)盘、软盘、跳跃驱动器、数字卡、多媒体卡等等。所述计算机程序产品可以适于通过计算***30将计算机程序产品的内容的至少部分加载至辅助存储器484、ROM486、RAM488和/或计算***30的其它非易失性存储器和易失性存储器。处理器482可以部分地通过直接访问计算机程序产品，例如，通过从***到计算***30的磁盘驱动器辅助设备中的CD-ROM盘当中读取计算机产品而处理所述可执行指令和/或数据结构。或者，处理器482可以通过远程访问计算机程序产品，例如，通过借助于网络连接装置492从远程服务器下载可执行指令和/或数据结构而对所述可执行指令和/或数据结构进行处理。所述计算机程序产品可以包括促进将数据、数据结构、文件和/或可执行指令加载和/或复制到辅助存储器484、ROM486、RAM488和/或计算机***30的其它非易失性存储器和易失性存储器的指令。

在一些语境下可以将包含于载波内的基带信号和/或信号称为瞬态信号。在一些语境下，可以将辅助存储器484、ROM486和/或RAM488称为非暂态计算机可读介质或计算机可读存储介质。可以类似地将RAM488的动态RAM实施例称为非暂态计算机可读介质，因为在动态RAM接收电能并根据其设计运行时，例如，在计算机980开启并可运行的时间周期内，动态RAM存储写给它的信息。类似地，处理器482可以包括内部RAM、内部ROM、高速缓存存储器和/或其它内部非暂态存储块、区段或部件，在某些语境下可以将它们称为非暂态计算机可读介质或者计算机可读存储介质。

示例性电磁传感器和传感器布置

图15A、15B和15C是图示了用于被动电震和震电勘测的示例性传感器26的块图。如图15A所示，传感器1560可以是传感器26的具体实施例，其包括一个或多个导电元件1502和1504、耦合网络1510、放大器1508和信号处理单元1509。如上文联系传感器26讨论的，传感器1560可以能够检测电震信号22。传感器1560可以输出表示检测到的电磁信号22的信号。可以将传感器1560安装和/或设置到任何适当的外壳内，包括防止天气影响的外壳、可移动载体和/或永久性设施，如上文联系传感器26讨论的。传感器1560的工作方式大致是将稳定的参考电压与响应于大地辐射的电磁信号而得到的电压测量结果进行比较。因此，可以将传感器1560配置为感测与参考电压相比较的大地信号的变化，所述大地信号可以全部或部分地由电磁信号22构成。

导电元件1502和1504一般能够测量大地辐射的电磁信号。如图所示，导电元件1502测量稳定的参考电压，而导电元件1504则一般能够测量电磁信号22的竖直分量。导电元件1502、1504可以表示任何适当的电容极板和/或导电板或者其它感测元件。如图所示，导电元件1502和1504是平行于地球表面布置的电容极板。与地球表面大致平行的布置可以允许导电元件1504对电磁信号22的竖直分量做出响应和/或进行测量，所述竖直分量可以表示竖直电场。类似地，可以为导电元件1502屏蔽电磁信号22的竖直分量，和/或将其配置为不测量电磁信号22的竖直分量。在一些实施例中，导电元件1502、1504可以形成电容器。导电元件1502、1504可以是诸如铜、铝或不锈钢的导电金属。导电元件1502、1504的具体实施例可以具有几平方英寸到几平方英尺的面积。如图所示，导电元件1502、1504可以与地球隔开距离x。距离x可以是任何适当的使得导电元件1502、1504能够对作为竖直电场发射到空中的电磁信号22做出响应的距离。可以将导电元件1502、1504配置为相对接近大地。例如，在特定实施例中，可以使电容极板1502、1504与地球隔开大约10-12英寸。但是，应当指出，尽管讨论了特定的距离作为示例，但是可以采用任何能够使得导电元件1502、1504检测电磁信号22的距离。可以将导电元件1502、1504的每者连接至放大器1508的输入。导电元件1502或导电元件1504也可以连接到地。但是，应当理解，尽管文中讨论了导电元件1502和1504的具体实施例，但是可以采用任何适当的导电元件。例如，导电元件1502可以表示被设置为与可以是天线的导电元件1504挨着的平导电板。适当的天线可以包括与地相距预定和/或固定距离的导电板、处于地面之上的凹面导电板、多个具有集中信号的几何结构的导电板、呈现任何适当的形状和/或几何结构的金属屏或导线网格、从地面向上延伸的单极线、环绕铁氧体或钢芯的导线或者任何其它适当的能够用作天线的结构。此外，导电元件1502和1504可以表示任何以能够使自电容最大化的几何结构布置的适当导电元件。此外，尽管被示为两个部件，但是导电元件1502和1504可以被实现为单个部件。例如，可以采用从地面向上延伸的单极导线和/或电池布置实施导电元件1502和1504。在一些实施例中，导电元件1502和/或1504可以表示导电球。

放大器1508表示任何可用于将电容极板1504生成的信号与电容极板1502生成的参考信号进行比较的适当放大电路。例如，放大器1508可以表示运算放大器。在一些实施例中，放大器1508可以包括任何适当的信号调节电路和/或部件。例如，放大器1508可以能够执行上文联系图1讨论的预处理和/或处理步骤中的一者或多者。放大器1508可以包括适当的输入和输出。如图所示，将电容极板1502、1504连接至所述输入。可以将所述输出连接至计算***30。例如，放大器1508可以能够将检测到的电磁信号22输出至计算***30。在一些实施例中，放大器1508可以包括适当的模数转换器，从而使检测到的电磁信号22数字化。

信号处理单元1509表示任何适当的硬件、软件以及其它可用于处理放大器1508的输出的部件的组合。例如，信号处理单元1509可以能够实施文中讨论的预处理步骤中的任何一者或多者。信号处理单元1509可以是传感器1560的硬件实施部分和/或可以形成计算***30的部分。信号处理单元1509可以包括一个或多个陷波滤波器、低通滤波器、高通滤波器、箝位电路、抽样保持电路或者任何其它适当的信号调节电路。

耦合网络1510表示任何适当的可用于将导电元件1502、1504耦合至放大器1508的部件网络。如图所示，耦合网络1510包括被布置为pi滤波器的电容器C1、电感器L1、电容器C2和电阻器R。所述pi滤波器一般可用于为放大器1508选择预期频带，以及排除否则将使放大器1508饱和的频率。所述电阻器可以具有任何适当的电阻，在一些实施例中，可以对其进行选择以设置电磁信号22的输入电路的时间常数。可以跨越所述输入将电阻器R以并联方式连接至放大器1508。此外，尽管示出了耦合网络1510的具体实施例，但是可以采用任何适当的网络部件。例如，耦合网络1510可以包括匹配电阻器、pi滤波器、变压器、谐振网络或者任何数量的这些部件的任何组合。

屏蔽1512表示任何适当的电磁屏蔽。可以将屏蔽1512配置为使电磁场的水平分量衰减和/或避免其达到导电元件1514。可以将屏蔽1512配置为围绕导电元件1502和1504的全部或部分。例如，如图所示，屏蔽1512可以包括围绕导电元件1502和1504的顶部和侧面的结构。例如，屏蔽1512可以是竖直设置的圆筒状结构，并且其至少一端，例如，顶端可以是闭合的。或者，屏蔽1512可以表示箱子或者其它适当的壳体。屏蔽1512可以由任何适当的材料构成，所述材料可用于使电磁信号衰减和/或避免电磁信号通过所述材料传播。例如，屏蔽1512可以由镍铁高导磁合金、导电板或箔、金属丝网、镀铝聚酯薄膜、带有所提供的静电荷的绝缘板和/或导电塑料构成。镍铁高导磁合金可以指一个或多个种类的以高磁导率为特征的镍铁合金。屏蔽1512可以屏蔽静态或者缓慢变化的电磁场，否则这些电磁场可能干扰电磁信号22的检测屏蔽1512可以电连接至和/或耦合至放大器1508的输入。还应当理解，在特定实施例中，屏蔽1512可以适当和/或必要，也可能不适当和/或必要。

在操作当中，电磁信号22可以是时变的竖直电场。电磁信号22与电容极板1504的相互作用可以在导电元件1504上产生电荷。可以为另一板1502屏蔽电磁信号22。相应地，可以将板1502生成的信号解读为参考电压。相应地，跨越导电元件1502和1504的电容充电可以是对应于电磁信号22的结果。在一些实施例中，电阻器可以与充电导电元件1502串联耦合。在适当的时间上，充电后的导电板1502可以被放电，并由此允许通过计算***30测量、处理和/或记录表示电磁信号22的时变场。利用平行的导电元件1502、1504，传感器1560可以仅检测电磁信号22或者其它电磁信号的竖直分量。相应地，可以将所述平行板设计配置为不对电磁信号22的水平分量做出响应。尽管示出了两个导电元件1502、1504，传感器1560可以包括单个板，其通过一个或多个电阻器件适当接地并且耦合至计算***30。

图15B图示了可以是传感器26的具体实施例的传感器1562，其包括耦合网络1511、屏蔽1512、导电元件1514、电极1516、放大器1518和信号处理单元1519。和传感器1560一样，传感器1562可以能够检测电震信号22，如上文联系传感器26讨论的。传感器1560还可以输出表示检测到的电磁信号22的信号。可以将传感器1560安装和/或设置到任何适当的外壳内，包括防止天气影响的外壳、可移动载体和/或永久性设施，如上文联系传感器26讨论的。

耦合网络1511表示任何适当的可用于将导电元件1502、1504耦合至放大器1508的部件网络。如图所示，耦合网络包括具有适当电阻的电阻器R，可以对所述电阻加以选择以设置电磁信号22的输入电路的时间常数。可以跨越所述输入将电阻器R以并联方式连接至放大器1508。此外，尽管示出了耦合网络1511的具体实施例，但是可以采用任何适当的网络部件。例如，耦合网络1511可以包括匹配电阻器、pi滤波器、变压器、谐振网络或者任何数量的这些部件的任何组合。

屏蔽1512表示任何适当的电磁屏蔽，如上文联系图15A所讨论的。可以将屏蔽1512配置为围绕导电元件1514的全部或部分。例如，如图所示，屏蔽1512可以包括围绕导电元件1514的顶部和侧面的结构。屏蔽1512可以电连接至和/或耦合至放大器1518的输入。如上文所述，应当理解，在特定实施例中，屏蔽1512可以适当和/或必要，也可能不适当和/或必要。

导电元件1514表示任何适当的可用于生成稳定的参考信号的导电元件，所述参考信号中屏蔽掉了电磁信号22的一个或多个竖直和/或水平分量。导电元件1514可以表示导电板。如图所示，导电元素1514是包括多重折叠的导电板，所述多重折叠形成了导电元件1514的多个平行部分。将导电元件1514折叠成多重折叠部分可以允许导电元件1514配合到小得多的体积内，同时还具有充分大的表面积来检测电磁信号22。或者或此外，导电元件1514可以包括导电脊柱部分，其形成了通往多个导电鳍的主干或连接。屏蔽1514可以电连接至和/或耦合至放大器1518的输入。距离y表示任何适当的将导电元件1514与地球表面隔开的距离。例如，在具体实施例中，所述距离可以是大约24英寸。在一些实施例中，距离y可以相对地大于距离z。

电极1516表示任何适当的可被配置为形成与地球的连接和/或检测电磁信号22的一个或多个竖直部分的电部件。可以将电极1516配置为形成与地球的电接触，并且可以将电极1516设置到地球内。例如，可以将电极1516设置到钻到地球内的孔内，所述孔的钻入范围可以从几英寸到大约10英尺到大约15英尺。或者或此外，可以根据需要将电极1516设置到地球内的各种深度上，以形成与地球的电耦合。在一些实施例中，电极1516表示多孔锅式电极。所述多孔锅式电极可以包括适当的盐和/或水溶液，以形成与地球的电耦合。可结合电极使用的适当的盐可以包括但不限于硫酸铜、氯化银、氯化镉、氯化汞、氯化铅及其任何组合。在一些实施例中，电极1516可以包括诸如敲入地面的杆以及/或者掩埋到沟槽或坑内的金属薄板、网片和/或导线。电极1516可以由各种导电材料构成，所述材料包括但不限于铜、不锈钢、铝、金、镀锌金属、铁、铅、黄铜、石墨、钢、它们的合金以及它们的组合。屏蔽1516可以电连接至和/或耦合至屏蔽1512以及放大器1518的输入。电极1516可以表示多孔锅、导电桩、掩埋的一定长度的导线、掩埋的线网和/或上述部件的集合或组合。

放大器1518和信号处理单元1519可以与放大器1508和信号处理单元1509类似。如图所示，将放大器1518的输入连接至屏蔽1512，将另一输入连接至导电元件1514。耦合网络1511包括跨越放大器1518的输入连接的电阻器R。还将电极1516连接至所述连接至屏蔽1512的输入。

在操作当中，电磁信号22可以是时变的竖直电场。电磁信号22与导电元件1516的相互作用可以导致和/或引起电响应被传导和/或传输至放大器1518的输入。屏蔽1512可以使水平电磁信号衰减和/或避免其达到导电元件1514。相应地，导电元件1514检测到的信号可以表示稳定的参考电压，而导电元件1516检测到的信号可以表示对应于电磁信号22的信号。放大器1518可以执行适当的信号处理，并将检测到的电磁信号22输出至计算***30。利用导电元件1514和屏蔽1512，传感器1562可以仅检测电磁信号22的竖直分量。相应地，传感器1562的设计可以使得传感器1562不对电磁信号22或其它电磁信号的水平分量做出响应。

图15C图示了可以是传感器26的具体实施例的电流传感器1564，其包括屏蔽1512、电极1516、耦合网络1513、电阻器1526、放大器1528、信号调节单元1529和电池1530。传感器1564可以能够检测电震信号22，其可以能够检测作为跨越感测电阻器1526的电流的信号22。传感器1560还可以输出表示检测到的电磁信号22的信号。可以将传感器1560安装和/或设置到任何适当的外壳内，包括防止天气影响的外壳、可移动载体和/或永久性设施，如上文联系传感器26讨论的。

屏蔽1512表示任何适当的电磁屏蔽，如上文联系图15A所讨论的。可以将屏蔽1512配置为围绕电池1530的全部或部分。例如，如图所示，屏蔽1512可以包括围绕电池1530的顶部和侧面的结构。屏蔽1512可以电连接至和/或耦合至放大器1528的输入。在具体实施例中，屏蔽1512可以额外地或者替代性地围绕耦合网络1513的全部或部分。如图所示，屏蔽1512围绕耦合网络1513的感测电阻器1524。如上文所述，应当理解，在特定实施例中，屏蔽1512可以适当和/或必要，也可能不适当和/或必要。

耦合网络1513可以包括任何适当的可用于将电池1530耦合至放大器1518部件。耦合网络1513可以包括与上文联系图15A和15B讨论的类似的部件。如图所示，耦合网络1513包括电流传感器1522和感测电阻器1524。电流传感器1522表示任何适当的可用于检测电极1516生成的电流I的电流传感器。如图所示，电流传感器1522是将电流作为跨越传感电阻器1524的电压降予以感测的电流变压器。所述电流变压器可以是具有例如高达1000倍或更高的增益的升压变压器。电流传感器1522可以表示任何适当的电流感测技术，包括霍尔效应传感器、感测FET或者其它适当的电流传感器。

电池1530表示任何适当的可用于允许电流从地跨越传感电阻器1524流动的电压源。电池1530可具有大的自电容。电荷可以从地泄漏并尝试对电池1530充电。电池1530可以具有处于所述电池和地之间的电容和/或电阻，其可以表示空气的电容和/或电阻。电极1516可以连接到电阻器1524的端子。电阻器1524可以连接在电流传感器1522的端子之间。电阻器1524的一个端子可以连接到电池1530的端子。电阻器1526可以与电池1530并联。因而，可以将电流传感器1522的输出连接至放大器1528的输入，放大器1528可以提供表示电磁信号22的输出。放大器1528和信号调节单元1529可以与放大器1508和信号处理单元1509类似。应当指出，在一些实施例中，电池1530可以额外或替代地包括电容器。还应当指出，在一些实施例中，电流放大器可以额外地或者替代性地执行电流检测设备1522、感测电阻器1524和放大器1528的功能。

在操作当中，电磁信号22和地球的本底电磁场14引起的地电势的变化可以引发跨越传感电阻器1524的电流I，可以通过电流传感器1522检测所述电流。放大器1528和/或信号调节单元1529可以执行适当的信号处理，并将检测到的电磁信号22输出至计算***30。

但是，应当指出，尽管图15A、15B和15C图示了传感器26的具体实施例，但是传感器26可以包括任何适当数量的可用于检测电磁信号22的部分的部件的组合，例如，所述部件为各种天线或其它感测元件。适当的天线可以包括但不限于包括两个或更多平行的导电极板的平行板电容器天线；包括电耦合至地球的一个电极的单极板电容器天线；包括导电元件的单极天线；包括两个导电元件的偶极子天线；包括多个导电元件的多极天线；包括被布置为对特定方向内的信号幅度放大的导电元件的定向天线；包括一个或多个导线先前的线圈天线；和/或任何适当天线的组合。在一些实施例中，传感器26可以表示同心电偶极子(CED)。CED可以包括具有同心构造的两个电极。例如，所述电极一般可以是圆形偶极子，其具有同心设置到外部圆形电极内的内部圆形电极。所述电极一般可以对准到与地球表面的平面平行的平面内。之后，CED优选检测电磁信号22的竖直部分，所述竖直部分基本上垂直于所述CED的平面。所述的电磁信号22的竖直部分可以在两个电极之间建立可检测电势差。

在一些实施例中，电磁传感器26可以包括一对与地球接触并且设置到地球内的电极。例如，可以将第一电极设置到钻到地球内的孔内，所述孔的钻入范围可以大约10英尺到大约15英尺。第二电极可以设置到地球表面的大约1英尺到大约3英尺的范围内，并且该对电极可以是电耦合的。在一些实施例中，可以根据需要将该对电极以变化的深度设置到地球内，以形成与地球的电耦合。在一些实施例中，所述电极可以采取多孔锅式电极或者其它电极的形式，例如，电极1516。在一些实施例中，所述电极可以包括与地球接触并且电耦合至多孔锅式电极的导电电极。

监测钻探作业

图3A和3B是根据本公开内容的用于在执行钻探作业的同时基于电震感测监测和控制钻探作业的示例性方法的流程图，总体上通过附图标记300标示所述方法。可以采用例如图3A和3B的方法确定某一时间上钻头或者钻柱的其它部分在井眼内的位置。示例性实施方式可以省略块305-355中的一者或多者，而在其它实施方式中则可能具有图3A和3B未具体示出的额外步骤。其它实施方式则可能按照与图3A和3B所示的顺序不同的替代顺序执行块305-355中的一者或多者。

井眼可以是水平偏转的井眼，例如，图2所示的井眼。在其它实施方式中，所述井眼是竖直的或者基本上竖直的。在其它实施方式中，井眼的一个或多个偏转区段包括处于竖直和水平之间的偏转。

在块305，将包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28的第一传感器阵列布置为监测钻探作业。在一些实施方式中，所述传感器阵列位于地球表面上或接近地球表面。在其它实施方式中，将所述传感器中的一者或多者至少部分地放置为恰好位于地球表面之下。在其它实施方式中，使一个或多个传感器位于井眼中。下文将联系图5-12更加详细地讨论第一传感器阵列的放置。示例性传感器阵列包括一个或多个地震传感器以及一个或多个电磁传感器。在某些实施例中，可以将一个或多个地震传感器以及一个或多个电磁传感器结合到单个单元当中。示例性的单个单元包括地音探测器。

在根据预期的钻探路径布置了传感器阵列之后，一旦钻探作业处于运行当中，在块310中，第一传感器阵列就接收在地下岩层内产生的至少部分地由钻探作业导致的地震信号和电磁信号。具体而言，第一传感器阵列接收由钻探作业生成的地震信号的电震或震电转换导致的电磁信号。钻头随着其攻入地下形成井眼而生成地震和电磁噪声。由钻探作业引起的地震和电磁信号这两者都传输至第一传感器阵列。来自钻头的电磁噪声将在岩层内以光速传播至第一传感器阵列中的电磁传感器26。相比之下，来自钻头的地震噪声将在岩层内以声速传播至地震传感器28。由钻探作业引起的地震信号和电磁信号的检测时间差将指示该钻探作业的位置，下文将对此予以更加详细的讨论。

在一些实施方式中，***10包括处于离开第一传感器阵列的位置的第二传感器阵列。第二传感器阵列可以包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28。在一些实施方式中，第二传感器阵列可以处于远离第一传感器阵列的位置，从而使钻探作业在第二传感器阵列中的影响降至最低。可以将第二传感器阵列置于与第一组传感器相隔距离基本上大于等于对应于钻探作业的深度的距离的位置上。计算***30可以利用第二传感器阵列将例如本底噪声从第一传感器阵列接收到的信号(块315)中去除。在其它实施方式中，采用来自第二传感器阵列的信号确定远离发生钻探的区域的地下岩层内的一个或多个性质。在某些示例性实施例中，这一地下岩层性质的确定还以来自第一传感器阵列的信号为基础。

在一些实施方式中，被放置为与钻探作业相隔充分大的距离的地震传感器28生成反映地球/空气环境中生成的电场的时间相关信号。在其它实施方式中，放置在勘测现场之上的一定高度上的电磁传感器26检测空气中的不同于地球发出的电场的电场。可以通过计算***30使所述时间相关幅度与在油气田作业之上检测到的信号相关，从而对地下建模。或者，计算***30可以采用来自第二组传感器的信号的时间相关性对来自第一传感器阵列的数据滤波，以去除所述信号的本底部分。

在其它实施方式中，将第二组传感器置于第一传感器阵列附近但仍然移开一些，从而用来去除例如基础设施噪声。可以将第二组传感器置于第一组传感器和基础设施噪声源之间。或者，可以将第二组传感器置于基础设施噪声生成任何额外的对第一组传感器造成干扰的信号的位置。在一种示例性实施方式中，第二组传感器位于公路附近，从而监测并记录所述公路生成的特征噪声。之后，通过计算***30将基础设施的这些特征噪声从第一传感器阵列检测到的信号中去除。

返回到图3，在块320中，计算***30可以执行对来自传感器的信号的一项或多项互相关。在某些示例性实施例中，可以在第一传感器阵列的传感器之间执行互相关。在某些示例性实施例中，在第二传感器阵列中的传感器之间执行互相关。在某些示例性实施例中，在第三传感器阵列中的传感器之间执行互相关，如下文所讨论的。在某些示例性实施例中，在第一传感器阵列中的一个传感器和第二传感器阵列中的另一传感器之间执行互相关。在某些示例性实施例中，在第一传感器阵列中的一个传感器和第三传感器阵列中的另一传感器之间执行互相关。在某些示例性实施例中，在来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵的两者的两个传感器之间执行互相关。

某些实施方式执行来自第一传感器阵列中的两个地震传感器28的时间迹线信号之间的互相关，以去除噪声。可以采用这一互相关确定以表面波为主导的噪声。所述互相关结果是表面噪声的测度，其应当具有最低值以确定地下岩层的性态。在一些实施方式中，可以通过计算***30将这一互相关结果从来自第一传感器阵列的信号中去除。

计算***30还可以计算来自电磁传感器的信号的一项或多项互相关，以增强这些信号。在某些实施方式中，在两个电磁传感器26之间测得的电势差与水平电场成比例，而在单个电磁传感器26处测得的电势则与竖直电场成比例。水平电场含有表征电磁能量源的信息，而竖直电场则包含表征来自返回的电震转换的信号的信息。之后，如果使两个电磁传感器26之间的电势差与来自两个电磁传感器26的信号的和互相关，那么所述结果将是源信号和返回的电震转换之间的互相关。这一互相关可以既抑制电磁传感器26之间的公共噪声，又可以抑制一个电磁传感器26所特有的噪声。在一些实施方式中，所得到的互相关提供了到目标的传播时间。

在***10的实施方式包括第一传感器阵列的情况下，能够抑制跨越所述阵列渐进移动的地震或电磁事件。这些***事件可以是从距基础设施的远距离处或者是从基础设施的本地化源传播的表面地震波。一旦去除了这些***表面噪声，那么所有传感器上的噪声将在水平平面内更加对称。因而，第一传感器阵列中的相邻传感器的和与差将产生更高的具有更低的方向相关性的信噪比。

返回到图3，在块325中，计算***30对来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者的传感器的一个或多个信号执行自相关。在一些实施方式中，这一自相关可以确定使第一传感器阵列中的地震传感器28同步的时间。钻头随着其攻入地下岩层而产生地震噪声。该地震噪声还通过几种机制，包括通过电动耦合生成电磁响应。所生成的电磁波在岩层内以光速向地表传播，该速度远高于钻头生成的地震波的速度。计算***30执行第一传感器阵列中的电磁传感器26接收到的信号的时间迹线的自相关，以确定电磁信号的抵达以及接下来与地表以下的同一钻探事件相关的地震响应的抵达之间的时间滞后。可以针对对源和返回信号敏感的任何传感器执行所述自相关。例如，地音探测器既检测电磁能量，又检测地震能量。针对地音探测器的自相关可以检测到初始的源EM信号和接下来的地震波返回。示例性实施例包括一个或多个电容传感器，所述传感器又包括加速度计。还包括加速度计的电容传感器能够在所述电容传感器和加速度计这两者上检测到所述源信号和所述返回信号。

在计算***30之后向第一传感器阵列中的每一地震传感器28或电磁传感器26生成的每一时间迹线施加自相关操作时，所产生的时间迹线具有常规主动源地震信号的性质。也就是说，电震勘测中的源电磁信号设置信号记录的开始时间，其方式与常规的地震勘测当中使震源与地音探测器阵列同步以设置震源信号的开始的方式相同。于是，使得所述电震信号的自相关具有了单个地震时间迹线的所有性质。示例性实施例以对电震和/或震电信号的电磁部分和地震部分的同时处理为特征。将测得的电场用作后续的地震波抵达的参考。

可以通过本领域技术人员已知的所有方法处理每一电震检测器处生成的结果伪地震时间迹线。这样的信号处理可以包括速度滤波、倾角滤波、公共源点堆叠、静态校正和迁移，以确定源的准确位置。

返回到图3，在块330中，在某些实施方式当中，计算***30向来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者的信号应用一个或多个滤波器。在某些示例性实施例中，计算***30应用一个或多个速度滤波器。在某些示例性实施例中，计算***30应用一个或多个空间滤波器。

在f-k域中执行某些示例速度滤波器。所述f-k域是频率(f)对比波数(k)的曲线图。波数是空间波长的倒数。频率是地震传感器28或电磁传感器26处的抵达时间的倒数。因而，f-k域内的曲线图将恒定速度显示为直线。

示例性空间滤波器利用围绕恒定电磁场的场线的中心线的对称性，例如，如图5-12所示。示例性空间滤波器利用电场的竖直和水平分量以及在中心线的两侧符号相反的地震波偏振。在某些示例性实施例中，电场和地震波偏振的竖直和水平分量将对来自多个电磁传感器26或多个地震传感器28的数据进行堆叠(stack)。可以采用作为与中心线的距离的函数的地震信号抵达时间差异确定井下性质，例如，钻头位置或井眼位置。可以采用作为与所述中心线的距离的函数的地震信号的抵达时间差异连同直接位于井的上方的地震传感器28的抵达时间确定钻头或岩层性质的三维位置。

在某些示例性实施例中，在沿水平或竖直方向传播的破裂主要建立了水平或竖直双极结构时，可以采用示例性空间滤波器区分所述的沿水平或竖直方向传播的破裂。

在某些示例性实施例中，直接从井源传播的电磁信号同时抵达传感器阵列中的各电磁传感器26。各地震传感器28在与和中心线的距离有关的时间上接收形成所述井源的地震信号。可以在电磁信号和地震信号之间的抵达时间差的基础上执行滤波。就在相同位置(例如，一个地音探测器)上具有成对的电磁传感器26和地震传感器28的意义而言，每一组成对的检测器在电磁传感器26处的电磁信号的抵达时间的基础上具有其自身的零时间上的时间标记。这样的具有成对电磁传感器26和地震传感器28的检测器不必与其它检测器同步，以检测抵达时间的“时差(moveout)”进展。在某些示例性实施例中，采用每一成对的电磁传感器26和地震传感器28生成自相关。计算***30可以至少部分地基于成对的电磁传感器26和地震传感器28之间的自相关滞后偏移确定***时差。在某些示例性实施例中，自相关的峰值对应于钻头的抵达。对于所放位置距中心线较远的电磁传感器26和地震传感器28而言，这一自相关的峰值将在更长的滞后时间上达到。

在某些示例性实施例中，计算***30将对直接来自电磁传感器26和地震传感器28的检测器信号进行堆叠。在某些示例性实施例中，在这样的堆叠之后，唯一的剩余信号就是来自深处的电磁脉冲的抵达。在某些示例性实施例中，这一来自深处的脉冲的幅度是岩层的电阻率的测度。

如上文所讨论的，钻头生成的信号既具有地震分量，又具有电磁分量。电磁分量以光速向地球表面传播。该速度远大于地震波的传播速度。根据第一传感器阵列中的传感器之间的距离，由钻入地球的钻头引起的电磁调制将大约同时出现在第一传感器阵列中的各电磁传感器26处。对来自第一传感器阵列中的各电磁传感器26的自相关时间迹线相加将强调信号的同时抵达。电磁事件基本上同时抵达的假设等于是说所述电磁调制具有接近无限高的速度，其比地震事件的速度高得多。因而，所有记录的电磁信号之和将有别于不同时抵达所有检测器的地震事件。

在某些实施方式中，还通过向观测到的地震波施加滤波器而进一步细化地震波抵达的检测。在某些示例性实施例中，所述滤波器是具有速度特异性的滤波器。例如，在地球表面传播的地震波具有尤其缓慢的速度。表面地震波呈现为***地跨越检测器阵列的信号，其中，在各检测器处的表面波抵达之间具有相对较大的时间延迟。两种类型的具有不同速度的表面波为瑞利波和洛夫波。另一种接近表面波的波是所谓的兰姆波。这些波在地下大约30米的深度平行于地表传播。这样的波是压缩波，即p波，其受到接近地球表面的大地震波阻抗对比度的引导。经常在地震之后检测到这样的波。这些波的传播速度比瑞利波快，但是比体地震波慢。在地球体内传播的地震波，即“体波”具有较高的速度。这样的波将以小于与表面波和兰姆波相关的时间偏移的时间偏移抵达地震检测器26。两种类型的体波是所谓的p波或压缩波以及所谓的s波或剪切波。

在某些实施方式中，通过施加“倾角”滤波器而将以不同速度传播的地震信号分离开。这种滤波器是在频率/波数域内应用的。所述频率/波数域适用于地震传感器26。波数与阵列上的检测器之间的间隔的倒数成比例。还已知，对于每一地质环境而言，表面地震波和体地震波具有某些特有的特征速度。利用对这些速度的了解定义优选将在地表上传播的波与那些在地下传播的波区分开的速度。例如，所述速度在无限速度上滤出EM波，在瑞利速度和洛夫速度上滤出地表波，在兰姆速度上滤出近地表波，在p波和s波速度上滤出体波，由此所述滤波器将有效地隔离各种类型的波。

返回到图3，在块335中，在某些实施方式当中，计算***30执行对来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者的信号执行信号处理。

在一个示例性实施例中，所述***执行公共源点处理。“公共源点”是指发源于钻头，之后传播至地震传感器28的相关信号。这里，图5-8示出了来自钻头的预期信号的几何结构。某些示例性信号还包括球形对称分量。因此，能够将第一阵列检测到的信号处理地震响应的竖直和水平分量，从而得到钻头的深度和水平位置。

例如，图5示出了地震响应的竖直分量在对称点的相对侧上改变符号，在这种情况下，所述对称地是钻头的位置。对称点两侧上的最大幅度之间的间隔等于钻头的深度。零交叉点将对钻头的水平位置定位。

对自相关时间迹线进行处理将提供所需的信息。在速度滤波和保持竖直位移信号之后，确定每一检测器处的地震波抵达时间和幅度。幅度对比水平距离的曲线图将确定x水平方向和y水平方向两者内的零幅度点。在图5中，Z是竖直坐标。之后，对来自对称地位于这一零幅度位置的相对侧上的传感器的信号求和，以抑制噪声。结果是通过处于原点的零点的曲线，其显示了处于等于钻头深度的一半的距离处的最大值。在图5的顶部示出了这样的曲线。

可以针对地震波的水平分量重复这一几何计算。如图8所示，地震波的水平分量通过处于钻头位置之上的零点，并且最大值之间的距离近似等于深度。在一种实施方式中，直接采用三分量地震传感器28测量地震响应的水平幅度。在另一种实施方式中，通过计算在相邻电磁传感器26上检测到的幅度之间的差测量所述地震响应的水平幅度。可以向图7和图8所示的球对称分量施加类似的处理，如下文所讨论的。

其它示例性实施例在块335中执行一种或多种其它类型的信号处理。例如，块335的信号处理可以包括地震波处理，所述处理可以包括通过傅里叶变换法实施的时间序列分析，所述傅里叶变换法包括自相关、交叉相关、卷积和解卷积、维纳滤波、多重谱分析和希尔伯特变换中的一者或多者。

也可以对从第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者的一个或多个传感器收集的数据应用其它可以在时间序列分析中采用的示例性信号处理方法。在某些示例性实施例中，所述第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者包括地音探测器或加速度计的二维阵列。在某些以这样的传感器布置为特征的示例性实施例中，可以执行二维傅里叶变换和速度滤波。

在某些示例性实施例中，采用地震传感器26的阵列通过各种方式对数据进行堆叠，以增强特定信号性质。在某些示例性实施例中，例如，可以通过执行处理将来自第一传感器阵列、第二传感器阵列以及来自源和接收器之间的特定位置(例如，源和接收器的中间)的第三传感器的信号相加。可以将其称为共中心点堆叠处理(CMP)。在其它示例性实施例中，信号处理包括相对于共用源(CSP)的堆叠、相对于共接收器位置(CRP)的堆叠、相对于固定深度的堆叠或者共深度点堆叠(CDP)中的一者或多者。

地震信号在不同的时间上抵达第一传感器阵列、第二传感器阵列或第三传感器阵列的一者或多者中的各地震传感器28。可以将这一地震信号的抵达之间的时间差称为“时差”。将诸如f-k滤波和时差时间偏移校正的示例性信号处理方法用于这一目的。在某些示例性实施例中，观察某些地震波速度。这些地震波速度可以包括两个相邻地下层之间的速度、间隔速度、波向外朝若干相继接收器传播的有效速度、时差速度、在采用了所有的速度校正之后的速度(可以将其称为堆叠速度)中的一者或多者。此外，表面地震波包括瑞利波和洛夫波，以指明波偏振。与体波相比，这些波传播缓慢。可以采用对来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者的信号的分析相对于体波分离出表面波的抵达时间。在其它示例性实施例中，包括一个或多个测量振动的三个正交分量的加速度计或地音探测器的传感器阵列可以在波的偏振和速度的基础上将表面波与体剪切和压缩波分离开。

在多个地震波抵达多个检测器时，传播路径的非线性性质可能导致对地下结构的不准确的定位。在某些示例性实施例中，所述信号处理(块335)包括试图校正这种非线性传播的迁移。

可以在块335中执行的示例性处理方法依赖于地震波的波性质。地震波按照公知的斯涅耳定律发生反射、透射和折射。波形处理与电震处理的区别在于电震信号的电磁波分当中的波长比任何感兴趣的结构大得多。在这种情况下，可以恰当地想起低频极限下的电震传播问题，在低频极限下不存在清晰的界面反射。

基于接收自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者的信号以及上文联系块315-335描述的后续处理，计算机***30确定一种或多种钻柱性质。一种示例性钻柱性质是钻头的位置。在某些示例性实施例中，钻头位置是相对于地表上的位置或者地下岩层内的位置而言的。其它示例性钻柱性质包括钻探管的挠曲或扭弯。在某些示例性实施例中，计算机***30监测钻柱性质随着时间的变化。钻柱性质随着时间推移的变化可以指示钻柱部件是否正确运行。例如，钻柱性质随着时间的推移的变化可以指示钻柱的一部分发生了故障。

基于接收自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者的信号以及上文联系块315-335描述的后续处理，计算机***30确定一种或多种岩层性质(块340)。这些岩层性质可以包括位于钻头上面、下面或前面的一种或多种岩层性质。一种示例性岩层性质是在地下岩层内存在流体。另一种示例性岩层性质是在地下岩层内存在破裂。另一种示例性岩层性质是岩层分层的变化的位置。其它示例性岩层性质包括地下岩层内的岩石的硬度以及地下岩层的渗透率或孔隙度的一者或多者。其它示例性岩层性质包括岩层的proe压力。

在某些示例性实施例中，计算***30至少部分地基于第一、第二和第三传感器阵列的一者或多者以及块325-335的一者或多者的结果确定钻头在岩层内的位置。例如，在定向钻探当中，计算***30可以最初基于在钻探作业前面执行的一项或多项勘测以及来自沿钻探路径设置的一个或多个勘测传感器的信号确定钻头位置。在某些实施例中，计算***30至少部分地在来自第一和第二传感器阵列的一者或两者的信号或者块325-335的一者或多者的结果的基础上修改所计算出的钻头位置。

在某些示例性实施例中，所述30至少部分地基于第一传感器阵列和第二传感器阵列的一者或多者的信号预计块325-335的一者或多者的结果对钻头上面、下面或旁边的岩层成像。

在某些示例性实施例中，计算***30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列的一者或多者的信号的一者或多者以及块325-335的一者或多者的结果识别岩层内的流体，例如，碳氢化合物、氦、二氧化碳或水的位置。

在某些示例性实施例中，所述计算***30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列的一者或多者的信号以及块325-335的一者或多者的结果识别破裂的位置。之后，可以采用对这些破裂的位置的识别改变钻探路径或者改变钻探作业。在其它实施方式中，计算***30至少部分地在来自第一传感器阵列和第二传感器阵列之一或两者的信号的基础上以及在块325-335的一者或多者的结果的基础上确定在何处启动完井或井增强过程，例如，压裂阶段。

在某些示例性实施例中，计算***30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列的一者或两者的信号以及块325-335的一者或多者的结果来监测提高油采收率操作的进展。

在某些示例性实施例中，计算***30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列的一者或两者的信号以及块325-335的一者或多者的结果来监测其它井作业。

在某些示例性实施例中，计算***30至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列的一者或两者的信号以及块325-335的一者或多者的结果来识别井作业建立的破裂或损伤，由此执行质量控制。

在某些示例性实施例中，一种或多种岩层性质的确定包括确定钻头上面、前面、后面或下面的地下岩层的图像。

在其它示例性实施方式中，计算机***30确定地下岩层内的相邻井或远处井的一项或多项性质。其可以包括地下岩层内的相邻井或远处井的路径。其它示例性实施例可以至少部分地基于来自第一传感器阵列和第二传感器阵列的一者或多者的信号以及块325-335的一者或多者的结果确定所述相邻井或远处井周围的地下岩层的一项或多项性质，例如，所述相邻井或远处井周围的岩层内的诸如碳氢化合物、氦、二氧化碳或水的一种或多种流体的存在、位置或量。

在块350中，计算***30可以接收来自一组的一个或多个第三传感器的信号。在某些示例性实施例中，来自第三传感器阵列的信号包括电磁信号，其可以是由钻探作业引起的地震信号的电震或震电转换导致的。在一些示例性实施方式中，在块350中，计算***30至少部分地基于第一、第二和第三传感器阵列的一者或多者以及块325-335的一者或多者的结果确定或更新钻柱性质和岩层性质的一者或多者。在一个示例性实施例中，计算***基于在第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者处接收到的电磁信号之间的时间差更新一项或多项钻柱性质或岩层性质。

在块355中，在某些示例性实施例中，计算***30还在钻探作业期间测试导电性。一般而言，导电性是另一种检测流体含量和岩性的变化的方式。在某些实施方式中，导电性与第一传感器阵列中的一个或多个地震传感器28的地震响应有关。在一种示例性实施方式中，在钻井期间与电震勘测相结合的是在井和远处电极之间施加电压。在某些示例性实施方式中，针对井头、钻杆和钻头的一者或多者建立一个电接触。可以设置第二电极，从而建立通过研究区的电流。第二电极可以位于钻探设备上的第二位置上，和/或位于相邻套筒或钻探设备上，和/或位于诸如管道和/或栅栏的基础设施上，并且/或者所述第二电极可以是放置到地球表面上的电极。在某些示例性实施例中，所述表面电极位于距井位置大约10英尺到大约20000英尺之间。将第一传感器阵列中的一个或多个电震传感器26配置为与地震数据收集同时和/或在与之不同的时间上检测电压。或者，所述电磁传感器可以与地震传感器26分离。在钻探遇到高导电性区域时，例如，遇到水囊时，电阻率将连同第一传感器阵列中的电震传感器26中的电震响应一起降低。综合影响偏向于流体传导率的变化。

在块360中，计算***30在先前步骤确定的钻头位置的基础上改变钻探作业。在一些示例性实施方式中，计算***30引起钻探钻压的变化。在其它实施方式中，计算***30在钻柱中激活井下马达，以改变钻柱的方向。在其它实施方式中，计算***30使得钻柱离开底部并到某一位置起下钻。在其它示例性实施例中，计算***30改变钻探作业的钻进速度。

下文将联系图5-12讨论第一传感器阵列的放置。图5是沿包含既具有竖直部分又具有水平部分的井505的平面所做的截面图。钻头510处于储集层515内的井眼505的水平部分内。随着钻头510向地下岩层内钻入，来自钻头515的声噪声将生成地震和电磁噪声。在一种实施方式中，所述噪声可能采取两极辐射的形式。在某些实施方式中，这些噪声信号通过某种方式传播至地表，从而使得在地表接收到的噪声信号的对称性决定钻头515的深度。在图5中，最大水平电场和地震幅度发生在离钻头515的头部30度处。在这一实施方式中，最大值之间的距离等于深度。在﹢/﹣30度处记录的信号之间的差是最大幅度之和，并且其从两检测器去除了共有信号。还可以在地震信号到地表的传播时间的基础上确定钻头515的深度。地震波传播时间随着偏移量，即，与钻头之上的中心线的距离一起增大。尽管图5的井眼505具有水平区段，但是其它井眼505可以是竖直的或者基本上竖直的。其它井眼505将包括一个或多个具有处于竖直和水平之间的偏斜的偏斜区段。

图6是沿含有井505的平面的截面图，其中，该视图平面与图5的平面垂直。注意，所述电场幅度和地震波幅度表现出了与图5中等同的性态。因此，可以将第一传感器阵列布置为俘获地震或电磁噪声的点源的三维图像。通过在垂直于水平井的平面内对称地放置传感器而确定钻头510的三维位置。这些几何关系适用于在地下某一点处生成的任何声波/地震波双极干扰，“点”是指半径小于测得频率和深度上的地震波的第一地震菲涅耳带的点。

示例性传感器布置可以采取很多种形式，包括例如矩形网格上的阵列以及地震成像中常用的其它布置。此外，可以通过平行于和/或垂直于钻探作业路径和/或与所述路径成一定角度的传感器直线排列形成阵列。此外，可以将传感器置于各个具有已知位置的随机位点上。

图7是沿含有钻入到储集层515内的井505的平面所做的截面图，其中，已经在储集层515内引发了破裂705。图7的顶部示出了流体从破裂705流出并通过开采套管所导致的电场。在某些实施方式中，流体从破裂705流出将通过电动耦合建立流动电势。就破裂生成而言，预计所述地震幅度和电幅度将显著高于开采中的流体流动生成的幅度。在破裂期间，流体流入到储集层515内，从而形成了断口705。断口生成过程产生了相当高的能量，其被施加至储集层515，从而使岩石破裂。所施加的这一能量既引起地震响应又引起电震响应，它们都能够被所述传感器阵列检测到。

图5-7所描述的情况设想了竖直机械或流体运动，其等同于竖直偶极子源。但是，钻头510还具有与竖直运动类似的水平运动。类似地，断口705具有水平幅度，其可能达到或者超过断口705的竖直位移。其可能发生的原因在于，与断口705的竖直传播相比，断口朝应力最小的方向扩展将生成更多的岩石移动、更大的岩石移动量。断口中的流体流动也是这种情况，因为其以广泛的水平分支连接着各地下结构。

可以将具有水平和竖直分量的机械干扰拆分为正交的水平偏振和垂直偏振，如果其不是球对称的话。等同地，在某些示例性实施方式中，可以将所述信号分离为水平和竖直偶极子。

如图8所示，对于水平偏振而言，信号几何结构与竖直偏振相同；但是信号几何标识将反向。对于水平源偏振而言，地表上的电场和地震幅度的竖直分量在对称线或对称点的相对侧上反转符号。地表上的电磁和地震信号的水平分量与对称点处的最大值相连。对于任一种或两种偏振而言，地震响应的抵达时间与信号几何结构相结合界定了钻头510的位置。

在某些实施方式中，可以测量对称点的相对侧上的符号变化，如图6-8所示。因此，可以通过在地表上部署传感器阵列确定信号的几何性质。这些传感器可以包括一种或多种电场传感器、磁场传感器、单分量地震传感器、二分量地震传感器或三分量地震传感器。

图9和图10示出了由某一深度上的水平电偶极子生成的示例性预期竖直电场幅度。以对于目标而言的深度为单位表达水平距离。图10示出了在其范围内电场至少是最大电场的一半的偏移距离。电场在负偏移上，即在偶极子的起始点或起始线的另一侧上改变符号。

在图10所示的预期结果的基础上，对于10000英尺深的目标而言，可以将示例性传感器置于距通过横向的竖直面2000英尺(对于目标而言的深度)到19000英尺(对于目标而言的深度)处。在这一距离范围内，传感器处的信号幅度将至少是峰值幅度的一半。这一示例的峰值幅度处于7000英尺处。

在某些示例性实施方式中，对于处于一定深度的水平电偶极子而言，竖直电场的峰值幅度出现在目标深度的0.7倍的距离处。其对应于垂直方向和最大幅度的方向之间的44度角。对于一定深度上的竖直偶极子而言，地表上的水平电场外观上类似。对于竖直偶极子而言，最大幅度的位置出现在目标深度的0.5倍处，其对应于30度角。在图1和图2中示出了竖直偶极子的情况。

图11和12与图9和图10类似，但是其所针对的是一定深度上的电磁能的球对称源。水平电场在对称点的相反侧上反转符号。该图表明，偏移量关系曲线对于偶极子情况和球形情况而言具有不同的形状。所述的形状差异很重要。如果所述源是竖直或水平偶极子，所述电场在较小的偏移量处大。在这种情况下，如果所述源具有偶极子构造，那么地表上的第一传感器阵列的较小覆盖面积将能够实现信号检测。

对采用冲击钻井的钻探作业进行监测和控制

在某些示例性实施例中，对所述钻头加以控制，从而在地震传感器28处接收到的合成地震能量中产生可检测图案。例如，钻探作业(块310)可以是冲击钻井作业，其中，在钻探作业期间对钻柱赋予可控振动。在ToddW.Benson的发明名称为“SystemandMethodforDrillingHammerCommunication,FormationEvaluationandDrillingOptimization”的美国专利No.8517093中讨论了这样的冲击钻井作业的示例，通过引用将其内容并入本文。在受控振动冲击钻井的某些示例性实施例中，对所述振动加以控制，使之按照已知序列发生。示例性序列是被称为Golay互补序列的一系列序列。其它的示例性序列为Barker序列。在其它示例性实施例中，对冲击钻头编程，从而按照可控序列向钻头提供脉冲。在某些示例性实施例中，对钻头编程，以提供脉冲的准周期或伪周期序列。在某些示例性实施例中，对钻头编程，以提供具有变化幅度的序列。在某些示例性实施例中，将钻头编程为提供具有变化的频率的序列。

可以对钻柱内引发的振动的频率加以控制，从而例如增强在地震传感器28处得到的信号的信噪比。在可控振动冲击钻井的某些实施方式中，还对钻柱中引发的振动的幅度加以控制。例如，可以采用其提高在地震传感器28处接收的信号的信噪比。在地震传感器28的一者或多者处接收由可控振动冲击钻井产生的振动。计算机***30执行在可控振动冲击钻井期间被赋予钻柱的一系列信号与在地震传感器28处接收的信号之间的相关。在一些示例性实施方式中，采用这一相关的结果确定钻头在岩层内的位置。还可以采用这一相关的结果对钻头上面、下面或旁边的岩层成像。还可以采用这一相关的结果识别岩层内的诸如碳氢化合物、氦、二氧化碳或水的流体的位置。还可以采用这一相关的结果监测提高油采收率的操作的进展。还可以采用这一相关的结果监测其它井。还可以采用这一相关的结果通过识别井作业建立的破裂或损伤而执行质量控制。

还可以采用这一相关的结果将钻头地质导向到岩层内有可能开采更大的量的流体的位置。在其它示例性实施例中，将钻头位置的确定用于断层周围的地质导向。

图16是根据本公开内容的用于勘测岩层的示例性方法的流程图。在块1605中，***在钻头作业之前执行对地表下地球岩层16的勘测。在某些示例性实施例中，块1605的勘测是被动源电磁勘测，如上文联系图1和图2所述。尔后，***监测钻头作业(块300)，如联系图3A和3B所讨论的。在某些示例性实施例中，所述***还在钻探作业之后执行勘测(块1610)。在一些实施例中，利用共用的一组电震传感器26和地震传感器28，例如，第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者执行块1605、300和1610，如上文所讨论的。

在某些示例性实施例中，块1610的勘测是被动源电磁勘测，如上文联系图1和图2所述。在某些示例性实施例中，可以在块1610之后执行进一步的钻探作业。例如，可以在钻探作业之后的勘测结果的基础上实施对钻探路径的校正。

对压裂作业的监测和控制

图13A和13B是用于在执行压裂作业的同时进行电震感测从而以此为基础对压裂作业进行监测和控制的根据本公开内容的示例性方法的流程图。将所述方法总体上引述为附图标记1300。例如，可以采用图13A和13B的方法确定某一时间上地下岩层内的断口的取向和进展。示例性实施方式可以省略图13A和13B所示的块中的一者或多者，而在其它实施方式中则可能具有图3A和3B未具体示出的额外步骤。其它实施方式则可能按照与图13A和13B所示的顺序不同的替代顺序执行图13A和13B的块的一者或多者。

图13A和13B描述的处理与上文联系图3A和3B描述的处理类似，其中，共同的单元与图3A和3B的块共享共同的附图标记。下文将讨论两者之间的差异。

在块1305中，将包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28的第一传感器阵列布置为监测压裂作业。在某些示例性实施方式中，地震传感器28和电磁传感器26可以是诸如地音探测器的单个单元。一般而言，将在下套管井的有限长度的范围内启动压裂。在一些实施方式中，传感器阵列位于地球表面上或附近。在其它实施方式中，将所述传感器中的一者或多者至少部分地放置为恰好位于地球表面之下。在其它实施方式中，一个或多个电磁传感器26或者一个或多个地震传感器28位于钻孔内或沿钻孔的位置上。示例性***包括一个或多个具有接触测量的电磁传感器26，其用于测量钻孔套管内的电势，由此检测电震信号。将联系图5-12，尤其将联系图7更详细地讨论第一传感器阵列的放置。

在块1310中，计算机***30接收在压裂作业期间在地下岩层当中生成的一个或多个地震和电磁信号。所述压裂作业随着其攻入地下形成井眼而生成地震和电磁噪声。压裂作业引起的地震和电磁信号这两者均传输至第一传感器阵列。来自钻头的电磁噪声将在岩层内以光速传播至第一传感器阵列中的电磁传感器26。所述电测信号可能是由来自压裂作业的地震信号的电震或震电转换导致的。相比之下，来自钻头的地震噪声将在岩层内以声速传播至地震传感器28。在一些实施方式中，压裂生成的处理信号与钻取钻孔引起的处理信号类似。在一些实施方式中，可能沿井套管的有限长度发生破裂，并且破裂可能在体积内扩展相当大的距离。这些问题的相关长度规模是第一地震菲涅耳带的半径。在一些实施方式中，这一尺寸可以是100英尺或更高。破裂通常是在受到封隔器或塞子密封的一定长度的套管的范围内形成的。如果套管间隔比第一菲涅耳带的半径大得多，那么将所述源解释为有限体而不是点源。

在一些实施方式中，对于有限的线性体而言，图5-12所示的信号的几何结构在x-y平面内不再对称。相反，在某些实施方式中，共源点处理的使用在x方向和y方向内将具有不同的尺寸。但是，在其它实施方式中，可以将压裂作业模型化为点源，正如钻探作业的情况一样。

在块1315中，计算机***30至少部分地基于来自第一传感器阵列、第二传感器阵列和第三传感器阵列的一者或多者的信号以及一个或多个处理步骤315-335确定破裂性质和岩层性质的一者或多者。在一个示例性实施例中，计算机***30确定岩层的一项或多项性质，例如，包括碳氢化合物在内的流体在地下岩层内的存在和位置。一般而言，计算机***30可以如上文联系块345所述确定岩层性质。如果在压裂期间在岩层内存在钻柱，那么计算机***30可以如上文联系块340所述确定钻柱性质。

在某些示例性实施方式中，计算机***30确定启动当中的压裂或者其它破裂的性质。在一个示例性实施例中，计算机***30确定破裂的取向。在一个示例性实施例中，计算机***30确定破裂的程度。在一个示例性实施例中，计算机***30确定破裂的密度。在一个示例性实施例中，计算机***30确定破裂的孔隙度或渗透率。在一个示例性实施例中，计算机***30确定破裂的连通性。在一个示例性实施例中，计算机***30确定破裂的尺寸或形状。

在块1320中，计算机***30测试压裂作业期间的导电性。一般而言，预计破裂是具有高表面积和高导电性的复杂结构。由于破裂提高了岩层内的暴露流体的面积，因而测得的导电率随着破裂在地下岩层内的传播而提高。另一方面，在一些实施方式中，可在启动或传播破裂的同时基于电阻率的小的变化检测到不良的破裂。在一些实施方式中，这一导读率测试将定性地评估与井下的位置有关的破裂。在阻力低，并且测得的电震幅度小时，这一测量还可以揭示低烃类饱和度。

在块1325中，计算机***在所确定的破裂性质和所确定的岩层性质的一者或多者的基础上改变破裂作业。在一个示例性实施例中，计算机***30至少部分地基于所确定的破裂取向和传播改变压裂作业。在一些示例性实施方式中，改变破裂的位置和取向。在其它实施方式中，改变压裂压力。在一些实施方式中，改变压裂流体或支撑剂。

在某些实施方式中，采用被动电震感测在压裂之前和/或之后对井环境成像。可以采用所得到的成像确定涉及压裂质量的一个或多个问题。例如，计算机***30可以确定破裂的尺寸、一个或多个绕过区域的位置、非目标岩层内的压裂或者水侵入。

图17是根据本公开内容的用于勘测岩层的示例性方法的流程图。在块1705中，***在压裂作业之前执行对地表下地球岩层16的勘测。在某些示例性实施例中，块1705的勘测是被动源电磁勘测，如上文联系图1和图2所述。尔后，***将监测压裂作业(块1300)，如联系图13A和13B所讨论的。在某些示例性实施例中，所述***还在压裂作业之后执行勘测(块1710)。在一些实施例中，采用公共的一组电震传感器26和地震传感器28执行块1705、1300和1710。在某些示例性实施例中，块1710的勘测是被动源电磁勘测，如上文联系图1和图2所述。在某些示例性实施例中，可以在块1710之后执行进一步的压裂作业。例如，可以在块1300或1710的一者或两者的结果的基础上启动某一位置处的新的压裂。在其它实施例中，执行一项或多项后续勘测，以确定压裂作业随着时间的推移的动态情况。例如，后续的勘测可以判断所引发的破裂是闭合的还是随着时间改变形状。在某些示例性实施方式中，以秒为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59秒)。在其它示例性实施方式中，以分钟为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59分钟)。在其它示例性实施方式中，以小时为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22或23小时)。在其它示例性实施方式中，以天为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或31天)。在其它示例性实施例中，以月为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12月)。在其它示例性实施例中，以年为单位计量勘测之间的时间。例如，计算机***30可以从该组电震传感器26和地震传感器28接收定期测量结果。

对开采作业的监测和控制

图14A和14B是用于对从地下岩层开采诸如碳氢化合物、氦、二氧化碳或水的流体进行监测和控制的根据本公开内容的示例性方法的流程图。例如，可以采用图14A和14B的方法确定从地下岩层进行开采的量级以及该岩层的消耗的位置。示例性实施方式可以省略图14A和14B所示的块中的一者或多者，而在其它实施方式中则可能具有图14A和14B未具体示出的额外步骤。其它实施方式则可能按照与图14A和14B所示的顺序不同的替代顺序执行图14A和14B的块的一者或多者。

图14A和14B描述的处理与上文联系图3A和3B描述的处理类似，其中，共同的单元与图3A和3B的块共享共同的附图标记。下文将讨论两者之间的差异。

在块1405中，将包括一个或多个电磁传感器26以及一个或多个地震传感器28的第一传感器阵列布置为监测开采作业。在一些实施方式中，传感器阵列位于地球表面上或附近。在其它实施方式中，将传感器的一者或多者至少部分地置于恰好处于地球表面之下。将联系图5-12，尤其将联系图7更详细地讨论第一传感器阵列的放置。

在块1410中，计算机***30接收在开采作业期间在地下岩层当中生成的一个或多个地震和电磁信号。对来自流体开采的数据进行处理有别于对钻头和压裂数据的处理。首先，将使流体的流动在一定长度的管道之上分布，其一般不会是点源。在一些示例性实施方式中，流体从破裂中流出可能建立大的电场而不是大的地震响应。在一些示例性实施方式中，压力波动和电场波动在采出液内以及在该长度的开采套管的范围内分布。来自单个破裂的单一事件将被来自很多开采压裂的很多事件所掩盖。

就长的水平井的情况而言，第一传感器阵列可以解析流体通过管道区段的流动。在某些实施方式中，将这些流速变化示为电场随距离的变化。

在某些实施方式中，计算机***30接收在压力测试期间在地下岩层当中生成的一个或多个地震和电磁信号。由于这样的测试的性质的原因，这一情况可以向第一传感器阵列提供可用电震数据。

在块1415中，计算机***30测试开采作业期间的电导率。在开采期间，电导率将随着储集层的消耗而***地变化。在某些实施方式中，采用一个或多个电磁传感器测量电震响应，并且导电性能够连同开采套管一起揭示出具有不良开采率的区带。

在块1420中，计算机***30在来自第一传感器阵列的测量结果的基础上改变开采作业。在一些实施方式中，其包括改变井的泵压或闭锁。在一些实施方式中，其包括改变井的开采速率。在其它示例性实施例中，所述***可以从常规开采改为提高油采收率的方法。

地下储集层区带评估

图18是用于评估一种或多种储集层性质的根据本公开内容的示例性方法的流程图。在某些示例性实施例中，可以采用所述***监测来自地下岩层的流体的开采。在其它实施例中，可以采用所述***对来自地下储集层的流体开采的区域定位。可以采用例如图18的方法确定开采中的储集层的一个或多个性质，包括确定一个或多个储集层的轮廓(例如，边缘)。或者，可以采用图5的方法识别新的供采集的储集层。示例性实施方式可以省略块1805-1835的一者或多者，而其它实施方式则可以包括图18中未具体示出的额外步骤。其它实施方式则可能按照与图18所示的顺序不同的替代顺序执行块1805-1835的一者或多者。

在块1805中，将第一传感器阵列布置为监测地下岩层内的储集层的诸如碳氢化合物的流体的开采。在某些示例性实施例中，第一传感器阵列包括一个或多个电磁传感器26。在其它实施例中，所述第一传感器阵列可以包括一个或多个地震传感器28。在一些实施方式中，传感器阵列位于地球表面上或附近。在其它实施方式中，将所述传感器中的一者或多者至少部分地放置为恰好位于地球表面之下。示例性传感器包括置于地球内或者附着至接地元件的接地部分。可以将电磁传感器26中的某些永久性地安装到预期位置。在其它实施方式中，传感器的一者或多者位于钻孔内。

在块1810中，电磁传感器26接收通过地下岩层内的地震信号的电震或震电转换生成的一组电磁信号。地下岩层内的地震信号包括那些因开采期间流体从地下岩层内的储集层流出而产生的地震信号。因开采期间流体从地下岩层内的储集层流出而产生的地下地震信号可以被称为被动源型地震信号。

在某些示例性实施方式中，在块1815中，将第一传感器阵列重新定位至新的位置。例如，可以随着储集层的开采的进展而移动传感器阵列中的传感器的一者或多者，从而更准确地监测进行中的开采。不过，在其它实施方式中，并不在一次或多次勘测之间移动第一传感器阵列。

返回到图18，在块1820中，电磁传感器26第二次接收通过地下岩层内的被动源地震信号的电震或震电转换生成的一组电磁信号。某些实施方式随着时间的推移接收通过地下岩层内的被动源地震信号的电震或震电转换生成的相继的若干组电磁信号。在一些实施方式中，在相继的勘测之间改变传感器的位置，而在其它实施方式中则使传感器保留在同一位置处。在某些示例性实施方式中，以秒为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59秒)。在其它示例性实施例中，以分钟为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59分钟)。在其它示例性实施例中，以小时为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22或23小时)。在其它示例性实施例中，以天为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或31天)。在其它示例性实施例中，以月为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12月)。在其它示例性实施例中，以年为单位计量勘测之间的时间。本领域技术人员还将认识到可以按照上述单位的结合计量勘测之间的时间。在又一其它示例性实施方式中，勘测之间的时间可以是以用户请求时间为基础的。

在块1825中，计算***30采用一组或多组接收到的电磁信号确定一个或多个储集层性质。在某些示例性实施例中，储集层性质包括流体在储集层内的存在、位置和量。示例性流体可以包括碳氢化合物、水、氦或二氧化碳中的一者或多者。其它示例性储集层性质包括孔隙压力或渗透率的一者或多者。在某些实施方式中，计算机***30依赖于一项或多项可用地震勘测和开采勘测确定一项或多项储集层性质。

在一个示例性实施例中，计算***30确定一个或多个开采区带的位置。在其它示例性实施方式中，计算机***30还依赖于一项或多项可用地震勘测和开采勘测确定开采区带。在一些示例性实施方式中，计算***30将当前未处于开采当中的区带的勘测结果与当前处于开采当中的区带的勘测结果进行比较以确定当前未处于开采当中的区带的预期开采能力。

在块1830中，计算***30采用一组或多组接收到的电磁信号确定岩层的一个或多个轮廓(例如，边缘)。

在所确定的开采区带(块1825)和/或所确定的储集层轮廓的位置(块1830)的基础上，***可以改变开采作业(块1835)。例如，***可以确定应当钻取一个或多个填实井或扩展井，以增强开采。其它提高油采收率(EOR)的操作可以包括化学剂驱油、混相驱油和热力采油。在某些示例性实施方式中，操作者将执行水力压裂和向地下岩层的支撑剂注入。

来自储集层的流体开采的长期监测

图19A和19B是用于监测地下储集层的流体采矿的根据本公开内容的示例性方法的流程图。例如，可以采用图19A和19B的方法评估开采活动的驱扫效率。或者，可以采用图19A和19B的方法识别要进行EOR操作的候选项。示例性实施方式可以省略块1905-645的一者或多者，而其它实施方式则可以包括图19A和19B中未具体示出的额外步骤。其它实施方式则可能按照与图19A和19B所示的顺序不同的替代顺序执行块1905-1945的一者或多者。

在块1905中，将包括一个或多个电磁传感器26的第一传感器阵列布置为监测地下岩层内的储集层的诸如碳氢化合物、水、氦或二氧化碳的一者或多者的流体的开采。在一些实施方式中，传感器阵列位于地球表面上或附近。在其它示例性实施方式中，将所述传感器中的一者或多者至少部分地放置为恰好位于地球表面之下。示例性传感器包括置于地球内或者附着至接地元件的接地部分。可以按照常规方式通过将电极永久性地掩埋到个勘测位置上而安装接地连接器。可以通过将所需的电子设备连接至这些掩埋电极而实施连续或周期性测量。在其它示例性实施方式中，还可以向某些基础设施，例如，管道、栅栏和井做出接地连接。在以长时间周期监测储集层的实施方式中，将电磁传感器26永久性地安装到预期位置上往往是有利的。在又一其它实施方式中，传感器的一者或多者位于钻孔内。

在块1910中，传感器阵列接收通过地下岩层内的被动源地震信号的电震或震电转换生成的一组电磁信号。传感器阵列随着时间的推移持续接收第二信号和后续信号。在某些示例性实施方式中，以秒为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59秒)。在其它示例性实施例中，以分钟为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58或59分钟)。在其它示例性实施例中，以小时为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22或23小时)。在其它示例性实施例中，以天为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30或31天)。在其它示例性实施例中以月为单位计量勘测之间的时间(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12月)。在又一其它示例性实施例中，以年为单位计量勘测之间的时间。例如，计算机***30可以从该传感器阵列接收常规测量结果。在这些测量的结果的基础上，计算机***30监测储集层的流体的开采和移动(块1920)。

在某些实施方式中，岩层将经历EOR以增强开采。其可以包括采用水、蒸汽或其它流体对岩层驱采。在这种状况下，可以通过将驱采操作期间来自传感器阵列的信号与先前的传感器测量结果进行比较而采用传感器阵列跟踪沿层内的驱涌。来自传感器阵列的信号的电震幅度的变化对应于诸如油的碳氢化合物与诸如水、蒸汽或化学驱采剂的驱采剂之间的界面。其归因于一方面的碳氢化合物或其它流体与另一方面的驱动剂之间的电震响应的差异。

在某些实施方式中，所述方法还包括至少部分地基于来自传感器阵列的信号确定能够从储集层开采的流体的量(块1930)。电震幅度将在地下的流体含量的基础上发生变化。在某些实施方式中，充满碳氢化合物的岩石与充满EOR流体的延迟具有不同的电震幅度。这些存在差异的幅度使得计算机***30能够跟踪岩层内的两种流体之间的界面。在某些实施方式中，使界面进展与采出油的量相关。在这样的实施方式中，界面移动是驱扫效率以及储层层段的体量的测度。

在块1935中，所述方法包括检测旁路流体。如上文在块1930中讨论的，计算机***30跟踪岩层内的流体之间的界面的进展。在某些示例性情况下，所述界面具有复杂的情况。例如，在油和EOR流体之间的界面按照复杂的几何形状发展时，其可以指示在储集层内存在旁路流体或复杂性。在某些实施方式中，旁路流体将产生大的电震幅度。在某些实施方式中，不含有油的储集层岩石内的复杂性将产生小的电震幅度。

所述方法还包括在块1940中检测非意图所在的流体迁移。在某些实施方式中，将这一过程用于质量控制。储集层深度上的、接近钻头作业的和/或开采设施处的电震幅度可以指示碳氢化合物的不希望出现的背离储集层、开采操作或钻探设施的迁移。在某些实施方式中，传感器测量可用于跟踪接近地球表面的污染物迁移。

例如，基于旁路流体的检测(块1930)，所述***可以改变开采作业(块1945)。例如，在开采前缘以不规律的方式前进时，其可能揭示相当的未受驱扫的流体量。在某些实施方式中，未受驱扫的流体呈现为具有不随时间变化的高电震幅度的区域。将这些未受驱扫区域的电震性质与具有良好采收率的已知区域的电震性质进行比较，计算机***30由此可以确定那些位置具有采出额外流体的高可能性。之后，计算机***30可以确定应当钻取一个或多个填实井或扩展井，以增强开采。其它提高油采收率(EOR)的操作可以包括化学剂驱油、混相驱油和热力采油。在某些示例性实施方式中，操作者将执行水力压裂和向地下岩层的支撑剂注入。

储集层连通性的检测

图20是根据本公开内容的用于在被动电震勘测的基础上确定储集层区段的连通性的示例性方法的流程图。例如，可以采用图20的方法确定储集层层段的连通。示例性实施方式可以省略块2005-2020的一者或多者，而其它实施方式则可以包括图20中未具体示出的额外步骤。其它实施方式则可能按照与图20所示的顺序不同的替代顺序执行块2005-2020的一者或多者。

在块2005中，所述方法包括将参考电磁传感器26放置到井头处或附近，并且将一个或多个电磁传感器26和地震传感器28放置到距井头一定距离处。所述参考传感器可以是电磁传感器26。在其它示例性实施例中，参考传感器是地震传感器28。在其它示例性实施方式中，将电磁或震电发射用作时间零参考，通过计算机***30将来自距井头一定距离处的一个或多个电磁传感器26的信号与所述时间零参考进行比较。

在块2010中，所述方法还包括接收至少部分地由开采作业导致的地下岩层内的地震信号的电震或震电转换所开采的第一组电磁信号。可以将这些地震信号称为被动源地震信号。

在块2015中，所述方法包括使来自参考传感器和远离井头处的一个或多个电磁传感器26和地震传感器28的信号交叉相关。在某些示例性实施例中，通过使有噪声目标与碳氢化合物开采相关而增强监测开采作业的信噪比。储集层层段内的流体压力随着开采时间和开采井的数量发生变化。尽管所有的覆盖层和底层受到开采压力变化的影响，但是储集层内的压力变化将建立一阶电渗转换。来自开采作业的机械噪声以声速穿过岩石传播。流体压力噪声以压力扩散速度传播，其比声速慢得多。

之后基于交叉相关操作的结果(块2015)，计算机***30在块2020中确定一个或多个储集层性质。在一种示例性实施方式中，计算机***30确定储集层层段的连通。压力扩散指示储集层层段的连通。在某些实施方式中，如果两井未通过连续流体路径连通，那么压力扩散被阻断，在两井之间没有流动电势演变。在某些实施方式中，相关幅度随着与井的偏移量而快速下降将指示断开的储集层层段。在一些状况下，所述断开可能是由断层或岩石性质的变化导致的。断开的层段将停止提高油采收率操作。

在某些实施方式中，计算机***30还考虑传播当中的压力扩散的频谱。井下事件与其在储集层的远处部分内的镜像之间的时间滞后长。此外，通过压力扩散的高频滤波使所述频率移至较低频率。在与井相隔远距离处将损失所述信息。在较短距离上，频率相关性是渗透率和可开采性的指标。

传感器的放置

图3A、3B、13A、13B、14A和14B、16、17、18、19A、19B和20所示的根据本公开内容的实施例可以采用电磁传感器和地震传感器的阵列。其它实施方式可以只采用一个或者很少数量的电磁或地震传感器。一个示例性实施例采用一个或很少数量的电磁或地震传感器执行水平井钻探的质量控制。在这样的实施方式中，假定水平井的预期路径是已知的。将一个电磁或地震传感器置于预期井末端(termination)处。随着钻探的进行，电磁传感器信号或地震传感器信号将发生幅度的增大，而抵达时间将降低。在一些实施方式中，大的幅度变化可以表示钻探正在通过润湿带、岩性变化或者已经移到了储集层外。抵达时间的非单调发展可以标志与预期路径的偏离。在其它示例性实施方式中，沿井的预期路径放置两个或更多电磁或地震传感器。通过这种方式收集的数据将对钻探期间收集的标准数据构成补充。

在另一实施方式中，将一个或多个电磁或地震传感器安装到固定位置上或几个位置上，以指示提高采收率的操作何时跨越特定的空间点。例如，在水驱当中，了解水何时接近开采井可能是有用的。在一些实施方式中，在碳氢化合物/水界面通过监测储集层的电磁或地震传感器的下面时，所述传感器将表现出快速的变化。

这里，“或”是包含性的而非排他性的，除非明确地另行指示或者通过上下文另行指示。这里，这里的“A或B”是指A、B或两者，除非有明确的另行指示或者通过上下文另行指示。这里，“和”既表示共同的又表示各别的，除非明确地另行指示或者通过上下文另行指示。这里，这里的“A和B”是指共同的和单独的A和B，除非有明确的另行指示或者通过上下文另行指示。

本公开内容包含本领域技术人员能够领会的对文中的示例性实施例所做的所有变化、替换、变动、变更和修改。类似地，在适当的情况下，所附权利要求涵盖本领域技术人员能够领会的对文中的示例性实施例所做的所有变化、替换、变动、变更和修改。此外，所附权利要求中对适于、被布置为、能够、被配置为、可用于或者可***作为执行特定功能的设备或***或者设备或***的部件的引述涵盖了该设备、***、部件而不管所述设备、***、部件或所述特定功能是否被激活、开启或解锁，只要该设备、***或部件具有如此的适用性、被如此布置、有如此能力、被如此配置、实施或者具有如此的可操作性或运作性即可。

可以单独地采用一个或多个硬件或软件模块或者将其与其它装置结合执行或实施任何文中描述的步骤、操作或过程。在一个实施例中，采用包括含有计算机程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品实施软件模块，所述计算机程序代码可通过计算机处理器运行，以执行文中描述的任何或者所有步骤、操作或处理。

某些实施例还可以涉及用于执行文中的操作的设备。这一设备可以是针对所需的目的而专门构造的，并且/或者其可以包括由存储在计算机内的计算机程序有选择地激活或重新配置的通用计算装置。这样的计算机程序可以存储在有形计算机可读存储介质或者任何类型的适于存储电子指令并且耦合至计算机***总线的介质当中。此外，本说明书中引述的任何计算***可以包括单个处理器或者可以是采用提高计算能力的多处理器设计的架构。

尽管已经借助于几个实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以想到很多变化、变动、变更、转换和修改，这样说意在表明本发明包含落在所附权利要求的范围内的此类改变、变动、变更、转换和修改。此外，尽管已经相对于各种实施例描述了本公开内容，但是完全可以预计到，可以视情况将本公开内容的教导结合到单个实施例当中。

Claims (30)

1.一种用于监测地下岩层内的钻探作业的方法，所述方法包括：

从第一传感器阵列接收至少部分地由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的一个或多个地震信号；

从所述第一传感器阵列接收一个或多个电磁信号，所述一个或多个电磁信号是通过至少部分地由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的所述一个或多个地震信号的电震或震电转换来生成的；

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的地震信号和对应的电磁信号来确定钻柱和所述地下岩层中的一者或多者的性质；以及

其中，将所述第一传感器阵列布置为监测所述钻探作业。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定所述钻柱和所述地下岩层中的一者或多者的性质还包括：

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定钻头位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一传感器阵列包括多个地震传感器和多个电磁传感器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一传感器阵列包括多个地音探测器。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钻探作业将建立具有至少一个水平区段和至少一个竖直区段的井眼。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钻探作业将建立具有至少一个竖直区段的井眼。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

从第二传感器阵列接收由所述地下岩层响应于本底噪声或基础设施而生成的信号；以及

至少部分地基于从所述第二传感器阵列接收的所述信号来从来自所述第一传感器阵列的信号中去除至少一些噪声。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

从第三传感器阵列接收一个或多个电磁信号，所述一个或多个电磁信号是通过由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的所述地震信号的电震或震电转换来生成的；

其中，所述第三传感器阵列位于与所述第一传感器阵列分开的位置；以及

其中，确定所述钻柱和所述地下岩层中的一者或多者的性质还至少部分地基于从第三组传感器接收的电磁信号。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

在来自所述第一传感器阵列、所述第二传感器阵列和所述第三传感器阵列中的一者或多者中的两个传感器的信号之间执行互相关。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：

对来自所述第一传感器阵列、所述第二传感器阵列和所述第三传感器阵列的其中之一中的一个传感器的至少一个信号执行自相关。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的信号来确定所述钻柱和所述地下岩层中的一者或多者的性质还包括：

向从所述第一传感器阵列接收的所述信号施加一个或多个滤波器，以将一个或多个表面波与一个或多个地震波分离。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，向从所述第一传感器阵列接收的所述信号施加一个或多个滤波器以将一个或多个表面波与一个或多个地震波分离还包括：

向从所述第一传感器阵列接收的所述信号施加一个或多个速度滤波器，以将一个或多个表面波与一个或多个地震波分离。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，向从所述第一传感器阵列接收的所述信号施加一个或多个滤波器以将一个或多个表面波与一个或多个地震波分离还包括：

向从所述第一传感器阵列接收的所述信号施加一个或多个空间滤波器，以将一个或多个表面波与一个或多个地震波分离。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括：

至少部分地基于所述钻柱和所述地下岩层中的一者或多者的所确定的性质来改变所述钻探作业。

15.根据权利要求所述的方法，使所述钻柱执行受控冲击钻探作业，其特征在于程序化的冲击序列；并且其中，至少部分地基于从第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定所述岩层的性质包括：

执行受控冲击钻探作业，其特征在于程序化的冲击序列；以及

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定在钻头的前面的所述岩层的性质。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定所述岩层的性质包括：

执行受控冲击钻探作业，其特征在于程序化的冲击序列；以及

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定在钻头下面的所述岩层的性质。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定所述岩层的性质包括：

执行受控冲击钻探作业，其特征在于程序化的冲击序列；以及

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来对钻头下面的所述岩层成像。

18.一种用于监测地下岩层内的钻探作业的方法，所述方法包括：

在所述钻探作业之前的时间处，从第一传感器阵列接收第一勘测数据；

对所述第一勘测数据进行处理，以确定地表下地球岩层的一个或多个性质；以及

其中，所述第一勘测数据包括由地表下地球岩层响应于被动源电磁信号而生成的信号，其中，电磁信号是通过所述被动源电磁信号的电震或震电转换来生成的；

其中，所述被动源电磁信号包括地球的自然电磁场，并且其中，对所述第一勘测数据进行处理以确定地表下岩层的所述一个或多个性质至少部分地基于地球的电磁场与通过地球的自然电磁场的电震或震电转换来生成的所述电磁信号的相关性；并且

在所述钻探作业期间：

从所述第一传感器阵列接收至少部分地由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的一个或多个地震信号；

从所述第一传感器阵列接收一个或多个电磁信号，所述一个或多个电磁信号是通过至少部分地由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的所述一个或多个地震信号的电震或震电转换来生成的；以及

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的地震信号和对应的电磁信号来确定钻柱和所述地下岩层中的一者或多者的性质。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括：

在所述钻探作业之后的时间处，从所述第一传感器阵列接收第二勘测数据；

对所述第一勘测数据和所述第二勘测数据进行处理，以确定地表下地球岩层的所述钻探作业的一个或多个性质；以及

其中，所述第一勘测数据和所述第二勘测数据包括由地表下地球岩层响应于被动源电磁信号而生成的信号，其中，所述电磁信号是通过所述被动源电磁信号的电震或震电转换来生成的；

其中，所述被动源电磁信号包括地球的自然电磁场，并且其中，对所述第一勘测数据和所述第二勘测数据进行处理以确定所述地表下岩层的所述一个或多个性质至少部分地基于地球的电磁场与通过地球的自然电磁场的电震或震电转换来生成的所述电磁信号的相关性。

20.根据权利要求17所述的方法，其中：

在所述钻探作业期间，所述一个或多个地震信号至少部分地由受控冲击钻探作业而导致，所述受控冲击钻探作业的特征在于程序化的冲击序列，所述方法还包括：

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定所述岩层的性质。

21.一种***，包括：

用于在地表下岩层内执行钻探作业的钻柱，所述钻柱包括钻头；

用于检测一个或多个地震信号以及一个或多个电磁信号的第一传感器阵列；

处理器；

包括非暂态可执行指令的存储器，所述指令在被执行时使得所述处理器：

从所述第一传感器阵列接收至少部分地由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的一个或多个地震信号；

从所述第一传感器阵列接收一个或多个电磁信号，所述一个或多个电磁信号是通过至少部分地由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的所述一个或多个地震信号的电震或震电转换来生成的；

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的地震信号和对应的电磁信号来确定所述钻柱和所述地下岩层中的一者或多者的性质。

22.根据权利要求21所述的***，其中，所述可执行指令还使得所述处理器：

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定钻头位置。

23.根据权利要求21所述的***，其中，所述第一传感器阵列包括多个地音探测器。

24.根据权利要求21所述的***，还包括：

用于检测一个或多个地震信号以及一个或多个电磁信号的第二传感器阵列；以及

其中，所述处理器还能够操作用于：

从所述第二传感器阵列接收至少部分地由所述地下岩层内的所述钻探作业而导致的一个或多个地震信号；

至少部分地基于从所述第二传感器阵列接收的信号来从来自所述第一传感器阵列的信号中去除至少一些噪声。

25.根据权利要求21所述的***，还包括：

用于检测一个或多个地震信号以及一个或多个电磁信号的第三传感器阵列，其中，所述第三传感器阵列位于与所述第一传感器阵列分开的位置；以及

其中，所述处理器还能够操作用于：

从第三传感器阵列接收一个或多个电磁信号，所述一个或多个电磁信号是通过由所述地下岩层内的所述钻探作业所导致的所述地震信号的电震或震电转换来生成的；并且

其中，确定钻头位置还至少部分地基于从第三组传感器接收的电磁信号。

26.根据权利要求25所述的***，其中，所述可执行指令还使得所述处理器：

在来自所述第一传感器阵列、所述第二传感器阵列和所述第三传感器阵列中的一者或多者中的两个传感器的信号之间执行互相关。

27.根据权利要求25所述的***，其中，所述可执行指令还使得所述处理器：

对来自所述第一传感器阵列、所述第二传感器阵列和所述第三传感器阵列的其中之一中的一个传感器的至少一个信号执行自相关。

28.根据权利要求25所述的***，其中，所述可执行指令还使得所述处理器：

至少部分地基于所述钻柱和所述地下岩层中的一者或多者的所确定的性质来改变所述钻探作业。

29.根据权利要求21所述的***，其中，所述可执行指令还使得所述处理器：

使所述钻柱执行受控冲击钻探作业，其特征在于程序化的冲击序列；以及

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定在所述钻头前面的岩层的性质。

30.根据权利要求21所述的***，其中，所述可执行指令还使得所述处理器：

使所述钻柱执行受控冲击钻探作业，其特征在于程序化的冲击序列；以及

至少部分地基于从所述第一传感器阵列接收的所述地震信号和所述对应的电磁信号来确定在所述钻头下面的岩层的性质。