[发明专利]使用光纤分布式感测装置的地震地球物理勘测

说明书

本发明涉及使用光纤分布式声传感器的地震地球物理勘测，并且具体地涉及用于在井孔中进行地震地球物理勘测（例如垂直地震剖面绘制）的改进方法和装置。

地震地球物理勘测用于各种应用。例如，在石油和天然气行业中，可以在井的构筑和操作的许多不同的阶段进行地震勘测。具体地，一旦井的构筑已经完成并且井可供使用，可能希望执行周期性的地震勘测，以便使随着时间的井和/或贮藏处的条件方面的任何重大变化明确。

地震勘测也可以例如在二氧化碳封存方案中用于评定用于危险的或不需要的材料的贮藏的贮藏处。在这些应用中，可能再次希望进行周期性的地震勘测以随着时间的过去而监视地点的条件。

一种类型的地震勘测是表面地震勘测，其涉及沿着将被勘测的区域的表面放置传感器阵列——典型地为地震检波器的线性阵列，以及在该表面处测量对地震激发的响应。用于产生地震激发的各种类型的震源是已知的，例如能够使用爆炸物或气枪，但是特别在石油和天然气工业中通常使用一个或多个常常被称为Vibroseis^TM卡车的卡车安装地震振动器。该地震振动器能够将低频率振动注入到地球内，并且能够利用随时间变化的频率扫描来施加激发，即，激发的频率随着时间而变化。

这个表面地震勘测技术依赖于地面结构中的地球物理特征反射回到表面上的传感器阵列的地震波。通过确定传感器对声激发的响应，能够确定关于贮藏处和/或钻孔的信息。

被称为垂直地震剖面绘制（VSP）的另一种类型的地震测量涉及检波器阵列沿着井孔向下被安装以及在表面上测量对地震激发的响应。再次，通过确定传感器对声激发的响应，能够确定关于贮藏处和/或钻孔的信息。

在表面勘测和VSP二者中，可以将震源激发移离线性或区域井网中的传感器。这些技术是已知的变井源距（walk-away）剖面绘制或3D剖面绘制。

最近，已经提出在地震勘测中使用光纤分布式声传感器作为传感器阵列。分布式声学感测（DAS）是已知类型的感测，其中光纤被部署为感测纤维并且利用电磁辐射被询问。从光纤内部反向散射的辐射被检测并且被分析以揭露关于作用于感测纤维的不同的纵向部分中的光纤的声激发的信息。由此，DAS传感器有效地充当光纤的感测部分的线性感测阵列。通过询问辐射的特性以及应用到反向散射的信号的处理来确定纤维的感测部分的长度，但是典型地可以在一些应用中使用大约10m的感测部分，并且对于更精确的应用使用更小的感测部分。请注意，如在这里所使用的，术语声学的将意指可能导致光纤上的张力的改变的任何类型的压力波或干扰，并且为了避免引起疑惑，采取术语声学来包括地震波以及也包括超声波。

与检波器阵列的使用相比，DAS具有若干潜在的优势。首先，检波器阵列是昂贵的并且因此典型地针对个体勘测被部署，并且然后在另一个位置处使用的勘测之后被恢复。为了进行表面地震勘测，地震检波器典型地以设定的间隔被安装在设置在地面中的标桩上。然而，DAS使用相对便宜的光纤作为感测介质。这意味着，光纤能够例如通过以期望的布置被埋设（以使其免受表面环境效应）而被部署在将被勘测的区域中，并且然后在进行勘测之后留在原地。这是尤其有利的，其中因为仅仅存在与第一次部署光纤相关联的部署成本，所以需要给定的位置的周期性勘测。同样，对于任何随后的勘测，光纤以及由此个体感测位置的位置将在与先前的勘测相同的地点。

此外，检波器阵列的费用意味着阵列中的个体感测元件的数量典型地是受限的。通过DAS，在10m长的感测部分的情况下，能够使用大约40km的长度的纤维来提供4000个个体感测部分。

对于VSP，DAS的使用能够允许一次性地勘测整个深井（比方说4km或更多）。在典型的检波器阵列的情况下，对所使用的地震检波器的数量存在限制，并且因此检波器阵列必须被重新安置在井孔内以勘测不同的部分。来自不同的部分的结果然后可以拼接在一起，但是精确地对准在不同的深度的地震检波器的位置、在重定位检波器阵列所耗费的时间方面可能有问题，环境条件可能已经改变。此外，对于生产井，插入检波器阵列将需要使生产暂时停止的修井（well intervention）。因此，有时可以使用单独的观测孔——但是其可以距其最希望勘测的所讨论的井孔某距离。能够将DAS与单个光纤一起使用，该单个光纤能够在井建造期间被插入并且其甚至可以当井正在生产时被使用。

DAS因此提供用于地震勘测的若干优势并且已经在地震勘测中被有用地采用。从地震勘测处获得的结果的有用性明显地取决于能够在多大程度上确定对地震激发的响应。因此希望改善在DAS传感器接收的信号的处理。