[发明专利]利用多个阵列的集成的被动和主动地震勘测

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年2月6日提交的美国临时申请61/595,510的利益，该申请的全部内容通过引用被结合于此。

背景技术

基于陆地的地震勘测使用部署在感兴趣区域中地球表面上的地震传感器的阵列。一个或多个地震源(例如，振动器、炸药爆破(dynamite shot)等)生成穿过地球、在地下地层的中断和其它特征反射并且朝着地球表面返回的地震源信号。于是，在表面耦合到地球的地震传感器检测反射的源信号，并且记录单元记录检测到的信号。然后，所记录的信号的处理可以用来成像地下，以供分析。

基于陆地的地震勘测通常不记录与帮助浅地球模型特征化无关的信息。至多，上向钻孔信息通常在浅爆破/炸药孔记录，并且随后那种信息用来改进浅“静态”模型。总体上说，这种方法是不太理想的并且可以被改进。

微震监视使用部署在井筒(wellbore)中或地球表面上的地震传感器的阵列来检测从在地下发生的各种地震事件发出的地震能量。来自传感器的处理后的信号可以识别地下事件的位置和事件发生的时间。进而，这种信息可以在多种应用中用来确定沿着岩层或地层中的断层的运动、储层中流体的运动、监视水力断裂操作，等等。最后，信息的分析可以用在钻井完成与生产操作中。

微震监视的典型形式使用部署在观察井钻孔中的传感器 (即，地震检波器)的阵列，其中传感器优选地定位成靠近所监视的钻井。例如，图1示出了一种用于确定目标井中自然断裂的分布和朝向的系统。源11泵送在目标井12中用于水力断裂操作等的流体，其中钻井12在地球表面13下延伸到流体或烃储层14中。从被泵送的流体施加的压力造成沿着井12中自然断裂的运动，从而产生微震事件17。地震波18从该断裂朝着位于目标井12几千英尺内的观察井21向外辐射。

部署在观察井21中的垂直阵列中的多个传感器(例如，地震检波器)22检测来自事件17的波18，并且数据记录设备24记录检测到的信号。利用各种算法，随后信号处理器25处理记录的信号并确定地震事件17到传感器22的压缩(P)和剪切(S)相的到达时间，使得事件的震源可以位于目标井12中。见例如美国专利No.5,996,726。如预期的，钻观察井会很昂贵，并且在合适的距离内–通常是1000米内–一个或多个现有钻井用作观察井的适用性在大多数情况下是不可能的。

微震监视的另一种方法使用基于表面的传感器(即，地震检波器)12的阵列10，如图2中所示。阵列10可以布置成利用包围井筒15的感兴趣区域之上地震传感器12的模式来监视垂直井筒15中的水力断裂操作。响应于微震事件，传感器12检测与地震振幅相关的信号，并且记录单元14记录该信号进行处理。

阵列10具有中心辐射形式(hub and spoke form)。在阵列10的臂中的传感器12可以彼此隔开几十米，并且臂的长度可以延伸几千米。因为阵列10布置在表面处，所以不需要观察井。此外，阵列10可以在大的感兴趣区域上分布。

因为微震事件是在表面检测的，所以表面噪声与井下的小事件相比会相当大。为了克服与噪声相比信号的微弱性，表面阵列10被射束导向，使得可以识别地下最大能量点。为此，计算对地下目标点的行程时间校正，并且时间偏移表面传感器12的轨迹数据。用于每个目标点的数据被叠加(stack)，从而对地下能量分布的搜索可以给出有可能是微震事件的位置。于是，从根本上，这种技术尝试利用速 度模型和叠加通过在事件的任意起始时间t₀叠加地震数据来检测事件。见例如授予Eisner等人的美国专利公开No.2011/0286306。应当指出，利用射束导向的叠加过程会检测不到事件，因为微震事件的极性可能跨地震阵列10不统一。

随着噪声增加，检测和定位微震事件变得更不可靠，并且区分实际事件(即，断裂、地球偏移等)与假阳性变得更困难。实际上，当存在显著的表面噪声时，表面传感器12的阵列10会检测不到由于穿孔或断裂操作造成的微震事件。虽然传感器12的阵列10会方便地震数据的成像，但是实际微震事件是否已经被检测到的最终不确定性使得难以知道所成像的是实际事件而不仅仅是假阳性。

被动地震勘测的方法在图3A-3B中说明。在这种方法中，井筒10被钻到大约100米或更小的选定深度并且在存在非常高级别的表面噪声时可以被钻得更深。悬挂在电缆16上的垂直布置的地震传感器阵列(即，单分量或三分量的地震检波器)12被放到每个井筒10中，然后井筒被填上。图3B示出了井筒10如何在表面之上在两维中布置。