[发明专利]阵列式井中四分量光纤地震数据采集装置及数据采集方法

说明书

本发明公开一种阵列式井中四分量光纤地震数据采集装置及数据采集方法，包括地面人工震源和井中四分量光纤地震信号接收采集短接，井中四分量光纤地震信号接收采集短接通过铠装光电复合缆与数据采集控制和调制解调仪器连接，井中四分量光纤地震信号接收采集短接有多个；每个井中四分量光纤地震信号接收采集短接内设有四分量光纤地震信号传感单元、三分量光纤姿态传感器和光纤惯导陀螺仪。本发明在井下采用了耐高温三分量光纤检波器和光纤水听器，频带范围大于井中地震信号的频带响应，灵敏度高、且井下的四分量光纤地震数据采集装置十分简单，可以使得该采集装置下到所有的高温井里采集井中地震数据，为油气田的高效开发提供有力的技术支持。

技术领域

本发明属于井筒地球物理勘探技术领域，特别涉及一种阵列式井中四分量光纤地震数据采集装置及数据采集方法。

背景技术

井中地震技术包括垂直地震剖面技术(VSP)、井间地震技术和井中微地震监测技术。垂直地震剖面技术是目前探测地下地质结构的最直接，有效和可靠的地球物理勘探方法之一。它的基本原理和实施方法是将多个井中三分量地震检波器按一定间隔放在钻井中不同深度，在地面或水面井口附近或其邻近区域进行单点或多点的地震震源激发。激发产生的地震波向地下传播，当地震波遇到不同的地质界面就形成折射和反射。所有的地震波信号经过钻井中的检波器时为检波器接收和记录。对接收的地震波信号进行数学处理我们可以得到地下不同深度岩石的物理特性。如果地下检波器和地面震源的数目足够多，我们就可计算出地下地质界面一维，二维或三维的几何位置和物理特性。这种方法的优点是所获得的地下地质构造物理特性的信息详细和准确。它的缺点是必须有钻井，而且只能得到钻井附近地下的地质构造物理特性的资料。

目前行业内使用最广泛的就是常规的井中三分量检波器采集井中地震(VSP)数据。三分量检波器是多波勘探时使用的特种检波器。与单分量的常规地震检波器不同，每个检波器内装有三个互相垂直的传感器，以记录质点振动速度向量的三个分量，用于同时记录纵波、横波、转换波。常规的检波器主要是由外壳、圆柱行磁钢、环行弹簧片和线圈等组成。磁钢被垂直的固定在外壳中央，线圈通过上下两个弹簧片与外壳做软连接，使它置于磁钢和外壳之间环行磁通间隙间，能够上下移动。当地震波传到地表观测点时，检波器外壳连同磁钢随之发生震动，线圈则由于惯性而滞后于磁钢，形成二者之间的相对运动。在这样的运动中，线圈切割磁力线产生感应电动势，输出与震动周期相对应的电流信号，通过专门的仪器可将这些信号放大并记录下来，从而实现了将地面振动信号转化为电振动的机电转换，拾取到了地震波。这类检波器输出的信号电压和其振动的位移速度有关，因此称为速度检波器。这类检波器的特点是：它的输出电压反映检波器外壳的位移随时间的变化率即速度，其性能指标包括固有频率，灵敏度，线圈自流电阻，阻尼，谐波畸变和寄生共振。从实际上考虑还有耐用性，大小和形状。一般来说，对于检波器的大小和形状，用户没有多少选择的余地。通常选用灵敏度高(阻尼约为0.6)、谐波畸变小、寄生共振频率在记录频率之外，并且耐用性好的检波器。对不同型号的检波器的寄生噪声做对比，发现固有频率为100Hz的检波器不但可以消除低噪声，而且可将频带展宽到650Hz左右。为了记录井下检波器感应到的震动信号，井下检波器阵列内还设置有检波器输出的模拟信号放大、滤波、去噪、模数转换、数据存储和数据传输等电路模块，以便将井下三分量检波器阵列采集到的井中地震数据通过数千米长的铠装测井电缆传送到井口旁边仪器车上的采集控制计算机里存储起来。由于深井下的高温高压作业环境，要求井下三分量检波器阵列要能够在井下长期稳定可靠的工作，这样的要求给井下三分量检波器阵列的研制带来了很大的困难。井下常规三分量检波器阵列里面的电子器件难以在高温环境下长期工作，另外目前井下三分量检波器阵列采集的井中地震数据完全靠铠装测井电缆从井下向地面传输，由于长距离(数千米)电缆数据传输的局限性，没有办法实现井下大量数据向地面的高速传输。上面这些因素极大的限制了井下三分量检波器阵列技术的发展和推广应用。

发明内容