專利名稱：通過使用鉆頭地震對斷裂的干涉測量鉆頭成像、時間反演成像來進行斷裂表征、和經(jīng)由時 ...的制作方法
通過使用鉆頭地震對斷裂的干涉測量鉆頭成像、時間反演成像來進行斷裂表征、和經(jīng)由時間反演的聲學(xué)和電震對斷
裂產(chǎn)生的監(jiān)測
背景技術(shù)：
斷裂是在儲層的流體流動中經(jīng)常起作用(無論是作為管道或障礙)的近地表要素，且因此，檢測與定位斷裂是有用的。斷裂可自然地發(fā)生或人為地引起(如，通過將流體高壓注入地下地層)。檢測與定位斷裂在多個油氣區(qū)中有用，包括美國西部地區(qū)的較大的“致密天然氣”項目(play)，此處的商業(yè)性開采利用了大量斷裂來克服儲集巖中的低滲透性。在儲層中和儲層周圍所存在的斷裂定位的資料可被用于更有效地使用鉆探、水力壓裂處理、和生產(chǎn)。地表鉆頭或某個其他能源(諸如安裝在鉆頭附近的振動或壓電井下(downhole)能源)所產(chǎn)生的彈性能，自圍繞鉆口(borehole)的界面和結(jié)構(gòu)反射并散射。這樣的能量可由沿建筑物下的鉆口、沿監(jiān)測鉆口、或位于地面表面處放置的接收器所記錄。彈性能可在散射過程中(經(jīng)由震電效應(yīng))被轉(zhuǎn)換為電磁(EM)能并由相應(yīng)的EM接收器所記錄。彈性能和電磁能還可在人為斷裂創(chuàng)建過程中被直接產(chǎn)生，并可類似地被記錄。當(dāng)鉆頭被用作能量源時，已知的記錄技術(shù)，使用置于鉆柱上和鉆機上的傳感器來測量、或至少來估算，該源的實際遠場特征波形。在大多數(shù)情況下，相比于和受控源相關(guān)聯(lián)的頻譜內(nèi)容，由鉆頭源提供的信號的頻譜內(nèi)容更為受到限制；所得到的圖像經(jīng)常具有較少的分辨率和更多偽像。當(dāng)在鉆柱上可得到受控源時，可使用垂直地震剖面(VSP)和井間分析/成像工具來在地層的走廊或子體積(sub-volume)上產(chǎn)生圖像。在這個設(shè)置中，通過結(jié)合鉆探產(chǎn)生井間或VSP數(shù)據(jù)組，人員可實現(xiàn)實用的運作開銷節(jié)省。此外，有時可在近乎原始的開孔環(huán)境中產(chǎn)生源能量并將之傳遞至地下，而不延遲放置打鉆后外殼。
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當(dāng)人為斷裂提供能量源時，能量從該斷裂輻射出來且可由位于一個或多個附近鉆口中的傳感器所記錄。商用微震服務(wù)使用一個或多個彈性傳感器陣列來對于由斷裂處理產(chǎn)生的微震的位置進行三角測量。然而，至今，對于如何使用由斷裂處理所創(chuàng)建的震電地產(chǎn)生的電磁輻射，來單獨地或結(jié)合微震記錄地，檢測并定位斷裂，還沒有研究。在任意的這些情況下，被用于記錄能量存在的傳感器可用被證明為不適用于常規(guī)地下成像的方式被布置。例如，傳感器陣列可被布置為在儲層層段中或靠近儲層層段的側(cè)線(sidetrack)或附近的井中來記錄在水平鉆探過程中產(chǎn)生的地震能。來自儲層中的礦床界面(即，接近于鉆頭)的反射可不同于直接波至的。所記錄的信號還可極大地被在儲集層中回蕩(reverberating)的引導(dǎo)波影響。作為結(jié)果，很多所感興趣的近地表要素(諸如斷裂)的可靠的檢測或定位，可能是難以克服的挑戰(zhàn)。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明各實施例的裝置和方法的功能框圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明各實施例的裝置和方法的另一個功能框圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明各實施例的裝置的框圖。圖4-5示出本發(fā)明的附加系統(tǒng)實施例。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明各實施例的數(shù)種方法的流程圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明各實施例的制品的框圖。
具體實施例方式在特定實施例中，公開了裝置、系統(tǒng)、和方法，用于通過用鉆頭或鉆柱上的受控源產(chǎn)生的彈性能來照射預(yù)先存在的斷裂、使得這些斷裂用作輻射回地下的彈性和電磁能的次級來源(在地下，該次級來源可由合適的傳感器所檢測)，從而定位預(yù)先存在的斷裂。在一些實施例中，公開了裝置、系統(tǒng)、和方法，用于無論是例如在鉆探處理過程中同時產(chǎn)生斷裂、或作為商業(yè)斷裂操作的結(jié)果產(chǎn)生斷裂時，用于定位斷裂。在很多實施例中，使用合適的傳感器監(jiān)測來自斷裂初始化或照射的彈性、磁性、和/或電場發(fā)射。在很多這些實施例中，使用時間反演的信號處理來接近地確定地層中斷裂的位置。以此方式，不僅是斷裂的位置、還有受到該斷裂影響的地層的范圍、和斷裂的取向，可被可靠地確定。因此，在特定實施例中，使用彈性能量。假設(shè)該彈性能包括在所有方向中(而不僅是在某個反射平面中)向外傳播的震源能。因此，當(dāng)這個能量遭遇到位于地下的包含在常規(guī)沉積礦床中的、或跨常規(guī)沉積礦床切割得到的阻抗間斷點，一些能量在該間斷點被散射，從而在沿鉆口的傳感器處被接收。然后，使用下文所述的各處理技術(shù)，可標(biāo)識出該間斷點的位置。間斷點的示例包括斷裂的空洞、碎屑、瑕疵、和邊緣。為了從位于或靠近斷裂地下地層處的基于鉆口的傳感器處獲得斷裂位置信息，可使用至少兩個不同的非常規(guī)成像技術(shù)一每一個可提供在鉆口附近的斷裂的圖像。這兩個技術(shù)利用斷裂本身作為主或次級源。第一個非常規(guī)方法結(jié)合了來自干涉測量的技術(shù)和微震監(jiān)測分析來檢測和定位作為次級源的間斷點。對于受控的靠近鉆頭的源，在布置于側(cè)線中或靠近井的傳感器陣列中所記錄的多通道震動圖，具有來自每一個次級源的曲線波至，這是由于每一個靠近鉆頭的源活動發(fā)射的信號的散射引起的。在使用三組件傳感器的一般情況下，檢測到壓縮(P-波)和剪切波(S-波)波至。使用固定的鉆口陣列，這些波至的形式一樣，因為鉆頭移動時散射器的位置沒有改變。在靠近鉆頭的源移動地接近或遠離散射器時，僅是到達時間和相對幅值改變。然后，可直接應(yīng)用微震處理技術(shù)來定位并成像次級源散射器。如果僅記錄了單個分量(如，使用水聽器)，可通過源自靠近鉆頭源活動的漸進(progressive)位置到潛在散射中心的每一個柵格化體積的射線來確定散射器的三維位置。最為接近地預(yù)測在傳感器陣列上的實際多通道波至的體積中的位置，被認(rèn)為是次級源的位置。在為所有所選曲線波至族執(zhí)行這個操作后，出現(xiàn)次級源的分布，突出了圍繞鉆口的體積中的斷裂的位置。當(dāng)鉆頭本身用作連續(xù)的未受控的源時，可使用干涉測量(如，包括任意一個或多個相對相位比較、互相關(guān)、或去卷積)建立散射器的圖像。此處，陣列中的任意傳感器，假設(shè)沒有一般性損失地被固定到位(如，位于陣列中間的傳感器)，被選擇且使用由所選擇的傳感器所記錄的信號來互相關(guān)或去卷積來自每一個其他傳感器、和所選擇的傳感器，的信號。在鉆柱或平臺處測得前 導(dǎo)信號的情況下，在干涉測量處理之前，可使用帶有該前導(dǎo)信號的互相關(guān)或去卷積達到附加帶寬和分辨率。次級源位置引起在所選擇的傳感器位置處穿過時間零的曲線弧，并且向上或向下傾斜，其開口向著該次級源位置。為了在三維空間中定位該散射源，標(biāo)識出對應(yīng)于該次級源散射器的P-波和S-波弧。由于這是用微震分析的情況下，弧的標(biāo)識允許確定P-波的顆粒方向并允許射線軌跡從每一個傳感器離開達由P-波、S-波時間差異確定的時間量、或僅僅是一些所選擇的時間范圍，從而發(fā)現(xiàn)在地下模型中最佳收斂的射線。當(dāng)在附加鉆口中采用傳感器時，可使用三角測量來進一步約束該次級源位置估算。在第二個非常規(guī)方法中，替代互相關(guān)接收器來創(chuàng)建脈沖化的曲線波至，原始接收的信號被直接傳播回圍繞著鉆口的三維體積柵格中(由獨立的單元構(gòu)成)。波至每一個單元的被傳播回的能被累積(如，通過使用在時間數(shù)列、或包絡(luò)上的平方和(RMS))，并按需被放大來解決幾何擴散和受限的孔徑。因此，在一些實施例中，這個處理可與在照相機中暴露底片相比較，所以該方法本質(zhì)上是“照相”。在所得到的強度容積(intensity volume)上掃描,可視地或通過算法地,可標(biāo)識出對應(yīng)于由斷裂(和其他散射器)創(chuàng)建的次級源的強聚焦的區(qū)域。除了累積數(shù)據(jù)來形成散射器的“照片”之外，還可有用于將每一個獨立時間步進的影像(movie)捕捉為波的傳播。對于振動源(如，鉆頭)，這樣的影像可用于展示鄰近于或大致集中在靜止的次級源位置處的擴展的脈動(pulsation)。當(dāng)鉆頭是主地震源時，這個動畫是特別有用的，因為鉆頭還從層疊的地下地層的反射中創(chuàng)建虛擬圖像。當(dāng)鉆頭沿鉆口移動時，與固定在單個位置的散射器圖像不同，這些圖像將隨時間移動。下文將給出每一個方法的實現(xiàn)的附加細(xì)節(jié)。然而，在進一步解釋各實施例的操作前，現(xiàn)在將提供一些定義，還有對于時間反演信號處理和時間反演圖像處理的介紹。為了本文件的目的，應(yīng)該注意的是“彈性能”可產(chǎn)生壓縮(聲學(xué))、剪切、和震電信
號。 “電磁能”可源自震電活動，其中震電產(chǎn)生經(jīng)由其特征波形(signature)和空間分布留下烙印?！案缮鏈y量比較”的過程包括在數(shù)據(jù)組之間的相對相位比較、互相關(guān)、和去卷積中的任意一個或多個過程。傳感器陣列中一些傳感器之間的“比較”(如，干涉測量比較)可包括將由陣列中一個傳感器接收到的信號與陣列中另一個傳感器或一組傳感器接收到的信號進行比較，以及將陣列中第一組傳感器接收到的信號與陣列中第二組傳感器接收到的信號進行比較?！吧⑸淠堋卑ㄋ瓷涞哪?、所發(fā)射(transmitted)的能、和/或衍射的能?！皶r間反演信號處理”包括使用隨時間反演不變化的波動方程處理信號，從而當(dāng)發(fā)現(xiàn)特定波動方程的解是時間t的函數(shù)時，_t的同樣的函數(shù)也是該方程的解。這個性質(zhì)經(jīng)常用術(shù)語表達為“可逆性”，且所涉及的處理對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是已知的。當(dāng)信號從彈性能的源傳播至接收器時，源和接收器之間的介質(zhì)的材料性質(zhì)經(jīng)常被修改。無論源是主動源(如，鉆頭、彈性發(fā)射器、電磁發(fā)射器，等)或被動源(如，散射器能源從另一個源撞擊在其上的位置)，都是如此。在線性材料介質(zhì)中，所接收到的信號是介質(zhì)的脈沖響應(yīng)(其中脈沖處于該源)與所發(fā)射的信號的時間卷積。在頻域中，所接收到的信號是介質(zhì)的轉(zhuǎn)移函數(shù)(在源和接收器之間)與所發(fā)射的信號的傅里葉變換的乘積。
對于很多類型的波而言，發(fā)射器和接收器之間的響應(yīng)是基本可逆的，從而發(fā)射器和接收器可在不影響所接收到的信號的值的情況下被互換。因此，應(yīng)該注意的是，相對于此處給出的所有示例，通過可逆性的性質(zhì)，為了操作方便，源和接收器的位置可被互換。一般而言，當(dāng)損失可被忽略時(特定地，當(dāng)一階時間導(dǎo)數(shù)可忽略時)，可逆性是有用的假設(shè)。當(dāng)該介質(zhì)既是線性又是可逆時，簡單地通過時間反演所接收到的信號并用系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)過濾該信號，可能重新構(gòu)建出如同出現(xiàn)在源處時的信號。如果源的特征波形已知，不過介質(zhì)的脈沖響應(yīng)未知，可能估算脈沖響應(yīng)、時間反演接收到的信號，使其通過所估算的脈沖響應(yīng)，使用誤差度量(error metric)(如，使用誤差的平方和)將所得到的信號與源的特征波形比較，且迭代所估算的脈沖響應(yīng)直至誤差度量結(jié)果低于某個期望的最小值。更特定地，使用彈性波或電磁波，脈沖響應(yīng)是源與接收器之間的材料性質(zhì)、以及兩者之間的距離的函數(shù)。因此，當(dāng)源的波形特征已知時，使用這個技術(shù)可能定位該源。如果源的波形特征是已知的，不過在多于一個位置觀察到來自該源的信號，可能以迭代方式應(yīng)用同樣的技術(shù)。即，可將這個技術(shù)應(yīng)用于所有估算的源位置，且相對于所選擇的接收器，當(dāng)估算的源位置處于所指定的誤差極限中時，可終止該迭代，且所估算的源的波形特征與特定規(guī)范一致。這個處理可被稱為時間反演圖像處理。因此，定位斷裂的一個方法是使用沿鉆口分布的多個彈性換能器監(jiān)測彈性發(fā)射，并實現(xiàn)所描述的時間反演圖像處理的技術(shù)。使用由在從斷裂、或從斷裂本身散射之后、用作當(dāng)斷裂被初始化時的主動彈性源的鉆頭發(fā)出的彈性信號，可應(yīng)用時間反演的圖像處理。即，微震監(jiān)測可使用壓縮和剪切波至的組合來確定彈性信號源起的近似方向。因此，斷裂可至少部分地用單個換能器被定位，且用換能器陣列被較好地定位。當(dāng)?shù)貙与娮杪手С职l(fā)射和/或源與接收器間隔足夠小使得可逆近似是有用的時，可對于直接發(fā)射的或散射的電磁信號應(yīng)用同樣的技術(shù)。可接受的偏移可逆性的程度將取決于在定位源時可被容忍 多少誤差。一般，要斷裂的地層是致密的、具有較低的流體流度，且電阻率足夠高來支持有效的可逆性假設(shè)。當(dāng)彈性波跨過可滲透分界面且離子流體出現(xiàn)時，產(chǎn)生震電波。這是一種類型的電磁波，是由于當(dāng)彈性波引起流體運動時跨界面的離子遷移率中的差異引起的。界定斷裂的邊界可用作分界面。因此，當(dāng)彈性波跨過斷裂時，經(jīng)常產(chǎn)生震電波。一旦被產(chǎn)生，這些波作為電磁波在地層中傳播?？墒褂么帕τ嫼?或電場傳感器將電震波檢測為電磁波。這使得可基于在鉆口的單個位置處獲得的測量，來執(zhí)行時間反演成像。該測量可使用在同一位置(諸如鉆口)的彈性換能器和磁性換能器(和/或電場換能器)來做出。僅使用彈性換能器，使用時間反演信號處理，該斷裂的位置是未知的，除非彈性源的波形特征、以及介質(zhì)的彈性脈沖響應(yīng)是已知的。類似地，使用時間反演信號處理通常不確定斷裂的位置，除非介質(zhì)的電磁脈沖響應(yīng)是已知的。然而，當(dāng)兩個信號類型(彈性和電磁)都可獲得時，可一起處理，處理方式類似于，當(dāng)時間反演圖像處理被應(yīng)用至單個波類型且介質(zhì)性質(zhì)是已知時進行的處理方式。通過認(rèn)識到斷裂具有通用于在產(chǎn)生彈性和電磁脈沖響應(yīng)時所使用的模型的基本唯一的位置，可完成此舉。因此，使用時間反演成像，對于兩種信號類型可執(zhí)行迭代步驟來推斷斷裂的不變的位置。例如，當(dāng)由于瑕疵的創(chuàng)建或移動觀察到彈性發(fā)射時，可定位電磁波的兩個源。第一個源是由于震電效應(yīng)引起的，其可能是在瑕疵平面兩側(cè)上產(chǎn)生的震電波將創(chuàng)建近乎抵消的信號(canceling signal)。第二個源是由于一般在礦體(mineral body)中完成斷裂的創(chuàng)建或膨脹的電荷的分離引起的。這產(chǎn)生隨時間變化的偶極層，其繼而產(chǎn)生電磁波。因此可在單點監(jiān)測這個電磁波，還有彈性發(fā)射波、和施加至兩者的時間反演信號處理，如上所述，來獲得瑕疵的唯一位置。為了測試這個概念的實現(xiàn)，發(fā)明人構(gòu)建了在斷裂產(chǎn)生過程中所建立的電磁信號的數(shù)學(xué)模型。為了最小化創(chuàng)建模型的成本，假設(shè)在沿鉆口的兩個位置之間打開(open up)垂直瑕疵，該瑕疵從鉆口徑向地延伸指定距離進入地層，且該瑕疵被具有基本均勻?qū)挾鹊钠矫姹砻嫠?。還假設(shè)了瑕疵的開口的時間波形特征。特定地，假設(shè)瑕疵開口為正弦時間依賴性達特征時間的周期的二分之一，然后在二分之一周期時間段上返回其具有第二正弦時間依賴性的原始位置。第二時間段提供的附加優(yōu)勢在于，發(fā)展了對于波的明顯離散的理解。更為理想的模型可已經(jīng)包括斷裂的傳播速度，以及在第二個半個周期過程中對于不同的瑕疵開口距離的返回。在一些測試中，假設(shè)斷裂被產(chǎn)生在位于IOohm *m地層中的約32cm直徑的鉆口中，且斷裂沿鉆口延伸2米且徑向延伸20米從鉆口壁進入地層。進一步假設(shè)，斷裂開口至I毫米寬度，具有l(wèi)coulomb/m2的電荷分離，且斷裂花費10毫秒打開，在30附加毫秒后返回至未開口的狀態(tài)。該測試結(jié)果展示了斷裂創(chuàng)建產(chǎn)生的電場，如在鉆口中所觀察到的，具有與斷裂的平面正交的主要分量。還確定，由斷裂創(chuàng)建產(chǎn)生的磁場，如在斷裂的最上端的鉆口中所觀察到的，具有沿鉆口軸的主要分量。平行于斷裂平面的徑向分量在一些情況下也是可感知的。磁性波形特征極大地不同于電波形特征，因為磁場是電荷的運動產(chǎn)生的，且因此近似地成比例于電場的時間導(dǎo)數(shù)。 觀察到電場信號快速地隨著距離而衰減，不過信號的整體形狀并沒有以令人注目的方式改變。在100米的范圍處，電場信號可難以觀察到，其所衰減的信號強度處于數(shù)毫微伏的數(shù)量級。電場的視在群速度(apparent group velocity)被描繪為與斷裂的最近端之間的距離的函數(shù)。通過追蹤在峰值信號幅值相對時間和距離中的位置將其計算出。由于該源是分布的源，幾何效應(yīng)也影響了波形的時差(moveout)。即，視在群速度是距離的函數(shù)。在較低的電阻率、或在較大的距離處，離散(dispersion)增加。磁場分量的視在群速度也被描繪為兩個值:磁場信號的第一、高頻部分，和波形的低頻、正向(positive-going)的部分。如前文，波速度中的變化的一部分被認(rèn)為是由于幾何效應(yīng)引起的，且其一部分是由于源自底層電導(dǎo)率的依賴頻率的損失引起的。作為測試的一部分，還確定地層電導(dǎo)率對于衰減和對于離散具有極大的影響。當(dāng)?shù)貙泳哂休^低電阻率(如，具有在1hm !!!數(shù)量級的電導(dǎo)率的地層)，信號以類似于聲速的速度傳播，且時差(moveout)可被有利地包括在時間反演分析中。然而，當(dāng)?shù)貙与娮杪瘦^高時(如，高一千倍)，波速接近于真空中的光速。在這個情況下，結(jié)合時差修正并不如此有用。
測試結(jié)果還表示，在一些實施例中，可使用在與鉆口軸正交并彼此正交的方向中具有最大電阻率的一對電場天線，來確定相對于儀器封裝(如，井下工具)的鉆口中斷裂的取向。這是由于在與斷裂平面正交的方向中，電場具有極大的分量。因此，在沿鉆口的斷裂的情況下，所觀察到的交叉軸向(cross-axial)電場的方向(不論幅值)將與斷裂平面正交。如果沒有沿鉆口軸填充的斷裂是所感興趣的，則可使用三個電場天線，具有彼此正交的敏感度的三個軸。在這個情況下，在斷裂事件過程中的任何瞬時，電場的方向?qū)⑴c斷裂平面正交。類似地，可測得兩個或三個正交的磁場分量。如在鉆口中所觀察到的，磁場的方向?qū)⒖赡芪挥跀嗔训钠矫嬷胁⑴c定義斷裂的最大范圍(extent)的軸正交。磁場向量的取向取決于斷裂的幾何形狀。對于構(gòu)成此處所描述的測試的簡單示例，取向最多地取決于斷裂的長度和覽度。因此，此處所述的方法已經(jīng)應(yīng)用于在鉆口中單個位置處做出的測量。由于所接收到的信號強度趨于隨著與斷裂的距離快速下降，可能有利的是在沿鉆口的多個深度處提供儀器。來自位于多個位置的傳感器的信號，使用相同的時間反演成像技術(shù)，可被單獨或同時處理。在一些實施例中，在所觀察到的數(shù)據(jù)中標(biāo)識出搜索到來自斷裂的信號的時間窗可能是有用的。在受控源的情況下，參看源的觸發(fā)，易于確定該時間。如果該源是未受控的源(如，當(dāng)該源是鉆頭時)、或?qū)⒈环治龅男盘柺怯捎跀嗔训淖园l(fā)產(chǎn)生而產(chǎn)生的，則應(yīng)該為超過預(yù)定閾值的事件而監(jiān)測由傳感器組所提供的信號系列，從而位于圍繞這個閾值的預(yù)定時間窗中的數(shù)據(jù)可被定位并被分析。此外，可使用預(yù)定波形特征來標(biāo)識事件，該預(yù)定波形特征被期待為類似將被分析的彈性和/或電磁時間的波形特征。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明各實施例的裝置100和方法的功能框圖。在這個情況下，可使用用于在位于井中同一位置處(或甚至是間隔相對較小距離)的彈性傳感器和電磁傳感器基本同時測量的技術(shù) 來推斷斷裂的位置。這個裝置100在其中地層電阻率不是非常高從而電磁信號的到達時間基本上獨立于源位置的情況下是有用的。為方便起見，接收電磁信號的電磁傳感器102被圖示為電感器(代表電磁式拾波器)；信號還可使用例如環(huán)、電偶極子、或電單極天線接收。因此，電磁傳感器102可包括一個或多個磁場傳感器、一個或多個電場傳感器、或任何數(shù)量與組合的這些傳感器。類似地，為方便起見，盡管僅示出了單個電磁傳感器102和彈性傳感器104 ;可在兩個或更多傳感器102、104的陣列中使用任意數(shù)量的這樣的傳感器102、104。單個陣列可包括一個或多個傳感器類型(如，圖3中的陣列302)。假設(shè)彈性106和電磁108信號的采樣率充分高，以使采樣可在時間上有效地逐點匹配。在彈性和電磁信號106、108被獲取并被轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式之后，且在感興趣的時間段已經(jīng)被標(biāo)識后，對于彈性和電磁的經(jīng)數(shù)字化的數(shù)據(jù)序列，在這個時間段中的數(shù)據(jù)可在時間上被反演。作為簡單示例，假設(shè)僅源位置和波形特征是未知的。S卩，P-波和/或S-波速度是已知的(或允許計算這些波速的巖石性質(zhì)是已知的)，且沿引入的(incoming)電磁和彈性波所行進的路徑的地層電阻率也是已知的。信號到達時間取決于該信號的源的位置。僅使用所給出的已知信息、和位于單個位置的單個傳感器，不可能確定源位置。然而，使用位于同一位置的對應(yīng)于不同波的類型的兩個傳感器(如圖1中所示)，可能確定源位置。嚴(yán)格而言，傳感器不需要精確地位于同一位置，不過如果它們被置于極為不同的位置，分析更為復(fù)雜，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所了解的那樣。在圖1的示例中，三個或更多可能的源位置被指定。這些三個(或更多)位置的初始值被設(shè)設(shè)為充分地遠離從而圍繞著在其上應(yīng)該觀察信號的整個范圍，可能對應(yīng)于最小的所期待的信號強度。這些三個值中每一個被輸入彈性地層模型和電磁地層模型中，與時間反演的彈性和時間反演的電磁數(shù)據(jù)一起，從而產(chǎn)生位于該源的彈性波形特征的三個估算和位于該源的電磁波形特征的三個估算。然后使用該源的彈性波形特征的三個估算來做出該源的電磁波形特征的三個附加估算。作為第一近似，來自斷裂的起始的電場波形特征可以是在該源的P-波彈性波形特征的成比例的副本，而來自斷裂的起始的磁場波形特征將是在該源的P-波彈性波形特征的時間導(dǎo)數(shù)的成比例的副本。在分析的下一階段中，在從彈性波形特征中導(dǎo)出的每一個電場波形特征和通過合成地使得時間反演觀察到的電磁信號通過地層導(dǎo)出的每一個電場波形特征之間做出成對的比較。通過卷積該成對的信號、或通過做出最小平方擬合，可執(zhí)行這個比較，從彈性波形特征導(dǎo)出的每一個電磁波形特征和從所觀察到的電磁信號導(dǎo)出的其相對應(yīng)的波形特征的成對的成比例的版本為成對，其可包括各自被分開地測得的電和磁場分量。為了本說明書的目的，“電磁波形特征”可包括用電場傳感器、磁場傳感器、或兩者的某個組合所獲得的波形。如果使用卷積技術(shù)，如下式所示，出現(xiàn)三個卷積信號:
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括: 多通道傳感器陣列，用于在輻射能與地質(zhì)地層交互之后，來接收輻射能作為散射能，所述交互包括在彈性和電磁能之間的至少部分的震電或電震轉(zhuǎn)換，其中所述傳感器陣列將散射能轉(zhuǎn)換為所接收的信號；和 處理模塊，用于通過將所述所接收到的信號干涉測量比較作為在所述傳感器陣列中的一些傳感器的彈性信號和電磁信號、或者通過將所述所接收到的信號時間反演傳播作為在地質(zhì)地層的體積的數(shù)字模型中的彈性信號和電磁信號，來標(biāo)識所述地質(zhì)地層中的不連續(xù)特征。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳感器陣列包括: 至少一個彈性傳感器；和 至少一個電磁傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳感器陣列包括: 正交的電場天線。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述處理模塊耦合至?xí)r間反演模塊，來以反向時間順序處理所述所接收到的信號來將所述所接收到的信號傳播回到所述地質(zhì)地層的所述數(shù)字模型中。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置， 其特征在于，所述處理模塊耦合至波形特征估算模塊，來估算與所述所接收到的信號相關(guān)聯(lián)的波形特征和彈性源波形特征或震電源波形特征。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述處理模塊耦合至建模模塊，來提供與位于所述地質(zhì)地層的所述模型中的所述輻射能的源相關(guān)聯(lián)的傳播的模型。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述處理模塊耦合至差異檢測模塊，來確定，與所述彈性信號相關(guān)聯(lián)的彈性導(dǎo)出的電磁波形特征的峰值位置，和與電磁信號相關(guān)聯(lián)的經(jīng)過濾的、時間反演的電磁信號波形特征相關(guān)聯(lián)的峰值位置，何時相差小于所選擇的量。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述處理模塊耦合至趨勢估算模塊，來估算譜功率隨與所述電磁信號相關(guān)聯(lián)的頻譜的頻率的趨勢，或譜功率隨與從所估算的彈性信號波形特征導(dǎo)出的估算的電磁源波形特征相關(guān)聯(lián)的頻譜的頻率的趨勢。
9.一種系統(tǒng),包括: 井下工具； 耦合至所述井下工具的裝置，所述裝置包括:多通道傳感器陣列，在輻射能與地質(zhì)地層交互之后，來接收輻射能作為散射能，所述交互包括在彈性和電磁能之間的至少部分的震電或電震轉(zhuǎn)換，其中所述傳感器陣列將散射能轉(zhuǎn)換為所接收的信號，和處理模塊，用于通過將所述所接收到的信號干涉測量比較作為在所述傳感器陣列中的一些傳感器的彈性信號和電磁信號、或者通過將所述所接收到的信號時間反演傳播作為在地質(zhì)地層的體積的數(shù)字模型中的彈性信號和電磁信號，來標(biāo)識所述地質(zhì)地層中的不連續(xù)特征。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述井下工具包括測井電纜工具或隨鉆測量工具之一。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 鉆頭，用于一旦在所述地質(zhì)地層中旋轉(zhuǎn)則產(chǎn)生所述輻射能。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊耦合至頻譜計算模塊，來計算所述所接收到的信號的頻譜，或正向傳播的、估算的電震源波形特征的頻譜。
13.—種處理器實現(xiàn)的方法，將在執(zhí)行所述方法的一個或多個處理器上被執(zhí)行，包括: 在輻射能與地質(zhì)地層交互后接收輻射能作為散射能，其中在用于將散射能轉(zhuǎn)換為接收到的信號的地下多通道傳感器陣列處接收到所述散射能，且其中所接收到的信號由彈性能的地下源所提供；和 通過將所述所接收到的信號干涉測量比較作為在所述傳感器陣列中的一些傳感器的彈性信號和電磁信號、或者通過將所述所接收到的信號時間反演傳播作為在地質(zhì)地層的體積的數(shù)字模型中的彈性信號和電磁信號，來標(biāo)識所述地質(zhì)地層中的不連續(xù)特征。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括: 通過在所述地質(zhì)地層中旋轉(zhuǎn)鉆頭，激活所述地質(zhì)地層中的彈性能的所述地下源來提供所述彈性能。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，包括: 鉆井多邊井眼，其中所述鉆井被包括在所述激活中，且其中所述傳感器陣列被設(shè)置于所述井眼中。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，包括: 迭代地指定所述地下源的至少三個潛在位置。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，包括: 從所述所接收到的信號中直接確定的彈性源波形特征，估算第一電磁波形特征。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，包括: 從所述所接收到的信號直接地估算第二電磁波形特征。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，包括: 經(jīng)由卷積或最小平方擬合，將所述第一電磁波形特征與所述第二電磁波形特征相比較，從而改進包括所述地下源的所述不連續(xù)特征的位置的估算。
20.一種產(chǎn)品，包括計算機可訪問介質(zhì)，所述介質(zhì)具有指令存儲于其上，其中當(dāng)所述指令被訪問時，使得計算機執(zhí)行: 在輻射能與地質(zhì)地層交互后接收輻射能作為散射能，其中在用于將散射能轉(zhuǎn)換為接收到的信號的地下多通道傳感器陣列處接收到所述散射能，且其中所接收到的信號由彈性能的地下源所提供；和 通過將所述所接收到的信號干涉測量比較作為在所述傳感器陣列中的一些傳感器的彈性信號和電磁信號、或者通過將所述所接收到的信號時間反演傳播作為在地質(zhì)地層的體積的數(shù)字模型中的彈性信號和電磁信號，來標(biāo)識所述地質(zhì)地層中的不連續(xù)特征。
21.如權(quán)利要求20所述的產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)所述指令被訪問時，使得機器執(zhí)行: 使用彈性地層模型、源模型、和地下源的至少一個估算的源位置，從所接收到的信號中直接估算彈性波形特征。
22.如權(quán)利要求20所述的產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)所述指令被訪問時，使得機器執(zhí)行: 估算與所述彈性信號相關(guān)聯(lián)的彈性導(dǎo)出的電磁波形特征，和與所述電磁信號相關(guān)聯(lián)的經(jīng)過濾的、時間反演的電磁波形特征。
23.如權(quán)利要求20所述的產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)所述指令被訪問時，使得機器執(zhí)行:估算譜功率隨與所述電磁信號相關(guān)聯(lián)的頻譜的頻率的趨勢、和譜功率隨與從所估算的彈性信號波形特征導(dǎo)出的所估算的電磁源波形特征相關(guān)聯(lián)的頻譜的頻率的趨勢。
24.如權(quán)利要求23所述的產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)所述指令被訪問時，使得機器執(zhí)行: 計算譜功率隨與所述電磁信號相關(guān)聯(lián)的頻譜的頻率的趨勢，與譜功率隨與從所述所估算的彈性信號波形特征導(dǎo)出的所估算的電磁源波形特征相關(guān)聯(lián)的頻譜的頻率的趨勢，它們之間的頻譜趨勢比值；和 在調(diào)整所述輻射能的源的間隔后迭代所述比值的計算，直到所述比值隨頻率變化小于所選擇量為止。
25.如權(quán)利要求24所述的產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)所述指令被訪問時，使得機器執(zhí)行: 基于所述頻譜趨勢比值調(diào)整 源間隔。
全文摘要
裝置、系統(tǒng)、和方法，可用于在輻射能與地質(zhì)地層交互后接收輻射能作為散射能，其中在用于將散射能轉(zhuǎn)換為接收到的信號的地下多通道傳感器陣列處接收到散射能，且其中所接收到的信號由彈性能的地下源所提供；并且用于通過將所接收到的信號干涉測量比較作為在傳感器陣列中的一些傳感器的彈性信號和/或電磁信號、或者通過將所接收到的信號時間反演傳播作為在地質(zhì)地層的體積的數(shù)字模型中的彈性信號和/或電磁信號，來標(biāo)識地質(zhì)地層中的不連續(xù)特征。還公開了附加裝置、系統(tǒng)、和方法。
文檔編號G01V1/40GK103250072SQ201080066459
公開日2013年8月14日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者P·F·羅得尼, S·A·萊文 申請人:哈里伯頓能源服務(wù)公司