（地球探测与信息技术专业论文）随钻地震资料逆vsp处理方法初探.pdf

一 | | i fi ri ii ii illl l li iiji y 18 2 9 9 3 9 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 学位论文完成同期：蔓2 1 二生 指导教师签字 答辩委员会成员签字 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 逵；垫遗直墓丝盂要缱型直堕数! 奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：名磊扬 签字日期：砂l 口年( 月牛日 _ 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项： 1 、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中 国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社”用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库， 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 勉磊新签字：分政 签字同期：i 。年6 月中日签字日期：p 年月y 日 摘要 随钻地震技术( s e i s m i cw h i l ed r i l l i n g 简称s w d ) 近十年来在国外油气勘 探、开发领域发展迅速。该技术与常规v s p 技术相比，具有其自身的特点和独 特的优越性，它直接利用钻进中钻头冲击地层破岩所产生的振动作为震源进行逆 v s p 测量，没有仪器设备下井风险，不干扰正常的钻井工作，不占用钻井时间， 对井孑l 无任何风险，其目的是为了估计地震波速度，确定钻头和反射面的位置， 能实现对井筒周围、钻头前方地层岩性和压力情况的实时预测以减少钻井风险， 提高钻井勘探效率。 在随钻地震勘探施工过程中，钻头振动产生的信号既可直接从钻头振动位置 通过地层传播到地面( 直达波) ，也可在钻头下方地层分界面上产生反射再传播 到地面( 反射波) ，还可沿着钻柱向上传播到钻柱的顶部( 先导信号) 。安装在钻 柱上某一位置处的先导传感器接收到的信号当作钻头振动信号，用布置在井场附 近地表或近地表的检波器排列接收钻头振动直达波和反射波，由此得到随钻地震 记录。 随钻地震数据处理大体上可分为两个阶段：第一阶段是将采集到的随钻信号 转换成地震剖面，包括数据解编、信噪分离、互相关、叠加、相位校正和真反射 时间校正等，这一阶段通常被称为随钻地震信号处理。其处理结果得到的相当于 逆v s p 的地震剖面。第二阶段是对随钻地震信号处理过的资料做逆v s p 处理， 包括初至拾取、速度分析、波场分离、反褶积、走廊叠加和c d p 转换迭加成像 等。在实际的处理过程中，这两个阶段并没有严格的分界线，因为其中的一些处 理步骤是可以彼此交换顺序的。 本文研究的主要内容是对随钻地震经过信号处理后得到的资料做逆v s p 处 理以及成像的主要过程。以j 下演模拟数值记录处理为主要内容，检验处理过程是 否可行，并应用于实际数据中，最终得到随钻地震记录的共检波器记录的c d p 迭加剖面，然后与实际井旁地面地震汜录作比较，取得了一定的效果。 关键字：随钻地震、逆v p s 、波场分离、反褶积、c i ) p 转换迭加 p r i m a r ys t u d yo fr v s pd a t ad r o c e s s i n go fs e i s m i c e x p l o r a t i o nw h i l ed r i l l i n g a b s t r a c s e i s m i cw h i l ed r i l l i n gh a sr a p i d l y d e v e l o p e d ，a san e wd o w n h o l es e i s m i c t e c h n i q u ei nr e c e n ty e a r s i tu s e t h ev i b r a t i o n g sp r o d u c e db yad r i l l b i tw h i l e d r i l l i n ga s ad o w n h o l es e i s m i ce n e r g ys o u r c et od or v s pe x p l o r a t i o n s e i s m i cw h i l ed r i l l i n g s u r v e y sa r ea c q u i r e dw h i t h o u ta n yd o w n h o l ei n s t r u m e n t a t i o n i tm e a n st h e r ei sn o i n t e r r u p t i o nt od r i l l i n g ，n ol o s tr i gt i m ea n dn or i s kt ot h eb o r e h o l ew h i l et h es e i s m i c d a t aa r eb e i n ga c q u i r e d t h e s ec h a r a c t e r i s t i c so f f e ram e t h o db yw h i c hb o r e h o l e s e i s m i cd a t ac a nb ea c q u i r e d ，p r o c e s s e da n di n t e r p r e t e dw h i l ed r i l l i n g s u b s e r f a c e c o n d i t i o n sa h e a do ft h ed r i l lb i tc a nb ep r e d i c t e da ta n yt i m ed u r i n gd r i l l i n gw i t h o u t t r i p p i n go u to ft h eh o l ea n ds e i s m i cd a t aa r ea v a i l a b l ea tt h ew e l ls i t ef o rr e a l t i m e d r i l ld e c i s i o n s f u r t h e r m o r e ，i tc a nr e d u c et h ed r i l l i n gr i s ka n di m p r o v et h ee f f i c i e n c y o fd r i l l i n g i nt h ee x p l o r a t i o np r o c e s so fs w d ，s i g n a l s g e n e r a t e db yt h ed r i l lv i b r a t i o n d i r e c t l yf r o mt h el o c a t i o no fv i b r a t i o nt r a n s m i t t e dt h r o u g ht h ef o r m a t i o n st ot h e g r o u n d ( d i r e c tw a v e ) ，o rr e f l e c t e df r o mt h ef o r m a t i o nb o u n d a r i e sb e l o wt h eb i ta n d t h e nt r a n s m i t t e dt ot h eg r o u n d ( r e f l e c t i o nw a v e ) ，a l s oa n db et r a n s m i t t e da l o n gt h e d r i l ls t r i n gt ot h ed r i l ls t r i n gu pt o p ( t h ep r e c u r s o r s i g n a l ) u s i n gt h es i g n a lr e c e i v e db y p r e c u s o rc o n t r o l l e ro nt h ed r i n gs t i n ga st h ed r i l l b i ts i g n a l ，g e tt h ed r i e c tw a v ea n dt h e r e f l e c tw a v er e c e i v e db yt h eg e o p h o n ea r r a yo nt h eg r o u n d ，t h e nw eg e tt h es w d r e c o r d s s w dd a t ap r o c e s s i n gc a nb er o u g h l yd i v i d e di n t ot w op h a s e s ：t h ef i r s ti s t r a n s f o r m a t i o nf r o mi n i t i a ld a t a si n t os e i s m i cp r o f i l e s ，i n c l u d i n gd a t a d e - c o m p i l e ， s i g n a lt on o i s es e p a r a t i o n ，c o r r e l a t i o n ，s u p e r p o s i t i o n ，p h a s ec o r r e c t i o na n dr e a lt i m e r e f l e c t i o n c o r r e c t i o n ，t h i ss t a g ei so f t e nr e f e r r e dt oa sd r i l l i n gs e i s m i cs i g n a l p r o c e s s i n g t h ep r o c e s s i n gr e s u l to b t a i n e di se q u i v a l e n tt or v s ps e i s m i cp r o f i l e s t h e s e c o n di sr v s pp r o c e s s i n go nt h ed a t aa f t e rs i g n a lp r o c e s s i n g i n c l u d i n gt h ef i r s t b r e a kp i c k i n g ，v e l o c i t ya n a l y s i s ，w a v ef i e l ds e p a r a t i o n ，d e c o n v o l u t i o n ，t r a n s f o r mt h e c o r r i d o rs t a c k ，a n dc d p - t a n s f o r m i nt h ea c t u a lt r e a t m e n tp r o c e s s ，t h e r ei sn os t r i c t d i v i d i n gl i n eb e t w e e nt h et w op h a s e sb e c a u s es o m ep r o c e s s i n gs t e p sc a ne x c h a n g et h e o r d e r t h em a i nc o n t e n t so ft h i s p a p e ri sd o i n gr v s pp r o c e s s i n go ns e i s m i cd a t a s o b t a i n e da f t e rt h es i g n a lp r o c e s s i n g p r o c e s s i n go nn u m e r i c a lf o r w a r dm o d e l i n gd a t a s a st h em a i nc o n t e n t ，t e s t i n gt h ef e a s i b i l i t yp r o c e s sa n da p p l i e di nt h ea c t u a ld a t a ，t h e f i n a lr e c o r di st h ec o m m o ng e o p h o n er e c o r d ss u p e r p o s i t i o nc d p p r o f i l e ，a n dt h e n c o m p a r e w i t ht h es u r f a c es e i s m i cd a t ap r o f i l e s s w d ，r v s p ，w a v ef i e l ds e p a r a t i o n ，d e c o n v o l u t i o n ，r v s p - c d p 目录 0 前言1 o 1 立论依据1 0 1 1 课题柬源1 0 1 2 研究的目的及意义1 0 2 国内外研究现状3 0 2 1 国外研究发展及现状3 0 2 2 国内研究发展与现状5 0 3 研究内容7 0 3 1 主要研究内容7 0 3 2 技术路线8 0 3 3 主要创新点8 l 随钻地震基本原理1 0 1 1v s p 的基本原理1 0 1 2 逆v s p 的基本原理1 l 1 3 随钻地震的基本原理：1 3 2 随钻地震r v s p 资料处理流程1 5 2 1 初至拾取及层速度计算1 5 2 1 1 初至拾取1 5 2 1 2 计算层速度1 6 2 2 静态时移和排齐1 7 2 3 波场分离1 9 2 4 反褶积2 3 2 5 走廊叠加2 6 2 6 随钻地震c d p 转换与迭加2 6 3 应用效果分析3 2 3 1 模型数据的处理3 2 3 2 实际数据处理结果分析4 8 4 结论与建议5 9 参考文献6 0 致谢6 3 个人简历6 4 发表的学术论文6 4 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 o 前言 0 1 立论依据 0 1 1 课题来源 本课题来源于“十一五国家高新技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 资源与环 境技术领域重点项目“随钻地震应用技术研究( 2 0 0 6 a a 0 6 a 1 0 8 ) ”。 0 1 2 研究的目的及意义 随着石油勘探向着复杂地质条件地区发展，石油钻井难度不断加大，风险不 断提高，成本也在r 益增加，于是对提高石油钻探开发的成功率、降低钻井风险 提出了更高的要求 1 - 4 1 。而石油钻井工程是一项高投入、高风险的工程，施工区 的地下地层情况具有很大的模糊性和不确定性，给钻井作业带来了极大的风险。 在待钻地层信息未知的情况下进行钻井工作，经常会发生井下事故，甚至发生井 喷等复杂情况，带来巨大的经济损失，严重的还可能导致油井钻探失败或人员的 伤亡。安全、准确、高效已经成为石油钻探追求的最终目标。因此，在钻井过程 中在不间断钻井作业的情况下，通过连续测量实时掌握钻头附近各种参数、预测 待钻地层属性以及监控井下状态等情况是十分必要的。 垂直地震剖面技术( v s p ) 是通过在井附近地表激发地震波，在井孔不同深 度安置检波器进行观测的一种地震勘探方法，是地震测井方法的变革和发展。v s p 可以用来研究井旁地层剖面变化以及地层岩性等特征。但是v s p 方法的测量要求 钻井达到一定井深后才能开展的，这种测量的滞后性使得人们在钻井过程中无法 及时掌握钻头钻进的最佳轨迹和钻头附近地层的有关信息，并且需要中断钻井作 业爿能进行，井下仪器存在风险，这都带来了高额的费用和更大的风险。 随钻地震技术( g w d ) 是一个具有重大意义的井中地震技术，借助v s p 技术 及逆v s p 技术与钻井技术而发展起来的。它是以钻井作业中钻头破岩时产生的振 动做地下震源，通过安装在钻柱顶端的传感器采集由钻柱传送上来的钻头信号 ( 称为先导信号) ，并通过地面检波器排列采集经地层传播上来的钻头信号( 称 一随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 为地面检波器信号) 然后将两个信号互相关以得到逆v s p 记录。与常规v s p 相比， 随钻地震技术有自身的特点和独特的优势：它成本低；观测深度间隔小；可实时 预测钻头前方地层压力以减少钻井危险；无井下设备；无井孔风险；不受钻井条 件的影响；不占用钻井时f b j ；无压力或温度的限制；效率高，特别是在进行多方 位、多炮检距或三维观测时；检波器可埋在低速带以下等。通过该项技术的研究 和应用可以在钻井作业中及时预测钻头前方地层压力和进行井下状态监测，实时 确定钻头在地震剖面上的位置和预测钻头前地层的构造细节，并通过井旁构造成 像等技术为钻井队提供可靠的地层参数，为决策者在钻井过程中必要时及时改变 钻井方案，提高钻井效率和优化套管设计提供依据，减少钻探j x l 险和经济损失 s , 6 1 ，具体来说其应用包括： 1 ) 实时确定钻头在地震剖面上的位置； 2 ) 预测钻头前方地层，进行准确的构造细节成像，精确刻画小断层、盐丘 等特殊地质体，确定钻头与目的层的相对位置，及时调整钻井方案； 3 ) 结合钻井随钻测量( m 1 】l d ) ，提供综合地层评价服务，进行底部钻具组合 的动态监测； 4 ) 估算地层速度； 5 ) 结合钻井参数和岩屑资料估算地层孔隙压力和岩性，优化钻井液的泥浆 比重，选择取芯和下套管的准确位置； 6 ) 利用s v 波进行横波井问地震勘探； 7 ) 获得非零偏移距逆v s p 资料，对井孔附近地层成像。 目前，随钻地震技术的研究在我国还处于起步阶段，主要侧重于理论和方法 性的研究，研究水平与国外相比存在较大的差距，还没有形成具有自主知识产权 的随钻地震技术和勘探仪器。而国外公司已经由理论研究阶段向工程应用方面过 渡，并垄断了这一技术，仅对国内企业提供现场服务，不出售仪器，这严重制约 了我国对于随钻地震技术领域的应用范围与规模。 随钻地震技术具有非常巨大的应用潜力，因此应加强随钻地震技术的研究与 应用。其中，随钻数据的处理非常关键。在随钻地震处理技术中处理分为两个阶 段：随钻地震信号处理与随钻地震逆v s p 处理。随钻地震信号处理主要解决的是， 消除井场强背景相干噪音和钻柱传播效应的影响，提高记录信噪比；提取先导信 2 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 号，与地面检波器信号做互相关处理将得到的随钻地震记录转换为相当于逆v s p 的地震剖面。第二阶段就是对经过信号处理的随钻资料进行r v s p 处理，经过钻 头直达波初至时间拾取、速度资料求取、波场分离、频谱分析滤波、反褶积与 c d p 转换和迭加等，最终得到迭加剖面或者将共检波点道集记录剖面转换为c d p 剖面，用于解释和应用。 本文的主要内容就是对随钻r v s p 记录进行处理和解释。 0 2 国内外研究现状 o 2 1 国外研究发展及现状 随钻地震技术的发展与垂直地震剖面技术( v s p ) 的发展有着千丝万缕的联 系。因此我们从常规v s p 技术的发展及其局限性谈起。垂直地震剖面既是一种地 震观测方法，也是一种井中观测方法。早在2 0 世纪2 0 年代，f e s s e n d e n 等人提 出将震源和检波器放在井中进行勘探；3 0 年代，d i x 提出利用井中检波器测量时 距曲线和时问速度关系，导致地震测井( 速度检验炮) 技术的发展。 从5 0 年代开始，国外研制了v s p 观测的专门仪器，试验了成套的野外工作 方法，并发展了相应的解释理论。1 9 7 3 年，前苏联加尔比林的专著垂直地震 剖面使v s p 发展成为一套完整的、独立的、新的观测方法。 1 9 7 9 年以来，v s p 很快发展成为一套成熟的技术并迅速在西方推广。到8 0 年代末和9 0 年代初，常规v s p 的发展不如人们所预料的那样理想，遇到了很大 阻力，这主要由于以下几方面的原因在很大程度上限制了其广泛的应用： 1 ) 需要停钻观测，造成的损失远远大于v s p 观测本身所需要的费用； 2 ) v s p 测量带来了很大的风险，例如检波器放置井中该所造成的危险； 3 ) 越来越多的大斜度井和水平井，使得v s p 无法正常测量。 随钻地震与地面地震和常规v s p 不同，它利用钻头破岩产生的振动作为震源 进行地震勘探，如果利用普通检波器在地面进行观测，它可以看做是一种逆v s p 。 与常规v s p 和逆v s p 相比，它结合了地面地震和v s p 的优点，具有不干扰钻井工 作、不占钻井时间、无井下风险等特点。 随钻地震思想的形成，早在1 9 3 6 年w e a t h e r l y 就提出了用顿钻产生的冲击 信号作为一种震源，对地下构造进行成像，并申请了专利【7 1 ，由于受当时科学技 3 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 术水平的限制，未能得到进一步的发展。 1 9 6 1 年，g u y 提出了在井场附近布置地震仪记录钻井振动，并获得钻开地 层特征信息的想法。 1 9 6 8 年，d e i l y 等人对钻头振动记录井下信息作了研究，在钻井工程文献上 发飙了其研究结果，主要是在钻头振动效应的有效性方面。 1 9 7 2 年，l u t z 等人和1 9 7 9 年q u i c h a u d 等人研究表明了顶驱装置上的加速 度传感器记录的振幅与钻头和地层的相互作用有关联。 1 9 7 4 年，b a i l e y 提出了一套在钻柱上和地面安装传感器进行连续钻头定位 系统的想法。 1 9 8 0 年，k l a v e n e s s 提出将地震脉冲短节下到钻头上端的钻柱中，在地面安 装检波器来确定斜井方向和钻开地层岩性的想法。 1 9 8 4 年，k a t z 提出了利用钻头钻头振动作为震源，在井场附近布置检波器 来确定钻头的位置。 1 9 8 6 年，r e c t o r 、m a r i o n 和k o s t o v 等人实现了用钻井中旋转钻头破岩时的 噪声作为井下震源，用地面检波器接收的新型井中地震勘探方法，并取得了较好 的效果 s l 。 2 0 世纪8 0 年代末，随着电子计算机、数字处理技术以及弱信号检测技术的 不断发展，美国斯坦福大学c l e a r b o u t 教授领导的斯坦福勘探计划( s e p ) 又重 新丌展了对随钻地震技术的研究，w h i t e h o u s e 、a d a m s 以及h a l d o r s e n 对旋转 钻头进行了深入的研究 9 - 1 0 1 ，研究结果表明，牙轮钻头所产生的能量和频带宽度 足以用作逆v s p 震源。其主要做法是依靠安装在钻柱上的加速度检波器接收到的 信号作为钻头信号的估计，再通过先导信号与地面检波器记录做互相关处理来得 到与可控震源地面地震记录相类似的单炮地震记录，当时的主要专利产品t o m e x 处理得到的随钻地震逆v s p 记录剖面与常规v s p 成像剖面比较，能够做到浅层地 震反射层吻合较好，但深层稍有差异。 此后，随着随钻地震技术研究的向前发展，为了避免井场钻井作业产生的强 干扰噪声，提高信噪比，出现了利用井下传感器采集先导信号的方法。这方面的 专利主要是意大利原a g i p 公司开发s e i s b i t ( 钻头地震) 的m w d c ( 随钻实时偏 移技术) 1 1 1 。随钻实时偏移技术就是在钻井过程中，根据随钻r v s p 得到的速度 4 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 一 等信息，修改速度模型并对原地面地震剖面做深度偏移处理，经过反复迭代，可 获得更准确的深度剖面和构造细节，从而有可能在钻井过程中及时改变原钻井方 案，减少不必要的经济损失和钻探危险性。 后来人们为了解决钻头钻井时的随钻地震监测问题，采用了在钻井( 或停钻) 过程中，将传感器安装在井下靠近钻头的钻具组合位置，接收地面激发所产生的 地震波的方法，以达到钻井实时地震监测的目的。该方法完全类似于常规v s p 勘 探，只不过是在钻井( 或停钻) 过程中进行垂直地震观测，与钻头类型无关并可 达到实时地震观测的效果。这方面的典型专利产品有：美国s c h l u m b e r g e r 公司 的s s e i s m i c m w d t l 2 - 1 4 和法国i e p 石油公司的t r a f o r 。从s e i s m i c m w d 剖面与常规 v s p 剖面对比来看，s e i s m i c m w d 的效果上不是十分理想。 随着石油工业的向前发展，石油勘探、开发的难度在不断加大，特别是石油 开发，钻探成功率以及安全、环保等问题对开发效益产生直接的影响，由于随钻 地震对钻探具有现场实时监控的功能，必要时可及时改变钻井方案，减少钻探风 险，因此越来越受到石油勘探开发界的高度重视，资料采集、处理水平和装备设 施得到进一步的提高。 随钻地震技术现阶段实现了地面多检波器排列和检波器大组合接收d 5 1 。同 时，该技术与其它相关行业结合得也越来越紧密，如与钻井方位监测( m w d ) 及 随钻测井( l w d ) 等技术的结合使用。并且，随钻地震技术的应用领域和范围也 在不断扩大，不仅在陆上石油勘探、开发中，而且在海上石油勘探、开发中也得 到了初步应用1 1 6 1 ，甚至在其它钻探工程中，如热水井的钻探1 1 7 】和隧道开凿工程 1 8 1 中也得到了探索性的应用。 目自仃，国外随钻地震技术已经较为成熟，开始由理沦探索逐步过渡到工程应 用。其核心技术目前主要由斯伦贝谢( s c h l u m b e r g e r ) 公司，法国i f p 公司、意 大利a g i p 公司等几家国际大公司掌握，国内随钻地震技术发展较晚，整体水平 较低。 0 2 2 国内研究发展与现状 “七五”期间，国内部分单位曾经拟丌展随钻v s p 技术研究，但是由于当时 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 国外对随钻地震勘探技术的研究还处于探索阶段，技术不成熟，因此一直没有进 行该项技术的研究。伴随着国外随钻地震技术的发展与r 趋成熟，国内相关单位 对随钻地震技术开始了初步的、探索性的研究。 国内开展随钻地震技术研究较早的是西安石油学院及江汉石油管理局物探 处的张绍槐、韩继勇等人，他们从1 9 9 6 年就开展了该项技术的研究工作，并与 1 9 9 9 年承担了国家自然科学基金资助项目“随钻地震技术理论及工程应用”，对 该技术进行了初步的理论方法研究 1 9 - z s l ，取得了一定的认识。2 0 0 0 年在江汉油 田选择了一口井( 范3 井) ，在井深2 2 5 0m 左右的井段上，利用现有的设备进行 了随钻地震的数据采集、处理和实验分析，获得了随钻地震观测的有效信号，并 对其进行了特征分析、干扰波分布以及现有采集方案、处理设备的适应能力等内 容进行了系统研究，为随钻地震建立一套一体化的数据采集、处理与分析、实时 提供钻井地质信息和动态监控参数的轻便实用系统奠定了基础。 东方地球物理公司于1 9 9 9 年将随钻地震技术作为前沿研究项目，开展前期 技术研究，并进行了多口井的野外采集实验，同时开展了较系统的采集、处理方 法研究。从2 0 0 1 年丌始，随钻地震技术_ 丌始作为“卜五”重点技术丌发项目， 继续进行研究。 2 0 0 2 年l o 月，东方地球物理公司研究院在塔罩木瓮地轮南地区轮古4 7 井 进行了随钻地震实验，在获得较理想的采集、处理成果后 2 6 , 2 7 ，又于2 0 0 3 年8 月在吐哈盆地红台地区红台1 1 井进行第二口井的随钻地震实验和研究，取得较 大进展。2 0 0 5 年，罗斌在其博士论文中对该项目的研究成果做了系统的总结 2 8 1 2 0 0 5 年，胜利石油管理局钻井工艺研究院承担了中石化先导课题“随钻地 震技术研究”。通过几次不同井深的随着地震现场实验，开展了探索性的工作， 取得了一定得进展，积累了一些野外观测的经验。 在已有的研究基础上，中国石油化工集团公司联合中国地震局、中国海洋大 学于2 0 0 6 年承担了国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 项目“随钻地震( r v s p ) 技术研究”。 2 0 0 7 年，中国地震局地球物理研究所的杨微在其硕士论文【2 9 l 中就随钻地震 信号检测方面的研究进展进行了概括与总结。 6 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 2 0 0 8 年，中国海洋大学的王宁健在其硕士论文 3 0 l 中探讨了随钻地震钻头信 号的提取方法研究。 2 0 0 9 年，中国海洋大学的王林飞在其博士论文1 3 1 1 中系统研究了随钻地震技 术、垂直地震剖面技术( v s p ) 和逆垂直剖面技术( r v s p ) 的联系和差别。并对 随钻地震波场进行了系统的分析，提出了随钻地震技术勘探的最佳观测方法和基 于传播特性的随钻地震最佳波场分离方法。将随钻地震资料进行信号处理后得到 随钻地震r v s p 记录，并对随钻r v s p 共检波点道集记录进行连续深度叠加合成剖 面与井旁地面地震剖面对比。 0 3 研究内容 o 3 1 主要研究内容 本文在进行随钻地震数据r v s p 处理过程中，参照常规v s p 和r v s p 数据的处 理方法，并对某些处理步骤做出相应修改，使之能够适用于随钻地震r v s p 资料 的处理。通过对随钻地震r v s p 资料的速度求取、波场分离、反褶积和c d p 变换 与迭加等处理应用，将对随钻共检波点单道记录转换成类似井旁地面地震剖面的 c d p 迭加剖面。 主要的研究内容包括： 随钻地震r v s p 资料的速度求取方法； 随钻地震r v s p 资料中钻头直达波，一次反射波以及多次反射波的分离 方法； 利用正演模拟方法分析波场特征，在此基础上研究消除多次波影响，提 高反射波分辨力的方法； 研究针对偏移距随钻r v s p 资料进行c d p 转换和迭加方法。 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 0 3 2 技术路线 本文采取的技术路线如下图： 0 3 3 主要创新点 本文通过对随钻地震技术( s w d ) ，垂直地震剖面法( v s p ) 以及逆垂直地震 剖面法( r v s p ) 原理及应用的系统研究，讨论了常规v s p 和r v s p 数据处理流程 8 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 是否适用于随钻地震资料r v s p 处理，并做了相应的修改。根据某实际井资料设 计了模型，对模型数据进行处理，得到了较好的结果。并应用于实际井采集到的 随钻地震数据进行r v s p 处理，最终通过随钻地震c d p 转换和迭加，消除偏移距 的影响，将随钻地震共检波点剖面从每深度源每个记录时间的样值从深度一时间 坐标的空间变换到偏移距一双程垂直时间坐标的空间，得到c d p 迭加剖面，并与 井旁地面地震记录对比，得到了较好的效果。 本文的主要创新点： 利用拾取钻头直达波的初至时间求取层速度； 采用中值滤波的方法实现对随钻地震r v s p 资料钻头直达波和有效反射 波的波场分离； 利用直达波提取反褶积因子，对有效反射波进行反褶积，压缩其相位， 提高分辨力； 首次实现了随钻地震r v s p 资料的c d p 转换和迭加，得到类似地面地震 剖面的井旁一定距离内的c d p 迭加剖面。 9 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 1 随钻地震基本原理 1 1v s p 的基本原理 垂直地震剖面( v s p - - v e r t i c a ls e i s m i cp r o f i l i n g ) 技术( 图1 - 1 2 ) 是一种地 震观测方法，它是与地面观测的地震剖面( 图1 - 1 1 ) 相对应的。地面观测的地 震剖面是在地表附近的一些点上激发地震波，同时再沿地面测线布置的检波器上 接受3 2 1 ；垂直地震剖面也是在地表附近的一些点上激发，但它是在沿井孔不同 深度上布置的一些检波器来接收地震波。前者检波器排列在地表，测线沿地面布 置所以称为水平( 或地面) 地震剖面；而后者检波器排列在井中，测线沿井孔垂 向布置，所以称为垂直地震剖面f 3 3 1 。 地 反 图1 1 1 地面地震技术示意图 图1 - 1 2 垂直地震剖面技术示意图 1 0 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 在水平地震剖面中，置于地面的检波器，除接收沿地表传播的直达波和面波 外，只能接收来自地下的上行波；在垂直地震剖面中，因为检波器置于井中地层 中，所以既能够接收上行波，也可以接受自上而下的下行波。这是垂直地震剖面 与水平地震剖面相比最重要的一个特点。 垂直地震剖面法中的震源的选取原则： 1 ) v s p 所用的震源最好与v s p 井旁地面地震剖面所用的震源一致，容易 实现地表资料和v s p 资料的统一解释： 2 ) v s p 各次激发的震源子波应具有高度的一致性和重复性； 3 ) 激发频谱应尽可能宽，以便提高分辨率。主要适用的震源有：炸药震源、 气枪震源、振动震源、电火花震源 3 4 , 3 5 , 3 6 1 等。 4 ) 震源的输出强度应该适中。 在标准的垂直地震剖面测量过程中，检波器是要放到井中不同深度中，并利 用各种推靠装置将其推靠在井壁上，接收传到井壁的地震波的。因此，在v s p 记录中，井中是需要停钻的，这使得施工的成本提高，并且同时存在操作上的风 险。v s p 测量既影响了钻井的进度，同时由于其井下检波器与地层耦合不良以及 连接电缆的不断振动等会引起不同程度的噪声，v s p 技术中的这些天生的缺陷使 得孩技术虽然在理论上取的了很好的成就，却在实际勘探中未能得到广泛的应用 1 3 7 。 1 2 逆v s p 的基本原理 由于常规的v s p 必须在井中不同深度进行记录，放置检波器和防水电缆既 费时又昂贵，给实用化带来了很多困难。因此为了提高工作时效，降低施工成本， 在垂直地震剖面( v s p ) 技术的基础上发展了逆垂直地震剖面( r v s p = r e v e r s e v e r t i c a ls e i s m i cp r o f i l e ) 技术1 3 8 1 。 根据地震勘探中的震源与检波器得互易原理，即如果震源和检波器是合理布 置的，比如都与地表耦合良好，那么地震波在a 点产生b 点接受与在b 点产生 a 点接收是一样的。于是，将地面震源移到井中激发产生地震波，而检波器按测 线排列于地表接收( 图1 - 1 3 ) ，这就是r v s p 的基本原理。 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 图1 1 3 逆v s p 技术示意图 相对于v s p 观测时的井中检波器既接收震源穿透地层直接到达和上部地层 反射产生由上而下传播的下行波，又接收从检波器下部地层反射由下而上传播的 上行波而言，逆v s p 观测时由于是在井中放置震源而检波器排列于地表，使得 地表检波器只能接受井中震源激发后由下而上传播的上行波。这其中包括震源产 生穿透地层直接到达检波器的直达上行波，也包括由地层反射或多次反射后到达 的反射上行波。 逆v s p 采用地面检波器接收，可以通过设置地面检波器来改善耦合条件， 降低噪声，提高勘探精度；并且可以根据需要，选择合适的观测系统( 例如，炮 检距的大小、测线的布置等) ，提高覆盖次数，改善地震剖面质量。 逆v s p 观测时井中激发对于井下震源要求非常苛刻。出于对井孔的保护， 井下震源激发要求对井孔无破坏，并且能够单井多次激发，对于操作要求简单安 全，同时对周围环境不能造成污染。基于上述条件，现在逆v s p 施工过程中， 大多采用电火花震源。电火花震源不仅能量适中，主频较高，频带宽，波形稳定， 更重要的是电火花震源能够满足井中激发对于震源的特殊要求，具有其他类型震 源不可比拟的优越性，是适用于逆v s p 采集比较理想的震源。但是，在实际的 逆v s p 采集中，电火花震源只能在浅井施工中取得理想的效果，而井过深时， 1 2 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 它的激发能量往往不能穿透地层到达地面检波器为其接收，得不到高质量的逆 v s p 资料。因此，逆v s p 技术的最大困难就在于要制造出既能产生在地层中传 播数千米的能量，又不能破坏井孔及井筒的井下震源 3 9 4 0 1 。 综上所述，逆v s p 技术，采用井中激发，地面可全方位接收，扩大了井周 围附近区域的覆盖范围，增加了信息的采集量，提高了资料的应用价值，有着很 广阔的应用空间1 4 1 1 。 1 3 随钻地震的基本原理 随钻地震( s e i s m i cw h i l ed r i l l i n g ，简称s w d ) 技术是一种新兴的井中地震 勘探技术，在国内外迅速发展迅速。它是以钻井作业中钻头破岩时产生的振动作 为地下震源，通过安装在钻柱顶端的传感器采集由钻柱传送上来的钻头信号，并 通过地面的检波器排列( 或水下检波器) 采集经地层传播上来的钻头直达波，反 射波和其它干扰波( 图1 - 1 4 ) 。如果将检波器布设在附近的井眼中，就可以实现 井问地震技术。 由钻柱顶端采集到的信号通常称为先导信号或参考信号，将先导信号经一 些处理后与地面检波器信号( 或水下检波器信号) 进行互相关、时移以及各种去 噪处理，可计算出各种波至( 直达波、反射波) 的旅行时间，得到波在不同地层 中的传播速度、钻头位置，从而获得井身几何参数，预测钻头前方岩层及目的层 深度、地层岩性及地层界面、裂隙的位置、方向等。 由于随钻地震技术是在钻井作业过程中进行观测，钻井时可以引起钻柱和 地面震动的震源很多，并且各种信号的和传播路径和机制非常复杂。因此随钻地 震相比常规的地面地震和v s p ，其波场特征更加复杂。除了钻头直达波和反射波 外，随钻波场中还包括：在钻柱中来回反射形成的钻柱多次波；钻柱中传播的信 号部分能量传播到底层被地面检波器接收的首波；井架振动引起的井架波；以及 井架附近的柴油发电机、泥浆泵等钻井设备振动等引起的干扰噪声，此外，地面 检波器还会接受到附近车辆、施工人员以及风吹草动等产生的随机干扰噪声。这 些干扰都会对先导信号与地面检波器信号造成影响。如果不对这些噪声进行有效 的压制，它们会严重影响随钻地震逆v s p 记录的质量，进而影响随钻数据处理 与解释工作。 1 3 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 先导侍 九达波 图1 - 1 4 随钻地震技术原理示意图 必须指出的是，在随钻地震的记录期问，钻头是不断前进的。由于钻井的 进尺与地层传播速度相比小的多，可以忽略不计，所以认为记录期间的钻头深度 不变。也就是说，随钻记录、实时处理的随钻地震数据可以反映当时钻头所处的 位置，以及振动状况等。 综上所述，随钻地震是地震技术和钻井技术的结合【捌。它采用的检波器分 散布置在地面，而震源则在井中激发，因此也可以看做是一种逆v s e 。但是由 于它是以钻井过程中钻头产生的自然振动作为井下震源，区别于其它勘探方法中 的人工震源，并受到钻杆振动等特有的干扰波的影响，因此随钻地震又不同与常 规逆v s p ，在处理解释过程中也不尽相同。 1 4 随钻地震资料逆v s p 处理方法初探 2 随钻地震r v s p 资料处理流程 由于随钻地震资料采集方法的特殊性，随钻地震数据处理大体上可分为两 个阶段：第一阶段是将采集到的随钻信号转换成地震剖面，包括数据解编，信噪 分离、互相关、叠加、反褶积、相位校正和真反射时间校币，这一阶段通常被称 为随钻地震信号处理，其处理结果相当于逆v s p 的仞始剖面。第二阶段是对随钻 地震信号处理后的资料进行r v s p 处理，包括初至拾取、静态时移和排齐、时深 关系分析，例如速度分析、波场分离及迭加成像等。事实上，这两个阶段并没有 严格的区分，因为一些处理步骤可以相互交互彼此的顺序，或者在两个阶段的处 理中有些处理步骤都是可以应用到的。 本文的主要内容就是对经过信号处理之后的随钻地震逆v s p 资料进行处理。 随钻地震逆v s p 资料处理技术与v s p 、常规r v s p 处理技术所依据的基本 理论绝大部分是相同的。因此，随钻地震逆v s p 资料处理方法大部分可以从标 准的v s p 资料处理项目中借用。但是，为了适应随钻地震的特有条件，有些处 理需要做一些修改。 下面介绍随钻地震r v s p 资料处理的基本流程。 2 1 初至拾取及层速度计算 2 1 1 初至拾取 所谓的初至拾取就是指确定随钻地震r v s p 上每一道不同深度震源激发产 生的初至直达波的到达时间。精确拾取的初至时间在这里主要用于： ( 1 ) 建立可靠的时一深关系； ( 2 ) 为排齐，提取子