随钻地震钻头信号提取方法研究

论文摘要

随钻地震技术是一种新兴的井中地震技术,它利用钻井期间钻头的振动作为井下震源,通过安装在钻柱顶端的先导信号传感器和埋置在井旁地表的检波器来分别接收经钻柱和地层传播上来的钻头信号,然后通过互相关等方法得到地下的地层信息,因此也称为随钻VSP或钻头地震。随钻地震不但结合了地面地震和井中垂直地震(VSP)的优点,而且具有自身独特的优势,它不干扰钻井工作,不占用钻井时间,无检波器下井风险,特别是能实时预测钻头前方的构造细节和地层压力,减少钻探风险,降低钻井成本,提高勘探开发的经济效益。由于牙轮钻头在信号采集、处理等方面的优势,现阶段随钻地震测量主要采用的是牙轮钻头。研究发现,牙轮钻头轴向作用力产生P波和SV波,横向作用力产生SH波,SH波振幅相比于P波和SV波的振幅很小,在典型的钻头尺寸和地震频率下,SH波振幅要比SV波振幅小三个数量级。由于在钻柱顶端和地面接收到的信号是连续的随机信号,因此只有将两个信号互相关才能得到反映地下构造的有效信息。但是由于先导信号是在钻柱顶端接收到的,它不可避免地受到了井场噪声和钻柱传输效应的影响,因此如何衰减井场噪声、如何消除钻柱的传输效应是随钻地震信号处理的关键问题。通过井场噪声调查发现,井场噪声有一些明显的特点,因此可以根据井场噪声的特点进行有针对性的衰减。钻柱的传输效应也是影响钻头信号的一个重要因素,其主要包括钻柱对钻头信号能量的吸收、井架顶端虚反射和钻柱内部多次反射,这些因素都会对钻头信号造成严重的影响。通过先导信号反褶积可以较好地消除钻柱的传输效应,将先导信号反褶积应用于模拟资料和实际资料,取得了理想的效果。相关作为钻头信号提取效果分析和应用的重要方法,由于计算速度、实时性等方面的原因可能无法将两个长信号一次运算完成,通过分段相关叠加的方法可以较为灵活地划分长信号,然后对应相关叠加起来,模拟试验验证了这种方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容
• 1.5 技术路线
• 1.6 主要创新点
• 2 随钻地震波场特征
• 2.1 随钻地震方法
• 2.2 随钻地震波场特征
• 2.2.1 牙轮钻头辐射模式
• 2.2.2 牙轮钻头波场特征
• 3 钻头信号波场分析
• 3.1 井场噪声
• 3.2 钻柱传输效应
• 3.2.1 钻柱对能量的吸收效应
• 3.2.2 井架顶端虚反射
• 3.2.3 钻柱内部多次反射
• 3.2.4 钻柱延迟时间
• 4 钻头信号提取方法
• 4.1 井场噪声压制
• 4.2 先导信号反褶积
• 4.2.1 先导信号反褶积方法
• 4.2.2 先导信号反褶积计算
• 5 钻头信号检验与应用
• 5.1 相关在钻头信号检验中的应用
• 5.1.1 相关原理
• 5.1.2 相关的灵活算法
• 5.2 钻头信号提取效果分析
• 5.2.1 模拟数据效果分析
• 5.2.2 实际数据效果分析
• 6 结论及建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文