專利名稱：使用多能級傳感器陣列的無源地震數(shù)據(jù)獲取和處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及無源地震勘測領域。更具體地，本發(fā)明涉及用于部署傳感器并獲取無源地震數(shù)據(jù)以減少噪聲并增強識別微震事件的能力的方法。
背景技術：
無源地震發(fā)射斷層成像是其中在地球表面上(或在海上勘測中的水底上)以所選圖案部署地震傳感器陣列并在傳感器處檢測源自于在地球的地下層發(fā)生的各種地震事件(“微震事件”)的地震能量的過程。特別地，使用處理由傳感器所檢測的信號來確定發(fā)生各種地震事件處的地球的地下層中的位置。用于無源地震發(fā)射斷層成像的應用包括例如確定由沿著地質斷層(巖層或地層中的中斷)的移動、地下儲層中的流體的移動而引起的微震的起始點以及監(jiān)視被注入到地下儲層中以增加通過產(chǎn)生碳氫化合物的地下地球地層所鉆的井眼(“壓裂”)的有效井眼半徑的支撐劑填充流體的移動。稱為“壓裂監(jiān)視”的后一種應用意圖使得井眼操作員能夠相對于時間確定支撐劑填充流體通過特定地下地球地層的方向和速度。用于上述類型的解釋的無源地震發(fā)射斷層成像包括從在每個地震傳感器處檢測的信號內(nèi)確定所謂的地震引發(fā)事件，并且針對在地震傳感器處所檢測的每個事件，確定地震事件的起源的空間位置和時間。在用于與儲層和/或壓裂監(jiān)視有關的無源地震發(fā)射斷層成像的應用中，通常，接近于地球的表面發(fā)生顯著的噪聲源。用于減少此類噪聲的一個技術是將每個傳感器放置在通過沉積物和巖石的近地面層所鉆的井眼中。通過將傳感器放置在井眼中，通常在約100米的深度處，能夠減少所檢測地震信號中的地面發(fā)生的噪聲。即使使用此類技術，仍需要改進的地面發(fā)生降噪以使得能夠檢測小振幅微震事件。一般地，地面噪聲隨著傳感器的深度而減少，并且信號隨著傳感器更接近于事件而增加，導致增加的信噪比。因此，此類監(jiān)視傳感器的最常見安裝是盡可能深地向每個井眼中部署一個地震檢波器。即使在此類更大的深度處，仍需要無源地震感測陣列中的改善的降噪。

發(fā)明內(nèi)容
一種根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于無源地震勘測的方法包括在設置在要評估的一定體積的地下地層之上的多個空間分布井眼中部署地震傳感器。每個井眼中的傳感器形成一行傳感器。每個傳感器響應于地震振幅而生成光或電信號。來自每個傳感器的地震信號被記錄達所選時間段。地震傳感器記錄的響應被射束導向至地下層中的所選點和所選體積中的至少一個。在射束導向響應中識別至少一個微震事件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面的計算機可讀介質包括存儲在其上面的計算機程序。該程序具有可操作用于促使可編程計算機執(zhí)行包括以下各項的步驟的邏輯。計算機接受由地震傳感器所檢測的電或光信號的記錄作為輸入，所述地震傳感器被設置在要評估的一定體積的地下地層之上的多個空間分布井眼中。每個井眼中的傳感器形成一行傳感器。地震傳感器記錄的響應是被導向至地下層中的所選點和所選體積中的至少一個的射束。在射束導向響應中識別至少一個微震事件。通過以下說明和所附權利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將是顯而易見的。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的傳感器陣列中的一行傳感器的剖視圖。圖2是每個在其中具有如圖I所示的地震傳感器的多個井眼的平面圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的可編程計算機和包括用于執(zhí)行方法的計算機程序的計算機可讀介質。
具體實施例方式圖I示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器的二維陣列中的一行傳感器的剖視圖。多個井眼10被鉆至在地球表面以下的所選深度。在實踐中，該深度通常為約100米，雖然可以使用不同的深度。例如，在存在非常高的能級的地面發(fā)生噪聲的情況下，可以將井眼鉆得更深。在某些示例中，可以使用現(xiàn)有井眼，例如不再被用來產(chǎn)生或注入流體的井眼。在本示例中可以將基本上垂直布置的地震傳感器陣列12放置到每個井眼中。例如，傳感器12可以是單分量或多分量(三個靈敏軸)地震檢波器?？梢酝ㄟ^將傳感器12懸掛在電纜16上并然后填充井眼10來將傳感器12插入。在一個示例中，相鄰傳感器之間的間距為約17米。所示的示例在每個垂直陣列中使用四個傳感器12，但是每個陣列中的傳感器的準確數(shù)目不是對本發(fā)明的范圍的限制。通常，可以將每個陣列中的相應傳感器12、亦即最低傳感器、次最低等傳感器的深度放置在基本上相同的深度處。在其它實施例中，可以將處于傾斜角的淺井眼鉆至例如約100米的實際垂直深度。傾斜角可以是包括能級的任何角度。傳感器12將所檢測的地震能量轉換成被傳導至記錄單元14的電或光信號。記錄單元14包括用以實現(xiàn)來自每個傳感器12或者在多分量傳感器的情況下來自每個傳感器12的每個單獨輸出端的信號的時間索引記錄的設備(未單獨地示出)。微震事件13在將使用下文進一步解釋的方法確定的地下體積中的位置和時間發(fā)生。微震事件可以自然地發(fā)生，或者可以例如通過向地下體積中的巖層中泵送流體或從其中去除流體來引發(fā)。圖2示出了二維(2D)井眼陣列10的示例，每個具有設置在其中的傳感器，如參考圖I所解釋的。陣列的尺寸以及因此井眼的數(shù)目將取決于預期將發(fā)生微震事件的深度。陣列尺寸是由目標深度和期望的空間分辨率確定的。為了實現(xiàn)商業(yè)項目所需的分辨率，陣列的半徑可以近似等于目標的深度。雖然在圖2中示出了規(guī)則間隔開的陣列，但依照本發(fā)明，可以使用井眼的其它布置。相鄰井眼之間的間距是用以適應用于期望空間分辨率和噪聲抑制所需的地震檢波器數(shù)目的所需陣列尺寸的設計選擇。用于井眼之間的間距的典型值是I km。在如圖2所示的2D陣列的操作期間，由每個傳感器(圖I中的12)所檢測的信號被記錄(例如在圖I中的記錄單元14中)達所選時間段。然后可以處理該信號記錄(例如在圖I中的記錄單元14中的處理器中)以對傳感器的響應進行射束導向以增強信號檢測并減少噪聲。在一個示例中，可以沿著預定方向對每個傳感器陣列(即單個井眼中的那些傳感器)進行射束導向。在本示例中，用于每個井眼的所選方向可以是到地下的公共點或公共體積。然后可以將來自每個垂直陣列的射束導向信號組合。在另一示例中，能夠將沿著所有能級和在每個井眼(圖I中的10)中的所有傳感器記錄射束導向到地下中的公共點或體積?？梢酝ㄟ^向來自每個傳感器的信號記錄添加適當?shù)臅r間延遲來執(zhí)行射束導向，從而使得如果在特定時間發(fā)生的事件源自于特定點處或來自地下的特定體積，則該事件將在關聯(lián)的延遲時間到達每個接收機。從每個傳感器施加于信號的時間延遲因此將取決于每個傳感器的地理位置和深度，以及地下中的地層的地震(聲學)速度的空間分布。速度空間分布通常是用有源源反射地震勘測或類似技術預先確定的，在某些情況下，與從穿透巖層至少至目標深度的一個或多個井眼進行的聲學測量組合。然后重復前述射束導向過程以使陣列的響應聚焦到將針對信號記錄中的微震事件進行評估的總所選體積內(nèi)的地下的每個點或體積。在如上文所解釋地生成用于總所選體積內(nèi)的每個地下點或地下體積的射束導向響應之后，可以關于其起源的位置和時間來識別微震事件。在被頒發(fā)給Duncan等人并與本發(fā)明被共同所有的美國專利號7，663，970中描述了微震事件的識別的一個特定示例。在特定示例中，還可以通過使用在一個傳感器處測量的噪聲、特別是例如由電功率使用引起的周期性和/或諧波噪聲來預測在下一個傳感器處發(fā)生、例如在最淺傳感器處開始并繼續(xù)至每個井眼中的隨后較深傳感器的噪聲來在每個井眼中所檢測的地震信號中進一步減少地面發(fā)源噪聲。預測連續(xù)較深傳感器處的噪聲的一個方式是使用Weiner濾波器。參見例如 J. Wang, F. Tilmann, R. S. White 和 H. Soosalu 的 University ofCambridge, U. K.和 P. Bordoni, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia,Rome, Italy, Application of multichannel Wiener filters to the suppression ofambient seismic noise in passive seismic arrays, The Leading Edge, Society ofExploration Geophysicists, 2008年2月。Weiner濾波器可以用來通過用每個較深傳感器處的所記錄信號減去預測噪聲來減少連續(xù)較深傳感器中的此類周期性噪聲的振幅。在另一方面，本發(fā)明涉及在其上面存儲了用于執(zhí)行上文參考圖I和2所述的方法的計算機程序的計算機可讀介質。參考圖3，如參考圖I 5所解釋的前述過程能夠用計算機可讀代碼來體現(xiàn)?？梢詫⒋a存儲在計算機可讀介質上，諸如軟盤164、CD-R0M 162或磁(或其它類型)的硬盤驅動器166，其形成通用可編程計算機的一部分。如本領域中所已知的，計算機包括中央處理單元150、諸如鍵盤154的用戶輸入設備和諸如平板IXD顯示器或陰極射線管顯示器的用戶顯示器152。計算機可以形成記錄單元(圖I中的14)的一部分，或者可以是另一計算機。根據(jù)本發(fā)明的此方面，計算機可讀介質包括用于促使計算機對地震信號記錄執(zhí)行如上文所闡述并相對于前圖所解釋的動作(例如將每個井中的陣列或傳感器的響應射束導向至地下的所選點或體積并由此識別至少一個微震事件的起源的時間和位置)。根據(jù)本發(fā)明的用于獲取和處理無源地震信號的方法與在井眼中僅使用單“層”(單個公共平面部署)的地震傳感器的先前方法相比可以提供在接近地球表面(或水底)起源的噪聲的改善的抑制。雖然已經(jīng)相對于有限數(shù)目的實施例描述了本發(fā)明，但受益于本公開的本領域的技術人員將認識到可以設計不脫離如本文公開的本發(fā)明的范圍的其它實施例。因此，應僅由所附權利要求來限制本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種用于無源地震勘測的方法，包括 在設置在要評估的一定體積的地下地層之上的多個空間分布井眼中部署地震傳感器，每個井眼中的傳感器形成一行傳感器，每個傳感器響應于地震振幅而生成光或電信號；記錄來自每個傳感器的地震信號達所選時間段； 將地震傳感器記錄的響應射束導向至地下的所選點和所選體積中的至少一個；以及 在射束導向響應中識別至少一個微震事件。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，對每個單獨井眼中的所有傳感器執(zhí)行射束導向。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，同時地對所有井眼中的所有傳感器執(zhí)行射束導向。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，所述傳感器是單分量地震檢波器。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，所述傳感器是多分量地震檢波器。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中，每個井眼中的傳感器被設置在距離地面的相應深度處。
7.根據(jù)權利要求I所述的方法，還包括在每個井眼中確定來自第一傳感器的所記錄信號中的噪聲，并預測至少一個相鄰傳感器處的噪聲。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，使用維納濾波器來執(zhí)行預測噪聲。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，還包括用相鄰傳感器處的所記錄信號減去所預測噪聲。
10.根據(jù)權利要求I所述的方法，還包括 將地震傳感器記錄的響應射束導向至要評估的地下的所選體積中的每個點或體積；以及 確定在所選體積內(nèi)起源的微震事件的起源時間和起源位置。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，對每個單獨井眼中的所有傳感器執(zhí)行射束導向。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，同時地對所有井眼中的所有傳感器執(zhí)行射束導向。
13.一種具有存儲在其上面的計算機程序的計算機可讀介質，該程序具有可操作用于促使可編程計算機執(zhí)行包括以下各項的步驟的邏輯 接受由地震傳感器所檢測的電或光信號的記錄作為輸入，所述地震傳感器被設置在要評估的一定體積的地下地層之上的多個空間分布井眼中，每個井眼中的傳感器形成一行傳感器； 將地震傳感器記錄的響應射束導向至地下的所選點和所選體積中的至少一個；以及 在射束導向響應中識別至少一個微震事件。
14.根據(jù)權利要求13所述的計算機可讀介質，其中，根據(jù)權利要求22所述的計算機可讀介質，對每個單獨井眼中的所有傳感器執(zhí)行射束導向。
15.根據(jù)權利要求13所述的計算機可讀介質，其中，根據(jù)權利要求22所述的計算機可讀介質，同時地對所有井眼中的所有傳感器執(zhí)行射束導向。
16.根據(jù)權利要求13所述的計算機可讀介質，其中，所述傳感器是單分量地震檢波器。
17.根據(jù)權利要求13所述的計算機可讀介質，其中，所述傳感器是多分量地震檢波器。
18.根據(jù)權利要求13所述的計算機可讀介質，其中，每個井眼中的傳感器被設置在距離地面的相應深度處。
19.根據(jù)權利要求13所述的計算機可讀介質，其中，所述邏輯促使計算機進一步對來自每個井眼的傳感器記錄執(zhí)行確定來自第一傳感器的所記錄信號中的噪聲，并預測至少一個相鄰傳感器處的噪聲。
20.根據(jù)權利要求19所述的計算機可讀介質，其中，所述邏輯促使計算機使用維納濾波器來預測噪聲。
21.根據(jù)權利要求19所述的計算機可讀介質，其中，所述邏輯促使計算機執(zhí)行用相鄰傳感器處的所記錄信號減去預測噪聲。
22.根據(jù)權利要求13所述的計算機可讀介質，所述邏輯還包括用以促使計算機執(zhí)行以下各項的指令 將地震傳感器記錄的響應射束導向至要評估的地下的所選體積中的每個點或體積；以及 確定在所選體積內(nèi)起源的微震事件的起源時間和起源位置。
23.根據(jù)權利要求22所述的計算機可讀介質，其中，對每個單獨井眼中的所有傳感器執(zhí)行射束導向。
24.根據(jù)權利要求22所述的計算機可讀介質，其中，同時地對所有井眼中的所有傳感器執(zhí)行射束導向。
全文摘要
一種用于無源地震勘測的方法，包括在設置在要評估的一定體積的地下地層之上的多個空間分布井眼(10)中部署地震傳感器(12)。每個井眼(10)中的傳感器(12)形成一行傳感器。每個傳感器(12)響應于地震振幅而生成光或電信號。來自每個傳感器(12)的地震信號被記錄達所選時間段。地震傳感器(12)記錄的響應是被導向至地下中的所選點或所選體積中的至少一個的射束。在射束導向響應中識別至少一個微震事件。
文檔編號G01V1/00GK102985850SQ201180016902
公開日2013年3月20日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權日2010年4月5日
發(fā)明者P.M.鄧肯, L.埃斯納, M.P.索恩頓 申請人:麥克羅地震探測公司