随钻VSP采集试验

【摘要】随钻VSP技术与常规VSP技术相比，具有其自身的特点和独特的优越性，它利用钻井过程中钻头振动产生的噪声作为震源进行RVSP观测，不干扰钻井，不占用钻井时间，对井孔无任何风险，特别是可以通过现场地震成像处理，实时预测钻头前方地层的构造细节，达到减少钻探风险为主要目的。其技术关键是如何在井场强干扰噪声背景下准确地采集和恢复弱钻头反射信号，并使之变成等效的地层脉冲响应。对于钻头信号的特征、信号的传播规律、信号的分布规律尚不明确，没有成熟的经验可以借鉴，本文结合山东地区某井随钻VSP试验阐述了随钻VSP的基本原理及试验方法。

【关键词】随钻VSP 钻头信号 试验方法

1 随钻VSP的基本原理

随钻地震方法以钻井作业中钻头破岩时产生的振动作为地下震源，通过安装在井架和钻杆顶端的传感器采集由钻杆传送上来的钻头振动信号，并通过地面测线上的检波器排列采集经地层传播上来的钻头信号的直达波和反射波。

由钻杆上采集到的信号通常称为参考信号或导航信号，将参考信号经过预处理后与地面检波器的信号进行互相关和时移以及各种去噪处理，可以得到与RVSP类似的地震资料。

2 采集方案设计

2.1 采集仪器性能要求

由于钻井过程是连续的，因此要求采集仪器能够连续不间断的记录信号。目前的地震仪器如428数字地震仪、GeoWaves VSP测井仪等都能够满足施工需求。

2.2 观测系统设计

图1 观测系统

图1是在山东地区某井随钻VSP采集所采取的观测系统，基于试验的主要目的是弄清钻头信号的特征、信号的传播规律、信号的分布规律，在观测系统设计上动用了各类型的检波器，包括常规检波器排列、三分量数字检波器排列、盒子波、垂直排列。共由8个排列构成，每个排列有其自身的优点。

2.2.1 常规排列

排列1、排列2、排列3、排列4为常规排列。在井筒周围的地层产状、岩性、埋深都会有很大的变化，钻头信号经过地层的滤波在地面排列上每个检波器接收到的响应都是不一样的，为弄清在地层产状、岩性等有变化的情况下，钻头信号传播规律、分布规律设置了2条“十”字排列。

2.2.2 三分量排列

排列5、排列6为三分量排列。与模拟检波器相比，三分量数字检波器具有以下特点：（1）具有更好的振幅和频率响应特性；（2）具有更宽的动态范围，能够获取更高分辨率和信噪比的地震资料；

（3）具有极高的向量保真度、超低噪声特性以及极强的抗干扰能力；

（4）输出频带平坦，输出相位为零相位；

（5）能同时记录Z、X、Y方向的地震记录，能够提供更多的有关岩性和油气藏信息。

三分量数字检波器不仅能记录到优于常规检波器的P波资料，同时还能获得良好的P-SH和P-SV转换波资料，对于钻头震动信息的分析更有帮助。

2.2.3 盒子波

排列7为盒子波。在地震勘探中盒子波作为干扰波调查的一种有效方法，具备下面的优点：

（1）更符合地震波球面传播理论，能够接收到更为全面的地震波的信息。

（2）它的接收方式是由按一定规则排列的接收单元组成的接收网，可以根据需要灵活地对记录道进行各种方式的抽取、排列，得到各种用于分析的接收信息。

（3）可以直观地显示各种组合方式、各个方向对干扰波的压制效果。

（4）相同的激发、接收条件下得到的资料，杜绝了时间、地表各向异性等方面引起的误差，更有利于得到准确的结论。

通过盒子波的设置能更清楚的获得井场周围背景噪音的情况，为钻头震动信息的提取创造条件。

2.2.4 垂直排列

排列8为垂直排列，使用VSP测井仪器。由于排列是垂直布设的，不但可以接收到上行直达波，反射波，而且可以接收到近地表产生的下行波，对于纵向上能够获得的波场更加丰富，同时具备三分量数字检波器的特点。

3 资料分析3.1 常规排列

图5 垂直排列记录

从图5左垂直排列记录分析，同向轴的速度在850m/s，与高速层速度不符，理论上，同向轴应该是钻头震动信息，速度低的原因尚不明确。

4 结束语

在随钻VSP采集试验中，测线上采用了多道大排列、面积组合，接收方式上采用了平面接收、垂直接收、三分量接收，多种观测方式保证了取全钻头震动原始波场，并且获得了各种高质量的原始记录，为下一步的波场分析奠定了基础。通过本次试验，对随钻VSP的基本原理有了一定认识，在采集方法上也有了初步的了解，为进一步的试验打下了基础。