隨鉆地震鉆頭震源側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方法，具體涉及隨鉆地震鉆頭震源側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方 法。 技術(shù)背景：
[0002] 自然界地震包括自然地震和人工地震，其中人工地震包括主動(dòng)地震和被動(dòng)地震， 在地震勘探中，人工震源用來(lái)攜帶有用的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)；在地震勘探中的地震波是人工激 發(fā)產(chǎn)生的，即為人工震源，可以分為兩類，一類是炸藥震源，另一類是非炸藥震源。炸藥震源 激發(fā)的地震波具有良好的脈沖特性和能量高的優(yōu)點(diǎn)，是野外油氣勘探激發(fā)地震波的主要 震源.非炸藥震源有落重式震源、氣爆震源、電火花震源、可控震源和隨鉆地震震源等。
[0003] 在國(guó)外，早在1936年，weatherby就提出了將鉆頭振動(dòng)作為震源對(duì)地下構(gòu)造進(jìn)行 成像的思路，上世紀(jì)80年代以來(lái)，隨鉆地震（SWD，SeismicWhileDrilling)是逐步發(fā)展 起來(lái)，上世紀(jì)九十年代，隨鉆地震從理論探索逐步向工程應(yīng)用過(guò)渡，形成了一整套技術(shù)， 并開(kāi)始對(duì)外服務(wù)，這些系統(tǒng)目前仍在不斷的完善中。它以鉆井作業(yè)中鉆頭破巖時(shí)產(chǎn)生的振 動(dòng)作為地下震源，通過(guò)安裝在井架和鉆桿頂端的傳感器采集由鉆桿傳送上來(lái)的鉆頭振動(dòng) 信號(hào)，并通過(guò)地面測(cè)線上的檢波器排列采集經(jīng)地層傳播上來(lái)的鉆頭信號(hào)的直達(dá)波和反射 波圖?？蓪?shí)時(shí)預(yù)測(cè)鉆頭前方地層構(gòu)造的細(xì)節(jié)，異常地層孔隙流體壓力，減少鉆探風(fēng)險(xiǎn)，確 定套管的最佳下放深度，對(duì)于提高鉆井工程安全與效益具有非常重要的意義。目前，基于 水平鉆機(jī)鉆頭震源的隨鉆地震側(cè)幫探測(cè)技術(shù)還未見(jiàn)報(bào)道，因此需要進(jìn)行基于日常生產(chǎn)采掘 設(shè)備的側(cè)幫被動(dòng)震源的地質(zhì)勘探研宄，填補(bǔ)空白。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供隨鉆地震鉆頭震源側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方法。
[0005] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案是，隨鉆地震鉆頭震源側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方 法，其特征在于：包括如下步驟：
[0006] 第一步：將檢波器設(shè)置在鉆柱尾端，用于接收鉆頭發(fā)射波；
[0007] 第二步：將三分量傳感器組設(shè)置在巷道側(cè)幫，三分量傳感器能同
[0008] 時(shí)檢測(cè)直達(dá)波和反射波；
[0009] 第三步：?jiǎn)?dòng)鉆機(jī)；
[0010] 第四步：檢波器將鉆頭震源通過(guò)鉆柱傳送的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送給防 爆地質(zhì)側(cè)幫探測(cè)儀主機(jī)；三分量傳感器組將收到的直達(dá)波和/或反射波通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊 發(fā)送給防爆地質(zhì)側(cè)幫探測(cè)儀主機(jī)；
[0011] 第五步：防爆地質(zhì)側(cè)幫探測(cè)儀主機(jī)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，
[0012] 得出探測(cè)結(jié)論；數(shù)據(jù)分析處理按如下方法進(jìn)行：
[0013] 當(dāng)直達(dá)波行程方向無(wú)異構(gòu)體時(shí)，第一至第m三分量傳感器接收到鉆頭震源信號(hào)的 直達(dá)波，第m+1至第n三分量傳感器未接收到直達(dá)波；則：Cl，c2,h，T2，Li，可以通過(guò)方程 組①求得：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 隨鉆地震鉆頭震源側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方法，其特征在于：包括如下步驟： 第一步：將檢波器（B)設(shè)置在鉆柱尾端，用于接收鉆頭發(fā)射波； 第二步：將三分量傳感器組（Al，A2，……，Am，Am+l，……，An)設(shè)置在巷道側(cè)幫，三分 量傳感器能同時(shí)檢測(cè)直達(dá)波和反射波； 第三步：?jiǎn)?dòng)鉆機(jī)； 第四步：檢波器（B)將鉆頭震源通過(guò)鉆柱傳送的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送給防 爆地質(zhì)側(cè)幫探測(cè)儀主機(jī)；三分量傳感器組（A1，A2，......，Am，......，An)將收到的直達(dá)波和 /或反射波通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送給防爆地質(zhì)側(cè)幫探測(cè)儀主機(jī)； 第五步：防爆地質(zhì)側(cè)幫探測(cè)儀主機(jī)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得 出探測(cè)結(jié)論；數(shù)據(jù)分析處理按如下方法進(jìn)行： 當(dāng)直達(dá)波行程方向無(wú)異構(gòu)體時(shí)，第一至第m三分量傳感器（Al~Am)接收到鉆頭震源 信號(hào)的直達(dá)波，第m+1至第η三分量傳感器（Am+1~An)未接收到直達(dá)波；則：Cl，c2，τ i， τ2, Li,可以通過(guò)方程組①求得：
其中：τ i為第一三分量傳感器（Al)接收到的鉆頭震源信號(hào)直達(dá)波旅行時(shí)間，τ 2為第 m三分量傳感器（Am)接收到的震源信號(hào)直達(dá)波旅行時(shí)間；^為檢波器（B)接收的鉆頭震源 信號(hào)在鉆柱的傳播時(shí)間；At1為第一三分量傳感器（Al)接收的鉆頭震源信號(hào)直達(dá)波旅行 時(shí)間與鉆頭震源信號(hào)在鉆柱傳播時(shí)間的時(shí)間差，At 2為第m三分量傳感器（Am)接收的鉆頭 震源信號(hào)直達(dá)波旅行時(shí)間與鉆頭震源信號(hào)在鉆柱的傳播時(shí)間的時(shí)間差，i為從掌子面到側(cè) 幫布置的傳感器序號(hào)，i = 1，2,…m，LiS鉆頭震源與第i個(gè)三分量傳感器在垂直方向的 距離，L1為鉆頭震源與第一三分量傳感器（Al)在垂直方向的距離，L tl為三分量傳感器間距， X1為三分量傳感器埋設(shè)深度，X2為開(kāi)采巷道寬度；C1為鉆頭震源到第一三分量傳感器（Al) 的直線距離，〇 2為鉆頭震源到第m三分量傳感器（Am)的直線距離；第一三分量傳感器（Al) 為三分量傳感器組中與鉆頭距離最近的那個(gè)三分量傳感器；第η三分量傳感器（An)為三分 量傳感器組中與鉆頭距離最遠(yuǎn)的那個(gè)三分量傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨鉆地震鉆頭震源側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方 法，其特征在于：第五步數(shù)據(jù)分析處理還包括： 當(dāng)?shù)趉l至第k2三分量傳感器收到鉆頭震源信號(hào)反射波時(shí)，說(shuō)明有效探測(cè)區(qū)域有異構(gòu) 體；I < kl < η ;1 < k2 < n ;kl < k2 ; 則：Id1，b2, Cl，c2，τ 3，τ 4, Li, Ytl可以通過(guò)方程組②求得：
其中：Ytl為異構(gòu)體直徑；τ 3為第kl三分量傳感器（Akl)接收的鉆頭震源信號(hào)在γ汸 向反射波旅行時(shí)間，τ4為第k2三分量傳感器接收到的鉆頭震源信號(hào)在γ 2方向反射波旅行 時(shí)間，At3為第kl三分量傳感器接收的鉆頭震源信號(hào)在γ方向反射波旅行時(shí)間與鉆頭震 源信號(hào)在鉆柱傳播時(shí)間的時(shí)間差，At 4為第k2三分量傳感器接收到的鉆頭震源信號(hào)在γ 2 方向反射波旅行時(shí)間與鉆頭/鉆桿震源信號(hào)在鉆柱傳播時(shí)間的時(shí)間差；卜為γ i方向第kl 三分量傳感器到異構(gòu)體界面距離，b2S γ 2方向第k2三分量傳感器到異構(gòu)體界面距離；c3 為鉆頭震源到第kl三分量傳感器的直線距離，c4為鉆頭震源到第k2三分量傳感器的直線 距離；Y 1為異構(gòu)體上邊界的反射波與水平方向夾角，γ 2為異構(gòu)體下邊界的反射波與水平 方向夾角； 當(dāng)無(wú)反射波信號(hào)時(shí)，說(shuō)明有效探測(cè)區(qū)域無(wú)異構(gòu)體，或者探測(cè)區(qū)域超出傳感器探測(cè)精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨鉆地震鉆頭震源側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方法，其特征在于： 將三分量傳感器組中第j三分量傳感器（Aj)埋設(shè)深度變?yōu)閄3, j < m ;Χ3> X 1;當(dāng)?shù)趈 三分量傳感器（Aj)收到反射波信號(hào)時(shí)，說(shuō)明有效探測(cè)區(qū)域有異構(gòu)體；則： 則b3, b4, c4, c5，τ 5，τ 6, Li, Ytl可以通過(guò)方程組③求得：
其中：I < j < η ; τ 5為第j三分量傳感器（Aj)接收的鉆頭震源信號(hào)在γ 5方向反射 波旅行時(shí)間，τ6為第j三分量傳感器（Aj)接收的鉆頭震源信號(hào)在γ 4方向反射波旅行時(shí) 間，At5為第j三分量傳感器（Aj)接收的γ 5方向反射波旅行時(shí)間與鉆頭震源信號(hào)在鉆柱 傳播時(shí)間的時(shí)間差，At6為第j三分量傳感器（Aj)接收的γ 4方向反射波旅行時(shí)間與鉆頭 震源信號(hào)在鉆柱傳播時(shí)間的時(shí)間差汕3為γ 5方向第j三分量傳感器（Aj)到不良異構(gòu)體界 面距離，1^4為γ 4方向第j三分量傳感器（Aj)到不良異構(gòu)體界面距離，c5為鉆頭震源到第 j三分量傳感器的直線距離；γ5為第j三分量傳感器（Aj)接收的異構(gòu)體上邊界的反射波 與水平方向夾角，γ4為第j三分量傳感器（Aj)接收的異構(gòu)體下邊界的反射波與水平方向 夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨鉆地震鉆頭震源側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方法，其特征在于： 將鉆頭從起點(diǎn)掘進(jìn)到Bt點(diǎn)，掘進(jìn)長(zhǎng)度為L(zhǎng)t;掘進(jìn)時(shí)間為t ; 當(dāng)三分量傳感器組中第p三分量傳感器（Ap)收到反射波信號(hào)，說(shuō) 明有效探測(cè)區(qū)域有異構(gòu)體；則： b5，b6，c5，c6，τ7，τ 8, LpLpYtl可以通過(guò)方程組可以通過(guò)方程組④求得：
其中：τ 7為第ρ三分量傳感器（Ap)接收的鉆頭震源信號(hào)在γ8*向反射波旅行時(shí)間， τ 8為第ρ三分量傳感器（Ap)接收的鉆頭震源信號(hào)在γ9*向反射波旅行時(shí)間，At7為第 ρ三分量傳感器（Ap)接收的鉆頭震源信號(hào)在γ8方向反射波旅行時(shí)間與鉆頭震源信號(hào)在鉆 柱傳播時(shí)間的時(shí)間差，At 8為第ρ三分量傳感器（Ap)接收的鉆頭震源信號(hào)在γ 9方向反 射波旅行時(shí)間與鉆頭震源信號(hào)在鉆柱傳播時(shí)間的時(shí)間差汕5為γ 8方向第ρ三分量傳感器 (Ap)到不良異構(gòu)體界面距離，匕為γ 9方向第ρ三分量傳感器（Ap)到不良異構(gòu)體界面距 離，γ6為第P三分量傳感器（Ap)探測(cè)到來(lái)自于鉆頭在起點(diǎn)的直達(dá)波與水平方向夾角，γ 7 為第P三分量傳感器（Ap)探測(cè)到來(lái)自于鉆頭在Bt點(diǎn)的直達(dá)波與水平方向夾角，γ8為第ρ 三分量傳感器（Ap)探測(cè)到來(lái)自于鉆頭在Bt點(diǎn)的反射波與水平方向夾角，γ9為第ρ三分量 傳感器（Ap)探測(cè)到來(lái)自于鉆頭在起點(diǎn)的反射波與水平方向夾角； 當(dāng)無(wú)發(fā)射波信號(hào)時(shí)，則為有效探測(cè)區(qū)域無(wú)異構(gòu)體，或者探測(cè)區(qū)域超出傳感器探測(cè)精度。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了隨鉆地震鉆頭震源側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方法，其特征在于：包括如下步驟：第一步：將檢波器設(shè)置在鉆柱尾端，用于接收鉆頭發(fā)射波；第二步：將三分量傳感器組設(shè)置在巷道側(cè)幫，三分量傳感器能同時(shí)檢測(cè)直達(dá)波和反射波；第三步：?jiǎn)?dòng)鉆機(jī)；第四步：檢波器將鉆頭震源通過(guò)鉆柱傳送的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送給防爆地質(zhì)側(cè)幫探測(cè)儀主機(jī)；三分量傳感器組將收到的直達(dá)波和/或反射波通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送給防爆地質(zhì)側(cè)幫探測(cè)儀主機(jī)；第五步：防爆地質(zhì)側(cè)幫探測(cè)儀主機(jī)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出探測(cè)結(jié)論；本發(fā)明可實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)鉆頭前方地層構(gòu)造的細(xì)節(jié),可廣泛應(yīng)用于煤礦、野外油氣勘探、隧道建設(shè)以及地震探測(cè)等領(lǐng)域。
【IPC分類】G01V1-50, G01V1-40
【公開(kāi)號(hào)】CN104749637
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510187917
【發(fā)明人】吳燕清, 鄭萬(wàn)波, 胡運(yùn)兵, 何昭友, 秦偉, 馬代輝, 馬少杰, 閻家光, 張碧勇
【申請(qǐng)人】中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日