Способ улучшения сейсмического сигнала, создаваемого буровым долотом, с использованием параметров бурения

 

Изобретение относится к области исследования скважин и пластов в процессе бурения и может быть использовано для повышения отношения сигнал/шум. В качестве пилот-сигнала используют сигнал, создаваемый буровым долотом. Измеряют взаимно коррелированные друг с другом пилот-сигнал и сейсмические сигналы, переданные в грунт и отраженные от пластов. Пилот-сигнал и сейсмические сигналы могут быть обращены из свертки с получением таким образом дорожек сейсмограмм, на которых сигнал искажен шумом. Одновременно с этими сигналами получают связанные с ними параметры бурения. Для обеспечения улучшенного отношения сигнала к шуму и более четкого разделения сигнала и шума пилот-сигнал и сейсмические сигналы, полученные многократными измерениями для одного и того же диапазона глубин, частично или полностью суммируют с весом на основе одного или более параметров бурения или их комбинации. Для измерения указанных сигналов служит ряд приемников, образующих сейсмическую линию. 6 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к способу улучшения отношения сигнал/шум при подготовке вертикальных сейсмических профилей, которые дают информацию о подпочвенных геологических формированиях, которые должны подвергнуться бурению, с использованием колебаний, создаваемых буровым долотом, в качестве сейсмического источника.

Известны способы, используемые при бурении скважин, в которых сигнал, отраженный от слоев литологических формаций, дает представление о подпочвенных областях, расположенных рядом с буровой скважиной. Положение различных подпочвенных слоев восстанавливают на основе времен задержки, с которыми сигналы возвращаются к приемникам.

Способы интерпретации отраженных сигналов были значительно усовершенствованы, в том числе благодаря использованию компьютерной обработки, и позволяют получить информацию как о формациях, которые должны подвергнуться бурению, так и оперативную информацию о самом процессе бурения.

Обычный способ разведки с использованием вертикального сейсмического профиля предусматривает прерывание бурения, извлечение бурильной колонны и бура, опускание одного или нескольких сейсмоприемников в буровую скважину, генерацию на поверхности или на малой глубине вблизи скважины одного или нескольких акустических импульсов (например, путем взрыва зарядов) и измерение сигналов, которые достигают сейсмоприемников, расположенных внутри скважины. При таком способе нет сомнений относительно первичного сигнала, который генерируется на поверхности, но имеются значительные недостатки. Этот способ фактически является очень дорогостоящим, поскольку он требует прерывания буровых работ на длительное временя и поэтому может применяться в процессе бурения лишь ограниченное число раз. Кроме того, извлечение и повторное опускание бурильной колонны является довольно рискованной операцией и поэтому требует принятия специальных мер безопасности и предосторожностей.

Позже было предложено осуществлять такие измерения с использованием сигнала, создаваемого буровым долотом в процессе бурения, долото при этом используется в качестве сейсмического источника.

Например, можно упомянуть измерительные системы, описанные в патентах США №4965774, 4862423, 4954998, 4964087, 4718048, 5050130, 5511038 и 4922362.

Преимуществом использования в качестве сейсмического источника самого бурового долота является возможность проведения в процессе бурения измерений на поверхности без прерывания работ и сбор большого количества данных с меньшими затратами и с меньшим риском, при частых или даже непрерывных сериях измерений. Однако сигнал, создаваемый долотом, при распространении подвергается возмущениям и, кроме того, является непрерывным в течение некоторого периода времени. Поэтому очень трудно надежно установить, что именно является сигналом, создаваемым долотом, чтобы осуществить его сравнение с эхо-сигналами, зарегистрированными датчиками, установленными на поверхности вокруг буровой скважины. Поэтому этот сигнал постоянно улавливают, контролируют и обрабатывают посредством специальных служебных блоков на месте бурения (буровой сейсмический пост).

Другой технической проблемой, возникающей при использовании этого способа, является проблема устранения в максимально возможной степени шумовой компоненты, присутствующей в результатах измерений сейсмического сигнала, создаваемого долотом.

Отношение сигнал/шум можно улучшить при использовании техники суммирования вкладов от большого количества данных, собранных измерительными датчиками в течение разумного промежутка времени. Однако этот способ имеет свои недостатки. Фактически продолжительность периода времени, данные за который можно суммировать, ограничена тем, что долото со временем продолжает проникать в грунт все глубже и глубже. Следовательно, существуют естественные пределы практического характера. Например, при бурении более мягких или менее плотных слоев генерируются более слабые сигналы и, чтобы получить значимые данные, измерения следует проводить в течение большего времени. Но в этом случае бурение идет быстрее и вследствие чрезмерного углубления долота за время измерения накладываются ограничения на продолжительность времени измерений, чтобы не ухудшить пространственного разрешения.

Кроме того, возмущения часто не позволяют добиться четкого приема сигнала от долота и могут быть лишь частично устранены с помощью суммирования вкладов от нескольких измерений, повторяющихся в течение разумного промежутка времени. В результате может быть достигнуто улучшенное, но все еще недостаточно высокое отношение сигнал/шум.

Найден способ, который позволяет значительно улучшить отношение сигнал/шум при помощи информации, доступной на месте бурения. Фактически параметры бурения, измеренные на поверхности (компанией по контролю бурового раствора) дают описание статических и динамических параметров процесса бурения. Условия на близлежащей поверхности, описываемые этими параметрами, влияют на сигнал, создаваемый долотом, и в свою очередь связаны с условиями бурения на дне скважины и зависят от непостоянства динамического процесса и от типа породы, которая подвергается бурению. Поэтому можно использовать эти параметры для исследования условий, определяющих сигнал и шум, и для улучшения сейсмического сигнала долота.

Способ согласно настоящему изобретению основан на взвешенном суммировании вкладов от многочисленных данных, собираемых с помощью измерительных датчиков в течение некоторого времени. Это достигается путем использования весовых коэффициентов, которые обеспечивают усиление только записей, имеющих высокое отношение сигнал/шум, а также путем отделения записей, в основном содержащих шум. Взвешенная сумма определяется путем анализа данных, выбранных и переупорядоченных в соответствии с различными параметрами бурения, измеренными во время приема сигнала долота.

Это ведет к лучшему распознаванию сигнала долота, а также в значительной степени к распознаванию нежелательных шумов. Типичными нежелательными шумами, которые постоянно регистрируются в конечных сейсмограммах, является шум, связанный с работами, производимыми на участке бурения, и вибрации буровой вышки.

В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу повышения отношения сигнал/шум при подготовке вертикальных сейсмических профилей, которые дают информацию о подпочвенных геологических формациях, которые должны быть подвергнуты бурению, с использованием в качестве сигнала колебаний, производимых буровым долотом, которое действует как сейсмический источник; причем наиболее репрезентативное измерение вышеупомянутого сигнала (пилот-сигнала) и измерение сигналов, переданных в грунт и отраженных геологическими пластами, (сейсмических сигналов) осуществляется посредством набора приемников, которые образуют сейсмическую линию. Вышеупомянутый способ включает фактически одновременное получение

- сейсмических сигналов и пилот-сигнала (А), предпочтительно взаимно коррелированных друг с другом и, если необходимо, обращенных из свертки, с получением таким образом дорожек сейсмограмм, на которых сигнал искажен шумом, и

- параметров (В) бурения, связанных с сигналами (А),

и отличается тем, что сигналы (А), полученные многократными измерениями для одного и того же диапазона глубин, предпочтительно переупорядоченные и проанализированные в соответствии с одним или более параметрами (В) бурения или их связанными комбинациями, частично или полностью суммируют с весом на основе одного или более параметров (В) бурения или их комбинаций, достигая таким образом повышения уровня сигнала по отношению к шуму и более четкого их разделения.

Параметры (В), которые описывают мгновенное состояние процесса бурения в течение измерений (А), собирают через одинаковые временные интервалы в процессе самого бурения, например каждую секунду. Из них также может быть сформирована подвыборка, чтобы давать информацию с интервалами времени, относящимися к одной регистрации (А) группы сейсмических записей (А) для одного и того же уровня глубины. Продолжительность одной регистрации (А) может составлять, например, 24 с, и поэтому усредненное значение параметров (В) бурения будет получено для соответствующих 24 с; таким образом, будет получена характеристика для всей 24-секундной регистрации, для которой было рассчитано среднее значение. Это время фактически значительно больше времен задержки сигналов, которые распространяются в буровой установке от поверхности до дна и обратно, а также в грунте; эти задержки по порядку величины составляют секунды. Поэтому корректно будет считать измерения (А) и (В) одновременными.

Типичные примеры параметров (В) бурения сведены в таблицу.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения используемые параметры бурения (В) являются параметрами, описывающими динамические условия бурения, например крутящий момент, вес, действующий на долото, скорость проходки, скорость вращения, поток бурового раствора (входящий и выходящий). Кроме того, можно использовать комбинации вышеупомянутых параметров.

В настоящем способе критерии, с помощью которых можно идентифицировать наиболее репрезентативные сигналы, основаны на анализе данных, упорядоченных (переупорядоченных) с использованием параметров бурения. Таким образом можно более эффективно анализировать соответствия между параметрами (В) бурения и сигналом и уровнями шума в сейсмических данных (А), полученных с помощью долота, в различных условиях работы. Из этих соответствий определяются критерии для улучшения суммы данных, собранных для одного и того же уровня бурения, например, путем суммирования корреляций различных десятков 24-секундных записей, полученных при проходке долотом короткого интервала.

Настоящее изобретение может быть лучше проиллюстрировано с помощью фиг.1. На фиг.1 показана система с буровым ротором, используемым как средство приведения во вращение батареи буровых штанг. Однако, как понятно специалистам в данной области, эта система эквивалентна так называемой системе с верхним приводом. На фиг.1 использованы следующие обозначения:

(1) - буровая установка,

(2) - буровая колонна с буровым долотом на конце,

(3) - буровое долото,

(4) - буровой ротор, который приводит во вращение буровую колонну (2), показанная система с буровым ротором эквивалентна так называемой системе с верхним приводом,

(5) - электрический двигатель для приведения в движение бурового ротора (4), при использовании системы с верхним приводом двигатель будет расположен внутри самой системы,

(6) - резервуар для бурового раствора,

(7) - перекачивающий насос для подачи бурового раствора, протекающего внутри колонны (2) к долоту, где он выпускается и поднимается вверх по скважине,

(8) - скважина, пробуренная долотом (3) при его погружении в грунт; по этой скважине поднимается закачиваемый насосом (7) буровой раствор,

(9) - ряд измерительных (А) датчиков (10), которые принимают как прямые, так и отраженные сейсмические сигналы, которые приходят от сейсмического источника в виде долота через грунт, улавливаются и регистрируются записывающим устройством (11). Ряд или ряды измерительных датчиков показаны просто в виде сейсмической линии. Обычно они расположены на некотором расстоянии от участка бурения в соответствии с критериями оптимизации, которые позволяют получать сейсмические данные с весьма обширной области вокруг буровой скважины. В случае бурения на суше эта сейсмическая линия в общем случае состоит из сейсмоприемников, а при бурении в прибрежной зоне - из гидрофонов,

(12) - пост контроля бурового раствора для сбора данных и контроля параметров (В) бурения, некоторые из которых приведены в таблице,

(13) - пост контроля сейсмических данных во время бурения;

(14) - соединительная линия между постом (12) контроля бурового раствора и постом (13) контроля сейсмических данных при бурении,

(15) - один или более датчиков (А) пилот-сигнала, расположенных на месте производства работ для измерения опорного сигнала долота, который используется при взаимной корреляции.

В одном из вариантов выполнения изобретения способ включает следующие операции:

1) взаимную корреляцию сейсмических сигналов и пилот-сигнала (А), полученных путем многократных измерений для одного и того же диапазона глубин, и, возможно, деконволюцию (обращение свертки) этих данных с получением тем самым дорожек (1) сейсмограмм;

2) идентификацию времени прихода прямой волны на дорожках (1) путем выбора дорожек (1) одного или более каналов сейсмической линии или использования репрезентативного канала, синтезированного из разных каналов сейсмической линии (сфокусированный сигнал), для получения более репрезентативных дорожек (2), а также возможно выравнивание дорожек (2) в отношении идентифицированных таким образом моментов времени;

3) упорядочение и возможно воспроизведение дорожек (2), относящихся к данному диапазону бурения, в соответствии со значениями одного или более параметров (В) бурения или их комбинаций для некоторого диапазона бурения с получением упорядоченных дорожек (3);

4) последовательное суммирование каналов в отношении подходящих подмножеств упорядоченных сейсмограмм (3) с получением суммарных дорожек (4);

5) измерение отношения сигнал/шум для суммарных дорожек (4) и идентификацию среди подмножеств, полученных согласно пункту (4), такого подмножества или подмножеств, которые дают максимальное отношение сигнал/шум;

6) суммирование, последовательно канал за каналом, для одного и того же диапазона глубин дорожек, полученных согласно пункту (2) или, эквивалентно, пункту (1), в соответствии с подмножествами, идентифицированными согласно пункту (5), с получением таким образом оптимизированной суммы;

7) возможное вычисление шумового диапазона с помощью частичной или полной суммы, вычисляемой для дополняющего диапазона, и идентификацию соответствующих режимов работы; возможное последующее вычитание нежелательного шума, идентифицированного в дополняющем диапазоне, из сигнала, выделенного с помощью оптимизированной суммы (6), и, таким образом, максимальное уменьшение остаточного шума;

8) возможное выполнение операций согласно пунктам 1-6 или 1-7 для различных уровней глубины бурения.

Ниже способ согласно настоящему изобретению для простоты описан на примере случая с единственным пилот-сигналом.

Операция (1) заключается во взаимной корреляции пилот-сигнала p_i(t) и сейсмических сигналов g_ik(t), измеренных на поверхности в точках измерения к=1,...,F, и возможно деконволюции этих сигналов. Указанные измерения выполняют через временные интервалы подходящей для измерения сейсмических волн длительности, повторенные i раз (i = 1,..., N) для одного и того же (небольшого) диапазона глубин долота (глубинного уровня). Время (t) может быть дискретной переменной. Знак <,> обозначает корреляционный оператор, а коррелированные сигналы равны

или с использованием этих же обозначений коррелированные и обращенные из свертки сигналы равны

где d_i является оператором деконволюции для записи с номером "i", a "^*" означает оператор свертки. Взаимную корреляцию и деконволюцию (эквивалентный термин - обратная фильтрация) осуществляют с использованием способов, хорошо известных специалистам в данной области, например в частотной области.

Для операции (2) величина t_{PICK k} представляет собой время прихода прямого сигнала в сейсмическом канале (k) или на сфокусированной дорожке. Когда установлен индекс k репрезентативного сейсмического канала, это время фактически постоянно для данных одного и того же уровня, соответствующего ограниченной проходке долота (несколько метров), и поэтому не зависит от индекса i. Когда t_{PICK k} определено, вычисляют выровненный сигнал c_Aik(t), например, согласно обычной, но не ограничивающей объем изобретения процедуре, где время прихода прямого сейсмического сигнала соответствует 0,0 секунды:

Операция (3) состоит из необязательного воспроизведения данных c_ik(t) или предпочтительно c_Aik(t) (рассчитанных согласно операции (2)), которые получены последовательными измерениями (i=1,...,N) при постоянной глубине в зависимости от времени t, и в их переупорядочивании в соответствии со значениями соответствующих параметров w_ij бурения, где j=1,...,Р. Для каждого заранее выбранного параметра или комбинации параметров существует перестановка, соответствующая увеличению значения самого параметра. Для номера j параметра перестановка определяется как i <--> h (i,j).

Например, даны три последовательных измерения данных (А) для i=1, 2, 3. Эти измерения получены при единственном параметре (В), который принимает значения 100, 200, 50. Перестановка данных измерения в соответствии с увеличением значения этого параметра даст следующий результат: h(3)=1, h(1)=2, h(2)=3.

Если рассматривать для простоты единственный параметр, то перестановка для канала с номером k дается следующими выражениями: c_ik(t)→ u_hk(t) или c_Aik(t)→ u_Ahk(t).

Перед описанием операции (4) следует напомнить, что при обычной процедуре простая сумма данных для некоторого уровня дается выражением

Очевидно, что полные суммы равны друг другу:

С этого момента способ, осуществляемый согласно настоящему изобретению, для простоты будет описан для выровненных и упорядоченных дорожек (3). Однако очевидно, что способ может также применяться к невыровненным дорожкам (3).

Операция (4) состоит в суммировании дорожек u_Ahk(t), полученных при выполнении операции (3), на подходящих подмножествах Λ _q множества H (q=1,...,Q), где H - общее число значений, принимаемых индексом h, используемым для упорядочения результатов измерений в соответствии с номером j параметра. Например, подмножества Λ _q могут быть выбраны так, чтобы получить накопленную или частичную сумму. Эти суммы могут быть обозначены SUM^(q)_Ak(t), где q = 1,..., Q.

Операция (5) состоит в измерении отношения сигнал/шум (S/N) для дорожек SUM^(q)_Ak(t), где q=1,...,Q. Когда выбрана дорожка k, имеем S/N=(S/N)(q) и выбирается значение q=q_max, поэтому S/N(q_max)=S/N_MAX.

Таким образом определяют подмножество Λ _MAX=Λ (q=q_max).

Фактически в комбинации нескольких записей, полученных с переменными параметрами, могут иметься аналогичные рассеянный сигнал и шумовые условия, в отношении порядка последовательного поступления. Операции от (3) до (5) позволяют оценить уровни случайных шумов (которые в сумме уменьшаются), уровни когерентных шумов (которые в сумме могут быть усилены) и уровни сигналов в группах дорожек, выбранных при различном упорядочивании в соответствии с параметрами бурения.

Другими словами, эти перестановки и выбор позволяют лучше оценить сигнал в группах с близкими характеристиками, тогда как если сигнал накапливается в хронологическом порядке, можно "не увидеть" соответствий. Поэтому можно, например, использовать накопленную и частичную сумму переупорядоченных данных. Термин "накопленная" (или "нарастающая") сумма относится к суммированию, при котором все большее число дорожек добавляется к конечной сумме, или суммированию с весовыми множителями, которое дает конечную сумму. Термин "частичная" сумма относится к суммированию каждый раз группы с фиксированным числом (например, 10) дорожек или с использованием весовых множителей, которые каждый раз усиливают вклад фиксированного числа дорожек.

Примерами комбинаций индексов Λ _q, которые используются для накопленной суммы из 100 переупорядоченных дорожек, q=1,...,10, могут быть следующие:

{1, 2, 3,...9, 10}, {1, 2, 3,...19, 20},...,

{1, 2, 3,...99, 100}.

Примерами комбинаций индексов Λ _q, которые нужно использовать для частичной суммы из 100 переупорядоченных дорожек, q=1,...,10, могут быть следующие:

{1, 2, 3,...9, 10}, {11, 12, 13,...19, 20},...,

{91, 92, 93,...99, 100}.

В альтернативной процедуре подмножества A_q могут быть выбраны в диапазонах, определенных максимальным и минимальным значениями самого параметра.

Кроме того, в общей процедуре тот же анализ для предыдущих операций может быть выполнен с учетом не одной дорожки, представляющей сейсмическую линию u_Ahk(t) с k, входящими в (1,...,F), а дорожки (сфокусированной), выровненной в свою очередь и полученной путем суммирования нескольких дорожек одной и той же линии _Fh(t) = Σ _ku_Ahk(t).

Вычисление отношения S/N при выполнении операции (5) заключается в вычислении отношения сигнал/шум для диапазонов времени (интервалов), выбранных для дорожек выбранной линии u_Ahk(t) с h=1,...,N или SUM^(q)_Ak(t). Когда установлена опорная дорожка (то есть k), это время практически постоянно. Оценка уровней сигнала и шума может быть получена следующим образом: сигнал относится к части вблизи прихода прямого сигнала (который в выровненных данных расположен около нуля корреляции), то есть части, которая имеет максимальное подобие между данными пилот-сигнала и данными, полученными от выносных датчиков. Уровень сигнала исследуют, измеряя его мощность на приемлемо длинном интервале времени, центр которого расположен в нуле взаимной корреляции выровненного сигнала, тогда как уровень шума рассчитывают, возможно после деконволюции, для приемлемо широкого интервала при отрицательных значениях времени выровненного сигнала (антислучайная часть). В этом шумовом интервале имеются как случайная, так и когерентная компоненты шума, полученные в результате операции взаимной корреляции. На основе этого для выровненных данных u_Ahk(t) или SUM^(q)_Ak(t) выбираются следующие интервалы времени:

для сигнала: t_S1,k≤ t≤ t_S2,k, причем t_S1,k≤ 0≤ t_S2,k;

для шума: t_S1,k≤ t≤ t_R2,k, причем t_R1,k≤ t_R2,k≤ 0;

а усредненная мощность сигнала и усредненная мощность шума вычисляются соответственно следующим образом:

σ ²_Sk(q)=Σ _t(SUM^(q)_Ak(t))²/(t_S2,k-t_S1,k)(суммирование при t_S1,k≤ t≤ t_S2,k)

σ ²_Rk(q)=Σ _t(SUM^(q)_Ak(t))²/(t_R2,k-t_R1,k)(суммирование при t_R1,k≤ t≤ t_R2,k)

с последующим вычислением отношения сигнал/шум

(S/N)²_k^(q)=σ ²_Sk^(q)/σ ²_Rk^(q).

Операция (6) состоит в суммировании, ограниченном индексами Λ _MAX, определенными при выполнении операции (5), данных c_hk(t), выбранных для данного параметра бурения для достигнутого уровня. Таким образом, сумма ограничена результатами измерения с индексами Λ _MAX, которые оптимизируют отношение S/N при выполнении операции (5). Сигнал для F каналов получается следующим:

SUM^(opt)_k(t)=Σ Λ _мах u_hk(t) при k=1,...,F и Λ _мах=Λ (q=q_Max)

или эквивалентно для тех же самых неупорядоченных дорожек, полученных при выполнении операции (1).

Это выборочное суммирование эквивалентно получению полной суммы с весами α _h, выбранными из набора целых чисел [0,1]:

SUM^(opt)_k(t)=Σ _h=1...Nα _hu_hk(t),

где α _h=1, если h ⊂ Λ _мах.

Поскольку вообще (иногда) можно определить в некоторых подмножествах эмпирическую связь между используемыми упорядоченными параметрами и отношением S/N, эти весовые множители могут быть выбраны так, чтобы 0≤ α_h≤ l был связан с самим параметром и, следовательно, с отношением сигнал/шум S/N для оптимизации суммы известными способами.

Операция (7) относится к возможному вычислению шумового диапазона с помощью частичного или полного суммирования диапазонов, идентификации соответствующих рабочих режимов и последующему вычитанию нежелательного сигнала из выбранного сигнала с оптимальным пересечением. Фактически в оптимальном диапазоне и в дополнительном диапазоне (дополняющем оптимальный диапазон до полного) сигнал и шум получаются с различными амплитудами. Для параметра с номером j простейшим средством процедуры является вычисление для дополняющего диапазона разности между полной суммой и оптимальной выборочной суммой:

SUM^(comp)_k(t)=Σ _{(H-Λ MAX)}u_hk(t)=SUM с_k(t)–SUM^(opt)(t).

Операция (8) заключается в необязательном выполнении операций 1-7 (или 1-6) для всех достигнутых уровней бурения.

Если это необходимо, то процесс, описанный выше, может применяться для вычисления корреляций между пилот-сигналами (15 на фиг.1) и пилот-сигналами.

Способ, осуществляемый согласно настоящему изобретению, имеет много преимуществ по сравнению с известными способами.

Фактически он может также применяться с использованием единственного пилот-канала (А) с единственной дорожкой сейсмограммы (А).

Кроме того, он позволяет выбрать и суммировать в конечных данных только часть данных, которые имеют высокое отношение сигнал/шум, таким образом обеспечивая получение более высококачественных итоговых результатов по сравнению с традиционными способами.

Способ согласно настоящему изобретению особенно полезен при использовании данных, в которых непосредственная идентификация отношения сигнал/шум не всегда возможна, но может быть связана с существенными условиями бурения. Это позволяет улучшить конечные данные с последующей оптимизацией геофизического контроля. Кроме того, это позволяет использовать в рабочих условиях технику SWD, которая в настоящее время не считается оптимальной.

Результаты, которые могут быть получены при использовании способа согласно настоящему изобретению, обеспечивают возможность использовать менее шумные буровые долота, например компактное долото с поликристаллическими алмазными вставками и трехшарошечное буровое долото.

Кроме того, можно вычислить дополняющий сигнал (шум) и идентифицировать рабочие режимы, соответствующие этому сигналу; далее нежелательный сигнал можно вычесть из выбранного с оптимальным пересечением R, таким образом максимально понижая остаточный шум.

Следующий пример дается для лучшего понимания настоящего изобретения.

Пример

Этот пример иллюстрирует применение способа к реальным данным, полученным с помощью долота с поликристаллическими алмазными вставками, которое создает сигнал, который обычно трудно использовать. Данные состоят из 100 24-секундных записей, соответствующих приблизительно одной и той же глубине 1380 м (измеренной по длине бурильной колонны), причем в течение периода измерений долото прошло приблизительно 1 м.

На фиг.2 иллюстрируются операции с 1 по 3. На фиг.2А показаны сфокусированные и выровненные дорожки коррелированных и восстановленных из свертки записей, полученных путем 100 измерений, последовательно выполненных для одной и той же глубины (1380 м).

На фиг.2В иллюстрируются те же 100 сфокусированных дорожек, перегруппированных в порядке, соответствующем увеличению скорости проходки. По горизонтали отложены последовательные номера переупорядоченных дорожек.

На фиг.2С показаны те же самые переупорядоченные дорожки со скоростью проходки, отложенной по горизонтали.

На фиг.3 иллюстрируются результаты операций 4 и 5. Например, вычисляются нарастающие и частичные суммы дорожек, показанных на фиг.2А, с шагом по 10 дорожек. Отношение мощностей сигнала и шума рассчитывается путем выбора интервала выровненного сигнала в области 0,0 с для сигнала и интервала в области отрицательных временных данных для шума. Отношения мощностей сигнала и шума для нарастающей и частичных сумм представлены на фиг.3А и 3В соответственно.

В результате оптимальная сумма получается при сложении дорожек до скорости проходки, равной 4,2 м/ч.

Этот результат используется при выполнении операции 6 применительно к первоначальным дорожкам, коррелированным и восстановленным из свертки. Это обеспечивает более четкую идентификацию сигнала, см. фиг.4, где дорожки сейсмограмм для глубинного уровня 1380 м показаны относительно расстояния вдоль скважины (смещения).

На фиг.4А представлен результат простого полного суммирования, тогда как на фиг.4В приведен результат оптимального суммирования. Можно отметить уменьшение линейного шума, идущего на графике от 0,2 с при малых смещениях до 1,0 с при больших смещениях. Наконец, на фиг.4С иллюстрируется диапазон, который обеспечивает лучшую идентификацию шума, получаемого суммированием дорожек для скоростей проходки, превышающих 6 м/ч.

Формула изобретения

1. Способ повышения отношения сигнал/шум при подготовке вертикальных сейсмических профилей, которые дают информацию о подпочвенных геологических формациях, подвергаемых бурению, с использованием в качестве сигнала колебаний, создаваемых буровым долотом, являющимся сейсмическим источником, при этом наиболее репрезентативное измерение вышеупомянутого сигнала (пилот-сигнала) и измерения сигналов, переданных в грунт и отраженных от пластов (сейсмических сигналов), осуществляется с помощью ряда приемников, которые образуют сейсмическую линию, причем указанный способ включает фактически одновременное получение сейсмических сигналов и пилот-сигнала (А), взаимно коррелированных друг с другом и, возможно, обращенных из свертки с получением таким образом дорожек сейсмограмм, на которых сигнал искажен шумом, и параметров (В) бурения, связанных с сигналами (А), отличающийся тем, что сигналы (А), полученные многократными измерениями для одного и того же диапазона глубин, частично или полностью суммируют с весом на основе одного или более параметров бурения (В) или комбинации параметров бурения, обеспечивая тем самым улучшенное отношение сигнала к шуму и более четкое их разделение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигналы (А) перед частичным или полным суммированием переупорядочивают и анализируют с учетом одного или более параметров (В) бурения или их комбинаций.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметрами (В) бурения являются параметры, которые описывают динамические условия бурения, и их комбинации.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что параметры (В) бурения выбирают из группы, включающей крутящий момент, вес, действующий на долото, скорость проходки, скорость вращения, поток бурового раствора и комбинации этих параметров.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает 1) взаимную корреляцию сейсмических сигналов и пилот-сигнала (А), полученных путем многократных измерений для одного и того же диапазона глубин, и, возможно, обращение их свертки с получением таким образом дорожек (1) сейсмограмм; 2) идентификацию на дорожках (1) времени прихода прямой волны от долота путем выбора дорожек (1) одного или более каналов сейсмической линии или с использованием репрезентативного канала, синтезированного из различных каналов сейсмической линии (сфокусированный сигнал), для получения более репрезентативных дорожек (2); 3) упорядочение и, возможно, воспроизведение дорожек (2), относящихся к данному диапазону бурения, в соответствии со значениями одного или более соответствующих им параметров (В) бурения или комбинаций этих параметров для некоторого диапазона бурения с получением тем самым упорядоченных дорожек (3); 4) последовательное суммирование каналов в отношении подходящих подмножеств упорядоченных дорожек (3) с получением суммарных дорожек (4); 5) измерение отношения сигнал/шум для суммарных дорожек (4) и идентификацию среди указанных подмножеств такого подмножества или подмножеств, которые дают максимальное отношение сигнал/шум; 6) суммирование канал за каналом для одного и того же диапазона глубин дорожек сейсмограмм, полученных при выполнении операции (2), или, эквивалентно, операции (1) в соответствии с подмножествами, идентифицированными при выполнении операции (5), с получением таким образом оптимизированной суммы; 7) возможное вычисление шумового диапазона с помощью частичной или полной суммы, вычисляемой для дополняющего диапазона, и идентификацию соответствующих рабочих режимов; возможное последующее вычитание нежелательного шума, идентифицированного в дополняющем диапазоне, из сигнала, выделенного с помощью оптимизированной суммы (6), и тем самым максимальное уменьшение остаточного шума.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что дорожки (2) выравнивают в соответствии с моментами времени, идентифицированными при выполнении операции (2), причем выровненные таким образом дорожки используют при выполнении следующей операции (3).

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что операции (1) - (6) или (1) - (7) выполняют для различных глубин бурения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9