自带动力装置的井下光电复合缆及井中地震数据采集方法
阅读说明：本技术 自带动力装置的井下光电复合缆及井中地震数据采集方法 (Underground photoelectric composite cable with power device and borehole seismic data acquisition method ) 是由 余刚 苟量 王熙明 饶云江 夏淑君 安树杰 冉曾令 张仁志 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明提出的自带动力装置的井下光电复合缆及井中地震数据采集方法,包括铠装光电复合缆,铠装光电复合缆内有井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆、井下多模光纤和井下准分布式光纤压力传感器阵列,铠装光电复合缆尾端连接固定有一尾部安装有螺旋桨的动力牵引装置,地面浅部按照正交网格布设的三分量地震波弹性体增敏传感光缆,地面按照正交网格布设的人工震源激发点,还包括放置于井口附近的DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器。在大斜井、水平井和重比重泥浆深井中,动力牵引装置可以拖曳铠装光电复合缆顺利的下到井底,便于用光纤进行井中和地面地震数据的联合同步采集,井中地震数据采集,并可同步测量全井段井温和井筒内多点的准分布压力。(The invention provides an underground photoelectric composite cable with a power device and an underground seismic data acquisition method, which comprise an armored photoelectric composite cable, wherein the armored photoelectric composite cable is internally provided with an underground three-component seismic wave elastomer sensitization sensing optical cable, an underground multi-mode optical fiber and an underground quasi-distributed optical fiber pressure sensor array, the tail end of the armored photoelectric composite cable is fixedly connected with a power traction device of which the tail part is provided with a propeller, the ground shallow part is provided with the three-component seismic wave elastomer sensitization sensing optical cable according to an orthogonal grid, the ground is provided with an artificial seismic source excitation point according to the orthogonal grid, and the underground photoelectric composite cable also comprises a DAS/DTS/DPS composite modulation demodulation instrument arranged near a wellhead. In a large inclined well, a horizontal well and a heavy-specific-weight slurry deep well, the power traction device can drag the armored photoelectric composite cable to smoothly go down to the bottom of the well, so that the combined synchronous acquisition of seismic data in the well and on the ground and the acquisition of seismic data in the well can be conveniently carried out by using optical fibers, and the well temperature of the whole well section and the quasi-distributed pressure of multiple points in a shaft can be synchronously measured.)
技术领域
本发明属于地球物理勘探及油气资源勘探开发技术领域，具体涉及一种自带动力装置的井下光电复合缆及井中地震数据采集方法。
背景技术
光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。光纤传感系统可以用于地面三分量地震信号和井下压力、温度、噪声、振动、声波、地震波的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。
在大斜井和水平井中，铠装光缆很难依靠自身的重量和重力作用顺利的下放到井底采集数据，在重比重泥浆的深井中，泥浆的吸附作用会将铠装光缆吸附住，使其无法依靠自身的重量和重力作用顺利的下放到井底。在已经投入油气生产的大斜井和水平井中，由于射孔井段或安装了筛管的井段或裸眼完井的井段内有碎石和砂子，无法用爬行器将铠装光缆拖曳到井底进行数据采集作业。
发明内容
为了采集井中地震数据以实现对地下油气藏储层的精细描述与刻画，进行全井段温度实时测量与监测，储层内各位置的孔隙流体压力测量与监测、实时测量每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化(产液剖面)或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化(吸水剖面)等一体化智能勘探开发，大幅度降低油气资源的勘探开发成本，提高最终油气采收率，克服铠装光缆无法顺利的下放到大斜井、水平井和重比重泥浆的深井的井底的难题，本发明提出了一种自带动力装置的井下光电复合缆，利用地面布设的三分量地震波弹性体增敏传感光缆、井下铠装光电复合缆、井下铠装光电复合缆内置的三分量地震波弹性体增敏传感光缆、耐高温高灵敏度的井下多模光纤和耐高温高灵敏度的井下准分布式光纤压力传感器阵列，地面按照正交网格布设的人工震源激发点，以及放置于井口附近的DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器，构建油气光纤智能地球物理数据采集系统。动力牵引装置可以拖曳铠装光电复合缆顺利的下到井底，便于用光纤进行井中和地面地震数据的联合同步采集，井中地震数据采集，并可同步测量全井段井温和井筒内多点的准分布压力数据。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案为：
一种自带动力装置的井下光电复合缆，包括铠装光电复合缆，铠装光电复合缆内有耐高温高灵敏度的井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆、两根耐高温高灵敏度的井下多模光纤和耐高温高灵敏度的井下准分布式光纤压力传感器阵列，铠装光电复合缆的尾端连接固定有一尾部安装有螺旋桨的动力牵引装置，地面浅部按照正交网格布设有水平埋设的高灵敏度地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆，地面按照正交网格布设的人工震源激发点，还包括放置于井口附近的DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器；
所述DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器的六个DAS信号端口与井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆内的三根光纤和地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆内的三根光纤相连接，所述DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器的两个DTS信号端口与两根井下多模光纤相连接，DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器的DPS信号输入端口与井下准分布式光纤压力传感器阵列的首端相连接。
所述的铠装光电复合缆的动力牵引装置的外形为小型鱼雷状，其尾部安装有螺旋桨，动力牵引装置内的电动机为螺旋桨提供动力，铠装光电复合缆内的电源线通过井口的仪器车为动力牵引装置内的电动机提供电力；
所述的井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆内采用三根超级抗弯瑞利散射增强型传感光纤，分别缠绕在地震波弹性体上。
所述的井下分布式三分量地震波弹性体增敏传感光缆外有至少一层连续金属细管对其进行封装，并由最外层的铠装钢丝保护起来。
所述的井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆尾端和地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆的尾端分别安装有消光器，所述的两根井下多模光纤镶嵌在地震波弹性体内，其尾端在井底呈U字形熔接在一起，其首端的两根光纤用于连接到DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器的两个DTS信号的双端信号输入端口。
所述的井下准分布式光纤压力传感器阵列上的光纤压力传感器可以是膜片式微型F-P腔光纤压力传感器、波纹膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器、光纤光栅压力传感器、复合式法珀腔的光纤压力传感器，光纤压力传感器之间按等间距分布，间距在20米到100米之间。
所述的铠装光电复合缆内还有三根电源线，可以为连接在铠装光电复合缆尾端的井下仪器设备提供三相动力电源。
所述的地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆，之间的间距在12.5米到50米之间。
所述的人工震源激发点为炸药震源、可控震源、气枪震源、重锤下落震源、电火花震源，其人工震源激发点之间的间距在25米到100米之间。
使用上述自带动力装置的井下光电复合缆的地震数据采集方法，包括以下步骤：
(1)、在井口周围地面浅部按照正交网格埋设水平埋设地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆，按照正交网格布设人工震源激发点；
(2)、把动力牵引装置和与其相连接的铠装光电复合缆缓慢的下入完钻的井孔里；
(3)、当动力牵引装置和与其相连接的铠装光电复合缆在大斜井或水平井或高比重泥浆井中无法依靠其自重自然下放到井底时，从地面控制车内启动动力牵引装置上的电动机，电动机驱动螺旋桨旋转，动力牵引装置牵引铠装光电复合缆移动到井底；
(4)、在井口处把铠装光电复合缆内的井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆首端、地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆首端和两根井下多模光纤分别连接到DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器的DAS和DTS信号输入端，把井下准分布式光纤压力传感器阵列的首端与DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器的DPS信号输入端口相连接；
(5)、在地面使用人工激发震源在按照正交网格布设的人工震源激发点的位置上依次进行激发，井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆和地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆同步同时联合采集人工震源激发点激发的井中和地面三分量地震数据；
(6)、在人工震源激发点的位置上依次进行激发，只用井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆采集三分量井中地震(VSP-垂直地震剖面)数据，包括零偏VSP、非零偏VSP、Walkaway VSP、WalkaroundVSP、WalkaboveVSP或三维VSP数据；
(7)、对于油气生产井，利用下放到井底的铠装光电复合缆内的光纤和在井口附近与之相连接的DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器，实时连续测量每个射孔点位置的噪声和温度数据，以及井下准分布式光纤压力传感器阵列上各压力传感器位置实时测量的储层孔隙流体压力，利用多参数综合反演方法计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化(产液剖面)，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化(吸水剖面)，从而实现对油气井开发生产过程及其井液产量变化的实时动态监测；
(8)、井-地联采或井中地震数据采集结束后，地面控制车上的绞车将上提回收铠装光电复合缆，如果井下泥浆比重太大将铠装光电复合缆吸附住了或井太深太长，造成地面绞车难以或无法将铠装光电复合缆上提回收时，启动动力牵引装置尾部的螺旋桨反向旋转，向上推送铠装光电复合缆，配合地面绞车一起将铠装光电复合缆提出井口；
(9)、对井下和井周围区域采集的井下三分量地震数据和地面三维三分量地震数据进行处理，然后使用全波形反演技术求取三维地震纵波和横波速度数据体，最后再用声波测井速度数据和VSP速度数据对通过全波形反演得到的三维地震纵波和横波速度数据体进行标定、调整和更新，获得井周围地层的初步地震纵波和横波速度场；
(10)、根据井中采集的地震数据的初至走时和人工震源激发点到井下检波点的距离，计算求取地下介质的准确平均速度值和层速度值；根据井中地震数据的反射层深度位置进行地面地震数据里的多次波去除处理，标定各地面地震数据的地震地质反射层；
(11)、处理井中地震数据，提供地层吸收衰减参数Q；根据从井中地震数据中提取的真振幅恢复因子，对井中-地面联合采集的地面地震数据建立井控速度场并进行基于速度场的振幅恢复处理；根据从井中地震数据中提取的反褶积参数，对井中-地面联合采集的地面地震数据进行反褶积处理；
(12)、基于三维井中地震数据或多方位Walkaway VSP或WalkaroundVSP数据或三维VSP数据计算提取地下地层的各向异性参数；进行基于VSP井驱参数约束的速度、各向异性三维参数联合建模；利用井中地震数据参数进行井控地面地震数据的提高分辨率处理；根据从井中地震数据中精确计算提取的地下地层的各向异性参数，对井中-地面联合采集的地面地震数据进行各向异性偏移处理；
(13)、根据从井中地震数据中提取的地层吸收衰减参数Q，对井地联合采集的地面地震数据进行叠前道集数据的Q补偿或Q偏移成像处理，叠前道集数据的Q偏移成像处理包括Q-柯希霍夫偏移、Q-波动方程偏移、Q-逆时偏移(Q-RTM)或最小二乘Q-逆时偏移(Q-LSRTM)；
(14)、对井中采集的垂直地震剖面(VSP)数据进行保幅去噪、三分量旋转、TAR补偿、子波反褶积、波场分离、速度建模、叠前道集优化处理和保幅偏移成像处理；叠前道集优化处理后的VSP数据保幅偏移成像处理包括Q-柯希霍夫偏移、Q-波动方程偏移、Q-逆时偏移(Q-RTM)或最小二乘Q-逆时偏移(Q-LSRTM)；
(15)对经过道集优化处理的叠前道集数据和保幅偏移成像数据进行反演处理，提取与储层油气资源相关的敏感属性参数，最后根据敏感属性数据对储层内的油气分布进行精细描述和评价，提供井周围储层内的原生油气或剩余油气的分布特征与规律，为油气资源的高效低成本优化开发提供可靠的技术支撑。
附图说明
图1是本发明的自带动力装置的井下光电复合缆进行井地立体联合勘探作业或者垂直地震剖面数据采集系统的布设示意图。
图2是本发明的自带动力装置的井下光电复合缆的结构示意图。
图3是本发明的动力牵引装置尾端的螺旋桨结构俯视图。
图4是本发明的自带动力装置的井下光电复合缆的横截面结构示意图。
图5本发明的地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆的横截面结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
本发明的自带动力装置的井下光电复合缆进行井地立体联合勘探作业或者垂直地震剖面数据采集系统的布设如图1所示：
包括铠装光电复合缆1，铠装光电复合缆1内有耐高温高灵敏度的井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆2、两根耐高温高灵敏度的井下多模光纤3和耐高温高灵敏度的井下准分布式光纤压力传感器阵列4，铠装光电复合缆1的尾端连接固定有一尾部安装有螺旋桨5的动力牵引装置6，地面浅部按照正交网格布设有水平埋设的高灵敏度地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆7，地面按照正交网格布设的人工震源激发点8，还包括放置于井口附近的DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器9；
所述DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器9的六个DAS信号端口与井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆2内的三根光纤和地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆7内的三根光纤相连接，所述DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器9的两个DTS信号端口与两根井下多模光纤3相连接，DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器9的DPS信号输入端口与井下准分布式光纤压力传感器阵列4的首端相连接。
图2是本发明的自带动力装置的井下光电复合缆的结构示意图。所述的铠装光电复合缆1的动力牵引装置6的外形为小型鱼雷状，其尾部安装有螺旋桨5(图3)，动力牵引装置6内的电动机为动力牵引装置6的螺旋桨5提供动力，铠装光电复合缆1内的电源线11通过井口的仪器车为动力牵引装置内的电动机提供电力；
图4是本发明的自带动力装置的井下光电复合缆的横截面结构示意图。所述的井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆2内采用三根超级抗弯瑞利散射增强型传感光纤，分别缠绕在地震波弹性体13上。
如图4所示，所述的井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆2外有至少一层连续金属细管对其进行封装，并由最外层的铠装钢丝保护起来。
图4是本发明的自带动力装置的井下光电复合缆的横截面结构示意图。所述的井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆2尾端和地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆7(图5)的尾端分别安装有消光器10，所述的两根井下多模光纤3镶嵌在地震波弹性体13内，其尾端在井底呈U字形12熔接在一起，其首端的两根光纤用于连接到DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器9的两个DTS信号的双端信号输入端口。
所述的耐高温高灵敏度的井下准分布式光纤压力传感器阵列4上的光纤压力传感器可以是膜片式微型F-P腔光纤压力传感器、波纹膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器、光纤光栅压力传感器、复合式法珀腔的光纤压力传感器，光纤压力传感器之间按等间距分布，间距在20米到100米之间。
所述的地面浅部按照正交网格布设有地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆7，其传感光缆之间的间距在12.5米到50米之间。
所述的光电复合缆内还有三根电源线11，可以为连接在铠装光电复合缆尾端的井下仪器设备提供三相动力电源。
所述的人工震源激发点8为炸药震源或可控震源或气枪震源或重锤下落震源或电火花震源，其人工震源激发点8之间的间距在25米到100米之间。
所述的使用自带动力装置的井下光电复合缆地震数据采集方法，包括以下步骤：
(a)、在井口周围地面浅部按照正交网格埋设水平埋设地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆7，按照正交网格布设人工震源激发点8；
(b)、把动力牵引装置6和与其相连接的铠装光电复合缆1缓慢的下入完钻的井孔里；
(c)、当动力牵引装置6和与其相连接的铠装光电复合缆1在大斜井或水平井或高比重泥浆井中无法依靠其自重自然下放到井底时，从地面控制车内启动动力牵引装置6上的电动机，电动机驱动螺旋桨5(图3)旋转，牵引铠装光电复合缆1移动到井底；
(d)、在井口处把铠装光电复合缆1内的井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆2首端、地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆7首端和两根井下多模光纤3分别连接到DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器5的DAS和DTS信号输入端，把井下准分布式光纤压力传感器阵列4的首端与DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器9的DPS信号输入端口相连接；
(e)、在地面使用人工激发震源在按照正交网格布设的人工震源激发点8的位置上依次进行激发，井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆2和地面三分量地震波弹性体增敏传感光缆7同步同时联合采集人工震源激发点8激发的井中和地面三分量地震数据；
(f)、在地面使用人工激发震源在按照预先设计的网格布设的人工震源激发点8的位置上依次进行激发，只用井下三分量地震波弹性体增敏传感光缆2采集三分量井中地震(VSP-垂直地震剖面)数据，包括零偏VSP、非零偏VSP、Walkaway VSP、WalkaroundVSP、WalkaboveVSP或三维VSP数据；
(g)、对于油气生产井，利用下放到井底的铠装光电复合缆1内的光纤和在井口附近与之相连接的DAS/DTS/DPS复合调制解调仪器9，实时连续测量每个射孔点位置的噪声和温度数据，以及井下准分布式光纤压力传感器阵列4上各压力传感器位置实时测量的储层孔隙流体压力，利用多参数综合反演方法计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化(产液剖面)，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化(吸水剖面)，从而实现对油气井开发生产过程及其井液产量变化的实时动态监测；
(h)、井-地联采或井中地震数据采集结束后，地面控制车上的绞车将上提回收铠装光电复合缆1，如果井下泥浆比重太大将铠装光电复合缆1吸附住了或井太深太长，造成地面绞车难以或无法将铠装光电复合缆1上提回收时，启动动力牵引装置6尾部的螺旋桨5反向旋转，向上推送铠装光电复合缆1，配合地面绞车一起将铠装光电复合缆1提出井口；
(i)、对井下和井周围区域采集的井下三分量地震数据和地面三维三分量地震数据进行处理，然后使用全波形反演技术求取三维地震纵波和横波速度数据体，最后再用声波测井速度数据和VSP速度数据对通过全波形反演得到的三维地震纵波和横波速度数据体进行标定、调整和更新，获得井周围地层的初步地震纵波和横波速度场；
(j)、根据井中采集的地震数据的初至走时和人工震源激发点8到井下检波点的距离，计算求取地下介质的准确平均速度值和层速度值；根据井中地震数据的反射层深度位置进行地面地震数据里的多次波去除处理，标定各地面地震数据的地震地质反射层；
(k)、处理井中地震数据，提供地层吸收衰减参数Q；根据从井中地震数据中提取的真振幅恢复因子，对井中-地面联合采集的地面地震数据建立井控速度场并进行基于速度场的振幅恢复处理；根据从井中地震数据中提取的反褶积参数，对井中-地面联合采集的地面地震数据进行反褶积处理；
(l)、基于三维井中地震数据或多方位Walkaway VSP或WalkaroundVSP数据或三维VSP数据计算提取地下地层的各向异性参数；进行基于VSP井驱参数约束的速度、各向异性三维参数联合建模；利用井中地震数据参数进行井控地面地震数据的提高分辨率处理；根据从井中地震数据中精确计算提取的地下地层的各向异性参数，对井中-地面联合采集的地面地震数据进行各向异性偏移处理；
(m)、根据从井中地震数据中提取的地层吸收衰减参数Q，对井地联合采集的地面地震数据进行叠前道集数据的Q补偿或Q偏移成像处理，叠前道集数据的Q偏移成像处理包括Q-柯希霍夫偏移、Q-波动方程偏移、Q-逆时偏移(Q-RTM)或最小二乘Q-逆时偏移(Q-LSRTM)；
(n)、对井中采集的垂直地震剖面(VSP)数据进行保幅去噪、三分量旋转、TAR补偿、子波反褶积、波场分离、速度建模、叠前道集优化处理和保幅偏移成像处理；叠前道集优化处理后的VSP数据保幅偏移成像处理包括Q-柯希霍夫偏移、Q-波动方程偏移、Q-逆时偏移(Q-RTM)或最小二乘Q-逆时偏移(Q-LSRTM)；
(o)对经过道集优化处理的叠前道集数据和保幅偏移成像数据进行反演处理，提取与储层油气资源相关的敏感属性参数，最后根据敏感属性数据对储层内的油气分布进行精细描述和评价，提供井周围储层内的原生油气或剩余油气的分布特征与规律，为油气资源的高效低成本优化开发提供可靠的技术支撑。