水力压裂时的三分量地震数据采集的制作方法

本披露内容总体上涉及地震数据采集。

背景技术：

1、在地质学中，沉积相是与不同沉积环境产生的相邻沉积物明显不同的沉积体。通常，地质学家通过所研究的岩石或沉积物的各个方面来区分岩相。地震相是相邻组之间的参数(比如振幅、连续性、反射几何和频率)不同的多组地震反射。地震相分析是地震地层学的分支，在油气勘探中发挥着重要作用并且是解释地震数据以确定储层表征的一个关键步骤。给定地质区域中的地震相可以提供有用的信息，特别是关于沉积矿床的类型和预期岩性的信息。

2、在反射地震学中，地质学家和地球物理学家进行地震勘测以绘制和解释沉积相和其他地质特征，以用于例如识别潜在的石油储层等应用。地震勘测通过使用受控震源(例如，地震振动器或炸药)产生地震波来进行。震源通常位于地表。地震体波进入地下，被地下地层反射，并返回到地表，在那里它们由称为地震检波器的传感器记录。地震面波沿着地表传播并随着离地表越来越远而减弱。地震面波比地震体波传播得慢。地质学家和地球物理学家分析地震体波从地下地层反射并返回地表所需的时间以绘制沉积相和其他地质特征。类似地，分析地震面波从震源传播到传感器所需的时间可以提供关于近地表特征的信息。这种分析还可以结合来自各种来源(例如，井眼测井、重力测量和磁力测量)的数据。

3、这种分析的一种方法是基于沿着连续反射体对由地震勘测产生的整个数据集进行追踪和关联以产生反映某些岩相深度的空间变化的结构图。这些图可以用来识别可能夹着比如石油和天然气等碳氢化合物的不可渗透层和断层。

技术实现思路

1、水力压裂(hydraulic fracturing)，也称为水力压裂(fracking)，是一种涉及用加压液体压裂基岩地层的油井增产技术。本说明书描述了水力压裂地震(seismic whilefracking，swf)背景下的地震数据采集。swf包括用于评估水力压裂处理期间水力裂缝的质量的地震技术。swf包括从地下环境中的地震信号收集数据。通常，地震信号包括声地震信号的衍射体波。swf包括从衍射体波确定地下的裂缝信息。

2、相对于衍射位置与测量体波衍射的一个或多个地震传感器之间的距离而言，衍射体波的能量消散得相对较快。因此，衍射的体波的信号可能太弱，不能由该一个或多个地震传感器记录，从而无法将该信号与随机噪声区分开来。为了区分接收到的衍射体波中的地震信号，地震传感器可以使用宽方位角几何形状。另外，这些传感器被配置为包括密集三维(3d)采集几何形状。由于这种硬件配置，从衍射体波采集地震信号的成本相对较高。

3、为了在不使用昂贵的地震传感器阵列的情况下测量地震信号，使用采集系统和测量方法来记录包括反射管波而不是体波的地震数据。反射管波由在水力压裂过程期间产生的导波产生。该采集系统在井口外部署一个到数个三分量传感器(比如地震检波器)来记录来自裂缝的反射管波的响应。由三分量传感器记录的波形的频谱通常代表相应的水力压裂曲线。

4、在一般方面，一种采集系统被配置为在水力压裂过程期间采集表示地下地层的地震数据。该系统包括至少一个声传感器，该至少一个声传感器被配置为获得表示与相对于该至少一个声传感器的三个正交方向相关的振动的振动数据。该系统包括与该至少一个声传感器通信的处理设备，该处理设备被配置为执行操作。这些操作包括从该至少一个声传感器接收振动数据。这些操作包括识别振动数据中表示的一个或多个共振频率。这些操作包括基于识别的一个或多个共振频率来确定正在执行的水力压裂过程的阶段。这些操作包括基于识别的水力压裂过程的阶段来识别被配置用于水力压裂过程的井眼中的一个或多个裂缝的特征。这些操作包括基于该一个或多个裂缝的特征来生成地下地层的地震图像。

5、在一些实施方式中，该特征包括该一个或多个裂缝的导流能力。在一些实施方式中，该至少一个声学传感器耦接到被配置用于水力压裂过程的井眼的井口。在一些实施方式中，该地震信号包括由执行水力压裂过程而产生的一个或多个反射管波。在一些实施方式中，该至少一个声传感器在1赫兹(1hz)或更高的频率下具有大于1伏/米/秒(v/m/s)的灵敏度。

6、在一些实施方式中，这些操作包括实时或接近实时地将表示井眼的一个或多个裂缝的特征的数据流式传输到远程系统，其中，采集附加的地震数据并且连续执行流式传输而不中断水力压裂过程。

7、在一些实施方式中，这些操作包括基于识别的一个或多个共振频率来验证水力压裂过程的阶段的数据记录过程。

8、在一般方面，一种用于在水力压裂过程期间采集表示地下地层的地震数据的过程包括从至少一个声传感器接收振动数据，该至少一个声传感器被配置为获得表示与相对于该至少一个声传感器的三个正交方向相关的振动的振动数据。该过程包括识别振动数据中表示的一个或多个共振频率。该过程包括基于识别的一个或多个共振频率来确定正在执行的水力压裂过程的阶段。该过程包括基于识别的水力压裂过程的阶段来识别被配置用于水力压裂过程的井眼中的一个或多个裂缝的特征。该过程包括基于该一个或多个裂缝的特征来生成地下地层的地震图像。

9、在一些实施方式中，该特征包括该一个或多个裂缝的导流能力。在一些实施方式中，该至少一个声学传感器耦接到被配置用于水力压裂过程的井眼的井口。在一些实施方式中，该地震信号包括由执行水力压裂过程而产生的一个或多个反射管波。在一些实施方式中，该至少一个声传感器在1赫兹(1hz)或更高的频率下具有大于1伏/米/秒(v/m/s)的灵敏度。

10、在一些实施方式中，该过程包括实时或接近实时地将表示井眼的一个或多个裂缝的特征的数据流式传输到远程系统，其中，采集附加的地震数据并且连续执行流式传输而不中断水力压裂过程。

11、在一些实施方式中，该过程包括基于识别的一个或多个共振频率来验证水力压裂过程的阶段的数据记录过程。

12、在一般方面，一个或多个非暂态计算机可读介质存储有指令，这些指令在由至少一个处理设备执行时使该至少一个处理设备执行操作。这些操作包括从该至少一个声传感器接收振动数据。这些操作包括识别振动数据中表示的一个或多个共振频率。这些操作包括基于识别的一个或多个共振频率来确定正在执行的水力压裂过程的阶段。这些操作包括基于识别的水力压裂过程的阶段来识别被配置用于水力压裂过程的井眼中的一个或多个裂缝的特征。这些操作包括基于该一个或多个裂缝的特征来生成地下地层的地震图像。

13、在一些实施方式中，该特征包括该一个或多个裂缝的导流能力。在一些实施方式中，该至少一个声学传感器耦接到被配置用于水力压裂过程的井眼的井口。在一些实施方式中，该地震信号包括由执行水力压裂过程而产生的一个或多个反射管波。在一些实施方式中，该至少一个声传感器在1赫兹(1hz)或更高的频率下具有大于1伏/米/秒(v/m/s)的灵敏度。

14、在一些实施方式中，这些操作包括实时或接近实时地将表示井眼的一个或多个裂缝的特征的数据流式传输到远程系统，其中，采集附加的地震数据并且连续执行流式传输而不中断水力压裂过程。

15、在一些实施方式中，这些操作包括基于识别的一个或多个共振频率来验证水力压裂过程的阶段的数据记录过程。

16、贯穿本说明书描述的实施例实现了以下优点中的一个或多个。三分量数据采集方法可以用于水力压裂的实时监测。采集的地震数据代表水力压裂曲线，这些曲线是根据从密集3d传感器阵列收集的数据估计的。与从通常用于swf的密集3d传感器阵列产生的数据相比，来自数量减少的传感器的数据足迹相对较小。较小的数据足迹使得数据能够被实时或接近实时地采集。在本说明书中，实时数据采集是指可以在接近从地下生成数据的时间(几秒或几分钟内)采集、分析和呈现的数据。本文描述的系统的操作者因此可以响应于地震数据而无延迟地做出决策。这消除了对先前的水力压裂信息、正在进行的水力压裂测量值以及在不同水力压裂阶段的设定间隔期间获得的测井记录的依赖。低数据足迹还使得能够将地震数据流式传输(比如连续广播)到远程位置(比如监测站)进行远程处理。

17、另外，本说明书中描述的swf方法和传感器相对于传统的传感器能够测量非常弱的信号。如前所述，传感器配置的高灵敏度使得能够部署更少的传感器，从而降低成本。传感器的高灵敏度改善了对衍射体波的信号响应的测量，即使在相对较长的距离上也是如此。

18、在附图和将要呈现的描述中阐述了这些系统和方法的一个或多个实施例的细节。这些系统和方法的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及权利要求书中变得显而易见。