一种基于测斜技术的井间地震层析成像方法及系统与流程

1.本发明涉及地震层析成像领域，特别是涉及一种基于测斜技术的井间地震层析成像方法及系统。


背景技术：

2.地震透射层析成像是在井中、地面或坑道中，一端布置激发装置，一端布置接收装置，记录其间的地震透射波数据，对蕴含的物理定律和数学关系进行层析解析，把得到地震波走时或振幅信息转换为地层内部速度(慢度的倒数)结构或衰减特性，用图像表示出来，依据地质资料识别目标地层和异常地质体。
3.井中检波器是地震波信号的接收端，能把传输到地层边界或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，要求与地层较稳定地耦合，并有效适应井中环境。在实际使用时，常常经过串联、固定成多道接收装置，与传输电缆连接，将采集到的地震波传输到地震仪中。这是地震透射层析成像系统在野外数据采集时的重要部件，但其适用于直竖井，在大深度、变轨迹斜井中的自定位功能研发较少。
4.野外进行地震透射层析成像时，检波器组合接收装置通过传输复合缆用人工或铰链提拉和下放只能控制接收装置的移动长度，但无准确的空间定位信息，因下放的接收装置在孔中的位置未知(如深斜井、变轨井、弯曲坑道)，众多不利因素导致接收装置在井壁上的推靠位置出现很大偏差，最终成图时无准确的层析边界，成像范围失真，不仅拖长探测周期，更影响探测质量等问题。
5.因此，亟需一种能快速准确及时获取地震透射波信号和边界条件的采集方法，以满足深部钻井工程中井中地震层析成像技术的工艺要求及对地层的解释精度需求。


技术实现要素：

6.基于此，本发明实施例提供一种基于测斜技术的井间地震层析成像方法及系统，以解决高温常规定向深井中实施井间地震层析成像时，井下收发系统定位不准、边界条件不清晰的问题，从而提高成像质量。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种基于测斜技术的井间地震层析成像方法，包括：
9.获取激发井的井口位置坐标和接收井的井口位置坐标；所述激发井和所述接收井均为井底温度大于设定温度值且井斜角小于设定角度的定向井；所述激发井的井口位置坐标是将第一设备向所述激发井下放时，由所述第一设备中的第一测斜仪测得的；所述接收井的井口位置坐标是将第二设备向所述接收井下放时，由所述第二设备中的第二测斜仪测得的；所述第一设备和所述第二设备同时下放；
10.获取第一测斜数据和第二测斜数据；所述第一测斜数据为所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中，所述第一测斜仪测得的测斜数据；所述第二测斜数据为所述第二设备向所述接收井由井口向井底下放过程中，所述第二测斜仪测得的测斜数据；所
述测斜数据包括井深、井斜角和方位角；
11.由所述激发井的井口位置坐标和所述第一测斜数据确定所述激发井全井段的下井井轨迹，由所述接收井的井口位置坐标和所述第二测斜数据确定所述接收井全井段的下井井轨迹；
12.根据所述激发井全井段的下井井轨迹和所述接收井全井段的下井井轨迹建立井间地震层析成像的观测系统；
13.基于所述井间地震层析成像的观测系统，采集野外地震数据；所述野外地震数据为将所述第一设备和所述第二设备同时上提时，所述第一设备中的震源在上提过程中每个激发点位激发一炮时，所述第二设备中的检波器在相应的接收点位接收到的地震波；
14.获取第三测斜数据和第四测斜数据；所述第三测斜数据为所述第一设备在所述激发井由井底向井口上提过程中，所述第一测斜仪测得的测斜数据；所述第四测斜数据为所述第二设备在所述接收井由井底向井口上提过程中，所述第二测斜仪测得的测斜数据；
15.根据所述激发井的井口位置坐标、所述第一测斜数据和所述第三测斜数据得到所述激发井全井段的井轨迹，根据所述接收井的井口位置坐标、所述第二测斜数据和所述第四测斜数据，得到所述接收井全井段的井轨迹；
16.提取所述野外地震数据的初至波旅行时；
17.基于所述激发井全井段的井轨迹、所述接收井全井段的井轨迹和所述初至波旅行时，采用射线层析法确定井间地层结构图像。
18.可选地，所述由所述激发井的井口位置坐标和所述第一测斜数据确定所述激发井全井段的下井井轨迹，具体包括：
19.基于所述第一测斜数据，采用测斜法计算所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量；
20.将所述坐标增量与所述激发井的井口位置坐标相加，得到每个测点的空间位置坐标；
21.由所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中每个测点的空间位置坐标确定所述激发井全井段的下井井轨迹。
22.可选地，所述基于所述激发井全井段的井轨迹、所述接收井全井段的井轨迹和所述初至波旅行时，采用射线层析法确定井间地层结构图像，具体包括：
23.基于所述激发井全井段的井轨迹、所述接收井全井段的井轨迹，对激发井和所述接收井之间的地层离散化，并采用基于惠更斯原理的最短路径射线追踪法，基于所述初至波旅行时，得到井间地层结构图像。
24.可选地，所述基于所述激发井全井段的井轨迹、所述接收井全井段的井轨迹，对激发井和所述接收井之间的地层离散化，并采用基于惠更斯原理的最短路径射线追踪法，基于所述初至波旅行时，得到井间地层结构图像，具体包括：
25.以指定点为原点，建立层析成像计算坐标系；
26.对所述激发井全井段的井轨迹和所述接收井全井段的井轨迹，按照所述层析成像计算坐标系进行统一校正，得到所述激发井全井段校正后的井轨迹和所述接收井全井段校正后的井轨迹；
27.在所述层析成像计算坐标系中，以所述激发井全井段校正后的井轨迹和所述接收
井全井段校正后的井轨迹为层析的空间边界条件，确定各实际地震炮点的坐标值、各实际检波点的坐标值和炮检关系；
28.给定用于层析反演的初始速度模型；所述层析反演采用第一关系式和程函方程式；所述第一关系式表示初至波旅行时矩阵、速度矩阵、慢度矩阵和射线系数矩阵的关系式；所述程函方程式表示地震波旅行时间模型与慢度模型的关系；所述慢度模型采用所述慢度矩阵表征；速度模型采用所述速度矩阵表征；
29.基于所述初始速度模型，以各所述实际地震炮点的坐标值、各所述实际检波点的坐标值、所述炮检关系和设定网格离散步长作为层析反演的参数，以所述初至波旅行时作为所述层析反演的输入，以误差处于设定范围或迭代次数达到设定迭代次数为目标，采用迭代法确定最优慢度模型；其中，第d次迭代的误差为第d次迭代得到的初至波旅行时矩阵计算值与实际拾取的初至波旅行时矩阵的均方根误差；
30.由所述最优慢度模型确定所有激发点和接收点之间的最优速度模型，从而得到井间地层结构图像。
31.可选地，所述基于所述第一测斜数据，采用测斜法计算所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量，具体包括：
32.对所述第一测斜数据进行预处理，得到预处理后的第一测斜数据；所述预处理包括去除粗差和数据补正；
33.采用测斜法，由预处理后的第一测斜数据计算所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量。
34.可选地，所述测斜法为最小曲率法、曲率半径法、校正平均角法和弦步法中的一者。
35.可选地，所述设定温度值为200℃；所述设定角度为55
°
。
36.本发明还提供了一种基于测斜技术的井间地震层析成像系统，包括：
37.井口位置获取模块，用于获取激发井的井口位置坐标和接收井的井口位置坐标；所述激发井和所述接收井均为井底温度大于设定温度值且井斜角小于设定角度的定向井；所述激发井的井口位置坐标是将第一设备向所述激发井下放时，由所述第一设备中的第一测斜仪测得的；所述接收井的井口位置坐标是将第二设备向所述接收井下放时，由所述第二设备中的第二测斜仪测得的；所述第一设备和所述第二设备同时下放；
38.下井测斜数据获取模块，用于获取第一测斜数据和第二测斜数据；所述第一测斜数据为所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中，所述第一测斜仪测得的测斜数据；所述第二测斜数据为所述第二设备向所述接收井由井口向井底下放过程中，所述第二测斜仪测得的测斜数据；所述测斜数据包括井深、井斜角和方位角；
39.下井井轨迹确定模块，用于由所述激发井的井口位置坐标和所述第一测斜数据确定所述激发井全井段的下井井轨迹，由所述接收井的井口位置坐标和所述第二测斜数据确定所述接收井全井段的下井井轨迹；
40.观测系统确定模块，用于根据所述激发井全井段的下井井轨迹和所述接收井全井段的下井井轨迹建立井间地震层析成像的观测系统；
41.野外地震数据采集模块，用于基于所述井间地震层析成像的观测系统，采集野外地震数据；所述野外地震数据为将所述第一设备和所述第二设备同时上提时，所述第一设
备中的震源在上提过程中每个激发点位激发一炮时，所述第二设备中的检波器在相应的接收点位接收到的地震波；
42.上提测斜数据获取模块，用于获取第三测斜数据和第四测斜数据；所述第三测斜数据为所述第一设备在所述激发井由井底向井口上提过程中，所述第一测斜仪测得的测斜数据；所述第四测斜数据为所述第二设备在所述接收井由井底向井口上提过程中，所述第二测斜仪测得的测斜数据；
43.全井井轨迹确定模块，用于根据所述激发井的井口位置坐标、所述第一测斜数据和所述第三测斜数据得到所述激发井全井段的井轨迹，根据所述接收井的井口位置坐标、所述第二测斜数据和所述第四测斜数据，得到所述接收井全井段的井轨迹；
44.初至波旅行时提取模块，用于提取所述野外地震数据的初至波旅行时；
45.成像模块，用于基于所述激发井全井段的井轨迹、所述接收井全井段的井轨迹和所述初至波旅行时，采用射线层析法确定井间地层结构图像。
46.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
47.本发明实施例提出了一种基于测斜技术的井间地震层析成像方法及系统，该方法，利用同步下井的测斜仪测得的测斜数据确定井间地震层析成像的观测系统；由井间地震层析成像的观测系统采集野外地震数据；利用测斜仪、震源、检波器的同步提拉，得到激发井全井段的井轨迹和接收井全井段的井轨迹；基于激发井全井段的井轨迹、接收井全井段的井轨迹和提取的初至波旅行时，采用射线层析法确定井间地层结构图像。相对于无测量井轨迹时得到的层析成像范围，本发明的成像范围更逼近真实，解决了井下收发系统定位不准、边界条件不清晰的问题，提高了对井间地层结构的正确归位能力和成像精度，同时大幅节约了在地震检波器中装载定位系统的工艺成本，避免了各种探测装置单独下井的繁琐，减少了对井孔的损伤，提高了测斜技术与井间地震技术的数据互通性。
附图说明
48.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
49.图1为本发明实施例提供的基于测斜技术的井间地震层析成像装置的结构示意图；
50.图2为本发明实施例提供的基于测斜技术的井间地震层析成像方法的流程图；
51.图3为本发明实施例提供的层析成像计算坐标系示意图；
52.图4为本发明实施例提供的基于测斜技术的井间地震层析成像方法的具体实现过程示意图；
53.图5为本发明实施例提供的以井轨迹为边界的结果准确性分析原理示意图；
54.图6为本发明实施例提供的基于测斜技术的井间地震层析成像系统的结构图。
具体实施方式
55.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
57.井眼轨迹是实钻的井眼轴线，是一条空间曲线，对井眼轨迹进行测量的测斜技术，是钻井技术同时发展的一项测量技术，可以定位钻头经过的轨迹，即孔身在地层中的路线。测斜技术能获得井深、井斜角和井斜方位角等参数，可为下井测量的地震层析成像正反演技术提供精准的边界条件。
58.依据向地球深部进发的能源资源战略布局，地震层析成像技术面临高温高压甚至超高温高压特殊环境、深井收发层析成像、复杂变轨迹井型层析成像、群井联合层析成像、地井联合层析成像等需求，对层析成像的软硬件设备、正反演算法的改进、实际的正反演边界、层析成像区的三维空间位置要求越来越高，亟需一种能快速准确及时获取地震透射波信号和边界条件的采集方法，以满足深部钻井工程中井中地震层析成像技术的工艺要求及对地层的解释精度需求。
59.本实施例的井间地震层析成像方法基于井间地震层析成像装置实现，首先，对井间地震层析成像装置进行介绍。
60.参见图1，所述井间地震层析成像装置，包括：地面处理单元1、测量控制单元9、地震仪主机2、第一设备和第二设备；所述第一设备包括震源7和设置在所述震源7上的第一测斜仪6a；所述第二设备包括检波器5和设置在所述检波器5下的第二测斜仪6b；所述地面处理单元1分别与所述测量控制单元9和所述地震仪主机2连接；所述测量控制单元9分别与所述第一设备和所述第二设备连接；所述地震仪主机2分别与所述第一设备和所述第二设备连接。
61.在实际应用中，在激发井中，将第一测斜仪6a绑定在震源7上，震源7与复合传输电缆3连接，震源7通过激发井口安装的铰车4与地面的地震仪主机2连接，第一测斜仪6a还与复合传输电缆8连接，第一测斜仪6a通过铰车4与地面的测量控制单元9连接；在接收井中，将第二测斜仪6b绑定在检波器5下方，检波器5与复合传输电缆3连接，检波器5通过接收井口安装的铰车4与地面的地震仪主机2连接，第二测斜仪6b与复合传输电缆8连接，第二测斜仪6b通过铰车4与地面的测量控制单元9连接；地面的测量控制单元9、地震仪主机2分别与地面处理单元1连接。其中，检波器5可以为串联的多道地震检波器；地面处理单元1可以为计算机。
62.基于上述井间地震层析成像装置，参见图2，本实施的井间地震层析成像方法，包括：
63.步骤101：获取激发井的井口位置坐标和接收井的井口位置坐标。
64.所述激发井和所述接收井均为井底温度大于设定温度值且井斜角小于设定角度的定向井(高温常规定向井)；所述激发井的井口位置坐标是将第一设备向所述激发井下放时，由所述第一设备中的第一测斜仪测得的；所述接收井的井口位置坐标是将第二设备向所述接收井下放时，由所述第二设备中的第二测斜仪测得的；所述第一设备和所述第二设备同时下放。所述设定温度值可以为200℃；所述设定角度可以为55
°
。
65.步骤102：获取第一测斜数据和第二测斜数据。
66.所述第一测斜数据为所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中，所述第一测斜仪测得的测斜数据；所述第二测斜数据为所述第二设备向所述接收井由井口向井底下放过程中，所述第二测斜仪测得的测斜数据；所述测斜数据包括井深、井斜角和方位角等。
67.步骤103：由所述激发井的井口位置坐标和所述第一测斜数据确定所述激发井全井段的下井井轨迹，由所述接收井的井口位置坐标和所述第二测斜数据确定所述接收井全井段的下井井轨迹。
68.其中，所述激发井全井段的下井井轨迹的确定方法为：
69.基于所述第一测斜数据，采用测斜法计算所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量；将该坐标增量与所述激发井的井口位置坐标相加，得到第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中每个测点的空间位置坐标；由所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中每个测点的空间位置坐标确定所述激发井全井段的下井井轨迹。其中，激发井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量的计算方法为：
70.对所述第一测斜数据进行预处理，得到预处理后的第一测斜数据；所述预处理包括去除粗差和数据补正；采用测斜法，由预处理后的第一测斜数据计算所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量。所述测斜法可以选择最小曲率法、曲率半径法、校正平均角法和弦步法中的一者。
71.所述接收井全井段的下井井轨迹的确定方法为：
72.基于所述第二测斜数据，采用测斜法计算所述第二设备向所述接收井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量；将该坐标增量与所述接收井的井口位置坐标相加，得到第二设备向所述接收井由井口向井底下放过程中每个测点的空间位置坐标；由所述第二设备向所述接收井由井口向井底下放过程中每个测点的空间位置坐标确定所述接收井全井段的下井井轨迹。接收井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量的计算方法与激发井对应的坐标增量的计算法类似，在此不做赘述。
73.步骤104：根据所述激发井全井段的下井井轨迹和所述接收井全井段的下井井轨迹建立井间地震层析成像的观测系统。
74.步骤105：基于所述井间地震层析成像的观测系统，采集野外地震数据。
75.所述野外地震数据为将所述第一设备和所述第二设备同时上提时，所述第一设备中的震源在上提过程中每个激发点位激发一炮时，所述第二设备中的检波器在相应的接收点位接收到的地震波。
76.步骤106：获取第三测斜数据和第四测斜数据。
77.所述第三测斜数据为所述第一设备在所述激发井由井底向井口上提过程中，所述第一测斜仪测得的测斜数据；所述第四测斜数据为所述第二设备在所述接收井由井底向井口上提过程中，所述第二测斜仪测得的测斜数据。
78.步骤107：根据所述激发井的井口位置坐标、所述第一测斜数据和所述第三测斜数据得到所述激发井全井段的井轨迹，根据所述接收井的井口位置坐标、所述第二测斜数据和所述第四测斜数据，得到所述接收井全井段的井轨迹。
79.该步骤与步骤103的计算方法类似。所述步骤107，具体包括：
80.对第一测斜数据、第二测斜数据、第三测斜数据和第四测斜数据，进行去除粗差和数据补正后，选取稳定后的数据求平均值，绘制下井和上提所测得的测斜数据随孔深变化曲线，根据吻合程度，修正测斜数据，然后采用测斜法，得到第一设备向激发井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量、第二设备向接收井由井口向井底下放过程中每个测点的坐标增量、第一设备在激发井由井底向井口上提过程中每个测点的坐标增量和第二设备在接收井由井底向井口上提过程中每个测点的坐标增量，再根据坐标增量、激发井的井口位置坐标、接收井的井口位置坐标，得到激发井全井段的井轨迹和接收井全井段的井轨迹，并绘制直观的井轨迹曲线。
81.步骤108：提取所述野外地震数据的初至波旅行时(走时)。
82.步骤109：基于所述激发井全井段的井轨迹、所述接收井全井段的井轨迹和所述初至波旅行时，采用射线层析法确定井间地层结构图像。
83.在一个示例中，步骤103和步骤107中，均采用最小曲率法计算坐标增量，具体过程为：
84.假设两测点间的井段是一段平面的圆弧，圆弧在两端点处与上、下二测点处的井眼方向相切。
85.最小曲率法基本公式：假设测斜数据共有n个，第i个测点的井深为li(单位:m)、井斜角为αi(单位为
°
，计算时使用弧度单位)、方位角为φi，i＝1，
……
，n。用(x,y,z)表示井眼轨迹上任意一点的北坐标、东坐标和垂直深度，则在第i个测段上，坐标增量由下列公式计算：
[0086][0087][0088][0089][0090]
式中：δli＝l
i-l
i-1
是测段长，l
i-1
表示第i-1个测点的井深；δxi＝x
i-x
i-1
是北坐标增量，xi表示第i个测点的北坐标，x
i-1
表示第i-1个测点的北坐标；δyi＝y
i-y
i-1
是东坐标增量，yi表示第i个测点的东坐标，y
i-1
表示第i-1个测点的东坐标；δzi＝z
i-z
i-1
是垂深增量，zi表示第i个测点的垂向坐标，z
i-1
表示第i-1个测点的垂向坐标。εi是测段弯曲角，是测段方位角增量。α
i-1
为第i-1个测点的井斜角，φ
i-1
为第i-1个测点的方位角。
[0091]
由于直接按式(1)-式(4)计算各个增量，需要计算的函数很多、计算次数很多，特
别是对于高温干热岩的勘探深井、探采结合井等常规定向深井，要提高计算速度和计算精度，测斜计算时作出以下优化改进：
[0092]
1)优化测斜仪在井中的原始测点数量，即根据垂直段、造斜段、稳斜段、降斜段等统筹布置测点，对钻遇高温岩体(干热岩储层)的井段、压裂井段加密测斜点。
[0093]
2)对式(1)-式(4)中的函数优先、优化计算以降低计算次数。
[0094]
3)坐标增量的数值关系优化：如在某实施例中，对测段弯曲角εi很小接近于0的时候，可对式(1)-式(3)中的进行幂级数展开，将式(5)代入式(1)-(4)进行计算：
[0095][0096]
在一个示例中，步骤109，具体包括：
[0097]
基于所述激发井全井段的井轨迹、所述接收井全井段的井轨迹，对激发井和所述接收井之间的地层离散化，并采用基于惠更斯(huygens)原理的最短路径射线追踪法，基于所述初至波旅行时，得到井间地层结构图像。具体的：
[0098]
1)以指定点为原点，建立层析成像计算坐标系。该坐标系如图3所示。
[0099]
2)对所述激发井全井段的井轨迹和所述接收井全井段的井轨迹，按照所述层析成像计算坐标系进行统一校正，得到所述激发井全井段校正后的井轨迹和所述接收井全井段校正后的井轨迹。
[0100]
3)在所述层析成像计算坐标系中，以所述激发井全井段校正后的井轨迹和所述接收井全井段校正后的井轨迹为层析的空间边界条件，确定各实际地震炮点的坐标值、各实际检波点的坐标值和炮检关系。
[0101]
4)确定设定网格离散步长。
[0102]
设定层析区x、y、z向的离散网格的离散步长δx、δy、δz，以确定离散网格的数目、网格节点数。将离散网格步长表示为水平分量步长δh、垂直步长δz，引入水平分量步长δh和离散步长δs，它们之间的关系如式(6)-式(7)，为减少计算量，层析计算采用先降维后升维的模式。由于以井轨迹为层析边界，井轨迹边界处的离散步长δs要求大于等于激发点距与检波点距的最小值，再小也达不到更高的分辨率，除非井间地震层析成像野外采集时已经将激发点距、检波点距压缩到很小，例如要在井间地层中识别10m长的裂缝，则应在采集时将激发点距、检波点距设为小于10m的距离。
[0103][0104][0105]
式(6)-式(7)为降维的过程：将离散步长由δx、δy、δz三个维数降为δh、δz两个维数。本步骤确定的设定网格离散步长为δh、δz，该设定网格离散步长作为层析反演的参数之一。
[0106]
5)给定用于层析反演的初始速度模型；所述层析反演采用第一关系式和程函方程式；所述第一关系式表示初至波旅行时矩阵、速度矩阵、慢度矩阵和射线系数矩阵的关系
式；所述程函方程式表示地震波旅行时间模型与慢度模型的关系。所述慢度模型采用所述慢度矩阵表征；速度模型采用所述速度矩阵表征。第一关系式如式(8)所示，程函方程式如式(9)所示。
[0107]
6)基于所述初始速度模型，以各所述实际地震炮点的坐标值、各所述实际检波点的坐标值、所述炮检关系和设定网格离散步长作为层析反演的参数，以所述初至波旅行时作为所述层析反演的输入，以误差处于设定范围或迭代次数达到设定迭代次数为目标，采用迭代法确定最优慢度模型；其中，第d次迭代的误差为第d次迭代得到的初至波旅行时矩阵计算值与实际拾取的初至波旅行时矩阵的均方根误差，均方根误差的计算公式如式(11)所示。实际拾取的初至波旅行时矩阵是根据输入的初至波旅行时确定的。
[0108]
具体的：利用有限差分将式(9)近似表示为式(10)，计算走时t0，用式(11)计算t0与t
real
的均方根误差e，当e处于设定误差范围之外，依据迭代公式(12)得到新的走时t1，继续迭代，得到慢度模型m1，直到计算误差e处于设定范围或迭代次数达到设定迭代次数f时停止计算，一般选取最终次慢度模型mf(h，z)为最优慢度模型，若误差e在第d次迭代时已处于设定范围，则可选取第d次的慢度模型md(h，z)为最优慢度模型。
[0109][0110]
其中，a
rq
表示第r条地震波反演射线在离散网格q中的射线长度，r表示总的射线数(总的地震记录道数)，q表示总的离散网格数，tr表示第r条地震波射线计算的走时值，vq表示在离散网格q中的速度值，mq表示在离散网格q中的慢度值，表示mq的倒数。
[0111][0112]
在二维介质中的点(h，z)处的波前传播时间t(h，z)和慢度m(h，z)有以上程函方程关系，对进行有限差分，(9)式可表示为：
[0113][0114]
其中，t
j，k
表示第j行第k列的离散网格处的波前传播时间，m
j，k
表示第j行第k列的离散网格处的慢度值，j表示行编号，k表示列编号，行编号即离散网格在h方向上的编号，列编号即离散网格在z方向上的编号，δh、δz分别为h方向和z方向上的离散网格间距。当j＝1时，t
j-1，k
＝0；当k＝1时，t
j，k-1
＝0。
[0115][0116]
其中，e
d+1
表示第d+1次迭代时的误差；r表示总的射线数(总的地震记录道数)，表示第e条射线第d+1次迭代后的走时计算值，表示第e条射线拾取的走时值，f
为设定迭代次数。
[0117][0118]
其中，c
real
为拾取数据协方差矩阵，c
cal
为计算模型协方差矩阵，f为正则化因子，t
real
为拾取的走时矩阵，ad为第d次迭代后的射线系数矩阵，md表示第d次迭代得到的慢度矩阵，m
d+1
表示第d+1次迭代得到的慢度矩阵。
[0119]
7)由所述最优慢度模型确定所有激发点和接收点之间的最优速度模型v(x,y,z)，从而得到井间地层结构图像，此时的井间地层结构图像为最优的井间地层结构图像。
[0120]
最优速度模型v(x,y,z)表征所有激发点和接收点之间离散网格的井间地震层析成像结果，即得到井间地层结构图像。
[0121]
在实际应用中，采用上述井间地震层析成像方法的工作过程如下：
[0122]
在高温、大深度、常规定向井中同步实施测斜和井间地震层析成像技术，在激发和接收井中，测斜仪分别与震源、串联多道地震检波器绑定；下井过程中，测斜仪可采集全井段的一次测斜数据，为井间地震层析成像观测系统的布设打下基础，同时基本确定目的层的层析成像边界；上井过程中，测斜仪和井间地震层析成像收发装置独立工作、同步采集，得到全井段的二次测斜数据和井间地震层析成像采集数据；在独立的坐标系中利用最小曲率等测斜计算法、上下井数据吻合、校正后，得到各收发井的井轨迹；井轨迹校正到井间地震层析新的坐标系中后，激发点、接收点的真实坐标得到落实，离散步长得以确定，通过先降维后升维的旅行时射线层析计算方法，得到井间地层速度结构的高精度地震解释图像。
[0123]
参见图4，其具体工作过程如下：
[0124]
步骤一：在已知的高温(t≥200℃)干热岩资源潜力区，为进行井间地震层析成像野外数据采集(井间距几百米左右适用)，选取两口常规定向深井(井斜角α＜55
°
)分别作为激发井、接收井。
[0125]
步骤二：在激发井中，将第一测斜仪6a绑定在震源7上，震源7与复合传输电缆3连接，通过激发井口安装的铰车4与地面的地震仪主机2连接，第一测斜仪6a与复合传输电缆8连接，通过铰车4与地面的测量控制单元9连接；在接收井中，将第二测斜仪6b绑定在串联的多道地震检波器5下方，检波器5与复合传输电缆3连接，通过接收井口安装的铰车4与地面的地震仪主机2连接，第二测斜仪6b与复合传输电缆8连接，通过铰车4与地面的测量控制单元9连接；地面的测量控制单元9、地震仪主机2分别与地面处理单元1连接。
[0126]
步骤三：在激发井中，震源7与第一测斜仪6a准备下井，利用第一测斜仪6a获取激发井的井口位置参数，确定激发井的井口位置坐标，以激发井井口位置为原点建立坐标系co-a，以使后续测得的激发井原始测斜数据统一在同一坐标系co-a中计算。
[0127]
同样，在接收井中，多道地震检波器5与第二测斜仪6b准备下井，利用测斜仪6b获取接收井的井口位置参数，确定接收井的井口位置坐标，以接收井井口位置为原点建立坐标系co-b，以使后续测得的接收井原始测斜数据统一在同一坐标系co-b中计算。
[0128]
步骤四：两井中的设备都下井，下井过程中层析装备(震源、检波器)只下井不启动，而第一测斜仪6a、第二测斜仪6b进行测量，直至井底：1)调试第一测斜仪6a的工作模式和传输速度，激发井中的震源7与第一测斜仪6a组成的联合激发设备(第一设备)开始下井，第一测斜仪a6开始测量，直到到达激发井底时停止。第一测斜仪6a测量出时间、井斜角、方
位角等，将数据传输回地面的测量控制单元9，与地面记录的时间、铰车4记录的测量孔深相对比，通过地面处理单元1获得下井测量过程得到的全井段的测斜数据a1(即第一测斜数据)，包括孔深、井斜角、方位角等。2)调试第二测斜仪6b的工作模式和传输速度，接收井中的检波器5与第二测斜仪6b组成的联合接收设备(第二设备)开始下井，第二测斜仪6b开始测量，直到到达接收井底时停止。第二测斜仪6b测量出时间、井斜角、方位角等，将数据传输回地面的测量控制单元9，与地面记录的时间、铰车4记录的测量孔深相对比，通过地面处理单元1获得下井测量过程得到的全井段的测斜数据b1(即第二测斜数据)，包括孔深、井斜角、方位角等。
[0129]
步骤五：对步骤四测斜获得的原始测斜数据a1、b1进行预处理，去除粗差并补正数据后，采用测斜法，得到激发井全井段的下井井轨迹ax、接收井全井段的下井井轨迹bx，在计算机中画出直观的井轨迹曲线。
[0130]
单井的井轨迹计算过程中：将测斜数据中的井斜角α、方位角代入式(1)-式(5)参与计算，经过测斜计算得到的所有测点的坐标增量δxi、δyi、
δzi
，再与井口原点位置坐标相加，得到的坐标系中的空间位置坐标x、y、z，即空间中的井轨迹。
[0131]
步骤六：基于步骤五的下井井轨迹ax、bx，即激发井、接收井全井段中所有测点的坐标x、y、z，在地面处理单元1中初步设计井间地震层析成像的观测系统。地震层析成像的观测系统包括选取目的层段、设置震源7激发点位置、激发点距、检波器5接收点位置、接收点距、震源7激发点数(炮数)、串联的多道地震检波器5的上提次数等，以利于达到井间地震层析成像预定的分辨率、覆盖目的层等目的。
[0132]
步骤七：设备上提，依据设计的观测系统，实施井间地震层析野外地震数据采集，激发或接收段应尽量包括勘探目的层：
[0133]
1)激发井中的震源7与第一测斜仪6a组成的联合激发设备开始上提至起始激发点位，接收井中的串联多道地震检波器5与第二测斜仪6b组成的联合接收设备开始上提至起始接收点位；
[0134]
2)将检波器5推靠到接收井壁上，震源7激发一炮，在井间地层中透射，后由检波器5接收并传输到地面的地震控制单元2，存储为地震单炮记录；
[0135]
3)震源7上提至下一炮点激发，串联的多道地震检波器5上提至下一接收段接收，以此类推进行激发接收，直至采集结束，得到野外地震数据。
[0136]
步骤八：随着井中的设备上提，井间地震层析设备工作的同时，第一测斜仪6a、第二测斜仪6b进行上提复测，直至提出井口时停止。第一测斜仪6a、第二测斜仪6b测量出时间、井斜角、方位角等，将数据传输回地面的测量控制单元9，与地面记录的时间、铰车4记录的测量孔深相对比，通过地面处理单元1获得上提测量过程得到的全井段的测斜数据a2、b2，包括孔深、井斜角、方位角等。
[0137]
步骤九：对步骤四和步骤八获得的大量原始测斜数据a1、b1、a2、b2，去粗差并补正数据后，选取稳定后的数据求平均值，绘制下井和上提所测得的测斜数据随孔深变化曲线，根据吻合程度，修正测斜数据，后采用测斜法，得到激发井全井段的井轨迹af、接收井全井段的井轨迹bf，在计算机中画出直观的井轨迹曲线。
[0138]
步骤十：为进行激发井与接收井之间的地震层析成像计算，需要进行坐标数值统一在同一坐标系中：以指定点为原点，建立新坐标系co-c；将步骤九所得的井轨迹坐标af、
bf统一校正，计算为坐标系co-c下的井轨迹坐标；
[0139]
步骤十一：在为井间地震层析成像而建立的新坐标系co-c中，以激发井轨迹af、接收井轨迹bf为层析的空间边界条件，确定井间地震层析法野外实际的炮点、检波点的坐标值、炮检关系文件，设定井间地震层析成像计算的网格离散步长δx、δy、δz，设定初始速度模型，作为层析反演的参数；
[0140]
步骤十二：对步骤七所得的野外地震数据记录提取初至波旅行时(走时)t，作为射线层析反演的输入数据；
[0141]
步骤十三：采用先降维后升维的计算顺序，用旅行时射线追踪层析计算法，经过f次迭代，计算得到f个慢度模型，将第f个模型或之前的第d个模型作为井间地震层析成像的反演慢度模型结果，得到最优速度模型v(x,y,z)，从而得到高精度的井间地层速度结构图像。具体采用的处理流程如下：
[0142]
1)按照式(6)-式(7)将网格离散步长δx、δy、δz降维，确定设定网格离散步长为δh、δz。
[0143]
2)对离散网格按一定顺序进行编号，设定每个离散网格节点的初始波速，得到对应的初始慢度模型。
[0144]
4)对地震记录拾取初至波旅行时(走时)t作为层析输入数据。
[0145]
5)结合式(8)-式(12)得到最优慢度模型对应的最优速度模型v(h,z)，对v(h,z)升维，得到最终的最优速度模型v(x,y,z)，进入成图和下一步地质解释阶段。
[0146]
本实施例的井间地震层析成像的工作原理为：
[0147]
在不改变原有地震检波器定位工艺的前提下，在高温干热岩资源潜力区的常规定向深井中实施野外采集地震层析成像方法时，将测量井轨迹的测斜仪与井间地震层析成像装置(震源或检波器)固定连接，两者同步下井，独立工作，在地面处理单元中处理计算时又互相联系，利用钻探测斜数据指导井间地震层析成像观测系统设计，测斜仪与井间地震层析成像的震源、检波点器同步提拉，能获取真实的激发接收点的空间坐标，为井间地震层析成像提供准确的边界约束条件。
[0148]
基于上述原理，本实施例的井间地震层析成像方法，不论井轨迹资料缺乏与否，不受传输长度、地层岩性的限制，同步探测减小了各种探测装置单独下井对井孔的损伤，只需绑定无需永久固定测斜仪与井间地震收发装置，不限定地震检波器级数，节约了在地震检波器中装载自定位系统的工艺成本，探测时干扰小，成像范围准确，解释精度更高，提高了测斜技术与井间地震技术的数据互通性。可应用于深部高温干热岩钻井、水热钻井、科学钻探井、油气钻井、矿井坑道等常规定向井工程中。
[0149]
下面对本实施例的方法的有效性进行了验证，参见图5，现有的无测量井轨迹时得到的层析成像范围为a、b、c、d围成的范围，其中a表示成像区失真左边界，b表示成像区失真上边界，c表示成像区失真右边界，d表示成像区失真下边界。基于上述原理，本实施的方法的成像范围为a’、b’、c’、d’围成的范围，其中a’表示成像区真左边界，b’表示成像区真上边界，c’表示成像区真右边界，d’表示成像区真下边界。相对于无测量井轨迹时得到的层析成像范围，本实施例方法的成像范围更逼近真实，可更精准解释井间地层特征，体现在解释的失真的预测裂缝f归位到了真实的预测裂缝f’处，提高了对井间地层结构的正确归位能力和成像精度，同时大幅节约了在地震检波器中装载定位系统的工艺成本，避免了各种探测
装置单独下井的繁琐，减少了对井孔的损伤，提高了测斜技术与井间地震技术的数据互通性。
[0150]
本发明还提供了一种基于测斜技术的井间地震层析成像系统，参见图6，所述系统，包括：
[0151]
井口位置获取模块201，用于获取激发井的井口位置坐标和接收井的井口位置坐标；所述激发井和所述接收井均为井底温度大于设定温度值且井斜角小于设定角度的定向井；所述激发井的井口位置坐标是将第一设备向所述激发井下放时，由所述第一设备中的第一测斜仪测得的；所述接收井的井口位置坐标是将第二设备向所述接收井下放时，由所述第二设备中的第二测斜仪测得的；所述第一设备和所述第二设备同时下放。
[0152]
下井测斜数据获取模块202，用于获取第一测斜数据和第二测斜数据；所述第一测斜数据为所述第一设备向所述激发井由井口向井底下放过程中，所述第一测斜仪测得的测斜数据；所述第二测斜数据为所述第二设备向所述接收井由井口向井底下放过程中，所述第二测斜仪测得的测斜数据；所述测斜数据包括井深、井斜角和方位角。
[0153]
下井井轨迹确定模块203，用于由所述激发井的井口位置坐标和所述第一测斜数据确定所述激发井全井段的下井井轨迹，由所述接收井的井口位置坐标和所述第二测斜数据确定所述接收井全井段的下井井轨迹。
[0154]
观测系统确定模块204，用于根据所述激发井全井段的下井井轨迹和所述接收井全井段的下井井轨迹建立井间地震层析成像的观测系统。
[0155]
野外地震数据采集模块205，用于基于所述井间地震层析成像的观测系统，采集野外地震数据；所述野外地震数据为将所述第一设备和所述第二设备同时上提时，所述第一设备中的震源在上提过程中每个激发点位激发一炮时，所述第二设备中的检波器在相应的接收点位接收到的地震波。
[0156]
上提测斜数据获取模块206，用于获取第三测斜数据和第四测斜数据；所述第三测斜数据为所述第一设备在所述激发井由井底向井口上提过程中，所述第一测斜仪测得的测斜数据；所述第四测斜数据为所述第二设备在所述接收井由井底向井口上提过程中，所述第二测斜仪测得的测斜数据。
[0157]
全井井轨迹确定模块207，用于根据所述激发井的井口位置坐标、所述第一测斜数据和所述第三测斜数据得到所述激发井全井段的井轨迹，根据所述接收井的井口位置坐标、所述第二测斜数据和所述第四测斜数据，得到所述接收井全井段的井轨迹。
[0158]
初至波旅行时提取模块208，用于提取所述野外地震数据的初至波旅行时。
[0159]
成像模块209，用于基于所述激发井全井段的井轨迹、所述接收井全井段的井轨迹和所述初至波旅行时，采用射线层析法确定井间地层结构图像。
[0160]
本实施例的井间地震层析成像系统，基于测斜技术和井中地震透射层析成像边界要求的一种层析成像采集处理新思路，适用井型宽泛，不再局限于直竖井中采用人工或铰链移动距离直接判定井深及接收位置的，而是在常规定向深井中也能对收发系统真实定位。本发明不受传输长度、钻井深度、地层温度、岩性的限制，对接收检波器的工艺和钻具、测量装置不产生任何影响，有效避免了现有的井中地震层析成像技术受限于高温深斜井、缺乏井轨迹资料、接收装置下放位置不精准等限制，获得的地震层析成像速度、振幅等信息所对应的准确的位置和边界范围精度较高，可应用于深部高温干热岩钻井、水热钻井、科学
钻探井、油气钻井等工程中。
[0161]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0162]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。