专利名称：使用地震能量确定爆破延伸范围的方法
技术领域：
本发明涉及地下钻井、完井和井维护。更具体地说，本发明涉及通过聚能射孔爆炸提高井产量和核实生产区射孔的方法过程。
背景技术：
石油工业的人们特别关心通过向地下深岩层钻孔来抽取石油。为改善碳氢化合物流体从围岩向井孔中的流入，将爆炸设备放入井孔并起爆，造成岩石穿孔和破裂。这些爆炸设备称作射孔枪，它包含一系列聚能射孔弹，每个聚能射孔弹有一个由称作引爆线的炸药线连接的雷管。在射孔枪内该引爆线还与一个起爆器相连。爆炸由起爆器启动，并沿引爆线传播，通过一系列聚能射孔弹，依次引爆它们中的每一个，直至射孔枪中的最后一个聚能射孔弹。在一次成功的爆破中，所有聚能射孔弹都爆炸。偶尔在所有射孔弹都爆炸之前爆炸序列终止，与操作者的愿望和打算相反。在最坏的情况中，没有任何爆炸孔弹起爆，尽管操作者已经启动了点火序列。
在工业技术的当前状态下，尚没有操作员可用的方法能快速和可靠地提供射孔枪爆炸延伸范围的定量估计。一个爆炸延伸范围的定量估计会是这样一种估计，它向操作者提供爆炸的射孔枪长度或爆炸部分占射孔枪总长度的百分数。当前充其量不过是，操作者从放在井口或接近井口的井结构上的换能器得到射孔枪可能点火的指示。可能是以一个信号的缺失表明整个不爆炸。这一方法往往不能绘出如实际情况那样的射孔枪爆炸或不爆炸的正确指示。再有，这一井口传感器方法既不能提供部分不爆炸的指示也不能提供爆炸延伸范围的定量估计。
油管传送的射孔枪(TCP Gun)通常在封隔器以下爆炸，并且要在爆炸后石油生产接着进行时永久性地留在原地。这样，在TCP的情况下，操作者可能永远不会从射孔枪的回收和直接检查得知已发生了部分爆炸。他可能由于生产岩层只被部分射孔并且被射孔井孔的石油生产量相应的降低而蒙受直接经济损失。潜在的远大得多的经济损失可能来自操作者根据部分射孔后的较低生产率对油田生产潜力造成的过低估计，因为他把部分射孔相信为是岩层的完全射孔。对油田潜力的过低估计会导致错误的决定，如限制进一步的钻井行动或者甚至放弃该油田和在那个油田的初始投资。
其他类型射孔枪可在预期的爆炸之后被回收到地面供检查。操作者将能够根据检查了解爆炸延伸范围。即使用这一操作方法，操作者知道爆炸延伸范围而不必等待回收和检查是有用的。如果操作者立即知道失败的爆炸，他能尽可能好地采取适当的补救措施。如果可用的话，可启动备用爆炸装置。对存在未爆炸射孔弹的了解能允许操作者实现为增强这种场合工人安全性而设计的那些方法过程。
在TCP操作的情况中，在射孔枪本身所在地直接感知爆炸是不能实行的，因为没有任何导线或电缆能被方便地连接到射孔枪。
这样，在石油工业需要一种间接遥感爆炸的方法，它能快速和可靠地确定射孔枪的爆炸延伸范围。
发明内容
本发明的一个优选实施例是一组地震接收器、一个与射孔枪爆炸控制系统链接的地震记录和控制系统，其中含有计算机被编程为处理和分析地震波振幅，使专业人员能确定置于地下井孔的射孔枪的爆炸延伸范围。
地震接收器由传统的地震检波器或其他换能器组成，它们单个布设或组成多换能器阵列或子阵列。地震接收器的放置位置可在靠近射孔枪周围的地表面或井孔中，以利于感知和处理从射孔枪直接到达的地震波。
射孔枪可根据需要布放在井孔内的任何深度并可以有任何可实现的长度或构造风格，以达到它的目的。它可由任何可用的装置起爆。假定爆炸是由一个起爆器启动，在爆炸沿射孔枪行进时，爆炸从起爆器的位置向远处前进。
井孔轴线可以是垂直的、水平的、直线的或弯曲的，即可以是任何曲线形状。
由相继的爆炸引起的地震波沿所有方向传播并到达地震接收器。地震波振幅被检测、记录，然后被处理，以改善信噪比和形成最佳信号估计。一个控制和处理计算机在爆炸瞬间之前启动记录，这是通过与起爆控制系统的链接实现的。这一链接可以是自动的电子链接，也可以是地震记录器和起爆系统的操作人员之间简单的语音通信。
最佳信号估计被分析并由此确定射孔枪的爆炸延伸范围(EOD)，即射孔枪是否被成功引爆、部分未引爆或完全未引爆，并且在部分未引爆的情况下确定射孔枪的定量的爆炸延伸范围。这种确定可以包括将最佳信号估计与根据模型预测的信号进行比较和/或与来自其他爆炸的信号估计进行比较。这种确定还可包括应用新的反演算法和进一步的分析，以最好地定量确定爆炸延伸范围。在所有这些方法过程中，这种确定依赖于预先确定的射孔枪潜力。
这一过程能快速完成并在现场提供结果，从而使操作者能在爆炸之后迅速得到结果。
为更详细地描述本发明的优选实施例，现在将参考附图，其中图1是岩层截面图，显示井孔和系统元件以及在地表面接收的来自射孔枪爆炸的合成小波。
图2是优选实施例的一部分位于地表或接近地表时的视图。
图3是优选实施例的一部分的视图，其地震接收器布设在深井孔中。
图4是在地表面的地震接收器的示意图。
图5是位于井孔中的地震接收器的示意图。
图6描绘信号处理器，显示其基本元件。
图7是处理控制器示意图。
图8是射孔枪截面示意图。
图9是爆炸和记录过程的时间线。
图10描绘射孔枪爆炸和地震能量传播的相继阶段。
图11显示可变枪长度的模拟合成波形和自相关。
图12显示持续时间为6、24和96毫秒(msec)时的基本小波及其合成。
图13显示对爆炸延伸范围做不同假定时合成小波反演的相继阶段。
图14包含三幅图，显示在24msec情况下确定持续时间的反演过程的输入和输出。
图15包含三幅图，显示在6mse情况下确定持续时间的反演过程的输入和输出。
图16与图14比较，显示噪声对反演过程的影响。
图17显示估计持续时间的自相关方法。
图18显示由时移法和脉冲密度法模拟的曲线井孔合成小波的比较。
图19显示曲线井孔模拟合成小波反演第一阶段和反演第二阶段中相继步骤表。
图20以图形显示使用脉冲密度法模拟的合成小波反演第二阶段的结果。
图21显示可与图20比较的结果，但这里是使用时移法模拟的合成小波。
图22显示合成小波分解的相继阶段的取样方程。
图23显示持续时间和走时对枪段的值表。
图24是射孔枪分割成枪段的图形，并显示未引爆点和有效枪长度。
图25显示一个射孔枪的成功爆炸和完全未引爆的地震记录。
具体实施例方式
参考图1，图中显示若干地震接收器100位于地表160或地表160附近并与信号处理器和记录器105相连。这一单元105进一步与爆炸延伸范围(EOD)控制器110链接。这一控制器110控制本发明独特的全部元件。这三个子系统一起构成完全的EOD系统115。图1中设备的其余部分是通常用于钻开、射孔、完井和从井孔产生石油各项业务的装备。所显示的井孔和井孔设备与井口装置120相连。所显示的射孔枪140位于井孔中，已准备好爆炸。
当射孔枪准备起爆时，射孔操作员通知地震观测员，他启动EOD系统。然后EOD系统开始记录由地震传感器100接收并在信号处理器和记录器105中被处理和数字化的地震数据。EOD系统继续记录数据并将数据存储在存储器中和介质上(如磁带)，直至由射孔枪爆炸引起的地震能量已经降低了为止。
在图1上显示的地震射线路径145给出从射孔枪140到地震传感器106的近似地震波传播路径。如图1所示，这些射线路径并不是完美的直线，而是弯曲的，因为它们穿过具有不同地震波速的地层而且受到折射。振幅时间图150称作合成小波，代表在地震传感器110接收并被数字记录和处理的地震振幅。一般地，如果地震噪声水平低，则在收到来自射孔枪140爆炸的能量之前的振幅是小的，由爆炸辐射的地震波的初期振幅将会相对较高，在几百毫秒之后它们将逐渐降到较低水平，在几秒钟之后最终消失并再次只留下地震噪声。
这里的地震噪声定义为环境噪声(即来自不受控制的外部源，如风和交通，的地震波)与射孔枪爆炸造成的地震波(枪产生的噪声)的组合，但不是由射孔枪本身穿过地球直接到达的地震波。为了确定射孔枪爆炸延伸范围这一目的，信号被定义为这些直接到达的地震波，即合成小波150。这样，由射波枪爆炸过程直接或间接造成的任何其他地震波都被认为是地震噪声的一个分量。这种由枪产生的噪声分量的实例是由爆炸引起设备在井孔中和在井口运动造成的地震波以及从射孔枪到传感器沿间接路径传播的地震波，包括从阻抗边界的反射(但不是混响)。混响被定义为跟随直达事件的短周期多次反射能量，它们向源小波贡献能量，为了确定爆炸延伸范围这一目的，它们被认为是信号。信号通常只是压缩波能量，因为它先行到达，故比其他振型更好地与由枪产生的地震噪声分离。然而，在原理上，信号也能是剪切波或其他振型的直达地震能量。
图2提供EOD系统115的进一步细节。地震传感器100被链接在一起并通过地面地震电缆200与信号处理器105相连。传感器可以是市场上可买到的地震检波器和/或水声检波器，水声检波器适用于被水覆盖的地区。传感器可放在地表面或者可以埋在地下以改善耦合和降低环境噪声。传感器还可以放在浅井中。地震检波器可以是垂直向和/或水平向地震检波器，即能感知地面垂直或水平运动。地震检波器可以是3分量地震检波器，它感知运动的三个正交分量。还可使用一个垂直向传感器、两个水平向传感器以及一个压强敏感传感器或水声检波器总共四个传感器(称作4C传感器)。在饱含水的环境中可使用水声检波器作为唯一传感器类型。能感知压强或地动变化的任何类型换能器或传感装置都可能适用于EOD目的。
图4显示表面地震传感器100以一维阵列形式放在地表面，每个子阵列有4个地震检波器，由7个子阵列构成整个地震阵列孔径410。在子阵列中的地震检波器可相加组合以改善信号噪声比，优选作法是在组合之前进行单个时移以对齐信号，或者可以使用其他阵列处理算法进行组合。可利用有各种传感器类型的多重阵列，每个阵列由多个子阵列构成。可以采用相异迭加、自适应噪声编辑有适应滤波、相干滤波、维纳滤波以及其他方法来利用采集信号波和噪声波的多重传感器子阵列或阵列。如果希望的话，可以利用具有适当的二维或三维几何设计的多个子阵列，以提供具有所希望的信号和噪声特性的信道的更大冗余度，以利于通过阵列处理增强信号噪声比。例如，小阵列能放在一个二维阵列的矩形区上，总共49个子阵列，其中7个子阵列沿测线排列，7个子阵跨越测线。利用适当的处理，由采样努力的这种扩张会造成更好的信号估计。这些多重子阵列、阵列以及处理技术的利用可被视作为得到真实合成小波的最佳可能表示。
然而，在理想条件下能使用单个传感器而不是上文描述的更复杂的途径，这会是由于成本原因而优选的。利用经验，专业人员能决定什么努力水平将提供所希望的结果质量程度。
所得到的信号估计，即理想的无噪声合成小波的最好的可用表示150，受到分析和进一步数学处理，以产生对射孔枪是否被引爆或未引爆，是否部分未引爆，以及如果是部分未引爆其射孔枪的定量爆炸延伸范围如何等的确定结果。
连接电缆200可以由到信号处理器和记录器105的无线电链路替代，以提供传输地震数据的一种等效方法。另一种等效方法是在每个传感器或传感器组处记录数据并在其后将其发射或传送到中央信号处理器和记录器105。
配置EOD系统的另一种方法示于图3。地震传感器被放在深井300中，以替代或补充放在地表面的地震传感器。这个井孔或者可以是含有射孔枪140的同一井孔170，或者它可以是另一个但相邻的井孔。井下地震传感器330可彼此连接并通过井下电缆320沿井口向上到达地面连接到信号处理器和记录器105。另一种作法是它们可以存储它们的信息供以后回收。在这一修改中，可以在井下地震传感器返回地面之后从中回收地震波记录，或者通过其他可用方法，如EM或井孔压强波遥测方法，传送到地面。与地面传感器子阵列的应用相似，可以使用多种处理技术组合多个井下传感器，如对地面传感器所描述的那样，以增强信号估计的信号噪声比。井下传感器可以不按区域分布，而是代之以限定于沿一个井孔放置。然而，井下传感器可以放置在多个井孔中。如在地面传感器的情况中那样，最佳组合的信号估计受到进一步分析和处理，以确定爆炸成功、部分成功或失败，以及对爆炸延伸范围定量。
图5显示井下地震传感器330当它们被布设供使用时的详细情况。单个地震检波器装在具有锁臂的容器内，锁臂可被致动。这些锁臂可用于把传感器压在井壁或容器壁，以改善传感器与地球的耦合。在这一配置中的井下地震检波器是在业内传统使用的。或者，可以使用其他类型井下地震传感器，如水声检波器。多分量地震检波器可与压敏传感器组合，如在地面传感器方法中那样。
与地面方法相比，因为在使用井孔时地震传感器可放置得更靠近爆炸，故可通过井下方法使用改善地震数据信号噪声比的装置。更靠近放置提供更高的地震能量水平和更多高频信号，而且还简化了地震能量到达传感器的地震射线路径几何形状，这有利于本发明的方法，井下放置的另一好处是环境噪声水平一般比地表面低得多。然而，不利于井下传感器放置策略的是布设传感器的成本。这一成本通常显著高于地面布设的成本。一种折中方案是把传感器放在井孔中的浅深度或者只是把传感器埋在地面以下。
对于地面和井下放置传感器这两种情况，专业人员应考虑由枪产生的噪声可能对直达信号事件的影响。在一个距离上设置传感器使得由枪产生的噪声事件不会与信号事件同时到达，为此可能需要在一些情况下保持一个到进孔的最小距离。或者在井下传感器的情况下保持射孔枪到传感器的一个最小距离。这是因为沿井孔向上传播的高速波可能干涉，或在井口或井口孔近激发次级噪声振型，这能干涉通过地球传播的直达波。经验将提供关于何时将存在这种条件的指导。解决方案是把传感器放在这一临界最小距离以外。
图6显示信号处理器和记录器105的元件。图7显示EOD控制器。这两个设备基本上是市场上可买到的那些类型的计算机。所有硬件部件都是熟悉的类型和市场上可买到的。使用EOD控制的软件和方法提供本发明的独特性。
参考图6，地震信号经由电缆100或300输入到设备105。这些地震信号可以是模拟信号，如本图中假定的那样，或者可以是在地震传感器处或在其附近已经数字化的信号。在后一种情况中，可以CPU640向控制传感器的在线设备发送命令。如果地震信号是以模拟形式作为电缆中的电压传送到设备105，则在A/D转换器620中进行模数转换之前由前置放大器610放大和调节该地震信号。数字化地震振幅可被存储在存储器中并可由I/O设备650写入物理介质，如磁带。设备105的基他标准子系统包括电源680、监视器与键盘670以及时钟630。所示用于信号处理器和记录器105的系统元件是以集成化形式存在于市场上可买到的基于PC的地震数据采集系统，如由Geo-X Systems Ltd.公司制造的ARAMARIES。
图7中显示第二个计算机系统。被指定为EOD控制器110。它可以是如图7指出的那样联网到或连接到信号处理器和记录器105，或者只是利用由设备105记录的物理介质和由EDO控制器110经由物理介质向设备105提供的控制信息来实现EOD控制器110与设备105的接口。
EOD控制器110包括如图所示标准型设备CPU720、存储器740、时钟710、I/O设备730、监视器和键盘750以及电源760。它被显示为与爆炸控制器130链接。爆炸控制器可以是用于引爆或控制引爆射孔枪140的任何装置。它可被包含在位于井口附近的单个设备中并与井孔内的射孔枪组合通信。另一种作法是，爆炸控制器130可以是位于井的地表面和井孔中的若干设备的协作组合，例如物理上与射孔枪耦合的那些设备。EOD控制器可以利用任何类型的物理的、电子的或电的链接，或者它可包括由无线电、蜂窝电话或其他装置实现的通信链路。这一链路的目的是通知地震观测员使其可在刚好射孔枪引爆之前的正确时刻启动地震记录并允许井方面的活动与地震观测方面的活动进行一般性协调。
信号处理器和记录器105可与EOD控制器110组合，从而只需要一台计算机代替两台来完成所需要的行动，作为本发明的另一种和等效的实现。
射孔枪140示于图8。射孔枪140的基本元件包括在枪的顶部连接到起焊器850的电导线；引焊线860以及一系列聚能射孔弹855。对每个聚能射孔弹855提供点火炸药870、容器875、衬套880和主爆炸炸药890。
尽管在图8中只描绘了四个聚能射孔弹，但在通常所用长度的射孔枪中会包含多得多的聚能射孔弹。射孔枪各部分的制造使得总枪组合长度可实现从几英尺到数百英尺的改变。聚能射孔弹通常将均一地分布在射孔枪组合有效部分的整个长度上，射孔弹之间的间隔小于1英尺，在设计成刺穿多个区域而留下一些插入的未被刺穿区域的射孔枪中，枪的一些部分将没有聚能射孔弹。
通常的实践是如图所示将起爆器850放在射孔枪组合的上端，从而使爆炸从上端开始。在这种情况下，爆炸将从起爆器沿起爆线860相继前进到沿起爆线较低各点直至爆炸息止。当爆炸前沿达到每个点火炸药870时，起爆线将使点火炸药870爆炸，除非发生未爆炸情况。点火炸药870的爆炸将使其聚能射孔弹855的主爆炸炸药890爆炸。
如果如所希望的那样爆炸前沿沿射孔枪前进而没有中断，每个相继的聚能射孔弹将依次被引爆，直至最后一个聚能的孔弹爆炸，它是距起爆器850最远的一个，从而完成爆炸过程。
如果当操作员试图引爆起爆器850时，它未能起爆，则发生射孔枪“完全未引爆”。如果起爆器起爆，但在最后一个聚能射孔弹被引爆之前一个未引爆中断了爆炸前沿沿起爆线的前进，则发生“部分未引爆”。如果全部聚能射孔弹都爆炸，包括距起爆器最远的聚能射孔弹，则发生“完全引爆”或“成功引爆”。
在工业界可得到若干种射孔枪组合，业界专业人员提供了引爆射孔枪的各种方法。本发明的方法不限于任何特定类型的射孔枪组合或引爆方法，但能有效地工作，只要爆炸在射孔枪顶端或低端的一点开始并从那一点开始沿射孔枪前进。
图8指出射孔枪的三种关键参数，它们是认作位置的“枪顶”800、“枪底”810以及“枪长”820、“枪顶”定义为沿井孔轴最上边的聚能射孔弹的中心位置。“枪底”是在井孔内最低的聚能射孔弹的中心位置。这两个位置都是利用三维空间的X、Y、Z坐标定义。以其射孔枪放在准备爆炸的位置。“枪长”是沿井孔轴线“枪顶”和“枪底”之间的距离。
类似地，地震接收器的位置由相对于地震传感器阵列孔径420几何中心的三维坐标给出。
图9显示当射孔操作员通知地震观测员他打算在一指定时刻进行爆炸时所发生的步骤序列。地震观测员在时刻t0启动EOD系统115(图1)，此时已布设好了地震传感器并测试过全部子系统。在最早可能爆炸开始时刻t3之前，他使信号处理器和记录器105已始记录地震数据，而且记录从这一时刻t1继续到t6。射孔操作员在时刻t0采取行动，按照射孔系统特定类型的需要并根据已通知地震观测员的时间表启动爆炸过程。在其后的某个时刻(t4)，爆炸开始，即起爆器850起爆。爆炸过程起始和进行爆炸瞬间之间的延时量是可变的，取决于所用点火系统和控制系统的类型。在任何情况中，地震记录过程都必须在爆炸之前开始并继续到射孔枪爆炸在t5息止之后的某个时候。
本发明方法的独特特点在于为了成功确定爆炸延伸范围并不需要知道爆炸时间。所以不需采取措施测量、确定或用其他方法知道特定的时刻，即爆炸时刻。这个方面简化了记录过程的的野外实现，因为不必在爆炸控制器130和EOD系统115之间建立电子的或电的链接。
然而，如果在枪点火系统和地震记录系统之间存在链接，或者如果这两个系统被装备或可访问准确的被同步的时钟或诸如来自GPS卫星的外部信号，从而精确知道爆炸时刻，那么次一级好处可降临专业人员头上。对确切点火时刻的了解允许使用射孔枪地震记录作为单炮点VSP(垂直地震剖面)勘测。使用这一信息和本领域技术人员熟悉的方法，在这一区域的地震勘深可以以该爆炸记录进行校准并与该爆炸记录结合，并进而结合井孔地质。参考图1，如果爆炸控制器130从地面控制一个电点火系统，它能被容易地链接到过程控制器110。这将有助于将所记录的数据用于这个次级目的。
必须记录的附加时间量依赖于地震传感器和射孔枪之间的距离、地震波速以及其他因素。通常在最迟的预期爆炸时间之后要记录至少20秒数据。只有包括初至和紧跟它们的余波的头几百毫秒数据对于本发明的反演过程是有用的，然而，从在此之后的数据中可能搜集到该爆炸甚至射孔枪爆炸范围的附加证据。这样的一个实例是由孔井中气体后来的运动所造成的地震能量，这些气体是由该爆炸产生的。这样的地震能量可以以多变化的非直达路径到达地震传感器，能用于肯定爆炸事实上的确发生了。
图10显示射孔枪140在该枪爆炸和辐射地震波的相继四个阶段中在周围地层中的截面图。在t4，如在前一幅图中那样，在枪顶开始爆炸。稍后，在t4.5，爆炸前沿已沿射孔枪前进了50％路程，达到枪顶和枪底之间沿井孔轴线的中间位置。在时刻t5，爆炸前沿1030刚好启动射孔枪中最底端聚能射孔弹的爆炸。爆炸前沿1030以恒定速度Vd沿射孔枪轴线和几乎处在共同位置的井孔本身轴线前进。
这一爆炸速度Vd是操作员选择的射孔枪类型的特定设计的一个特性。它将是已在实验室中测定的一个已知量。Vd的一个典型值是10英尺/毫秒。这个速度小于携带爆炸前沿1030的起爆线860的爆炸速度的一半。这种减速是由于在射孔枪内的起爆线当从聚能射孔弹到裂能射孔弹下降时具有螺旋形配置，那些聚能射孔弹围绕射孔枪轴线放置，有从0到360度的各种取向。因为起爆线通常采取这种沿枪轴的不直接路径，所需起爆线的长度可能大于射孔枪长度的两倍。对于典型射孔枪而言，这造成沿枪轴测量的有效爆炸速度显著低于沿起爆线本身的绝对爆炸速度。
然而，某些射孔枪，或者对于枪的整个长度或者只是枪的某些部分，并没有这种螺旋形起爆线配置，而是代之以沿射孔枪轴多少为直线的起爆线。当然，这些射孔枪设计表现出有效爆炸速度接近于起爆线本身的绝对爆炸速度，例如大于20英尺/毫秒。
图10还描绘与从爆炸枪向地表传播的地震能量关联的地震小波。当然，地震小波沿所有方向传播，但这里只考虑向上传播的波。在图10中的波A是首波1000的引导沿，首波1000即来自爆炸的第一个聚能射孔弹的向上传播地震小波中的第一地震能量。它以速度Vr向上前进，Vr是它穿过的岩石的压缩波速度(p波速度)，它通常是由地震传感器阵列记录的来自爆炸的第一能量。
如图所示，在时刻t4.5，波A1000将已达到枪顶之上的一个位置。在这时爆炸前沿1030已达到沿射孔枪的一个中途位置。随着每个聚能射孔弹爆炸，新的地震能量发射出来。一个准连续的小波序列，每个来自每个聚能射孔弹，在它们向上前进时互相混合。图形显示来自沿射孔枪中间位置的聚能射孔弹的首波前沿在t4.5开始形成。
在时刻t5，波A和后续波已经进一步向上前进，而且爆炸前沿已进一步向下前进并刚好引起最底下的聚能射孔弹爆炸。在此时刻波B开始向上辐射，代表拖尾小波的前沿。由于现在在射孔枪内的爆炸材料都已全部用尽，没有再进一步发起小波。
稍后在时刻t5.5，波B向上前进到枪底之上某处的一点，而被定义为拖尾小波尾沿的波C已向上前进到从枪底向上的一个短距离处。在A和C之间的所有波继续向上，最终达到地震传感器并作为合成小波记录下来。
这一合成小波1100可看作是一组单个基本小波1210之和，每个来自一段射孔枪，每个后续小波比其前一个小波延迟少量时间，其延时量是爆炸沿枪向下传播到下一段所用时间加上从较低段向较上段的地震波是时之和。
枪段2410可定义为射孔枪有效部分的任意小长度，其中含有一个或多个(但为一个整数)聚能射孔弹。利用这一定义，任何射孔枪可被分割成一系列等功率的枪段(最后一段可能例外)。在相同爆炸条件下，每个枪段将产生相同的基本小波1210。图24显示分成一组枪段2410的射孔枪。
在一个恒定速度的围岩环境中，各枪段2410将产生有相同形状的一系列上行地震小波。这些小波除了形状相同外还在离开枪附近时和到达地震接收器时以相同的时间增量彼此在时间上分离。这就提出了一种模拟合成小波1100的方法，合成小波1100用于图11及其后各图，以模拟给定一个任意基本小波1210的合成小波，该基本小波是来自射孔枪一个枪段的小波。
图11显示来自从13英尺到320英尺5个不同长度射孔枪的合成小波。每个合成小波的自相关出现在图的右侧。随着射孔枪长度的增大，其形态从相当简单的小波逐渐变为有两部分的小波，其第一半主要是正的而第二半主要是负的。事实上第二半的样子与第一半相同但极性相反。确实是这种情况。一个长射孔枪的合成小波第一半可以是负的或正的，取决于基本小波的初始极性，但永远与第二半的极性相反。320英尺射孔枪还发现在第一半和第二半之间有一个延时，确切地等于模拟的“首波前沿”和“施尾波前沿”(见图10)之间的时间。自相关还在这一时间表现出一个相对于零延时峰值的强负侧瓣。
图12提供三个合成小波1210举例，它们有不同的持续时间6、24和96毫秒。还显示出基本小波1210，它被求和以产生合成小波。基本小波是来自射孔枪一段的小波。持续时间定义为“首波前沿”和“拖尾波前沿”之间的时间间隔，在简单的垂直几何形状情况中可通过把第一枪段的爆炸和最后一个枪段的爆之间的时间间隔与最后爆炸的枪段位置和第一枪段的位置之间的地震波走时二者相加计算出来。
给定射孔枪的一个给定爆炸的持续时间是地震传感器阵列位置的函数。对于垂直井孔和均一地质，将在井口观测到最大持续时间。在这种情况中，如果传感器阵列位于离开井口处，则持续时间减少，在很远离井口处最终减为零。对于非垂直井孔，在离开井口的某一组位置，该持续时间将有最大值。如果能观测到持续时间最大值，则对EOD的确定有利，所以专业人员在决定传感器阵列位置时应考虑这一点。射线路径模拟能指导这一决定。在某些情况中需要在使持续时间最大和达到最佳信号噪声比二者之间折衷。
再参考图12、6毫秒和24毫秒持续时间的合成小波没有显示出分开成一个极性的第一半和相反极性的第二半。这是由于相对于持续时间其基本小波太长，不允许这一出现，造成两部分重叠。然而，96毫秒持续时间的合成小波的确显示出这一清楚的分离，成为两个相反极性的一半。在前峰1220及其负的对应物，即后续波谷1230之间的时间间隔精确地等于96毫秒，是严格的持续时间值。
这至少为长射孔枪，即枪长足以在合成小波的首段(第一极性)和拖尾段(与第一极性相反的第二极性)两半之间有好的分离的情况，提供一种确定爆炸延伸范围的方法。可惜的是，许多射孔枪没有足够长度使其发生这种情况。但是，当射孔枪足够长以在合成小波中提供这种分离时，能这样估计爆炸延伸范围，如果已知枪和地震接收器的几何分布和位置，如果能模拟射线路径几何形状而且已知爆炸速度和地震波速度的话。合成小波第一半和第二半之间的时间间隔可被直接测量，或优选地借助自相关。这一时间等于从第一枪段到最后一个枪段的爆炸传播时间和到接收器的地震波走时差二者之和。为实现最佳等效，假定为实际已爆炸的最后一个枪段的位置在计算中是改变的。如果在计算射孔枪中最后一个物理枪段时未得到最佳等效，则由此确定已发生了部分未引爆。
使用自相关方法或直接观查地震记录，也能方便地确定完全未引爆。如果在射孔枪预期已点火之后接收的地震数据的自相关没有表明在一个已知的平静时段期间存在一个显著较高的水平，则可能已发生了完全未引爆。完全未引爆的一个进一步证据是在地震记录上没有第一能量，如在地震方法方面有经验的人能确定的那样，这第一能量应具有从一个地震子阵列到下一个地震子阵列的可预测延时，有其典型的波形和能量分布花样。
图25a描绘以EOD系统115和图4中详细显示的典型地面地震接收器210得到的地震记录。在这一记录中，射孔枪已被成功地引爆。特征性地震能量分布花样表现为相继的到时如射线追踪模拟可预测的那样从距射孔枪最近的到最远的地震传感器子阵列相继出现。地震能量在地震噪声能量水平之上。相似小波波峰和波谷时刻的测量能与射线追踪模拟预测的从枪顶到每个地震子阵列的走时一起使用，以确定地震能量的起源是否在射孔枪的位置。尽管相干地震事件花样能在地震噪声记录上出现，但它们不表现为从射孔枪位置发出的能量的到时分布花样。它们也不表现为长射孔枪的具有一个极性的第一半和相反极性的第二半的小波形状特征。最后，典型地震噪声的水平达不到来自射孔枪爆炸的特征能量的振幅水平。所有这些判据能用于验证所观测到的地震能量事实上是来自射孔枪爆炸。
图25b显示在射孔枪预期引爆期间所做的地震记录。来自射孔枪的特征性地震能量分布花样不明显。只有表明为地震噪声的振幅和能量分布花样可辨别得出。从图25b中的记录的证据，能得出该射孔枪未引爆的结论。只有在地震噪声水平相对很高的情况，即高到足以掩盖来自射孔枪的能量时，这一结论才可能是不正确的。经验能告诉人们什么样的地震噪声水平会掩盖如由给定地震传感器阵列检测到的特定射孔枪的地震能量。这样，直接观测和分析由EOD系统记录的地震能量分布花样能用于以高度肯定性确定完全未引爆的发生。
与小波形状无关，由射孔枪爆炸观测到的合成小波的振幅也能指出射孔枪的实际引爆长度。对振幅的各种测量，包括例如最大峰值振幅、rms振幅、平均绝对振幅和平均功率，可用于将一个特定观测的合成小波与其他合成小波进行比较。参考图11，各种枪长度的合成小波表现为从最短射孔枪到最长射孔枪的渐进增加(图的左侧标记射孔枪特征信号)。对这些子波进行模拟，以仿真在相同物理条件下会观测到的小波，这些物理条件包括地质、射孔枪类型、枪顶位置以及地震接收器的类型和位置。如果对这些相同的条件但有不同枪长度的另一个射孔枪合成小波进行模拟，它能容易地与这六个小波进行比较，于是能计算出它的有效射孔枪长度，在较短的和较长的枪之间内插。这样便能得到爆炸产生新合成小波的射孔枪长度的定量估计。当然，小波形状以及振幅能一起使用以改善估计结果。
如果比较小波可得到的话，在实际观测的合成小波情况中也能应用这同一方法过程。优选地，已从同一枪类型在相似深度在相似地质条件下得到比较小波，当然，要像上述模拟研究中那样有完全相同的条件将是不可能的。如果在一个给定地质环境中常规地记录射孔枪爆炸，如在一个地质盆地内或一个油田内，则能得到一组比较小波，用于比较和计算有效枪长度和爆炸延伸范围，如上文对模型描述的那样。能应用对变化深度、射孔枪类型以及其他变量的简单校正因子，以改善确定准确度。如在模型的情况中那样，小波形状和振幅二者能分开使用和组合使用，以改善爆炸延伸范围计算的准确度。
下面公开说明确定射孔枪爆炸延伸范围的另一种方法。这一方法依赖于合成小波反演以代替先前描述的观查、比较和计算。与前文描述的方法相似，该反演方法也依赖于根据物理条件、计算、合成小波的理论预测和/或实际观测所预先确定的射孔枪潜力。该方法能独立使用或与其他方法一起给出爆炸延伸范围的独立定量确定。
当射孔枪在一个即非完全线性也非垂直的一部分井孔中被引爆时，本发明的爆炸延伸范围确定方法能有效地工作。在许多情况中，井孔将不是垂直的，即射孔枪往往用于水平井孔中或代表非垂直性的不那么极端情况但仍然又是非垂直的井孔。再有，井孔轴线不一定为直线；它可以是二维或三维的曲线。在三维中弯曲的井孔这里被称作曲线井孔或3D井孔。
在构造图11和图12的合成小波时所做的假定之一是在射孔枪周围的地震波速度是一个常数。对于涉及相对较短的射孔枪的许多情况，这一假定可能是好的，但还是希望有一种方法，它将不依速赖于这样一个假定。要成为一般可通用的和能够处置中等长度和更长射孔枪的方法，确定爆炸延伸范围的方法必须能处置射孔枪围岩中可变地震波速度的情况。
这种把所有这些希望的和重要的特性组合起来的方法已发明出来并使用模拟数据演示其工作；这一方法是这一优选实施例部分其余内容的主题。
已发明了一种两阶段反演过程，它适用于射孔枪被引爆时记录的合成小波，反演的第一阶段(阶段1)理想地产生输出小波(阶段1小波)，它等于基本小波与时刻零的正单位脉冲(+1)后跟时刻等于合成小波持续时间处的负单位脉冲(-1)的褶积。或者以另一种方式表述，阶段1小波是在时刻零(t＝0)开始的一个正基本小波和延时持续时间(t＝持续时间)的一个负基本小波之和。
只有在一个关键性条件下在阶段1反演过程中才会发生这一理想输出。那个条件是给予该过程正确的持续时间值供使用。但专业人员不知道这个值，因为知道持续时间的实际值是该实践的整个目的。所以，必须进行一系列阶段1反演，假定每个可能的持续时间值。最大的可能持续时间对应于整个射孔枪爆炸。最小持续时间对应于只有第一个枪段点火。从最大到最小持续时间的持续时间范围是以适当小的间隔采样，例如一个间隔等效于向射孔枪添加单个枪段造成的持续时间增量。
当在阶段1反演过程中使用正确的实际持续时间值时，便造成理想输出。对于较长的射孔枪，阶段1输出将在形态上类似于来自较长射孔枪的合成小波。第二半将是第一半的极性反转的重复；然而，与合成小波不同，第一半将不是以一种极性(第一极性)为主要极性，第二半也不是以一种极性(与第一极性相反)为主要极性。每一半将有零均值，即将是在零振幅周围振荡。
对于短的和中等长度的射孔枪，第一半将与第二半重叠，使得难于观察阶段1子波的正的和负的基本小波分量。对于较长的射孔枪，有可能通过在假定的持续时间值范围上比较各个阶段1小波来判明可能的正确持续时间值。对于短的和中等长度的射孔枪，这是不可能的。
反演过程的第二阶段(阶段2)应用于阶段1小波并产生一个输出，该输出是在时刻零(t＝0)开始的单个基本小波，不含所有其他信息。这解决了对射孔枪的所有长度解释其正确持续时间值的问题，包括短的和中等长度的射孔枪。
阶段2反演假定与阶段1反演中假定的持续时间相同的值，从而这两个阶段在这方面彼此一致。这样，从这两个阶段输出的小波可在一对一基础上显示出来，如图13中所示。在图中左侧显示五个阶段1小波，每个对应于一个不同的假定持续时间值，从11毫秒到15毫秒，以1毫秒为间隔。在图中右侧是相应的阶段2小波。
在图13的例子中，用于模拟作为反演过程输入的合成小波的持续时间值是13毫秒。通过仔细观察，人们能够分辨出对于13毫秒反演的阶段1小波1310是正的前一半后跟极性相反的第二半的最完美的重复。然而，这五个中的每一个给出这一形态的合理好的表现，因此，只从这一证据确定正确的持续时间将是某种挑战。
在图13的右侧，显示出阶段2反演小波。对于持续时间假定为13毫秒的阶段2小波1320，清楚地显示这五个当中的最小能量。它的初始小波后跟一个平静的尾部，而对于其他持续时间值，该尾部继续振荡，对于持续时间11毫秒和15毫秒，其振幅甚至还增大。各个阶段2小波由使用者在数学上和视觉上进行比较，以对所发生的爆炸确定正确的持续时间值。选定的正确值是持续时间＝13毫秒。
然后，这一选定的持续时间值必须被转换成实际被引爆的射孔枪的长度值。这是使用爆炸速度、地震波速度以及接收器和射孔枪位置这些已知值并模拟地震射线路径以确定地震波走时来完成的。这一过程中的第一步是构建持续时间表，如图23中所示，其中包含从每个枪段中心到地震接收器的走时值和相应的持续时间值。如果在枪段2410之后射孔枪未被引爆、就会观察到这些持续时间值。未引爆点2440和有效枪长度2430示于图24。
如果可得到垂直地震剖面(VSP)走时观测值，则它们可用于构建持续时间表。如果得不到VSP观测值，则优选作法是通过射线追踪，使用关于井孔周围随时间-空间变化的地震波速度场的所有可用信息，获取走时值。在本方法的一个简化变体中，使用者可以假定直线射线路径传播，这种假定在某些条件下(例如当速度几乎不变时)是模拟射线路径的一种足够准确的途径。
如果已知射孔枪的有效爆炸速度Vd，则适用如下关系持续时间＝(L/Vd)+DT式1这里L是有效枪长度2430，即引爆到未引爆点的枪长度，或者是到枪底的长度，如果没有未引爆的话。
Vd是有效爆炸速度，以及DT是引爆的第一枪段和最后一个枪段的(到接收器的)地震波走时差。
在已经按前文所述确定了选定的实际持续时间值，或使用其后描述的更一般的3D井孔方法确定持续时间，专业人员在表(图23)中找到对应于这一持续时间值的走时值，必要时在表中值之间内插。另一种作法是，可以进行严格对应于这一持续时间值的特别射线追踪。
在这两种情况中的每一种情况中，对最后一个枪段的走时值和第一枪段的走时值求其差值，以计算DT，于是式1被重新安排以计算L(·表示乘法)。
L＝(持续时间-DT)·Vd 式2值L是射孔枪爆炸延伸范围的首要测量值，是前文和下文描述的本发明所有过程的目的。爆炸延伸范围的一个相关测量值是实际被引爆的长度占总枪长度的百分数，它是L除以总枪长度并乘以100得到的。
总之，实际被引爆的射孔枪长度等于确定的持续时间值减去第一枪段和被引爆的最后一个枪段之间的地震波走时差，然后这个量乘以射孔枪的有效爆炸速度Vd。
因为该结果依赖于走时差而不是总走时，所以该结果不依赖于对枪顶和接收器之间中介地质的高准确度模拟。只有对枪本身周围射线路径的模拟必须准确地完成。如果像工业界公知的那样使用传统的测井技术测定过射孔枪周围的地震波速度场，并已使用通常在油田可得到的构造地质图对其进行了外推，那么便能容易地和准确地完成这一模拟。
如果先前对于要进行射孔的井已经进行了VSP地震勘测，则对于井孔和选定地表位置之间的传播，将会是已经准确地测定了沿井孔的多个位置的总地震波走时。在这种情况中，推荐重新占据这些地表位置的一个子集，作为EOD接收器位置，从而可对整个传播路径验证射线路径模拟的准确度或将其调节到与观测时间一致。可对模拟参数进行调整，直至模拟的走时与VSP观测走时之间达到好的匹配。另一种作法是，模拟走时可以简单地由VSP观测走时代替。
图14显示另一个例子的结果，这里枪比较短，因而合成小波和阶段1小波的两半都严重重叠。图14的上图显示对于持续时间＝24毫秒估计出的合成小波1100、阶段1小波1310和阶段2小波1320。中图显示对三个不同的假定持续时间23、24和25毫秒的阶段2小波1320。下图是阶段2小波拖尾能量的RMS振幅。在这个例子中，构建模型用的持续时间值是24毫秒。各个阶段2小波有几乎相同的第一周期，但其后的时间它们高度分散。持续时间＝24毫秒的阶段2小波在几个振荡之后变为平静，但相邻的子波高度振荡，显示出畸变的不稳定的拖尾能量。RMS振幅图显示出在持续时间＝24毫秒这个正确值处有很与众不同的极小值1410。这样，该过程能很好地在数学上(通过功率计算)和通过视觉证据(小波形状)发现正确的持续时间值。利用这一发现，能如先前描述的那样容易地计算出实际被引爆的射孔枪长度。
图15显示一个类似的模拟的例子，其中假定小得多的持续时间值6毫秒。这种情况是对本方法的更大挑战，因为在合成小波和阶段1小波中有极端的重叠，即枪很短。图14的三幅图对应于图13的三幅图。在中图中的三个阶段2小波中观察到较小的差别。来自阶段2的持续时间＝6毫秒小波更稳定并显示出比其相邻者小的高频畸变，但其差别不如前一种情况中明显。RMS振幅显示出在6毫秒处有极小值1410，但不如先前那样好地分辨出来。这样，本方法能工作，但对于很短持续时间的射孔枪，该方法不是那样强有力而且没有那样高的分辨力。一般地说，通过这一过程，人们可以期望对中等和更长射孔枪小波比来自短枪的小波有更好的分辨能力。这转换成对较长射孔枪的爆炸延伸范围有更好的分辨力。对于给定的爆炸，优化的地震接收器位置增大合成小波的持续时间，专业人员应该认为这是提高分辨力的一种方法。
在图16中研究地震噪声对反演过程的影响。在实际情况中，将会有一些地震噪声留在真实合成小波的最终估计中。图14使用的模型被修改成加入随机噪声并再次通过二阶段反演进行处理。在阶段1小波1310和阶段2小波1320中噪声与信号一起出现。RMS振幅图显示在23毫秒有最小值，取代了正确持续时间值24毫秒。这样，噪声已在该过程计算出的持续时间中造成一个小误差。对RMS振幅值的曲线拟合能减小噪声影响并允许在这一情况中计算出正确值24毫秒。
使用设计得好的地震接收器阵列和子阵列，把接收器放在更靠近射孔枪的位置，把接收器放在足够远的距离以避免由枪产生的噪声与信号干涉以及通过使用前文描述的信号处理方法可减小地震噪声，从而减小地震噪声影响和增强信号估计值。
本发明的方法可以以接下来描述的方式完成。本方法适用于对前文定义的真实合成小波的最终估计。本方法的基础是假定合成小波是来自一系列枪段的基本小波之和，该射孔枪被任意分割成一系列均一的段，每段含有相同的或至少是基本相似的一组爆炸部件，只有最后一个枪段可能例外。
首先考虑一个简单模型，其中射孔枪是垂直的，岩石的地震波速度为常数，而且接收器在射孔枪的垂直上方，容易看出，合成小波是基本小波之和，每个基本小波相对于来目前一个枪段的基本小波稍有延迟。合成小波的第一个样本简单地等于基本小波的第一个样本。知道这一点，通过从合成小波的第二个值中减去基本小波的第一个值，便能计算出基本小波的第二个样本。现在，基本小波中的头两个样本是已知的。这一过程能对整个合成小波继续进行，直至达到一个假定的持续时间值，于是不再继续。其结果将是一个纯基本小波后跟该基本小波的一个负的复制品，它在合成小波的持续时间时刻开始，如果所假定的持续时间正确的话。
将通过这同一过程尝试每个可能的持续时间值并比较其结果，反演第一阶段的输出称作阶段1小波。这些阶段1小波还将变为对阶段2反演的输入；阶段2反演将使用与得到那个特定阶段1结果所使用的同样假定持续时间值。
为得到阶段1小波，没有对诸如基本小波的形状和长度做任何假定，在进行阶段2反演时也将不做任何这样的假定。这样，这一反演不需要小波特征的先验知识。
前述过程是适用于直线垂直井孔和恒定地震波速度的简单情况的反演方法的阶段1。它的工作利用了第一基本小波的第一样本未被掩盖这一事实。这允许相继剥掉重叠信息而最终揭示基本小波与其本身的被延时的极性反向版本之和，如果持续时间假定是正确的话。如果这一假定不正确，则输出结果与做出正确假定时得到的结果相比有较大的RMS振幅和非对称性。
阶段2反反演过程应用于阶段1结果，如果持续时间假定正确，则将产生简单和纯粹的基本小波。否则将观察到不正确持续时间假定的征兆，包括较高的RMS振幅和不稳定的或高频的尾部振幅。
阶段2反演很简单，通过从延时等于假定持续时间的后来阶段1振幅中逐个样本地减去先来的阶段1反演振幅，便完成了阶段2反演。这一过程从处在等于持续时间的时刻的第一被修正振幅开始，继续到显著大于预测的基本小波总时间为止。在阶段2反反演中，在等于2倍持续时间的时刻之后，已经校正过的阶段2值(而不是相应的阶段1振幅)被用于从下一个阶段1值中减掉；这样，对于大于持续时间2倍的时刻，阶段2反演迭代一次。
选择枪的一部分，它的基本小波与相邻枪段的基本小波以一个单位时间样本分开，由此可方便地定义构成一个枪段2410的射孔枪部分。所选枪段的大小相对于所接收和记录的地震信号带宽而言应适当地小。例如，如果1毫秒记录样本周期对地震信号是适当的，则枪段大小应选为使得合成小波1100内的相邻基本小波1320彼此分开/毫秒或更小。对于爆炸速度10,000fps(英尺/秒)和地震波速度8000fps，枪段将为4.44英尺以与1毫秒采样一致。这一结果是通过如先前描述的那样对假定枪长确定合成小波持续时间，再用该持续时间除枪长得到的。枪段长度可以以一个较短的间隔设置，使得射孔枪中的每个枪段包含一个整数的和不变的聚能射孔弹个数，以避免在各枪段出现可变数量的聚能射孔弹。
接下来描述对来自可变地震波速度的岩石中一个曲线井孔的合成小波进行反演的更一般情况。
在这一情况中，首先计算从每个枪段中心到接收器的射线路径和相应的地震波走时。这可通过业内使用的各种模拟方法来完成。优选地，将使用从所有可用地下信息源(如从钻井、测井和先前的地震勘测得到的信息)导出的三维地球模型，以及各枪段和接收器的坐标。还使用射孔枪的爆炸速度，如从先前对同样射孔枪的测试中得到的爆炸速度。将每个枪段的地震波走时加到它的爆炸延时上，相对于在时刻零(t＝0)的第一枪段，给出每个枪段在接收器处的到时。
这一到时数组用于计算定义为脉冲密度的一个量。脉冲密度就是每单位时间到达接收器的脉冲数与到达合成小波第一样本中的脉冲数之比。例如，如果合成小波中的第一样本只是来自第一枪段的基本小波第一到达，而合成小波的一个后来样本是来自两个枪段的第一到达之和(由于井的曲率、射线路径几何形状等)，称那个后来样本有脉冲密度2。这一约定是任意的，但它使得有可能把先前描述的反演方法方便地修改成考虑一般情况。它还利用了一个函数的采样密度和振幅的等价性。这一等价性使能以两倍于振幅的单一采样值代替一对同时的相等的采样值。使用这一关系，通过以脉冲密度修改振幅来考虑源自一个时间样本内的多个重合的基本小波，使得能以每单位时间一个样本来代表合成小波。
导出一系列脉冲密度值，每个单位时间增量有一个值，它是对于被取样到时的那个时间增量在接收器处有相同到时的基本小波个数。到时完全归因于三维井孔曲率以及射孔枪和接收器之间随时空变化的地震波速度场(这是基于射线路径计算或VSP观测得到的)，以及爆炸前沿沿射孔枪传播造成的时间延迟。对于具有非均匀射孔弹分布和/或沿枪轴线爆炸速度可变的射孔枪，到时能被相应地计算出来，从而允许脉冲密度归因于这些因素。这类射孔枪通常用于当要刺穿多个区域而要留下若干中间区域不被刺穿的时候。这类射孔枪的构成可使它们表现为沿枪轴线的爆炸速度可变。
基本小波的振幅受到它们从起源枪段到接收器传播期间的球面扩散损耗、吸收以及传输损耗的影响。由于传播距离不同以及因通过不同岩石而有不同的吸收和传输损耗，对于每个枪段这些损耗是不同的。对于远离接收器的相对较短的射孔枪，这些损耗可能不会在基本小波当中造成明显改变，然而，对于较长的枪和较短的传播路径，这些差别是显著的，因而在本发明的过程中必须予以考虑。
可以通过地震模拟过程，使用地震处理和模拟领域技术人员所熟悉的技术，可以计算出预其会发生的球面扩散损耗，吸收以及传输损耗。另一种作法是，可以从VSP勘测中得到的地震记录中直接测量这些损耗。这些损耗，每个枪段有一个值，可以方便地乘以脉冲密度值，以计算出修正的脉冲密度值。然后以第一枪段的修正脉冲密度值除每个枪段的修正脉冲密度值，于是得到归一化的值。这一归一化方法保证完全反演过程，包括阶段1和阶段2，是一个真实振幅过程。这一归一化的实现是针对第一枪段将初始修正脉冲密度分解成每个修正脉冲密度值。这些归一化的修正脉冲密度值被称作“权重”。
在本发明的阶段1反演过程中，如下文描述的那样使用归一化的修正脉冲密度，因所列举的原因造成的振幅损耗的影响将被充分接纳，从而不会在阶段1小波的计算中造成误差。
为准备阶段1反演，归一化的修正脉冲密度值按下述转换成所谓调节因子βi＝[(MPD)i-1]*(-1) 式3这里βi是第i个调节因子，(MPD)i是第i个归一化的修正脉冲密度。
对于沿图19的解对角线1900的一点，阶段1反演计算的一般表达式是
Ynm＝[‘A(n-1)’n-‘A(n-1)’n-1]+β0·X0+β1·X1+β2·X2+...+βn-3·‘A(n-1)’3+βn-2·‘A(n-1)’2+βn-1·‘A(n-1)’1式4这里n是解对角线1900上点的脚标，也是阶段1小波输出样本的脚标；m是以时间单位为单位的假定的持续时间；‘A(n-1)’是A，当n＝2时解矩阵中的第一列；B，当n＝3时的第二列，等等；An是解矩阵中在A列n行的值；β0、β1、β2、...、βn-1是调节因子；A1、B1、C1......包含合成小波；以及X0＝‘A(n-1)’n+‘A(n-1)’n-m+‘A(n-1)’n-2m+...继续到(n-i·m)为负；X1＝‘A(n-1)’n-1+‘A(n-1)’n-(m+1)+‘A(n-1)’n-(2m+1)+...继续到n-(i·m+1)为负；X2＝‘A(n-1)’n-2+‘A(n-1)’n-(m+2)+‘A(n-1)’n-(2m+2)+...继续到n-(i·m+2)为负；继续Xi系列，直到第一项的脚标变负为止。
概括地说，式4中的Ynm是对于假定的长为m个时间单位的持续时间阶段1小波的第n个振幅。
式4用于累进地计算阶段1小波的振幅值，以第二个值开始，继续到最后一个值。最后一个值的位置是任意设置的，但要包括阶段1小波的整个显著部分。阶段1小波的第一个振幅的值总是设为严格等于基本小波的第一个振幅值A1。
这样做是因为第一个值没有受到后来到达的掩盖而且因为起始调节因子总是零，这是前述归一化过程的结果。可以看到，重要的是如果该过程要保留真实振幅则合成小波的起始值必须保持不被修正，因为这个值还是未被掩盖的基本小波的起始值。
解对角线1900是从第一点(左上角)到最后一个点(右下角)累进计算的。在迟于该解点的时刻，该矩阵中的值是从前一个值中减去在解对角线中的前一个解值计算出来的。
图22a显示假定持续时间为3个时间单位(m＝3)时应用于沿解对角线的典型点的方程举例。所示沿对角线的计算全是基于一般议程式4从n＝2到n＝7的展开。对于更高的n值，计算将以相同方式进行，其项数增加。
图22b显示用于矩阵中解对角线以外各点的方程举例。特别重要的是在解对角线1900下方小区中的计算。请注意，随着阶段1小波每个相继值的完成，接下来把它从先前部分解的所有值中减掉。这在效果上是逐渐剥掉覆盖的的信息以逐点揭示所寻找的阶段1小波。图中右手列包含的值与已沿着解对角线形成的值相同，它们包含阶段1小波。
使用式4以及先前描述的用于实现解矩阵的其他关系，在可变地震波速介质中的任何曲线井孔都可被转换以揭示阶段1小波，如先前对更简单情况描述的那样。
为适应三维井孔的一般情况，对于阶段2反演，无需对先前描述的过程进行修改。
为演示一般化方法对模拟数据的应用，图18显示使用两种不同方法计算的对于曲线井孔的两个合成小波。脉冲密度方法产生合成小波1800，一个简单的时移方法产生合成小波1810。在这两个小波中观察到小的差别，这是由于所用内插方法(线性内插)中的小误差，而不是在脉冲密度通用方法中的任何假疵。通过基于式4的一般化反演过程处理这些合成小波。
一般化反演的阶段1结果示于图19a、19b和19c。该解沿解对角线1900形成。在图19c中出现最终的阶段1结果1910。阶段2结果1920出现于右侧。这些结果在图20中以图形表示。阶段2结果1920完美地再现用于构建合成小波的模拟小波，该合成小波是反演过程的输入。如在图中看到的那样，正确的持续时间值(13毫秒)产生最低RMS振幅值1410，确认了由比较假定持续时间值为12、13和14毫秒时计算出的基本小波将会做出的选择。
图19的计算以及图20中显示的结果是从输入的合成小波1800得到的，合成小波1800是使用脉冲密度方法形成的，以仿真会在实际情况中记录的小波。图21显示由时移合成小波1810和使用如图19和图20中所示同一一般化反演方法得到的反演结果。
所得到的基本小波2120显示出与基本小波1920几乎相同的形式，但有小的尾部振幅而不是零值。在正确持续时间13毫秒处，RMS振幅中有明显的尖锐极小值。这样，对于使用与反演方法本身的假定不同的一组假定所产生的合成小波，该一般化反演方法能很好地工作。
完成反演处理的另一种方法是越过阶段1反演步骤并对真实合成小波的最佳估计进行阶段2反演。由阶段2结果本身在正确的持续时间处产生稳定的衰减小波，其差别在于该输出不是一个单一基本小波，而是在持续时间段上一系列基本小波之和。可对阶段2反演的输出进行视觉的和数学的分析，如先前描述的那样，以找出射孔枪持续时间和爆炸延伸范围的最佳估计。这一途径的好处在于当存在地震噪声时阶段2反演可比阶段1反演更稳健。在实践中这两种途径都可尝试和比较。
再有，在这另一种途径中，阶段1反演可应用于阶段2输出。这样，两个阶段的顺序可以反转。在理想的无噪声情况中，解释出的结果是完全相同的。
确定爆炸延伸范围的另一种有生命力的基于模型的方法是计算理论合成的合成小波，如图11中所示合成小波，并计算与实际的合成小波估计的最佳拟合。一个假定的基本小波能以适当的时间延迟重复相加，该时间延迟是对于射孔枪的物理环境和位置给出的。假定的基本小波可以从类似条件下爆炸前的实际记录中审慎地选择，根据本发明的反演从先前的爆炸中得到，或者由其他方式提供。对爆炸延伸范围的各种假定能用于计算相应的理论合成的合成小波。然后，理论合成的合成小波与实际的合成小波(真实合成小波的最佳估计)进行比较。比较方法能有各种选择，包括视觉比较、差值、功率计算、最小二乘误差(LSME)拟合测量、谱拟合以及其他方法。
在数学领域的技术人员可代之以其他数学方法实现一般化反演。
尽管已显示和描述了本发明的优选实施例，但本领域技术人员可对它们进行修改而不脱离本发明的精神和教导。这里描述的实施例只是示例而不是限制。对系统和装置的许多改变和修改是可能的，且都在本发明的范围内。因此，本发明的范围不限于这里描述的实施例，而是只受随后的权利要求的限制，它的范围将包括这些权利要求的主题的全部等效物。
权利要求
1.查明井孔中射孔枪的预期爆炸是否成功的方法，所述方法包含如下步骤(a)将地震波传感器放置在比较接近于井孔中的射孔枪的选定位置；(b)启动所述射孔枪的爆炸；(c)感知、记录和分析从所述井孔的位置到地震传感器位置穿过地球传播的地震波；以及(d)将所述地震波的分析结果与预先确定的来自所述射孔枪的可能结果进行比较。
2.权利要求1的方法，其中所述地震波受到数学处理以利于对所述地震波的分析。
3.权利要求2的方法，其中所述数字处理包括处理传感器信号和组合处理过的传感器信号。
4.权利要求2的方法，其中所述数学处理包括对单个传感器信号进行时移和组合时移后的传感器信号。
5.权利要求2的方法，其中所述数学处理包括对单个传感器信号进行滤波和组合这些滤波后的信号。
6.权利要求2的方法，其中所述数学处理包括噪声编辑和定标，后跟对单个传感器信号的组合。
7.权利要求1的方法，其中所述感知所述地震波后跟对单个传感器信号进行组合的过程。
8.权利要求1的方法，其中选择所述选定位置以造成对地震波的更有效分析。
9.权利要求8的方法，其中选择所述优选位置以增大从所述射孔枪到所述传感器的直达地震波的持续时间。
10.权利要求8的方法，其中选择所述优选位置以增大从所述射孔枪到所述传感器的直达地震波与所述以非直达的不同路径到达的地震波在时间上的分离。
11.权利要求1的方法，其中所述地震波传感器是地震检波器。
12.权利要求1的方法，其中所述地震波传感器是水中检波器。
13.权利要求1的方法，其中所述地震波传感器位于或接近于地球表面。
14.权利要求1的方法，其中放置所述地震波传感器以形成一个或多个一维阵列。
15.权利要求1的方法，其中放置所述地震波传感器以形成一个或多个二维阵列。
16.权利要求1的方法，其中放置所述地震波传感器以形成一个或多个三维阵列。
17.权利要求1的方法，其中所述地震波传感器放在一个井孔内。
18.权利要求1的方法，其中所述分析和所述比较产生对所述射孔枪是否爆炸或未能爆炸的确定结果。
19.权利要求1的方法，其中所述分析和所述比较产生对所述射孔枪部分未引爆的确定结果。
20.权利要求1的方法，其中所述分析和所述比较产生所述射孔枪爆炸延伸范围的定量估计。
21.权利要求20的方法，其中所述定量估计是通过与模拟的合成地震小波进行比较确定的。
22.权利要求21的方法，其中所述模拟的合成地震小波至少是部分地根据由先前的射孔枪爆炸得到的观测的地震小波计算出来的。
23.权利要求21的方法，其中所述模拟的合成地震小波不是根据观测的地震小波计算出来的。
24.权利要求20的方法，其中所述与模拟的合成小波的比较是通过最佳拟合法完成的。
25.权利要求20的方法，其中使用模型间的内插以更准确地定量所述定量的估计。
26.权利要求20的方法，其中所述定量估计是通过分析一个或多个数学反演过程的结果确定的。
27.权利要求26的方法，其中应用一个单一反演过程。
28.权利要求27的方法，其中所述单一反演过程被应用多次，每次假定不同的合成地震小波持续时间。
29.权利要求26的方法，其中顺序应用两个或更多个反演过程。
30.权利要求29的方法，其中给定的反演过程序列被应用多次，每次假定不同的合成地震小波持续时间。
31.权利要求26的方法，其中对反演输出中残差能量的分析帮助确定所述射孔枪的所述爆炸延伸范围。
32.权利要求20的方法，其中所述分析或所述比较包括使用从所述地震波中导出的振幅测量值。
33.权利要求20的方法，其中所述分析或所述比较包括使用从所述地震波中导出的小波形状信息。
34.获取垂直地震剖面信息的方法，所述方法包含如下步骤(a)将地震波传感器放置在比较接近于井孔中的射孔枪的选定位置；(b)使用爆炸控制器启动所述射孔枪的爆炸；以及(c)使用第二控制器以感知和记录从所述射孔枪的位置到所述地震传感器位置穿过地球传播的地震波。
35.权利要求34的方法，其中爆炸控制器直接与爆炸延伸范围控制器链接以传送关于爆炸时间的信息。
36.权利要求34的方法，其中爆炸控制器在爆炸时不直接与第二控制器链接，其中两个控制器利用独立的时钟以允许确定爆炸时间。
37.权利要求34的方法，其中爆炸控制器在爆炸时不直接与第二控制器链接，其中一个或两个控制器利用外部时间信号以允许确定爆炸时间。
38.适于确定井孔中的射孔枪是否成功爆炸的一种利用地震波的系统，包含一个爆炸控制器提供对所述射孔枪启动爆炸的装置，一个或多个地震波传感器位于比较接近于所述射孔枪的优选位置，一个信号记录器，一个爆炸延伸范围系统控制器，以及分析所述地震波并将所述地震波与预定的来自所述射孔枪的可能结果进行比较的装置。
39.权利要求38的系统，还具有组合单个地震波传感器信号的装置。
40.权利要求38的系统，其中与所述地震波对应的信号被输入到一个处理器，它在数学上处理这些信号以利于与所述射孔枪的预定潜在能力进行比较。
41.权利要求40的系统，其中的数学处理包括组合所述信号。
42.权利要求38的系统，其中所述爆炸控制器和所述射孔枪不与该系统的任何其他部件链接。
43.权利要求38的系统，它还包括选择所述优选位置的装置，以增大从所述射孔枪到所述传感器直达地震波的持续时间。
44.权利要求38的系统，其中还包括选择所述优选位置的装置，以增大从所述射孔枪到所述传感器直达地震波与以非直达的不同路径到达的地震波在时间上的分离。
45.权利要求38的系统，其中所述地震波传感器是地震检波器。
46.权利要求38的系统，其中所述地震波传感器是水中检波器。
47.权利要求38的系统，其中所述地震波传感器位于或接近于地球表面。
48.权利要求38的系统，其中放置所述地震波传感器以形成一个或多个一维阵列。
49.权利要求38的系统，其中放置所述地震波传感器以形成一个或多个二维阵列。
50.权利要求38的系统，其中放置所述地震波传感器以形成一个或多个三维阵列。
51.权利要求38系统，其中所述地震波传感器放在一个井孔内。
52.权利要求38的系统，其中所述分析和所述比较产生对所述射孔枪是否爆炸或未能爆炸的确定结果。
53.权利要求38的系统，其中所述分析和所述比较产生对所述射孔枪部分未引爆的确定结果。
54.权利要求38的系统，其中所述分析和所述比较产生所述射孔枪爆炸延伸范围的定量估计。
55.权利要求54的系统，其中所述定量估计是通过与模拟的合成地震小波进行比较确定的。
56.权利要求55的系统，其中所述模拟的合成地震小波至少是部分地根据由先前的射孔枪爆炸得到的观测的地震小波计算出来的。
57.权利要求55的系统，其中所述模拟的合成地震小波不是根据观测的地震小波计算出来的。
58.权利要求54的系统，其中所述与模拟的合成地震小波的比较是通过最佳拟合法完成的。
59.权利要求54的系统，其中使用模型间的内插以更准确地定量所述定量估计。
60.权利要求54的系统，其中所述定量估计是通过分析一个或多个数学反演过程的结果确定的。
61.权利要求60的系统，其中应用一个单一反演过程。
62.权利要求61的系统，其中一个单一反演过程被应用多次，每次假定不同的合成地震小波持续时间。
63.权利要求60的系统，其中顺序应用两个或更多个反演过程。
64.权利要求63的系统，其中给定的反演过程序列被应用多次，每次假定不同的合成地震小波持续时间。
65.权利要求60的系统，其中对反演输出中残差能量的分析帮助确定所述射孔枪的所述爆炸延伸范围。
66.权利要求54的系统，其中所述分析或所述比较包括使用从所述地震波中导出的振幅测量值。
67.权利要求54的系统，其中所述分析或所述比较包括使用从所述地震波中导出的小波形状信息。
68.获取垂直地震剖面信息的系统，所述系统包括装置用于(a)将地震波传感器放置在比较接近于井孔中的射孔枪的选定优选位置；(b)使用爆炸控制器启动所述射孔枪的爆炸；以及(c)使用第二控制器以感知和记录从所述射孔枪的位置到所述地震传感器位置穿过地球传播的地震波。
69.权利要求68的系统，其中所述爆炸控制器直接与所述第二控制器链接以传送关于爆炸时间的信息。
70.权利要求68的系统，其中爆炸控制器在爆炸时不直接与第二控制器链接，其中两个控制器利用独立的时钟以允许确定爆炸时间。
71.权利要求68的系统，其中爆炸控制器在爆炸时不直接与第二控制器链接，其中一个或两个控制器利用外部时间信号以允许确定爆炸时间。
72.权利要求21的方法，其中所述模拟的合成地震小波是使用脉冲密度法计算的，该脉冲密度法考虑预测的地震波走时，还考虑三维地质构造、可变的爆炸速度以及所述射孔枪的射孔弹分布。
73.权利要求26的方法，其中在至少一个所述数学反演过程中使用脉冲密度法，该脉冲密度法考虑预测的地震波走时，还考虑三维地质构造、可变的爆炸速度以及所述射孔枪的射孔弹分布。
74.权利要求55的系统，其中所述模拟的合成地震小波是使用脉冲密度法计算的，该脉冲密度法考虑预测的地震波走时，还考虑三维地质构造、可变的爆炸速度以及所述射孔枪的射孔弹分布。
75.权利要求60的系统，其中在至少一个所述数学反演过程中使用脉冲密度法，该脉冲密度法考虑预测的地震波走时，还考虑三维地质构造、可变的爆炸速度以及所述射孔枪的射孔弹分布。
全文摘要
本发明公开说明了一种确定井下射孔枪爆炸延伸范围的方法。射孔枪(140)位于井孔(170)中，爆炸是在炸药射孔弹的基本上为曲线的阵列上一点开始的(890)。来自一系列爆炸的地震波辐射从射孔枪向外传播，并在离开射孔枪一个距离的地方使用地震接收器检测到，地震接收器是传统的设计的单个或组成阵列的换能器。地震接收器(100)可放置于或接近于地球表面和/或一个或多个井孔中。所记录的地震波被处理和分析，还可通过新的反演过程被分解。组合的结果被进一步分析以确定爆炸延伸范围，包括射孔枪是否爆炸，如果未引爆或部分未引爆，则确定定量的爆炸延伸范围。
文档编号E21B47/00GK1625641SQ03803049
公开日2005年6月8日 申请日期2003年1月30日 优先权日2002年2月1日
发明者杰罗德·L.·哈曼, 威廉·T.·贝尔 申请人:Geo-X系统有限公司