专利名称：随钻地震质量监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用在随钻地震数据采集过程中的随钻地 震质量监控装置。
背景技术：
随钻地震技术是地震勘探技术与石油钻井相结合的一项高新技 术，是国外近年发展起来的逆垂直地震测井的井中地震方法，它是以 钻井作业中钻头破岩时产生的震动作为地下震源，通过安装在井架和 钻杆顶端的参考传感器采集由钻杆传送上来的钻头震动信号(参考信 号)，并通过地面测线上的地震仪排列采集经地层传播上来的钻头震 动信号(地震仪信号)，将参考信号经过预处理后与地面地震仪的信号 进行互相关和时移以及各种去噪处理，实时地确定钻头在地面地震剖 面上的位置，并能实时地预测钻头前方的地层压力情况，从而指导调 整钻井方案，减少钻探风险。
地震采集现场质量监控一直是野外地震勘探生产过程中的重要 环节，是提高地震勘探精度的关键措施。近年来，在国内外已有部分 软硬件产品问世，但他们都存在一定的缺陷，有些重在施工设计，有 些重在数据处理，而后进行数据评价，普遍缺乏施工设计、数据监视 记录的联合实时控制。
随钻地震数据质量监控是随钻地震采集过程中的核心业务之一， 但随钻采集质量监控比野外地震采集质量监控更为重要。原因在于随 钻地震数据采集是服务于钻井工程领域，具有时效性，且数据采集具有不可重复性，因此在随钻地震釆集过程中，更需要及时掌握钻井施 工情况和施工质量，科学、定量地对采集信号和采集过程的各个环节 实时监控。目前在国内外还没有随钻地震质量监控产品问世，本实用 新型能够解决随钻地震数据采集过程中的实时质量监控问题，能够实 现网络、采集设备和采集数据的动态监控，同时还能及时存储大量连 续采集的数据，并对数据做出快速评价，从而实现数据监控、设备监 控的联合控制。 发明内容
本实用新型的目的就是，克服野外地震勘探质量监控的缺陷，以
监控计算机和随钻地震采集设备为核心，采用有线和WIFI无线网络 实现对随钻地震数据采集过程中网络、采集设备(传感器、地面地震 仪)状态的动态监控，实现测量数据自动检查，实现大量随钻地震数 据的连续存储，并能够对采集信号(钻头信号和井场主要噪音)实时质 量监控和快速评价，根据评价结果及时调整随钻设计方案和钻井工程 设计，为钻井工程应用提供最佳数据。 '
为达到上述目的，本实用新型提供一种随钻地震质量监控装置， 由参考信号传感器、地面地震仪、噪音信号传感器、WIFI无线网络、 有线网络、监控计算机组成。监控计算机和传感器、地面地震仪之间 通过网络连接，参考信号传感器通过无线网络与监控计算机通讯，地 面地震仪和噪音传感器通过有线网络与监控计算机通讯。监控计算机 由信号采集单元、信号放大器、数字滤波器、信号预处理单元、存储 单元、网络监控单元、设备监控单元、测量数据检査单元组成，各单元由监控计算机统一调度，各单元通过监控计算机内部接口通讯。
参考信号传感器釆集由钻杆传上来的钻头信号，通过无线网络上 传到监控计算机；地面地震仪采集经过地层传上来的钻头信号，通过 有线网络上传到监控计算机；井场噪音传感器采集井场周围的主要噪 声，通过有线网络上传到监控计算机。信号采集单元实时接收采集设 备上传的钻头信号和井场噪音信号，同时将信号输入信号放大器和数 字滤波器进行初评价，对不合格的信号则需要及时调整设备参数，对 合格的信号进一步输入到信号预处理单元，经预处理后不合格的重新 调整设备参数或者调整方案设计，预处理合格后的信号数据进行连续 存储。
无线网络由无线网卡和网络桥接器AP(Access Point)组成，WIFI 方式的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，另外它的有 效距离也很长，确保传输数据的安全和高速；有线网络由以太网卡和 网线组成的，具有低成本、高可靠性和高传输率的性能。
在数据采集之前，监控计算机对网络监控单元和设备监控单元进 行测试，在数据采集过程中，监控计算机定时进行网络监控和设备监 控，并向采集设备发送控制命令和测试命令。网络监控单元通过对各 个传感器和地面地震仪发送测试命令的方式测试网络是否通畅，并通 过各设备的返回数据来判断。设备监控单元能够实时监控排列上各道 地震仪设备的运行状况，并能实时地读取各类传感器和地震仪的工作 参数，如设备类型、电池电量等。不合格的仪器暂时不能进行数据采 集，要重新调校，只有运行正常的采集设备才能进行下一步数据采集。每个传感器和地震仪都设置固定的IP，确保监控计算机接收到 准确的数据，监控计算机也可以根据IP地址向设备发送査询命令和 控制命令。
另外，由于计算机本身时钟的授时能力有限，监控中心可定时读
取地震仪GPS时间，用于校正监控计算机的时间，保证监控计算机的 时钟精确。
测量数据检査单元是指，监控计算机能够读取地面地震仪的实际 物理坐标，与施工测量的坐标进行对比，并输出结果。
信号采集单元通过网络接收传感器和地面地震仪实时采集的钻
头信号和井场主要噪音信号，输入到信号放大器、数字滤波器、预处 理单元，利用存储单元存储采集数据。存储单元是指，针对随钻地震 过程中产生的大量信号数据，根据预先设定的数据格式，将随钻地震 数据存储到二进制文件中，具有占用硬盘空间小和读写速度快的特 性；其它野外采集参数、钻井工程参数等数据存储到数据库中。
本实用新型的积极效果在于，具有高速可靠的数据传输网络通 道，可实现信号数据的实时采集、显示、分析、处理和存储，具有在 数据采集前或采集过程中对网络、采集设备运行实现动态监控，以及 在信号采集过程中对信号数据实现快速评价，克服了地震勘探质量监 控先记带再处理评价的滞后性，对减少控制、评价中的人为因素，为 科学评价随钻数据采集质量，提高工作效率，进行全面的随钻采集质 量监督和控制提出了重要的解决方案。
图1为随钻地震质量监控装置结构示意图； 图2为随钻地震质量监控装置工作流程图。
具体实施方式
参照附图1和2，将详细叙述本实用新型的具体实施方案。 本实用新型是在随钻地震数据采集过程中实现质量监控，在本实 用新型启用之前，先进行随钻地震数据采集方案的设计19。之后根 据钻井作业工况，进行井场参考信号传感器5和噪音传感器7的安装， 地面测线上地震仪6的布设，有线/无线网络8， 9的搭建及监控计算 机10的安装。参考信号传感器5安装在井架水龙头附近，用来采集 经过钻杆传送上来的钻头震动信号(即参考信号24)，地面地震仪按 照方案设计的采集点位置进行埋设，用来采集经地层传播上来的钻头 震动信号(即地震仪信号26)，噪音传感器按方案设计安装在井场主 要噪声附近采集井场主要噪音(即噪音信号25)。参考信号传感器通 过无线网络8与监控计算机通讯，地面地震仪和噪音信号传感器通过 有线网络9与监控计算机通讯。监控计算机10是随钻地震质量监控 装置的核心，能够实现测量数据检查18、实现对大量的随钻采集数 据实时存储15，实现参考信号24、噪音信号25、地震仪信号26的 实时质量监控和快速评价以及对网络、采集设备(传感器、地面地震 仪)运行状态的动态监控。
随钻地震数据采集方案的设计19是指技术设计人员根据随钻采 集目标、井位所在工区的地震地质资料和钻井现场施工情况，及时了 解工区构造特征，主要反射层位及其属性参数，过井的"十"字剖面，并对随钻采集参数进行地质论证，确定随钻地震采集参数，包括釆样 率、采集道数、检波点距、炮检距、测线长度等。钻井工程参数的确 定要根据实际钻遇地层的岩性、硬度、采集随钻信号的能量强弱等参 数实时确定， 一般包括钻头选型、钻压、钻时、钻速、转速、扭矩等。
网络测试21就是监控计算机10对数据传输网络(无线WIFI网 络、有线网络)情况进行测试，以确保数据传输网络的畅通，排除网 络故障。
设备测试22就是监控计算机10对各个设备发送测试命令，根据 返回的数据来判断设备的正常与否，如果不正常则具体分析问题的所 在，及时排除设备故障，只有采集设备运行正常的情况下才能进行随 钻地震数据的采集。
测量数据检查18是监控计算机10向采集设备发送査询坐标命令 读取采集点的实际坐标，并与方案设计坐标进行对比、修改等质量检 査，根据规定的误差范围，确认采集点实际坐标，并输出测量结果。
网络、采集设备的动态监控是指在随钻地震数据采集过程中，需
要定时进行网络监控16和设备监控17，并在屏幕上实时显示各个采
集设备的运行状况，对出现异常情况(地震仪电量不足、漏电、倾斜
过大等)的设备做出标记，并能够查看详细设备信息。
随钻信号实时质量监控是监控计算机实时接收参考信号24、噪
音信号25、地震仪信号26，并在屏幕上实时显示27，通过信号放大
器和数字滤波器对采集信号进行初评价28，对不合格的信号可修改
设计方案19，对合格的信号再进行信号预处理14，并对处理结果做出快速评价29，经预处理后不合格数据要修改设计方案19，预处理 合格后的信号数据以二进制的形式输入到存储单元15，便于随钻地 震数据处理和钻井工程应用。
权利要求1.一种随钻地震质量监控装置由参考信号传感器(5)、地面地震仪(6)、噪音信号传感器(7)、WIFI无线网络(8)、有线网络(9)、监控计算机(10)组成，其特征在于参考信号传感器(5)通过无线网络(8)与监控计算机(10)通讯，地面地震仪(6)和噪音传感器(7)通过有线网络(9)与监控计算机(10)通讯，监控计算机由信号采集单元(11)、信号放大器(12)、数字滤波器(13)、信号预处理单元(14)、存储单元(15)、网络监控单元(16)、设备监控单元(17)、测量数据检查单元(18)组成，各单元通过监控计算机内部接口通讯。
2. 根据权利要求1所述的随钻地震质量监控装置，其特征在于 参考信号传感器(5)采集以钻杆(3)作为传播媒介的钻头(1)信号，地 面地震仪(6)采集以地层(4)作为传播媒介的钻头(1)信号，井场噪音 传感器(7)釆集井场(2)周围的主要噪音。
3. 根据权利要求1所述的随钻地震质量监控装置，其特征在于， 无线网络由无线网卡和网络桥接器AP(Access Point)组成，有线网 络由以太网卡和网线组成的。
4. 根据权利要求l所述的随钻地震质量监控装置，其特征在于 在数据采集之前，监控计算机(10)对网络监控单元(16)和设备监 控单元(17)进行测试，在数据采集过程中，监控计算机定时进行网 络监控(17)和设备监控(17)，并向采集设备发送控制命令和测试命令。
5. 根据权利要求1所述的随钻地震质量监控装置，其特征在于 信号采集单元(11)通过网络接收传感器和地面地震仪实时采集的钻头(1)信号和井场(2)主要噪音信号，输入到信号放大器(12)、数字 滤波器(13)、预处理单元(14)，利用存储单元(15)存储采集数据。
6.根据权利要求1所述的随钻地震质量监控装置，其特征在于 测量数据检查单元(18)读取地面地震仪的实际物理坐标，与测量数据 进行对比。
专利摘要本实用新型提供一种随钻地震数据采集过程中的质量监控装置，由参考信号传感器、地面地震仪、噪音信号传感器、监控计算机和实时传输数据的WIFI无线网络及有线网络组成。参考信号传感器采集的由钻杆传上来的钻头信号通过无线网络发送到监控计算机；地面地震仪采集的经过地层传上来的钻头信号和井场噪音传感器采集的噪声信号通过有线网络发送到监控计算机。监控计算机实现测量数据检查，实现钻头信号和井场噪音的实时质量监控以及对网络、采集设备(传感器、地面地震仪)状态的动态监控，并对采集的数据进行初评价和预处理。使用该装置可实现随钻地震采集数据质量的快速评价，及时指导和调整采集设计和钻井工程设计，获取高质量的随钻地震数据。
文档编号E21B49/00GK201386558SQ20092001806
公开日2010年1月20日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者于笑冬, 孙正义, 曹忠成, 李玉红, 王爱凤, 许海庭, 韩来聚, 魏茂安 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院