无缆井地电法与微地震联用系统及测试方法
【专利摘要】本发明涉及一种无缆井地电法与微地震联用系统及测试方法，接收系统是由接收主控单元分别连接数据采集单元、WIFI、GPS同步单元、以太网收发器、存储单元和SDRAM，与网络滤波单元连接构成。发射系统是由发射控制单元经稳流单元和大功率恒流电源与IGBT发射桥路连接，发射控制单元经驱动单元和IGBT发射桥路分别连接发射电极A、B，IGBT发射桥路经电流采集单元和保护吸收单与驱动单元连接，电流采集单元与发射控制单元连接构成。用一套设备实现两种仪器的功能，减少了设备的投资，发挥了两种仪器各自的优点，能更加精确的监测压裂裂缝的走向。保证了无缆井地电法和微地震联用系统在任何恶劣卫星条件下实现数据的同步采集，提高了工作效率，降低了野外工作成本。
【专利说明】无缆井地电法与微地震联用系统及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地球物理勘探设备的研制及其方法，尤其是将井地电法与微地震合成为一体的地球物理勘探设备的研制及其方法。
【背景技术】
[0002]电法勘探和微地震勘探在油田压裂裂缝监测中已经被广泛应用。井地电法裂缝监测技术利用压裂液的低阻特性，分析压裂前后地表电位的变化揭示压裂液在地下延伸方位，从而推断裂缝方位。微地震方法通过监测压裂过程中地下岩石破裂产生的微地震，描述压裂过程中裂缝产生的几何形状和空间展布，绘制裂缝发育的方向、变化和发育程度。
[0003]CN2650152公开了 “一种网络动态充电电位探测装置”，该装置可以实现网络多电极任意组合，进行同步采集，测量不同方向电位梯度，现场分析。
[0004]CN102183785公开了“一种无缆地震仪多冗余同步数据采集装置及方法”。是基于UTC时间系统的无缆地震仪多冗余同步地震数据采集方法，通过引入本地辅助UTC时间服务系统，以保证无缆地震仪采集站在时区GNSS授时信号的情况下仍能同步数据采集。
[0005]CN102253416公开了 “一种在地质勘探中使用的多功能大功率多道滚动快速测量电法地震综合测量系统”，该系统通过一套设备实现了电法和地震两种方法的有缆测量。电法测量时，电缆连接电极，将60道中的一道作为供电电极，其余道作为接收电极；地震测量时，电缆连接检波器，由SoPC控制电路控制接收地震信号。
[0006]上述现有技术的网络动态充电电位探测装置，能够方便快捷的通过异常体电阻率变化判断压裂裂缝的走向，测试成本较低，但是绘制裂缝发育的方向、变化和发育程度上不如微地震方法；无缆地震仪多冗余同步数据采集装置及方法能够准确同步的采集并记录地震事件，但是，由于地层破裂是由应力场变化引起的，除了在裂缝边界处，在滤失区域也可以诱发微地震事件，因此微地震方法的裂缝探测结果通常要远超过实际裂缝边界，此外，微地震方法不适用于张拉裂缝的探测。如果采用两种方法相结合，就可以大大提高寻找压裂裂缝方位的准确度。但用两台设备投资太大，测量时要做许多重复工作，既浪费资金又浪费人力和时间。多功能大功率多道滚动快速测量电法地震综合测量系统虽然提供了两种方法联合的装置，但是该装置的所有传感节点均采用电缆连接，电缆与电缆之间串联连接，给野外施工带来了很大不便，并且，在探测之前要选择是采用电法还是微地震法，不能两种方法同时测量。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种融合电法和微地震法的无缆井地电法与微地震联用系统。
[0008]本发明的目的是提供一种无缆井地电法与微地震联用系统及测试方法。
[0009]本发明的方式是通过以下方式实现的:
[0010]无缆井地电法与微地震联用系统，是由接收系统和发射系统两部分构成:[0011]接收系统是由接收主控单元I分别连接数据采集单元2、WIFI无线通讯单元3、GPS同步单元4、以太网收发器5、存储单元7和SDRAM8，以太网收发器5与网络滤波单元6连接构成。
[0012]发射系统是由发射控制单元21经稳流单元22和大功率恒流电源23与IGBT发射桥路24连接，发射控制单元21经驱动单元27和IGBT发射桥路24分别连接发射电极A28和发射电极B29，IGBT发射桥路24经电流采集单元25和保护吸收单元26与驱动单元26连接，电流采集单元25与发射控制单元21连接构成。
[0013]数据采集单元2是由FPGA逻辑单元9分别连接恒温晶振10、EPCS配置芯片11、A/D转换单元12、程控放大器13和通道功能选择单元17，校准信号产生单元18、二通道电法模拟信号19和四通道地震模拟信号20分别经通道功能选择单元17、电法信号15、低通滤波器14、程控放大器13和A/D转换单元12与FPGA逻辑单元9连接构成。
[0014]无缆井地电法和微地震联用系统测试方法，包括以下步骤:
[0015]a、以被测井为圆心，按30°?45°等角度布设无缆井地电法与微地震联用仪接收系统3— 5圈，圈与圈的距离为230m — 350m，每个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统通过大线连接有4检波器，检波器之间的距离为10-20米，通过电缆连接2电极，两个电极之间的距离为20-50米，检波器与电极平行排列；
[0016]b、在近被测井处布设发射电极A，在被测井2000米之外的另一口井上布设无穷远电极B ;
[0017]C、将无缆井地电法和微地震联用系统设置成井地电法工作模式，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，测量被测井压裂前电法背景场，对测区内每一个测点进行同步采集，将背景场的数据存储，并检查数据质量；
[0018]d、手持移动终端通过WIFI分别与各个接收系统连接，每个移动终端负责两条测线上数个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统，现场工作人员手持终端沿测线分别连接各个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统，连接后读取数据并显示波形，初步判断信号的质量，若信号不能满足要求重复步骤c中的信号采集；
[0019]e、压裂过程监测，同时打开井地电法和微地震模式，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，电法信号通过电法信号通道进行模数转换，将采集到的电法信号存储在存储单元中，同时，微地震信号通过检波器和微地震信号通道进行模数转换，将采集到的微地震信号存储在存储单元中，在采集过程中同步检查数据的采集质量；
[0020]f、压裂后电法数据的采集，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，将无缆井地电法与微地震联用仪接收系统设置成井地电法工作模式，对测区内每一个测点进行同步测量，将压裂后的数据存储在存储单元中；
[0021]g、数据回收及处理，将数据回收到电脑终端，通过各自的数据处理软件分别对井地电法数据和微地震数据进行处理和成图，相互认证两种方法的结果，从而联合推断出压裂裂缝的方位。
[0022]有益效果:用一套设备实现两种仪器的功能，减少了设备的投资，发挥了两种仪器各自的优点，微地震方法在绘制裂缝发育的方向、变化和发育程度上具有明显优势；由于地层破裂是由应力场变化引起的，除了在裂缝边界处，在滤失区域也可以诱发微地震事件，而电法是通过监测地下电阻率变化来推断裂缝的走向，因此采用两种方法相结合可以更加精确的监测压裂裂缝的走向。采用同步采集技术，保证了无缆井地电法和微地震联用系统在任何恶劣卫星条件下实现数据的同步采集，同时采用无缆测试技术，降低了复杂工作环境中的电缆铺设难度。提高了工作效率，降低了野外工作成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1无缆井地电法和微地震联用系统总体结构框图
[0024]图2为附图1中数据采集单元2结构框图
[0025]图3发射系统的结构框图
[0026]图4通道功能选择单元电路示意图
[0027]图5无缆井地电法与微地震联用系统及测量方法野外现场示意图
[0028]图6接收系统前端传感器连接示意图。
[0029]I接收主控单元，2数据采集单元，3WIR无线通讯单元，4GPS同步单元，5以太网收发器，6网络滤波单元，7存储单元，8SDRAM，9FPGA逻辑单元，10恒温晶振，11BP0S配置芯片，12A/D转换单元，13程控放大器，14低通滤波器，15电法信号通道，16微地震信号通道，17通道功能选择单元，18校准信号产生单元，19 二通道电极模拟信号，20四通道检波器模拟信号，21发射控制单元，22稳流单元，23大功率恒流电源，24IGBT发射桥路，25电流采集单元，26保护吸收单元，27驱动单元，28发射电极A，29发射电极B。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0031]无缆井地电法和微地震联用系统包括发射和接收两部分，其中发射部分为电法勘探提供激励源，接收部分负责电信号和地震信号的采集、存储和传输。
[0032]井地电法工作模式:发射系统的发射控制单元产生正负方波或者伪随机信号，通过EXB841驱动单元送给IGBT发射桥路，在大功率恒流电源的供电下向发射电极A、B供大功率激励信号。接收系统中两个通道为井地电法信号通道，四个通道为微地震信号通道，FPGA逻辑单元控制向通道功能选择单元发送命令，将微地震模拟信号通道输入端短接，同时，控制地震信号采集通道处于休眠模式，打开井地电法通道。接收电极将井地电法信号送到该通道，经过阻抗匹配电路后将信号送到低通滤波器和程控放大器经信号调理后送到A/D转换单元连接，将数据暂存到FPGA内部的FIFO中，当FIFO存储满后，采集站内接收主控单元ARM中运行的Linux系统拷贝地震数据到仪器自带的CF存储卡。
[0033]微地震工作模式:首先FPGA逻辑单元控制通道功能选择单元选择微地震信号通道，将电法模拟通道前端短接，同时，控制地震采集通道处于休眠模式。油田压裂过程中产生的微地震经过检波器送到微地震信号通道，通过阻抗匹配电路将信号送到低通滤波器和程控放大器经信号调理后送到A/D转换单元连接，将数据暂存到FPGA内部的FIFO中，当FIFO存储满后，采集站内接收主控单元ARM中运行的Linux系统拷贝地震数据到仪器自带的CF存储卡。
[0034]上述两种模式既可以单独工作也可以同时工作。井地电法需要进行三次测量:压裂前的背景场、压裂中的异常场和压裂后的异常场；微地震方法仅仅需要测量压裂过程中的微地震信号，因此，无缆井地电法和微地震联用系统监测油田压裂裂缝时要进行如下三步(I)井地电法测量(2)井地电法和微地震同时测量(3)井地电法测量。
[0035]实施例1
[0036]无缆井地电法与微地震联用系统，是由接收系统和发射系统两部分构成:
[0037]接收系统是由接收主控单元I分别连接数据采集单元2、WIFI无线通讯单元3、GPS同步单元4、以太网收发器5、存储单元7和SDRAM8，以太网收发器5与网络滤波单元6连接构成。
[0038]发射系统是由发射控制单元21经稳流单元22和大功率恒流电源23与IGBT发射桥路24连接，发射控制单元21经驱动单元27和IGBT发射桥路24分别连接发射电极A28和发射电极B29，IGBT发射桥路24经电流采集单元25和保护吸收单元26与驱动单元26连接，电流采集单元25与发射控制单元21连接构成。
[0039]数据采集单元2是由FPGA逻辑单元9分别连接恒温晶振10、EPCS配置芯片11、A/D转换单元12、程控放大器13和通道功能选择单元17，校准信号产生单元18、二通道电法模拟信号19和四通道地震模拟信号20分别经通道功能选择单元17、电法信号15、低通滤波器14、程控放大器13和A/D转换单元12与FPGA逻辑单元9连接构成。
[0040]无缆井地电法和微地震联用系统测试方法，包括以下步骤:
[0041]a、以被测井为圆心，按30°等角度布设无缆井地电法与微地震联用仪接收系统3圈，圈与圈的距离为230mm，每个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统通过大线连接有4检波器，检波器之间的距离为10米，通过电缆连接2电极，两个电极之间的距离为20米，检波器与电极平行排列；
[0042]b、在近被测井处布设发射电极A，在被测井2000米之外的另一口井上布设无穷远电极B ;
[0043]C、将无缆井地电法和微地震联用系统设置成井地电法工作模式，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，测量被测井压裂前电法背景场，对测区内每一个测点进行同步采集，将背景场的数据存储，并检查数据质量；
[0044]d、手持移动终端通过WIFI分别与各个接收系统连接，每个移动终端负责两条测线上数个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统，现场工作人员手持终端沿测线分别连接各个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统，连接后读取数据并显示波形，初步判断信号的质量，若信号不能满足要求重复步骤c中的信号采集；
[0045]e、压裂过程监测，同时打开井地电法和微地震模式，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，电法信号通过电法信号通道进行模数转换，将采集到的电法信号存储在存储单元中，同时，微地震信号通过检波器和微地震信号通道进行模数转换，将采集到的微地震信号存储在存储单元中，在采集过程中同步检查数据的采集质量；
[0046]f、压裂后电法数据的采集，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，将无缆井地电法与微地震联用仪接收系统设置成井地电法工作模式，对测区内每一个测点进行同步测量，将压裂后的数据存储在存储单元中；
[0047]g、数据回收及处理，将数据回收到电脑终端，通过各自的数据处理软件分别对井地电法数据和微地震数据进行处理和成图，相互认证两种方法的结果，从而联合推断出压裂裂缝的方位。
[0048]实施例2[0049]无缆井地电法与微地震联用系统，是由接收系统和发射系统两部分构成:
[0050]接收系统是由接收主控单元I分别连接数据采集单元2、WIFI无线通讯单元3、GPS同步单元4、以太网收发器5、存储单元7和SDRAM8，以太网收发器5与网络滤波单元6连接构成。
[0051]发射系统是由发射控制单元21经稳流单元22和大功率恒流电源23与IGBT发射桥路24连接，发射控制单元21经驱动单元27和IGBT发射桥路24分别连接发射电极A28和发射电极B29，IGBT发射桥路24经电流采集单元25和保护吸收单元26与驱动单元26连接，电流采集单元25与发射控制单元21连接构成。
[0052]数据采集单元2是由FPGA逻辑单元9分别连接恒温晶振10、EPCS配置芯片11、A/D转换单元12、程控放大器13和通道功能选择单元17，校准信号产生单元18、二通道电法模拟信号19和四通道地震模拟信号20分别经通道功能选择单元17、电法信号15、低通滤波器14、程控放大器13和A/D转换单元12与FPGA逻辑单元9连接构成。
[0053]无缆井地电法和微地震联用系统测试方法，包括以下步骤:
[0054]a、以被测井为圆心，按45°等角度布设无缆井地电法与微地震联用仪接收系统5圈，圈与圈的距离为350m，每个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统通过大线连接有4检波器，检波器之间的距离为20米，通过电缆连接2电极，两个电极之间的距离为50米，检波器与电极平行排列；
[0055]b、在近被测井处布设发射电极A，在被测井2000米之外的另一口井上布设无穷远电极B ;
[0056]C、将无缆井地电法和微地震联用系统设置成井地电法工作模式，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，测量被测井压裂前电法背景场，对测区内每一个测点进行同步采集，将背景场的数据存储，并检查数据质量；
[0057]d、手持移动终端通过WIFI分别与各个接收系统连接，每个移动终端负责两条测线上数个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统，现场工作人员手持终端沿测线分别连接各个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统，连接后读取数据并显示波形，初步判断信号的质量，若信号不能满足要求重复步骤c中的信号采集；
[0058]e、压裂过程监测，同时打开井地电法和微地震模式，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，电法信号通过电法信号通道进行模数转换，将采集到的电法信号存储在存储单元中，同时，微地震信号通过检波器和微地震信号通道进行模数转换，将采集到的微地震信号存储在存储单元中，在采集过程中同步检查数据的采集质量；
[0059]f、压裂后电法数据的采集，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，将无缆井地电法与微地震联用仪接收系统设置成井地电法工作模式，对测区内每一个测点进行同步测量，将压裂后的数据存储在存储单元中；
[0060]g、数据回收及处理，将数据回收到电脑终端，通过各自的数据处理软件分别对井地电法数据和微地震数据进行处理和成图，相互认证两种方法的结果，从而联合推断出压裂裂缝的方位。
【权利要求】
1.一种无缆井地电法与微地震联用系统，是由接收系统和发射系统两部分构成，其特征在于: 接收系统是由接收主控单元I分别连接数据采集单元2、WIFI无线通讯单元3、GPS同步单元4、以太网收发器5、存储单元7和SDRAM8，以太网收发器5与网络滤波单元6连接构成。 发射系统是由发射控制单元21经稳流单元22和大功率恒流电源23与IGBT发射桥路24连接，发射控制单元21经驱动单元27和IGBT发射桥路24分别连接发射电极A28和发射电极B29，IGBT发射桥路24经电流采集单元25和保护吸收单元26与驱动单元26连接，电流采集单元25与发射控制单元21连接构成。
2.按照权利要求1所述的无缆井地电法与微地震联用系统，其特征在于，数据采集单元2是由FPGA逻辑单元9分别连接恒温晶振10、EPCS配置芯片11、A/D转换单元12、程控放大器13和通道功能选择单元17，校准信号产生单元18、二通道电法模拟信号19和四通道地震模拟信号20分别经通道功能选择单元17、电法信号15、低通滤波器14、程控放大器13和A/D转换单元12与FPGA逻辑单元9连接构成。
3.一种无缆井地电法和微地震联用系统测量方法，其特征在于，包括以下步骤: a、以被测井为圆心，按30°?45°等角度布设无缆井地电法与微地震联用仪接收系统3—5圈，圈与圈的距离为230m — 350m，每个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统通过大线连接有4检波器，检波器之间的距离为10-20米，通过电缆连接2电极，两个电极之间的距离为20-50米，检波器与电极平行排列； b、在近被测井处布设发射电极A，在被测井2000米之外的另一口井上布设无穷远电极B ； C、将无缆井地电法和微地震联用系统设置成井地电法工作模式，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，测量被测井压裂前电法背景场，对测区内每一个测点进行同步采集，将背景场的数据存储，并检查数据质量； d、手持移动终端通过WIFI和无缆井地电法和微地震联用系统连接，每个移动终端负责两条测线上数个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统，现场工作人员手持终端沿测线分别连接各个无缆井地电法与微地震联用仪接收系统，连接后读取数据并显示波形，初步判断信号的质量，若信号不能满足要求重复步骤c中的信号采集； e、压裂过程监测，同时打开井地电法和微地震模式，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，电法信号通过电法信号通道进行模数转换，将采集到的电法信号存储在存储单元中，同时，微地震信号通过检波器和微地震信号通道进行模数转换，将采集到的微地震信号存储在存储单元中，在采集过程中同步检查数据的采集质量； f、压裂后电法数据的采集，发射系统发射正负方波或者伪随机信号，将无缆井地电法与微地震联用仪接收系统设置成井地电法工作模式，对测区内每一个测点进行同步测量，将压裂后的数据存储在存储单元中； g、数据回收及处理，将数据回收到电脑终端，通过各自的数据处理软件分别对井地电法数据和微地震数据进行处理和成图，相互认证两种方法的结果，从而联合推断出压裂裂缝的方位。
【文档编号】G01V11/00GK103558648SQ201310552050
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】林君, 贾正森, 朱凯光, 陈祖斌, 李振峰, 薛开昶, 吴海超, 张怀柱, 任广安 申请人:吉林大学