专利名称：爆炸机精确井口时间获取方法与装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于地震勘探中爆炸机精确井口时间获取方法与装置，属地球物理勘探技术领域获取井口时间的方法和地震勘探仪器。
现有技术中，获取井口时间的方法及其装置，主要是由爆炸机接收并处理一个井口检波器拾取的地震信号的方法，其中，爆炸机由机壳中内置的信号调节转换装置、雷管引爆装置、爆炸时刻确定装置、运算处理装置、数据存储装置及其它辅助功能装置构成，井口检波器连接到爆炸机上，用于获取井口时间(τ值)。主要有以下三方面的缺陷(1)只有一个井口检波器，用于接收井中炸药震源爆炸激发的人工地震波，且只能处理一个井口检波器拾取的地震信号，因此必然不能获得爆炸点的深度信息，没有爆炸点的深度信息是导致井口时间值不能有效地运用于地震资料处理的一个原因；(2)爆炸时刻确定装置确定爆炸时刻(时断时刻或TB时刻)的方法，是用引爆雷管的点火时刻即给雷管加电的时刻作为爆炸时刻，而不是雷管真正爆炸的时刻。由于雷管爆炸存在延迟时间，从而严重影响了时断时刻的精度，是导致井口时间值(τ值)不准的另一个原因；(3)运算处理装置确定初至时刻的方法均为门槛比较法，分为两类，一类是静态门槛比较法，以美国I/O公司生产的SSS-200系列爆炸机为代表，另一类是动态门槛比较法，以美国I/O公司生产的SSS-300系列爆炸机为代表。用门槛比较法确定初至时刻的方法，是将井口检波器输出信号的电压幅度值与设定的静态或动态门槛值相比较，当检波器输出信号电压幅度的绝对值在某一时刻大于所设定的门槛值时，就认定该时刻为初至时刻，而不是初至波的起跳时刻(真正的初至时刻)。用门槛比较法来确定初至时刻，易受各种干扰信号和所设门槛值的影响，不能准确地反映初至波的初至时刻，其结果使得初至时刻误差大和可信度低，严重影响了井口时间(τ值)的精确度，是导致井口时间(τ值)不准的主要原因。
本发明的目的在于克服现有技术中使用单一检波器与爆炸机获取的井口时间不可靠的缺陷，设计一种误差小、可信度高的获取井口时间的方法与爆炸机装置。
在本发明的目的是通过以下装置和方法实现本发明包括井口时间获取方法及为实施该方法而设计的专用爆炸机装置。
1、获取精确井口时间的爆炸机装置，由机壳及内置的信号调节转换装置、雷管引爆装置、爆炸时刻确定装置、运算处理装置和数据存储装置几个主要部分组成，其中，(1)在信号调节转换装置中，使用三个或三个以上的地震信号调节电路，分别对各检波器输出的地震信号进行信号调节处理后，由导线接入模数转换装置进行模数转换，转换得到的数据通过数据总线接入运算处理装置中进行处理；(2)爆炸时刻确定装置由爆炸信号测量装置和运算处理装置组成，爆炸信号测量装置测量引爆雷管的电压和电流，引爆雷管的电压和电流分别经过信号调节电路进行信号调节后，由导线接入模数转换电路进行模数转换，转换的结果数据用光电隔离总线电路进行电气隔离后由数据总线输入运算处理装置中进行处理；(3)运算处理装置由计算机构成，计算机从数据总线上接收爆炸电流信号数据、爆炸电压信号数据和各个检波器的地震信号(井口信号)数据，计算确定雷管的爆炸时刻、各检波点的初至时刻，并计算出井口时间(τ值)和爆炸点深度，将所得数据用数据总线数据存储装置进行记录存储。
2、使用本发明的爆炸机装置获取精确井口时间的方法包含下述步骤(1)在地表距激发井口附近放置的井口检波器为三个或三个以上，布置在地理位置不同的三个或三个以上检波点上，形成一条多点检波测线，用来接收井下炸药爆炸激发的人工地震波，并将多个检波器输出的地震信号用导线接入爆炸机中的信号调节转换装置进行处理；(2)运算处理装置由计算机组成，用计算机软件实时分析处理由爆炸时刻确定装置处理的爆炸信号和经信号调节转换装置处理的多路地震信号，从而得到雷管的爆炸时刻和各检波点的初至时刻，并由此计算出井口时间和爆炸点的深度值，同时将有关的数据进行存储。
本发明具有以下优点(1)记录了与激发点位置(炮点)相关的局部区域的地质地层的地震数据，可用于表层构造分析，可以确定激发位置的爆炸点深度(2)可以精确地确定爆炸时刻，彻底消除爆炸延迟对井口时间(τ值)的影响；(3)可以精确地确定初至时刻，彻底消除初至时刻误差对井口时间(τ值)的严重影响；(4)本发明的显著优点还在于精确地获取了τ值和爆炸点深度，可以用于高精度静校正地震资料处理，彻底解决爆炸机井口时间(τ值)不准这一困扰地震勘探界长达几十年的难题，实现井口时间τ值用于地震资料处理的目的。
图1本发明的方法与装置的一种施工布置图，其中1爆炸机装置2地表层3激发井4雷管5炸药柱6检波器17检波器28检波器39炮线10检波器1信号线
11检波器2信号线12检波器3信号线D爆炸点深度H井深V传播速度R1检波器1距井口距离R2检波器2距井口距离R3检波器3距井口距离t1检波器1初至时间t2检波器2初至时间t3检波器3初至时间图2为本发明爆炸机中爆炸时刻确定装置示意图，其中13运算处理装置14雷管引爆装置15爆炸信号测量装置16高压导线A+17高压导线A-18高压导线B+19高压导线B-20爆炸信号数据总线图3本发明的爆炸机装置结构示意图，其中21高压输出接口插座22信号调节转换装置23地震信号输入接口插座24数据存储装置25通信接口插座26地震信号数据总线27内部地震信号连接线电缆28数据存储总线29内部通信接口信号电缆30机壳31检波器N图4本发明爆炸信号测量装置结构示意图，其中32测试信号注入电路33爆炸电流取样电路34爆炸电压取样电路35爆炸电流信号调节电路36爆炸电压信号调节电路37模数转换电路38光电隔离总线电路39爆炸电流信号线40爆炸电压信号线41电流信号线42电压信号线43模数转换电路数据输出总线下面结合附土图对本发明做进一步描述在图1中使用本发明的装置与方法，用于获取井口时间和爆炸点深度。在激发井(3)中放置有用做震源的炸药柱(5)和雷管(4)，雷管(4)安装在炸药柱(5)之中，由炮线(9)连接到爆炸机(1)的高压输出接口插座的HV+和HV-。
在地层(2)的地表面上安装了由至少三个检波器(6、7、8)构成的多点检波测线，测线上的所有检波器大致处于同一水平面上的一条直线上。每个检波点的检波器用信号线(10、11、12)与爆炸机(1)相连。距井口最近的检波器(6)与井口的距离(R1)小于1米，距井口最远的检波器(8)与井口之间的距离(R3)不大于井深(H)。
图2是本发明的爆炸时刻确定装置，由雷管引爆装置(14)、爆炸信号测量装置(15)和运算处理装置(13)构成。
雷管引爆装置(14)输出的高压由导线(16)和导线(17)连至爆炸信号测量装置(15)，由其输出的高压经导线(18)和导线(19)接至炮线(9)，由炮线(9)接至井下炸药柱中的雷管(4)。在放炮期间，雷管引爆装置(14)引爆雷管(4)的同时，爆炸信号测量装置(15)将放炮的电流和电压信号取出并转换为数字信号，经爆炸信号数据总线(20)送入运算处理装置(13)进行运算处理。
图3所示的井口时间获取装置，也就是本发明的爆炸机装置，能精确获取τ值并得到爆炸点深度值。整个装置由机壳(30)将内置的信号调节转换装置(22)、雷管引爆装置(14)、爆炸信号测量装置(15)、运算处理装置(13)和数据存储装置(24)以及高压输出接口插座(21)、地震信号输入接口插座(23)和通信接口插座(25)封装成为一个整体，形成一种新型的爆炸机。
高压输出接口插座(21)输出的高压电源，经炮线(9)连接到激发井(3)中的雷管(4)。放炮期间，雷管引爆装置(14)引爆雷管(4)后，雷管引爆激发井(3)中的炸药柱(5)，激发人工地震波。在引爆雷管(4)的放炮期间，爆炸信号测量装置(15)将放炮的电流和电压信号取出，经过信号调节后转换为数字信号，并经爆炸信号数据总线(20)送入运算处理装置(13)进行运算处理。
引爆炸药震源后激发的地震波传播到地表，由位于不同检波点位置的检波器1(6)、检波器2(7)、检波器3(8)……检波器N(31)构成的多点检波测线接收，检波器输出的信号经检波信号线连接到爆炸机(1)的地震信号输入接口插座(23)，经内部地震信号连接线电缆(27)连接到信号调节转换装置(22)，对每一个检波器输出的地震信号进行信号调节后，将每一个检波器输出的模拟地震信号分别转换为数字地震信号，结果数据由数据总线(26)送入运算处理装置(13)中进行处理。
运算处理装置(13)将得到的各种数据由总线(28)输出到数据存储装置(24)中进行存储，必要时，通过内部通信接口信号电缆(29)将数据传输到通信接口插座(25)上，由连接在插座(25)的通信设备传输到远端的主机进行记录存储。
图4是本发明的爆炸信号测量装置(15)，由测试信号注入电路(32)、爆炸电流取样电路(33)、爆炸电压取样电路(34)、爆炸电流信号调节电路(35)、爆炸电压信号调节电路(36)、模数转换电路(37)和光电隔离总线电路(38)构成。
放炮期间，雷管引爆装置(14)中高压储能电容的两极分别与导线(16)和导线(17)接通，在导线(16)和导线(17)之间的输出几百伏的高压。与此同时，测试信号注入电路(32)在导线(17)和导线(19)之间注入了正弦测试信号。由于爆炸电流取样电路(33)中串联在导线(16)到导线(18)之间的电阻很小，故在导线(18)和导线(19)之间电压信号为雷管引爆装置(14)输出的高压信号加上测试信号注入电路(32)输出的正弦测试信号。爆炸电流取样电路(33)把导线(16)到导线(18)之间流过的电流信号取出，变换为电压型的信号经信号线(39)输入到爆炸电流信号调节电路(35)中进行信号调节，然后经信号线(41)接至模数转换电路(37)。导线(16)和导线(19)之间的电压信号由爆炸电压取样电路(34)取出，经信号线(40)接至爆炸电压信号调节电路(36)中进行信号调节，然后经信号线(42)接至模数转换电路(37)。模数转换电路(37)将模拟的爆炸电流信号和爆炸电压信号转换为数字信号，由数据总线(43)接至光电隔离总线电路(38)进行光电隔阂后，由总线(20)输出到运算处理装置(13)中进行计算处理。
支持运算处理装置(13)的计算机软件完成如下运算过程在放炮期间，运算处理装置(13)用计算机软件实现一种数字信号处理(DSP)算法，根据雷管爆炸时的阻抗突变性和系统的不稳定性，实时分析处理爆炸电流信号数据和爆炸电压信号数据，计算出雷管爆炸的时刻。雷管爆炸的时刻确定后，立即通过数据存储装置将爆炸时刻(TB时刻)传输到远端的主机进行记录存储。
爆炸时刻的确定是用下述处理方法和流程来实现的在放炮期间，爆炸信号测量电路(15)测到的电压信号ν，是由三个部分组成的，一部分是雷管引爆装置(14)中高压电容上输出的电压信号νh，另一部分是由测试信号注入装置(32)注入的正弦信号νt，第三部分是干扰信号。同理，爆炸信号测量电路(15)测到的电流信号i，也是由三个部分组成的，一部分是雷管引爆装置(14)中高压电容引起的电流信号ih，另一部分是测试信号注入装置(32)引起的电流信号it，第三部分是干扰信号。定义雷管及炮线的总阻抗Z=iv]]>运算处理装置(13)通过上述公式计算雷管(4)及炮线(9)的总阻抗，得到一条阻抗曲线，但这条阻抗曲线受引爆雷管所产生的高压脉冲的影响，存在很大的噪声。要从这条阻抗曲线中把噪声剔除，就要使用测试信号。由于测试信号注入装置(32)的内阻和测试信号的频率是已知的，就可以数字滤波算法(比如X-11方法)将电流信号和电压信号都分解为三个部分的分量1、趋势部分分量；2、周期部分分量；3、不规则部分分量。
由爆炸电压信号和爆炸电流信号的周期部分分量，提取与测试信号频率相同的成分νt和it，就能够大致确定一条阻抗曲线。分析这条阻抗曲线，找到曲线上阻抗剧烈变化的时间段，就能够精确地确定出雷管的爆炸时刻。
放炮期间之后，运算处理装置(13)用计算机软件实现一种人工智算法，实时分析处理各个检波点的地震信号(井口信号)数据。根据初至波的能量特征、频率特征和相位特征，在准确可靠识别出初至波到达时，精确计算提取出初至波的初至时刻。计算出离井口最近的检波点的初至时刻后，计算出井口时间(τ值)，并立即通过数据存储装置将τ值传输到远端的主机进行记录存储。计算出τ值后，运算处理装置继续计算其余各检波点的初至时刻，得到各个检波点的初至时刻后，利用多点检波法计算爆炸点深度的一组数学公式，计算出爆炸点的深度值。最后，利用数据存储装置存储爆炸电流信号、爆炸电压信号和各个检波点井口信号的原始数据，以及爆炸点的深度值、炮点桩号、放炮时间等相关的数据。
初至时刻的确定是用下述处理方法和流程来实现的计算机软件首先对地震信号进行滤波处理和漂移校正处理，然后对信号作4ms平均能量计算，采用4ms长度的时窗进行平均能量计算，可以有效地压制干扰信号。平均能量曲线中大于能量门槛值的第一个峰值点对应的时刻，指示和标识了初至波的首个半波振动，可以大大减少提取初至时刻的计算量。令4毫秒时间内所有样本等于ADC满刻度10％所具有的平均能量值作为能量门槛。用平均能量曲线来确定初至波的达到，其方法是在首个大于能量门槛的平均能量值出现后，如果其后的4毫秒中，每一时刻的平均能量均大于门槛值，且为增长趋势，即可认定初至波到达。
初至波到达后，利用平均能量曲线第一个峰值点对应的时刻Ts，在地震信号曲线上由Ts时刻点向前计算，取计算时窗为最大15毫秒，即最多由Ts点向前计算15毫秒，初至时刻必定存在于这一时间窗口之内。为了在这个15毫秒的最大时窗内精确提取初至时刻，用计算机软件实现一种人工智能算法，比如综合局部平稳AR模型、n次抛物线回归分析模型和X-11滤波算法。平滑这一时段信号曲线后，求取初至波的起跳时刻，即初至时刻。由于采样频率高达100KHz，故这种采用人工智能算法的初至时刻识别方法具有较高精度，可高达±0.1毫秒。
计算出离井口最近的检波器的初至时刻后，就可以利用爆炸时刻计算出井口时间井口时间=初至时刻-爆炸时刻。得到井口时间后就立即传输到远端的主机进行记录存储。
接下来，运算处理装置继续计算其余各检波点的初至时刻，计算出全部检波点的初至时刻后，用爆炸时刻和各检波点的初至时刻计算出各个检波点的传播时间，然后利用下述的多点检波法测量爆炸点深度的公式计算出爆炸点的深度。
参照图1，设地震波由爆炸点直接传播到每个检波点的传播时间分别为t1、t2、t3，并假设在R3范围内地层的速度V各向同性，则可用下列方程组求解爆炸点深度t1t2=D2+R12D2+R22]]>t1t3=D2+R12D2+R32]]>t2t3=D2+R22D2+R32]]>R1、R2、R3根据施工条件设定，t1、t2、t3由初至时刻和爆炸时刻计算获得，最后由方程组可分别解出三个深度值D’、D”和D，取三个深度值的平均值作为D的期望值，即 ，上述求解D的方法即是多点检波法测量爆炸点深度的三点检波计算方法。
对于四点检波，则用如下方程组求解爆炸点深度t1t2=D2+R12D2+R22]]>t1t3=D1+R12D2+R32]]>t1t4=D2+R12D2+R42]]>t2t3=D2+R22D2+R32]]>t2t4=D2+R22D2+R42]]>t3t4=D2+R32D2+R42]]>由以上方程组可分别解出六个深度值，取它们的平均值作为D的期望值。
当检波点为四点以上时，多点检波法测量爆炸点深度的计算公式，可以由上述三点检波和四点检波的公式顺推。对于有n个检波点时，可以解出C2n个深度值，用下述公式对C2n个深度值取其平均值作为D的期望值。D=1C2nΣi=1C2nDi]]>由计算机软件支持上述的运算过程，达到使用多点检波法测量爆炸点深度的目的。
权利要求
1．一种爆炸机精确井口时间的获取方法，由井口检波器、信号调节转换装置、雷管引爆装置、爆炸时刻确定装置、运算处理装置和数据存储装置六部分组成，其特征在于①在地表距激发井口附近放置的井口检波器(6、7、8)为三个或三个以上，布置在地理位置不同的三个或三个以上检波点上，形成一条多点检波测线，用来接收井下炸药爆炸激发的人工地震波，并将多个检波器输出的地震信号用导线(10、11、12)送入爆炸机装置(13)中的信号调节转换装置进行处理；②运算处理装置(13)由计算机组成，用计算机软件实时分析处理由爆炸信号测量装置(15)处理的爆炸信号和经信号调节转换装置处理的多路地震信号，从而得到雷管的爆炸时刻和各检波点的初至时刻，并由此计算出井口时间和爆炸点的深度值，同时将有关的数据进行存储。
2．根据权利要求1所述的爆炸机精确井口时间获取方法，其特征在于爆炸时刻的确定通过以下步骤实现①在引爆炸药震源的放炮电路中设有测量引爆雷管的电压和电流的爆炸信号测量装置(15)，将放炮电路的电流信号(39)和电压信号(40)取出，分别经过信号调节电路(35,36)进行信号调节后，再送至模数转换电路(37)转换为数字信号，转换结果通过光电隔离总线电路(38)进行光电隔离后，经数据总线(20)输入运算处理装置(13)中进行处理；②在引爆炸药震源的放炮电路中设有测试信号注入电路(32)，测试信号注入电路(32)在引爆雷管的放炮期间，向雷管(4)施加一个正弦波测试信号，叠加在引爆雷管的高压电源上；③在运算处理装置(13)中使用计算机软件实现一种数字信号处理算法，根据雷管爆炸时的阻抗突变性和系统的不稳定性，实时分析处理爆炸电流信号数据和爆炸电压信号数据，计算确定出雷管爆炸的时刻。
3．根据权利要求1所述的爆炸机精确井口时间获取方法，其特征在于用来检测爆炸点深度的多点检波测线，使用三个或三个以上检波器组成，其特征在于测线按如下方法布置检波点①离井口最远的检波点距井口的距离不大于激发井的井深；②离井口最近的检波点距井口的距离小于1米；③各个检波点大致处于同一个水平面上的一条直线上。
4．一种获取精确井口时间的爆炸机装置，由机壳及内置的信号调节转换装置、雷管引爆装置、爆炸时刻确定装置、运算处理装置和数据存储装置几个主要部分组成，其特征在于①在信号调节转换装置(22)中，使用三个或三个以上的地震信号调节电路，分别对各检波器输出的地震信号进行信号调节处理后，由导线接入模数转换装置进行模数转换，转换得到的数据通过数据总线(26)接入运算处理装置(13)中进行处理；②爆炸时刻确定装置由爆炸信号测量装置(15)和运算处理装置(13)组成。爆炸信号测量装置(15)测量引爆雷管的电压和电流，引爆雷管的电压和电流分别经过信号调节电路(35,36)进行信号调节后，由导线接入模数转换电路(37)进行模数转换，转换的结果数据用光电隔离总线电路(38)进行电气隔离后由数据总线(20)送入运算处理装置(13)中进行处理；③运算处理装置(13)由计算机构成，计算机从数据总线上接收爆炸电流信号数据、爆炸电压信号数据和各个检波器的井口地震信号数据，计算确定雷管的爆炸时刻、各检波点的初至时刻，并计算出井口时间(τ值)和爆炸点深度，将所得数据用数据总线连至存储装置(24)进行记录存储。
全文摘要
本发明涉及一种地震勘探中爆炸机精确井口时间获取方法与装置。在地表距激发井口附近放置的井口检波器为三个或三个以上,用来接收井下炸药爆炸激发的人工地震波,并将多个检波器输出的地震信号用导线接入爆炸机中进行的信号调节转换,用计算机软件实时分析处理由爆炸时刻确定装置处理的爆炸信号和经信号调节转换装置处理的多路地震信号,从而得到雷管的爆炸时刻和各检波点的初至时刻,并由此计算出井口时间和爆炸点的深度值,同时将有关的数据进行存储。本发明可精确地获取井口时间和爆炸点深度值,使其有效的用于高精度静校正地震资料处理。
文档编号G01V1/26GK1325030SQ0010747
公开日2001年12月5日 申请日期2000年5月18日 优先权日2000年5月18日
发明者彭树林, 赵伟卫, 王立新, 刘小喜 申请人:中国石油化工股份有限公司中原油田分公司