Investigation of Time-Lapse Changes with DAS Borehole Data at the Brady Geothermal Field Using Deconvolution Interferometry

摘要

分布式声波传感（DAS）在监测自然资源储层和井筒条件方面具有巨大潜力。然而，数据量大且波场复杂，给处理和解释带来挑战。本研究展示了基于反褶积的地震干涉法是分析复杂波场的便捷工具，并指出该方法仍需要良好的耦合以提取目标信号。我们从内华达州Brady地热田一口垂直井的DAS观测中提取了相干波，这些波为在某一深度区间内来回反射的“缆绳/套管振铃”波。这种振铃现象在垂直井DAS数据中十分常见。反褶积方法使我们可以在不同边界条件下分析波场，并分离直达波与多次波。借此，我们可用简单的一维弦模型解释波场，并监测其随时间的变化。该波的速度随深度、观测时间、温度和压力而变化，对井内运行强度增加引起的扰动敏感，且随温度升高而降低。频谱分析可将振铃波分解为不同振动模态，发现波具有频散性，基阶模态传播速度较高。该干涉法可用于利用高密度DAS数据监测井筒条件或储层性质变化。

相关研究的重要性

1. DAS在井中监测中的潜力
   DAS具备耐高温、耐腐蚀、空间采样密集和成本低等优势，适用于地热、油气等极端环境下的长期井中监测。

2. 复杂波场解释瓶颈
   井中DAS数据常受“振铃”波、光学噪声、流体扰动等影响，波场复杂，传统方法难以有效提取目标信号。

3. 时移监测需求
   储层开发过程中需要连续、无源、低成本的手段监测井筒或储层性质变化，DAS具备此潜力但缺乏有效解释框架。

前人研究及不足

本文使用的数据

本文采用的方法

1. 反褶积地震干涉法
2. 将某一深度通道作为“虚拟震源”，对其余通道做频域反褶积，提取相干波场。

3. 可修改边界条件，分离直达波与多次波，简化波场解释。

4. 一维弦模型（Model 1 & Model 2）

5. Model 1：两端反射器+两端震源，解释主要振铃波。

6. Model 2：增加中部反射器与局部震源，解释复杂结构响应。

7. 时移速度分析

8. 每小时叠加反褶积波场，拾取直达波走时，计算速度变化。

9. 分析速度与深度、时间、温度、压力的关系。

10. 简正模态分析

11. 提取振铃波的频散特性，识别基阶与高阶模态，计算频散曲线。

本文研究结果

1. 振铃波机制明确
2. 振铃波为缆绳或套管中传播的P波，速度约3600–5000m/s，接近钢材Vp（5000–5250m/s）。

3. 波场对称性要求至少两个震源同时存在，震源强度差异决定因果/非因果能量分布。

4. 速度对温度敏感

5. 速度随温度升高而降低，斜率为−17.1 m/s/°C，远高于纯钢材实验室值（−0.5 m/s/°C），提示缆绳或套管在高温下响应异常。

6. 速度对井内扰动敏感

7. 初期压力骤降引发井内沸腾扰动，速度从4100 m/s跃升至4700 m/s，表明振铃波对井筒状态变化敏感。

8. 频散特性清晰

9. 振铃波可分解为间隔约18Hz的多个模态，高阶模态速度低于基阶，呈负频散关系。

10. 深层信号提取受限

11. 200m以下仅在主动源振动期间提取到地层传播波（Vp≈2100 m/s，Vs≈1100 m/s），但信噪比低，时移分析受限。

本文创新之处与贡献

本文不足与未来方向

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