【摘 要】
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分布式声传感（DAS）作为一种新型的光纤传感技术具有成本低、鲁棒性好、抗电磁干扰强等天然优势,在石油工业的各个领域都得到了广泛应用,并在井中地震勘探方面取得了大量实质性突破。然而,实际采集的DAS地震资料存在大量与仪器设备以及光纤耦合相关的噪音,且噪音特征与形成机理尚不清晰,开展DAS井中地震信号检测数值模拟研究对提高DAS资料信噪比及资料处理具有重要现实意义。本文针对DAS资料面临强烈噪音干扰的
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分布式声传感（DAS）作为一种新型的光纤传感技术具有成本低、鲁棒性好、抗电磁干扰强等天然优势,在石油工业的各个领域都得到了广泛应用,并在井中地震勘探方面取得了大量实质性突破。然而,实际采集的DAS地震资料存在大量与仪器设备以及光纤耦合相关的噪音,且噪音特征与形成机理尚不清晰,开展DAS井中地震信号检测数值模拟研究对提高DAS资料信噪比及资料处理具有重要现实意义。本文针对DAS资料面临强烈噪音干扰的问题,在不考虑光纤耦合与背景压力、温度的条件下,基于光纤瑞利背向散射干涉理论,建立了DAS井中地震数学模型,开展了DAS井中地震信号检测数值模拟,详细阐述了DAS光纤信号与地震信号转换机理及其影响因素,深入讨论了脉冲宽度、震源强度、光纤空间采样间隔对DAS有效信号与噪音的影响,在此基础之上明确了相对较大的脉冲宽度及光纤空间采样间隔可有效提高DAS资料信噪比。通过地震波传播数值模拟实现了对DAS资料中典型耦合噪音的模拟,并结合实际资料对耦合噪音特点进行了深入探讨,明确了DAS资料耦合噪音的特点与产生机制,为DAS资料处理提供了依据。针对DAS直光纤仅对光纤轴向应变敏感的问题进行了深入研究,阐述了基于螺旋光纤的DAS多分量地震波信号恢复方法,根据螺旋光纤的几何数学关系建立了DAS螺旋光纤数学模型,构建了螺旋光纤轴向应变与地震波应变之间的映射关系,并建立三维DAS井中地震模型,采用多根不同角度的螺旋光纤开展了DAS多分量地震波信号恢复数值模拟,实现了由DAS信号到多分量地震波信号的恢复,表明了基于多根不同角度螺旋光纤的DAS多分量地震波信号恢复的理论与模拟方法是正确可行的。针对DAS井中时移地震,对光纤井下不同安装方式（套管外、油管外）下信号损失情况进行了模拟与分析,通过达西定律渗流偏微分方程与Gassmann流体替换理论的结合,开展了DAS井中时移地震监测模拟,分析不同时间的DAS地震响应的差异,展示了DAS在井中时移地震监测领域独特的优势和良好的发展前景。
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