塔河油田高精度三維地震采集參數(shù)優(yōu)化研究

徐 穎

(中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京211103)

塔河油田奧陶系儲層以溶孔、溶洞、裂隙為主,非均質(zhì)性強(qiáng)[1]。縫洞型儲層的預(yù)測識別對地震資料信噪比、分辨率以及成像質(zhì)量的要求很高。而且,隨著塔河老區(qū)開發(fā)難度不斷加大,對于縫洞型儲層預(yù)測的精度要求也越來越高。不斷提高地震資料的分辨率和信噪比,提升資料對小規(guī)?？p洞體、微幅構(gòu)造的識別能力,對于尋找和開發(fā)更多的剩余油藏具有重要意義。截至目前,塔河油田已經(jīng)進(jìn)行了兩塊高精度三維地震資料的采集。研究表明,高覆蓋次數(shù)、小面元高精度采集可提高地震資料的信噪比和分辨率,增強(qiáng)地震資料對薄砂體及低幅構(gòu)造的分辨能力,提高小縫洞體成像精度。但高覆蓋次數(shù)、小面元高精度采集成本太高,在滿足勘探開發(fā)需求的情況下,降低采集成本,實現(xiàn)利益最大化,是目前該區(qū)勘探開發(fā)人員努力追求的一個目標(biāo)。

一般而言,面元大小根據(jù)最高無混疊頻率、橫向分辨率、目標(biāo)地質(zhì)體的大小等確定。面元覆蓋次數(shù)及其均勻性、面元內(nèi)炮檢距分布及炮檢線方位角分布的均勻性等,是評價三維觀測系統(tǒng)優(yōu)劣的主要指標(biāo),也是觀測系統(tǒng)優(yōu)化的技術(shù)目標(biāo)[3-5]。對于地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜地區(qū)的勘探目標(biāo),應(yīng)用照明分析和雙聚焦分析等技術(shù)進(jìn)行局部區(qū)域和局部目標(biāo)的采集設(shè)計[5-7]。實際上,三維觀測系統(tǒng)設(shè)計還應(yīng)綜合考慮采集成本、地質(zhì)任務(wù)和數(shù)據(jù)處理方法等,不同的地質(zhì)任務(wù)和處理要求,對應(yīng)不同的采集參數(shù)[7-9]。就數(shù)據(jù)處理而言,不同處理環(huán)節(jié)對采集參數(shù)也有不同的要求。如速度分析和多次波壓制,要求有足夠大的炮檢距和面元內(nèi)炮檢距分布的均勻性；層析靜校正計算要求有足夠的炮點、檢波點密度；隨機(jī)噪聲壓制、剩余靜校正量計算和信噪比提高都要求有足夠的覆蓋次數(shù)；疊后偏移歸位要求有足夠小的空間采樣；疊前偏移要求炮檢距和方位角分布均勻等等。在不考慮采集成本的情況下,采集覆蓋次數(shù)越高,面元越小,方位角越寬,空間分布越均勻,越有利于提高復(fù)雜小斷塊的刻畫能力、巖性圈閉的預(yù)測能力和小尺度孔縫洞的描述精度[5]。正演模型已證實,采集面元越小,縫洞異常體反射能量越強(qiáng)[2]。小空間采樣有利于提高溶洞成像精度,但是采樣間隔并非越小越好,因為溶洞成像縱向分辨率與激發(fā)主頻關(guān)系密切,與空間采樣間隔無關(guān)。溶洞橫向分辨率與空間采樣間隔和子波主頻有關(guān)[10],但塔河油田奧陶系埋深較大,面元小到一定程度后,資料品質(zhì)的提高有限?？紤]到地震勘探實際分辨能力和性價比,對采集參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是非常必要的。

我們以塔河油田重點油氣生產(chǎn)區(qū)塊的高精度三維采集試驗區(qū)(以下簡稱試驗區(qū))實際資料為基礎(chǔ),進(jìn)行不同面元和覆蓋次數(shù)的室內(nèi)組合處理試驗與分析,提出主要針對塔河油田縫洞型儲層的采集參數(shù)優(yōu)化方案,為塔河油田大面積高精度采集以及類似地區(qū)采集方案設(shè)計提供參考。

1 理論基礎(chǔ)

觀測系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)包括面元大小、覆蓋次數(shù)和炮檢距等。面元大小主要根據(jù)縱、橫向分辨率的要求,結(jié)合地質(zhì)體大小來確定。高精度三維地震采集觀測系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循“四小、一大、一均衡”的原則,即小面元、小線距、小炮排距、小滾動線距，大縱橫比及均衡的縱、橫向覆蓋次數(shù)[11-12]。理論上面元的設(shè)計要考慮目標(biāo)地質(zhì)體大小、最高無混疊頻率以及橫向分辨率要求,根據(jù)波場延拓偏移理論,要分辨橫向尺度為L的地質(zhì)異常體,成像面元大小應(yīng)小于目標(biāo)地質(zhì)體尺度的1/2,同時滿足偏移無假頻條件。成像面元邊長a要滿足下列關(guān)系:

其中,fmax為最高有效頻率,vint為地層速度。

塔河地區(qū)奧陶系速度在4400～4800m/s,最高有效頻率在55～60Hz,成像面元在20m×20m以內(nèi)比較好。

塔河油田實際資料證實,信噪比隨覆蓋次數(shù)的增大而提高,但是縱向分辨率與面元大小和覆蓋次數(shù)無關(guān),橫向分辨率與面元大小和子波主頻有關(guān),小空間采樣間隔有利于提高縫洞成像的精度,但是空間采樣間隔并非越小越好,在滿足一定條件后,減小空間采樣間隔并不能無限提高縫洞成像的橫向分辨率[10]。

2 試驗與分析

對試驗區(qū)現(xiàn)有三維高精度采集資料進(jìn)行室內(nèi)相同面元大小不同覆蓋次數(shù)、不同面元大小相同覆蓋次數(shù)的組合處理試驗,研究其在滿足勘探目標(biāo)要求的前提下性價比較高的面元大小和覆蓋次數(shù),在勘探成本和開發(fā)效益之間找到一個平衡點,提出優(yōu)化的觀測系統(tǒng)方案。

2.1 原始觀測系統(tǒng)分析

試驗區(qū)高精度采集觀測系統(tǒng)采用32線17炮374道面元可細(xì)分的觀測方式(圖1),最大非縱距為4192.5m,縱向最大偏移距5729.0m,橫縱比為0.75。

該觀測系統(tǒng)具有覆蓋次數(shù)高、橫縱比大、偏移距大、方位角均勻等特點,炮線距不等于道間距的整數(shù)倍數(shù),接收線距不等于炮點距的整數(shù)倍數(shù),是一種可細(xì)分為7.5m×7.5m面元的觀測系統(tǒng)[11-12],能滿足對覆蓋次數(shù)和面元大小進(jìn)行退化試驗的要求。通過分析覆蓋次數(shù)和面元大小的變化對疊加、疊后偏移、特別是疊前偏移等處理效果的影響,來尋求適合塔河地區(qū)的地震采集最佳面元大小和覆蓋次數(shù),在實現(xiàn)塔河地區(qū)高精度勘探目標(biāo)的前提下,節(jié)約采集成本,提高性價比。

圖1 觀測系統(tǒng)模板(a)及玫瑰圖屬性(b)

2.2 試驗觀測系統(tǒng)構(gòu)建

針對試驗區(qū)高精度三維采集觀測系統(tǒng)的特點,構(gòu)建2組共5個試驗觀測系統(tǒng)(表1)。第1組觀測系統(tǒng)由表1中的G0,G1和G2組成,用于覆蓋次數(shù)試驗,對比分析相同面元(15m×15m)、不同覆蓋次數(shù)(352次、176次、88次等)的處理效果,確定塔河油田最佳覆蓋次數(shù)。其中G0觀測系統(tǒng)是原始觀測系統(tǒng),基本面元15m×15m。G1和G2觀測系統(tǒng)是G0的子系統(tǒng)。G1是176次疊加的子系統(tǒng),炮點縱向(炮排)二抽一,檢波點不變,即將炮線距從255m變成510m。G2是在G1基礎(chǔ)上繼續(xù)抽稀,在炮點縱向(炮排)二抽一的基礎(chǔ)上,檢波點橫向(接收線)二抽一,即構(gòu)成炮線距和接收線距均為510m的觀測系統(tǒng)。

表1 試驗區(qū)原始觀測系統(tǒng)和試驗觀測系統(tǒng)對比

第2組觀測系統(tǒng)由表1中的G2,G3和G4構(gòu)成,用于面元大小試驗,對比分析不同面元(分別為7.5m×7.5m,15m×15m,30m×30m)、相同覆蓋次數(shù)(88次)的處理效果,確定塔河油田最佳采集面元大小。G3與G0的觀測參數(shù)完全相同,只是G3采用了細(xì)分面元7.5m×7.5m。G4以原始觀測系統(tǒng)G0為基礎(chǔ),在炮點縱向(炮線)二抽一的基礎(chǔ)上再在橫向上二抽一,接收點在橫向(接收線)二抽一的基礎(chǔ)上再在縱向二抽一,即構(gòu)成炮線距510m,炮點距60m,接收線距510m,接收點距60m的觀測系統(tǒng)。

分析表明,和G0(原始)觀測系統(tǒng)一樣,各種試驗觀測系統(tǒng)(G1～G4)的主要屬性參數(shù),如覆蓋次數(shù)、偏移距與方位角分布等，都具有很好的均勻性。各試驗觀測系統(tǒng)屬性參數(shù)的均勻性保證了試驗處理結(jié)果的說服力和現(xiàn)實意義。

2.3 試驗處理與分析流程

試驗處理與分析流程如圖2所示,大致分成精細(xì)的預(yù)處理和觀測系統(tǒng)試驗兩部分。預(yù)處理是針對G0觀測系統(tǒng)(15m×15m面元、352次覆蓋)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的處理參數(shù)和流程測試。包括①精細(xì)的層析靜校正,解決中長波長靜校正問題；②分頻迭代地表一致性剩余靜校正,解決短波長靜校正問題；③利用分頻自適應(yīng)面波壓制技術(shù)壓制面波；④十字交叉域3D-FKK技術(shù),去除低頻相干噪聲；⑤利用AAA去噪技術(shù)剔除人文干擾和大鉆干擾等；⑥球面擴(kuò)散補(bǔ)償和地表一致性能量補(bǔ)償,解決能量不一致性問題；⑦地表一致性反褶積和預(yù)測反褶積等,拓寬頻帶,提高主頻,解決由于激發(fā)、接收引起的頻率不一致性問題；⑧剩余靜校正與速度分析多次迭代,在提高高頻剩余靜校正精度的同時建立起用于疊加和疊后偏移試驗的速度場。對經(jīng)上述精細(xì)預(yù)處理后的全部疊前數(shù)據(jù)進(jìn)行15m×15m面元的疊前時間偏移和速度分析多次迭代,建立準(zhǔn)確的疊前時間偏移速度場,應(yīng)用這個速度場對所有子觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊前時間偏移。

圖2 參數(shù)優(yōu)化處理與分析流程

對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)依據(jù)表1中的各種試驗觀測系統(tǒng)(G0,G1,G2,G3和G4)進(jìn)行分選；對分選后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行疊加、疊后偏移及疊前時間偏移處理與分析。

2.4 試驗處理結(jié)果分析

2.4.1 相同面元、不同覆蓋次數(shù)效果對比

利用面元均為15m×15m,不同覆蓋次數(shù)(表1中的G0,G1,G2觀測系統(tǒng))的數(shù)據(jù),從疊加、疊后偏移、疊前時間偏移3個方面進(jìn)行分析對比。圖3是不同覆蓋次數(shù)(88次、176次、352次)、相同處理流程和參數(shù)的疊加結(jié)果,可以看出:隨著疊加次數(shù)增大,信噪比有所提高,特別是奧陶系的繞射波能量有所增強(qiáng)。

為得到覆蓋次數(shù)與信噪比的關(guān)系圖,在表1的基礎(chǔ)上增加覆蓋次數(shù)為99,121,143,165等的子觀測方式,其抽取方式是在G1的基礎(chǔ)上,減少排列線條數(shù)。圖4是奧陶系目的層段疊后偏移剖面信噪比與覆蓋次數(shù)關(guān)系圖。由圖4可見:當(dāng)覆蓋次數(shù)低于88次時,信噪比較低；此后隨著覆蓋次數(shù)增大,信噪比增高,但當(dāng)覆蓋次數(shù)達(dá)到140次后,信噪比增速變緩。疊加和疊后偏移結(jié)果的信噪比隨覆蓋次數(shù)變化的特征基本一致。

圖5為疊前時間偏移效果對比圖。由圖5可見:覆蓋次數(shù)對信噪比有一定影響,總體上看,覆蓋次數(shù)高則信噪比高。但是這些信噪比的差異不如疊加和疊后偏移那么大,主要原因是影響疊前偏移效果的主要因素是偏移距分布的均勻性與速度場精度,而在抽取的3種不同覆蓋次數(shù)(88次、176次、352次)的子觀測系統(tǒng)中,覆蓋次數(shù)和偏移距分布都是均勻的,采用了準(zhǔn)確的疊前時間偏移速度場。圖6是疊前時間偏移水平切片對比圖。由圖6 可以看到,不同覆蓋次數(shù)對河道和小斷裂的刻畫精度還是有所差異的,352次覆蓋的疊前偏移對小斷裂和河道的刻畫最清晰,176次覆蓋稍差但差距很小,而88次覆蓋的差距則比較明顯。

圖3 15m×15m面元88次(a)、176次(b)和352次(c)疊加剖面對比

圖4 15m×15m面元疊后偏移信噪比與覆蓋次數(shù)的關(guān)系

2.4.2 相同覆蓋次數(shù)不同面元處理效果對比

對覆蓋次數(shù)均為88次,面元分別為7.5m×7.5m,15m×15m,30m×30m的3個觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)(表1中G2,G3和G4觀測系統(tǒng)),分別從疊加、疊后偏移、疊前偏移3個方面進(jìn)行對比分析。

圖5 15m×15m面元88次(a)、176次(b)和352次(c)覆蓋疊前偏移剖面對比

圖6 15m×15m面元88次(a)、176次(b)和352次(c)覆蓋疊前偏移水平切片對比

從疊加效果看,7.5m×7.5m面元信噪比最高,30m×30m面元信噪比偏低。疊后偏移結(jié)果也表現(xiàn)出同樣的差異。在對縫洞體表現(xiàn)能力方面,7.5m×7.5m面元的剖面上“串珠”反射能量強(qiáng)、聚焦性好；15m×15m面元與7.5m×7.5m面元的剖面上串珠數(shù)量基本相當(dāng),但能量稍弱；而30m×30m面元的剖面上“串珠”反射能量弱、數(shù)量少,剖面信噪比偏低,縫洞體成像精度差。在斷面刻畫能力方面,7.5m×7.5m面元與15m×15m面元基本相當(dāng),15m×15m面元的信噪比稍低；30m×30m面元的斷面刻畫不清,信噪比明顯降低。不同大小面元、相同覆蓋次數(shù)的疊加和疊后偏移結(jié)果對比表明,7.5m×7.5m面元效果最好,15m×15m面元稍次之,30m×30m面元最差。

疊前時間偏移效果是我們需要考慮的重點。圖7是將不同面元的疊前時間偏移結(jié)果內(nèi)插成15m×15m面元后的對比結(jié)果,其中7.5m×7.5m和15m×15m面元的剖面對小縫洞體的刻畫能力差別不大,成像都較好,15m×15m面元的刻畫能力稍弱,信噪比也低一些；30m×30m面元的信噪比非常低,奧陶系內(nèi)部“蚯蚓化”嚴(yán)重,“串珠”反射能量弱、數(shù)量少。圖8為相應(yīng)的水平切片對比圖,從圖8可以清楚地看到:不同面元的疊前偏移對于河道以及小斷裂的刻畫有較大差異,7.5m×7.5m面元的河道清晰,15m×15m面元次之,30m×30m面元的河道很難追蹤(圖8中紅色虛線圈內(nèi))；對于東南-西北方向的斷裂,3種面元基本都能刻畫,但是7.5m×7.5m面元最清晰；對于東北-西南方向的次級小斷裂,30m×30m面元基本不能刻畫,7.5m×7.5m面元刻畫清晰,15m×15m面元可以大致看到基本分布情況,但如果把15m×15m面元的疊加次數(shù)增加到176次(圖6b),則該組小斷裂刻畫非常清晰,與7.5m×7.5m面元相當(dāng)。

圖7 88次覆蓋7.5m×7.5m(a)、15m×15m(b)、30m×30m(c)面元疊前偏移剖面對比

圖8 88次覆蓋7.5m×7.5m(a)、15m×15m(b)、30m×30m(c)面元疊前偏移水平切片對比

以上試驗與分析結(jié)果表明,在覆蓋次數(shù)相同的情況下,面元過大會降低信噪比及小地質(zhì)體的成像精度。在信噪比方面,7.5m×7.5m和15m×15m面元信噪比較高,而30m×30m面元的信噪比明顯偏低；在成像精度方面,7.5m×7.5m面元的成像精度最高,15m×15m面元次之但與7.5m×7.5m面元的差異不大,30m×30m面元較差；在作為縫洞標(biāo)志的“串珠”反射數(shù)量方面,7.5m×7.5m和15m×15m面元的“串珠”反射數(shù)量基本相同但能量稍有差異,30m×30m面元的“串珠”反射能量弱、數(shù)量少、邊界不清晰。

通過覆蓋次數(shù)均為88次的不同面元大小、相同覆蓋次數(shù)的試驗分析,得出了整體處理效果(信噪比、分辨率、“串珠”反射數(shù)量與清晰度以及河道刻畫能力等)隨面元大小的變化規(guī)律,即15m×15m面元的效果稍遜于7.5m×7.5m面元,但遠(yuǎn)優(yōu)于30m×30m面元。15m×15m面元88次覆蓋的效果雖然稍遜于7.5m×7.5m面元88次覆蓋,但在將覆蓋次數(shù)增加到176次以后,15m×15m面元的效果和7.5m×7.5m面元相當(dāng)。增加30m×30m面元的覆蓋次數(shù)可以使偏移結(jié)果的信噪比有所提高,但是對小地質(zhì)體的刻畫能力還是有限,因為導(dǎo)致“串珠”反射數(shù)量與質(zhì)量下降的首要原因是面元過大。

2.5 認(rèn)識與建議

通過試驗區(qū)高精度三維地震資料的不同觀測系統(tǒng)參數(shù)退化處理試驗分析,得出以下認(rèn)識:

1) 根據(jù)相同面元、不同覆蓋次數(shù)的試驗結(jié)果,信噪比和縫洞體成像精度與覆蓋次數(shù)皆呈正相關(guān)關(guān)系,兩者皆隨覆蓋次數(shù)的增大而提高,但覆蓋次數(shù)達(dá)到一定程度后,信噪比提高受限,且縫洞體響應(yīng)的能量和數(shù)量也不再變化。從經(jīng)濟(jì)效益和目前的采集處理技術(shù)分析,如果只考慮偏移成像和疊后預(yù)測,本工區(qū)覆蓋次數(shù)在120～160次即可達(dá)到要求。

2) 根據(jù)相同覆蓋次數(shù)、不同面元的試驗結(jié)果,采集面元越小,縫洞成像精度越高，但塔河油田奧陶系埋深較大,主頻較低,面元小到15m×15m以后,資料品質(zhì)的提高受限。成像結(jié)果雖然是7.5m×7.5m比15m×15m面元的信噪比高,但是“串珠”反射的數(shù)量并沒有增多。當(dāng)15m×15m面元的覆蓋次數(shù)增大到176次時,其對小斷塊的刻畫能力、巖性圈閉的預(yù)測能力和小尺度孔縫洞的描述精度都可以與7.5m×7.5m面元相當(dāng)。

因此,建議塔河地區(qū)的高精度采集面元為15m×15m,覆蓋次數(shù)為120～160次?？紤]到疊前裂縫預(yù)測要求方位較寬,流體預(yù)測、AVO等要求偏移距較大,同時考慮技術(shù)發(fā)展需求,覆蓋次數(shù)可適當(dāng)增加到140～180次。

另外,在本次觀測系統(tǒng)參數(shù)試驗中,還對比分析了不同最大偏移距的影響。結(jié)果表明,塔河地區(qū)偏移距在6000m左右能滿足奧陶系速度分析和疊前高精度成像的需要。

3 實際應(yīng)用效果

在與塔河試驗區(qū)相鄰的一塊高精度三維地震資料采集中，根據(jù)上述試驗分析提出的覆蓋次數(shù)，使用168次覆蓋和15m×15m面元參數(shù)進(jìn)行觀測系統(tǒng)設(shè)計和采集，達(dá)到了與前期高精度采集試驗區(qū)可細(xì)分面元采集相當(dāng)?shù)男Ч?，大大?jié)約了成本，提高了效率。對試驗區(qū)和新采集資料重疊部位的成像效果進(jìn)行了對比，在處理流程基本相同的情況下，新采集資料古近系—寒武系之間各地層頂、底界及其內(nèi)幕反射具有較高的信噪比和分辨率，特別是奧陶系目的層成像結(jié)果信噪比更高(圖9)，為圈閉的落實及油氣預(yù)測提供了可靠的基礎(chǔ)資料。

圖9 高精度采集試驗區(qū)資料(a)與新采集資料(b)疊前偏移剖面對比

4 結(jié)束語

理論上面元越小、覆蓋次數(shù)越大,成像精度越高?？紤]到實際地震地質(zhì)條件和信號主頻的限制,在面元大小和覆蓋次數(shù)達(dá)到某一“門檻值”后,繼續(xù)減小面元和增加覆蓋次數(shù)對提高成像精度的作用不再明顯。尋找這種“門檻值”是觀測系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的重要目標(biāo)之一。綜合考慮奧陶系縫洞型儲層的預(yù)測能力與勘探成本,建議塔河地區(qū)高精度三維地震勘探采用15m×15m面元,覆蓋次數(shù)為140～180。與試驗區(qū)相鄰的一塊三維地震資料采集驗證了該建議參數(shù)的合理性。

進(jìn)行高精度采集和退化處理試驗是優(yōu)化觀測系統(tǒng)參數(shù)的有效手段之一。根據(jù)實際資料處理效果找到使投資成本與勘探效果達(dá)到最佳統(tǒng)一的觀測系統(tǒng)參數(shù),其前提是為退化處理試驗而采集的地震數(shù)據(jù)所使用的觀測系統(tǒng)的主要屬性參數(shù),如覆蓋次數(shù)、偏移距與方位角分布等,具有很好的均勻性,而且在退化成各種試驗觀測系統(tǒng)后,這些參數(shù)還具有較好的均勻性。

參 考 文 獻(xiàn)

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