疊前地震保真高分辨率處理技術(shù)在西南某地頁巖氣微幅裂縫中的應用實踐

徐明華,付建元,何良盛

(中國石油 川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院,成都 610056)

0 引言

研究區(qū)頁巖氣區(qū)塊位于川西南古中斜坡低陡褶帶,西北高東南低,屬深水陸棚相沉積。區(qū)塊內(nèi)龍馬溪組頁巖儲層分布穩(wěn)定、厚度大,頁巖儲層品質(zhì)優(yōu)、參數(shù)好,保存條件較好;目標層龍一11小層的層理極其發(fā)育且厚度薄,導致優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率偏低;水平井的靶窗小(3 m～8 m)且橫向變化大,井眼軌跡控制難度大;龍馬溪組地層雖然無大型斷層,但存在地層上傾、小斷層等異常地質(zhì)構(gòu)造,地質(zhì)導向鉆井隨鉆測井解釋結(jié)果與前期地震資料存在差異,造成井眼軌跡頻繁調(diào)整,易造成脫靶,且還存在套變等異常工程問題。因此,迫切需要保真高分辨率地震數(shù)據(jù)進行薄層精細解釋、儲層精細描述、天然裂縫預測等,為水平井軌跡設計、鉆井地質(zhì)導向等工程服務[1-5]。目前針對頁巖氣地震資料處理沒有特殊的手段和流程,更強調(diào)是OVT域偏移,更多注重構(gòu)造恢復及裂縫響應,本次研究注重于在常規(guī)處理基礎(chǔ)上保真保幅提高地震資料分辨率。

1 原地震數(shù)據(jù)存在的主要問題

研究區(qū)巖氣區(qū)塊目前的地震數(shù)據(jù)主頻低、帶寬窄(目的層主頻25 Hz),地震分辨率難以滿足薄層精細解釋、裂縫識別和儲層甜點預測的要求;同時CRP道集數(shù)據(jù)還存在著振幅異常、剩余時差、剩余多次波等問題[6-9]。

1.1 原偏移地震數(shù)據(jù)分辨率較低

總體來看,原偏移地震數(shù)據(jù)品質(zhì)較好,頻率信息豐富,有效高頻達到80 Hz以上。由于地層吸收作用,地震子波在傳播過程中高頻衰減較大,根據(jù)褶積模型原理,地震信號是反射系數(shù)頻譜同子波頻譜的乘積,導致地震信號高頻成分被壓制,但目的層分辨率較低,目的層基本上包含在一個同相軸內(nèi),不能區(qū)分頁巖氣小層,難以滿足小層解釋和精細儲層描述的要求(圖1)。亟需在保真相對保幅的前提下提升地震子波高頻成分,提高地震數(shù)據(jù)的分辨率。

從頻譜特征上看(圖2),原偏移道集疊加,主頻20 Hz～25 Hz左右,有效地震頻帶較寬,但受數(shù)據(jù)中包含的地震子波影響,高頻振幅能量較弱,影響了地震資料的分辨率,這也為高分辨率處理提供了很大的潛力。

圖2 原偏移道集疊加目的層頻譜

1.2 道集存在較大剩余時差及振幅異常

原偏移疊前道集受偏移速度精度和地層各向異性影響普遍存在 15 ms剩余動校正時差(圖3),導致同相軸非同相疊加,破壞了地震資料的疊加關(guān)系(如波峰同波谷疊加),影響著地震資料的疊加效果。同時原偏移疊前道集受采集覆蓋次數(shù)不均勻影響,存在AVA振幅異常,圖3中箭頭指示位置,AVA振幅呈現(xiàn)“紡錘狀”異常。另外,原偏移疊前道集在處理中使用拉東變換壓制多次波,對近道小傾角多次波效果不理想,導致還存在剩余多次波。

圖3 原處理的偏移道集

2 疊前保真高分辨率地震處理關(guān)鍵技術(shù)

針對研究區(qū)頁巖氣目的層儲層薄、響應特征不清的難題,利用保真高分辨率地震處理技術(shù),提高疊前地震道集的分辨率、信噪比、保真度和儲層預測的精度及可靠性[10-14]。保真高分辨率地震處理技術(shù)核心技術(shù)包括疊前譜藍化頻譜校準技術(shù)(提高疊前地震道集分辨率)、AVA(Amplitude Variation with Incident Angle)振幅校準技術(shù)(提高道集的保真度)、道集剩余噪音衰減技術(shù)(提高道集信噪比)、剩余時差校正技術(shù)(提高道集的保真度)、疊前剩余多次波壓制技術(shù)(提高道集的保真度)和井震對比、定量質(zhì)控技術(shù)(提高道集的可靠性)等。該套技術(shù)(圖4)能夠系統(tǒng)地解決研究區(qū)頁巖氣儲層預測中存在的一系列地震問題,提高疊前地震道集的分辨率、信噪比、保真度和儲層預測的精度及可靠性。與常規(guī)處理相比,重點在于頻譜、振幅校準技術(shù),與井資料對比質(zhì)控。

圖4 疊前保真高分辨率處理技術(shù)流程

2.1 道集保頻噪音壓制技術(shù)

從褶積模型s(t)=r(t)*w(t)+n(t)公式可以看出,道集中存在噪聲時,會影響道集提頻處理效果,需要進行疊前道集去噪處理。筆者采用道集內(nèi)相干方法進行去噪,不降低橫向分辨率,去噪的同時注重保護高頻信息。同道間去噪如超道集去噪等方法不同,道內(nèi)去噪不降低橫向分辨率;如果道集沒有對齊,道內(nèi)去噪也損害高頻信息,在去噪前拉平道集,并采用分頻去噪方法保護高頻。從圖5可知,去除的噪聲主要是隨機噪音,去噪后道集信噪比明顯高于輸入道集。

圖5 道集去噪前后及噪音剖面對比

2.2 譜藍化頻譜校準處理技術(shù)

Walden等[15]認為反射系數(shù)序列頻譜的整體趨勢應該是偏藍的,即頻率越高,振幅越強,具有該特征的頻譜稱為“藍譜”。Blache-Fraser和Barnse等[16-17]提出譜藍化技術(shù)可以提高疊后地震資料的分辨率,這一方法被稱為“疊后譜藍化”提頻技術(shù)。受“疊后譜藍化”提頻技術(shù)的啟發(fā),筆者開發(fā)了“疊前譜藍化頻譜校準技術(shù)”。疊前譜藍化頻譜校正技術(shù)的基本思路為:測井曲線計算的反射系數(shù)頻譜特征表明頻率與振幅為正相關(guān)(圖6),表現(xiàn)出的是“藍譜”特征,即更高的頻率對應更高的能量。疊前譜藍化頻譜校正技術(shù)正是以測井頻譜趨勢為基礎(chǔ),恢復地震數(shù)據(jù)中嚴重衰減的高頻部分,利用處理后地震數(shù)據(jù)與測井數(shù)據(jù)中的反射系數(shù)相匹配,從而提高原始地震的分辨率及與井之間的相關(guān)度,為疊前彈性參數(shù)反演提供高分辨率、高信噪比、高保真度的疊前道集。

圖6 測井反射系數(shù)帶通頻譜

譜藍化頻譜校準采用疊前自適應子波反褶積,在地震有效頻帶范圍內(nèi)優(yōu)化地震頻譜,避免產(chǎn)生假頻,提高分辨率,同時保護低頻信息,提高地震垂向分辨率及井震對比相關(guān)系數(shù)。

譜藍化頻譜校準參數(shù)較多,包括目標頻帶范圍、反褶積因子長度、有效頻帶門檻、低頻保護頻帶、頻率隨時間變化Q等,手工調(diào)參很難確定參數(shù)。采用超參數(shù)自動優(yōu)化方法,如圖11所示,以高分辨率井震對比相關(guān)系數(shù)為目標,通過萬次自動調(diào)參,得到優(yōu)化后的處理參數(shù)組合。

從圖7可知,輸入道集頻譜(紅色)與正演模型頻譜(黑色)不一致,高頻部分有待改善;從圖7(e)可知,譜藍化校準后頻譜(紅色)與正演模型頻譜(黑色)及趨勢基本一致;從圖7(f)可知,高頻部分得到提高,與正演模型頻譜趨勢吻合。譜藍化校準提高了地震分辨率,主頻由22 Hz提高到60 Hz,同時,井震關(guān)系更加吻合,全井段井震相關(guān)系數(shù)從0.70 提高到0.86,說明本文方法是可靠的。

圖7 譜藍化校準分辨率提高情況

2.3 道集剩余時差校正

在地震數(shù)據(jù)處理中,疊加處理是一種有效的去噪方法。但在實際地震數(shù)據(jù)處理中,由于動校正速度是基于平層假設的NMO算法,而且是離散點的插值速度,難以精確計算。此外,當?shù)卣鹕渚€路徑中存在非均勻體時,甚至疊前時間偏移算法都不能獲得拉平的道集。因此在動校正后的資料上都會存在一定的剩余動校正量,在做同相疊加時會降低疊加剖面的分辨率。將道集中各道同近道進行相關(guān)計算剩余時差計算,相關(guān)窗口等處理參數(shù)采用超參數(shù)自動優(yōu)化方法確定(圖11),并用計算的剩余時差對道集數(shù)據(jù)進行拉平校正處理,同相軸拉平的同時,確保沒有拉伸畸變。由圖8可見,拉平后道集能量聚焦,校正量合理無畸變。

圖8 剩余動校正處理效果

2.4 AVA振幅背景校準

在常規(guī)處理流程的基礎(chǔ)上,結(jié)合測井巖石物理分析結(jié)果,利用正演模型振幅背景趨勢進行振幅校準。即首先進行道集正演模型制作,并計算振幅背景曲線;再計算各道集的振幅背景曲線,并同模型振幅背景曲線進行比較,求取校正系數(shù),進行AVA振幅校正。AVA振幅校正解決斷層陰影、淺層異常等引起的振幅問題。校準后的數(shù)據(jù)振幅背景趨勢與正演模型一致,突出巖性流體異常的反射特征,滿足疊前反演需求。

本工區(qū)目前沒有橫波測井數(shù)據(jù),6口關(guān)鍵井采樣巖石物理模型估算橫波,進行正演道集,振幅背景趨勢基本相同,這同工區(qū)范圍內(nèi)的目的層的地質(zhì)背景是一致的。估算橫波具有一定的不確定性,建議采集橫波測井數(shù)據(jù)進行振幅校正。

圖9為道集AVA振幅背景校準過程,從圖9(d)可知,輸入道集振幅趨勢(紅色)與正演模型振幅趨勢(黑色)不一致;由圖9(f)可知,疊前振幅校正后振幅趨勢(紅色)與正演模型振幅趨勢(黑色)一致。

圖9 AVA疊前振幅校正技術(shù)

3 應用效果分析

3.1 頻譜特征分析

對目的層段資料進行頻譜分析,檢查振幅譜的頻寬和低頻保護結(jié)果,同時注意頻譜的合理性。圖10是新、老地震目的層段的頻譜對比。從最終成果的目的層段的頻譜對比可以看出:新資料低頻保護較好,主頻提高,有效頻帶得到了很大的拓寬,而且處理后的頻譜趨勢同測井反射系數(shù)頻譜一致呈藍譜趨勢,說明地震子波相當于零相位帶通子波,處理后的地震剖面更接近地層反射系數(shù)剖面。

圖10 保真高分辨率處理前后地震頻譜比較

通過分析,保真高分辨率處理的地震資料實現(xiàn)了頻譜在空間上一致性,同時更接近于實測的鉆井資料。頻譜分析表明保真高分辨率地震優(yōu)勢頻帶為5 Hz～85 Hz,主頻為55 Hz左右。

3.2 井震對比相關(guān)系數(shù)分析

在處理過程中每個環(huán)節(jié)都采用與井對比定量質(zhì)控的方法開展分析,圖11是保真高分辨率處理過程中參數(shù)自動調(diào)優(yōu)與定量質(zhì)控界面,可以實現(xiàn)相關(guān)系數(shù)最優(yōu)。

圖11 保真高分辨率地震處理流程優(yōu)化和處理參數(shù)優(yōu)選

表1為對比質(zhì)控表,在每個步驟,相關(guān)系數(shù)得到逐步提高,從原資料的0.757提高到0.884,提高了16.8%。

表1 處理過程井震相關(guān)系數(shù)定量質(zhì)控表

3.3 頻譜掃描分析

對目的層段保真高分辨率地震資料進行頻譜掃描(圖12),頻帶范圍依次為0 Hz～200 Hz(全頻帶)、15 Hz～200 Hz、35 Hz～200 Hz、55 Hz～200 Hz、75 Hz～200 Hz、95 Hz～200 Hz、115 Hz～200 Hz、135 Hz～200 Hz、155 Hz～200 Hz、175 Hz～250 Hz、195 Hz～250 Hz和215 Hz～250 Hz。從圖12中可以看出,135 Hz以上仍然有有效地震信號,150 Hz以上基本為噪音,表明研究區(qū)保真高分辨率地震有效頻率高達140 Hz左右,這在國內(nèi)、外實際地震數(shù)據(jù)中是十分罕見的,說明研究區(qū)三維地震無論在采集、偏移處理、還是保真高分辨率處理,都做到了非常精細。

圖12 保真高分辨率地震疊加頻率掃描質(zhì)控

3.4 疊加剖面評價

圖13是過W204井剖面保真高分辨率處理前后比較,表明保真高分辨率處理后不僅分辨率得到很大提高,主頻由25 Hz提高到55 Hz,提高了1.2倍,而且保真度也有較大提升,井震相關(guān)系數(shù)由原來的0.752提高到0.920,提高了22%左右。保真高分辨率處理的資料縱向薄互層刻畫更精細、分辨能力更強;橫向上低頻得到保護,小微斷層、尖滅點更加清晰,地質(zhì)信息更加豐富。

圖13 過W204井剖面保真高分辨率處理前后比較

3.5 龍馬溪組微幅斷裂檢測效果

通過對原始偏移數(shù)據(jù)和保真高分辨率處理數(shù)據(jù)進行參數(shù)一致的微幅裂縫檢測,提取龍11層段的平均屬性值得到兩種數(shù)據(jù)的平面分布圖(圖14和圖15),新資料裂縫明顯較老資料多,圖15中38口水平井均是測試產(chǎn)量大于20×104m3/d,工程和地質(zhì)分析表明水平井高產(chǎn)主要與裂縫發(fā)育強度密切相關(guān),鉆井和壓裂證實這些井裂縫發(fā)育,從裂縫預測成果分析老資料吻合率只有73%,新資料吻合率到達95%,說明新處理的高分辨率數(shù)據(jù)裂縫異常探測效果優(yōu)于原始資料,老資料對裂縫異常大于0.4以上反映明顯,而新資料不但對0.4以上得裂縫異常反映明顯,并對次一級的裂縫異常0.2～0.3的反映也明顯。2021年通過新資料在北部部署的42平臺、45平臺等平臺,經(jīng)鉆井證實為高產(chǎn)帶,打開了北部開發(fā)的空間,為研究區(qū)頁巖氣持續(xù)高效開發(fā)提供可靠的資料。

圖14 原偏移地震L11層段微幅裂縫檢測平面圖

圖15 保真高分辨率地震L11層段微幅裂縫檢測平面圖

4 結(jié)論與認識

1)筆者展開保真高分辨率地震處理技術(shù)研究,有效地提高了工區(qū)地震資料的分辨率,解決了薄層識別不清,地層尖滅點位置不清晰等問題。進一步,通過總結(jié)提煉,形成了一套研究區(qū)頁巖氣高分辨率高保真度的地震處理技術(shù)體系,為其高效開發(fā)提供了更加優(yōu)質(zhì)的地震數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2)針對研究區(qū)頁巖氣儲層特點和開發(fā)需求,優(yōu)化設計了保真高分辨率處理關(guān)鍵技術(shù)流程。包括:道集正演模型;井震對比、定量質(zhì)控;射線角道集轉(zhuǎn)換;道集剩余噪音壓制;道集相位校準;譜藍化校正提頻;剩時差校正;剩余多次波壓制;AVA振幅背景校準;處理參數(shù)優(yōu)化。形成了針對其儲層的高分辨率、高保真度地震處理技術(shù)體系。有效提高了地震分辨率、井震相關(guān)系、資料信噪比,提升了地震數(shù)據(jù)可靠性和可信度,改善了成像質(zhì)量、AVA處理結(jié)果。滿足疊前反演和甜點預測的要求,有助于預測頁巖氣藏的空間分布,進而提高頁巖氣藏評價精度。

3)當前常規(guī)處理普遍存在類似的地震問題,通過高精度高分辨率處理,地震數(shù)據(jù)大有潛力可挖,這也是隨著地質(zhì)勘探要求的提高,地震勘探處理技術(shù)手段也必須創(chuàng)新完善,既節(jié)省投資,又提高勘探開發(fā)的效率,是值得推廣的一項地震處理技術(shù)。