時(shí)移地震成果數(shù)據(jù)三維相關(guān)校正方法

田 楠, 范廷恩， 張會(huì)來(lái)， 張顯文， 周建楠

(中海油研究總院 開發(fā)研究院，北京 100028)

時(shí)移地震成果數(shù)據(jù)三維相關(guān)校正方法

田 楠, 范廷恩， 張會(huì)來(lái)， 張顯文， 周建楠

(中海油研究總院 開發(fā)研究院，北京 100028)

時(shí)移地震技術(shù)作為一種油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，能夠有效地提高儲(chǔ)層采收率及完善油藏管理。但是在儲(chǔ)層生產(chǎn)的不同時(shí)期獲得的地震數(shù)據(jù)，由于觀測(cè)系統(tǒng)、采集參數(shù)和處理目的等方面的差異，會(huì)導(dǎo)致地下同一反射點(diǎn)在不同時(shí)移地震數(shù)據(jù)中空間位置的差異，從而造成由非油藏變化所引起的地震差異，增加了時(shí)移地震分析的誤差與不確定因素。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了時(shí)移地震數(shù)據(jù)三維相關(guān)校正方法，利用時(shí)間變化時(shí)窗來(lái)進(jìn)行地震差異計(jì)算。該方法通過(guò)計(jì)算時(shí)窗內(nèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)性來(lái)控制反射界面位置的時(shí)移量，從而實(shí)現(xiàn)兩次地震數(shù)據(jù)空間位置的差異校正。數(shù)值模型試驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用效果驗(yàn)證了該方法的有效性。

時(shí)移地震； 差異校正； 三維相關(guān)； 時(shí)窗

0 引言

時(shí)移地震技術(shù)(4D儲(chǔ)層監(jiān)測(cè)技術(shù))是自20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)[1-3]。應(yīng)用該方法可對(duì)儲(chǔ)層生產(chǎn)引起的地下變化(流體飽和度、孔隙壓力、應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)等)，進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，對(duì)加強(qiáng)剩余油氣藏描述、提高采收率及完善儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)管理具有重要的指導(dǎo)作用。目前，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在國(guó)外實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，并且在一些區(qū)域(如北海、墨西哥灣、西非等)深水區(qū)油田，成為油田開發(fā)階段必要的技術(shù)手段[1-5]。

時(shí)移地震技術(shù)通過(guò)計(jì)算、分析儲(chǔ)層生產(chǎn)的不同時(shí)期采集的地震數(shù)據(jù)間的差異，并結(jié)合常規(guī)的油藏監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可評(píng)估生產(chǎn)引起的儲(chǔ)層流體飽和度、壓力和溫度等動(dòng)態(tài)特性變化[6-7]。在實(shí)際生產(chǎn)中，不同時(shí)期的地震數(shù)據(jù)由于受采集、處理等多種因素的影響，會(huì)引起地下同一反射點(diǎn)的空間位置在不同地震數(shù)據(jù)中存在時(shí)移，從而導(dǎo)致由非油藏變化引起的差異地震響應(yīng)，降低了時(shí)移地震分析的準(zhǔn)確性?？赡軐?duì)4D地震分析產(chǎn)生影響的因素主要有：①炮點(diǎn)深度及接收儀器位置不一致；②在陸上時(shí)移地震監(jiān)測(cè)中，由于多期地震數(shù)據(jù)的年份相差較大，并且此期間地表?xiàng)l件變化很大，會(huì)對(duì)多期地震數(shù)據(jù)的干擾造成較大差別；③由于多期數(shù)據(jù)采集針對(duì)不同的目的層，因此觀測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中的側(cè)重點(diǎn)不同；④多期采集的地震數(shù)據(jù)的采集參數(shù)存在大的差異；⑤多期采集時(shí)的震源不同。因此，4D地震的差異響應(yīng)除了受油藏特性變化影響以外，會(huì)受到上述諸多因素引起的影響，其主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：①4D地震信號(hào)的能量差異；②4D地震信號(hào)的帶寬差異；③4D地震信號(hào)的相位差異；④4D地震信號(hào)的時(shí)間差異。

因此，時(shí)移地震數(shù)據(jù)的不一致性會(huì)造成應(yīng)用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)相減，不能完全正確地描述油藏特性變化及其發(fā)生變化的位置。為了降低時(shí)移地震差異解釋的風(fēng)險(xiǎn)及不確定因素，筆者提出了一種三維相關(guān)校正方法。該方法利用時(shí)間變化時(shí)窗來(lái)計(jì)算地震差異特性，通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)窗的相關(guān)性來(lái)控制每一個(gè)反射點(diǎn)的時(shí)移，從而得到能夠準(zhǔn)確反應(yīng)油藏特性變化的4D地震差異響應(yīng)。

1 基本原理

地震波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播速度主要受靜態(tài)的巖石骨架和動(dòng)態(tài)的流體影響。理想狀態(tài)下，儲(chǔ)層生產(chǎn)不會(huì)造成巖石骨架特性的變化，多次采集的地震數(shù)據(jù)的差異響應(yīng)主要由流體溫度、油氣水置換、孔隙壓力變化等所引起，如圖1所示。

圖1 時(shí)移地震差異示意圖Fig.1 Spatial difference for time-lapse seismic data

通常情況下，多次采集的地震數(shù)據(jù)的差異是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)相減關(guān)系，即：

Diff(t)=S2(t)-S1(t)

(1)

其中：S2(t)為監(jiān)測(cè)地震數(shù)據(jù)；S1(t)為基礎(chǔ)地震數(shù)據(jù)。然而，簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)相減關(guān)系并不能完全正確地描述油藏特性變化以及發(fā)生變化的正確位置。這是由于儲(chǔ)層開采中，流體飽和度、溫度、儲(chǔ)層壓力等特性變化都會(huì)對(duì)速度變化產(chǎn)生影響，從而造成同相軸位置上下移動(dòng)。因此，應(yīng)用簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)求差，勢(shì)必會(huì)造成同相軸位置上、下移動(dòng)引起的誤差，從而不能夠正確分析由于油藏特性變化引起的相位、同相軸時(shí)移變化等特性。

常規(guī)的4D地震數(shù)據(jù)處理中，通過(guò)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上分別解釋同一個(gè)層位，然后以該層位為基準(zhǔn)層位來(lái)計(jì)算4D地震差異響應(yīng)，該方法可以在一定程度上減弱由同相軸時(shí)移造成的影響，但是由于地下介質(zhì)的非均質(zhì)性，應(yīng)用該方法不能夠正確地解釋遠(yuǎn)離層位的位置。

我們應(yīng)用時(shí)變時(shí)窗來(lái)計(jì)算4D地震差異，該方法通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)窗的相關(guān)來(lái)控制每一個(gè)反射點(diǎn)的時(shí)移，從而得到能夠準(zhǔn)確反應(yīng)油藏特性變化的差異數(shù)據(jù)。其中，常用的差異特性有以下幾類：

1)最大相關(guān)值。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在相關(guān)系數(shù)達(dá)到最高時(shí)的值為式(2)。

(2)

2)中心點(diǎn)差異。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)達(dá)到最佳相關(guān)時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)窗口的中心位置處的振幅減去基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)窗中心位置的振幅為式(3)。

diffpoint(t)=S2(t)point-S1(t)point

(3)

3)平均振幅差。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)達(dá)到最佳相關(guān)時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)窗口平均振幅減去基礎(chǔ)數(shù)據(jù)窗口的平均振幅為式(4)。

diffaver=S2(t)aver-S1(t)aver

(4)

4)最大/最小振幅差。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)達(dá)到最佳相關(guān)時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)窗口最大/最小振幅與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)窗口最大/最小振幅之差為式(5)。

diffmax/min=S2(t)max/min-S1(t)max/min

(5)

5)延遲。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)達(dá)到最佳相關(guān)時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)窗口中心點(diǎn)時(shí)間與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)窗口中心點(diǎn)時(shí)間的差異為式(6)。

TLength=TMonitor-TBase

(6)

6)均方根振幅差。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)達(dá)到最佳相關(guān)時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)窗口均方根振幅減去基礎(chǔ)數(shù)據(jù)窗口的均方根振幅為式(7)。

diffrms=S2(t)rms-S1(t)rms

(7)

其中，1)類反映了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)性程度，從而決定差異屬性的可靠性；2)類、3)類、4)類、6)類則是在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)最佳相關(guān)時(shí)的不同方式的差異能量屬性；5)類則反映了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)目標(biāo)同相軸的上下位移量，如果有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)的目標(biāo)同相軸處的速度，就可以直接得到油水替換帶的速度變化。本文實(shí)際數(shù)據(jù)中的差異屬性為均方根振幅差，該振幅差的正負(fù)可以直接判斷油氣水替換的類型及是否有脫氣現(xiàn)象。

2 數(shù)值模擬試算

筆者通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的儲(chǔ)層模型，來(lái)驗(yàn)證時(shí)移地震數(shù)據(jù)三維相關(guān)校正技術(shù)效果及方法的可行性。該儲(chǔ)層模型的上、下層均為泥巖層，中間儲(chǔ)層為砂巖油層。其中，砂巖孔隙度為0.35，凈毛比為0.8，油層含油飽和度(SOIL)原始狀態(tài)為0.9，經(jīng)過(guò)后期開采油水置換后監(jiān)測(cè)狀態(tài)下含油飽和度為0.5(圖2和圖3)。

圖2 油藏模型Fig.2 Reservoir model

2.1 時(shí)移地震數(shù)據(jù)互均衡化效果分析

通過(guò)數(shù)值模型測(cè)試，可幫助分析應(yīng)用該技術(shù)方法在消除多次采集地震數(shù)據(jù)在能量、頻率、相位上的不一致性，及提高時(shí)移地震差異響應(yīng)的分辨率方面的可行性。在圖4中，基礎(chǔ)地震和監(jiān)測(cè)地震數(shù)據(jù)在振幅能量上存在明顯的不一致性，經(jīng)過(guò)能量匹配后，

振幅能量匹配明顯改善，一致性得到加強(qiáng)(圖5)。在圖6中，二者的相位存在不一致，其中基礎(chǔ)地震數(shù)據(jù)的主頻為31 Hz，而監(jiān)測(cè)地震數(shù)據(jù)的主頻為20 Hz，二者差別較大。經(jīng)過(guò)全局匹配濾波互均衡化處理后二者的主頻均為31 Hz，即滿足時(shí)移地震數(shù)據(jù)匹配一致性的要求(圖7)。

2.2 時(shí)變求差效果分析

圖8為流體置換前后的地震信號(hào)對(duì)比，通過(guò)疊后互均衡化處理以后，進(jìn)行時(shí)變相關(guān)求差。圖9為互均衡化后直接求差和時(shí)變求差的效果過(guò)對(duì)比。由圖9可以看到，應(yīng)用直接相減方法可在剖面上得到一定的差異響應(yīng)，且剖面整體上感覺比較“雜亂”。雖然儲(chǔ)層巖石骨架特性沒有改變，但由于流體置換會(huì)引起目的層速度相應(yīng)的變化。因此，當(dāng)目的層發(fā)生上、下時(shí)移時(shí)，時(shí)移位置下方的同相軸會(huì)隨上方的移動(dòng)而移動(dòng)，從而造成由于同相軸位置時(shí)移而產(chǎn)生的“差異”。這種“差異”并不是由儲(chǔ)層流體特性變化所引起，若直接相減則勢(shì)必在一定程度上對(duì)差異結(jié)果的分析造成影響，而通過(guò)時(shí)變相關(guān)求差法得到差異剖面則相對(duì)“干凈”(圖9(b))。三維相關(guān)校正方法可以降低由于同相軸位置上、下時(shí)移造成的誤差，保留了由流體變化引起的差異，并且4D差異響應(yīng)地變化位置與油層變化具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖3 含油飽和度圖Fig.3 Oil saturation(a)基礎(chǔ)狀態(tài)SOIL 0.9；(b)監(jiān)測(cè)狀態(tài)SOIL 0.5

圖4 能量匹配前地震振幅對(duì)比圖Fig.4 Amplitude comparison before amplitude energy matching(a)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(b)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖5 能量匹配后地震振幅對(duì)比圖Fig.5 Amplitude comparison after amplitude energy matching(a)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(b)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖6 互均衡化前地震數(shù)據(jù)頻譜對(duì)比圖Fig.6 Amplitude spectrum comparison before cross-equalization processing(a)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(b)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖7 互均衡化后地震數(shù)據(jù)頻譜對(duì)比圖Fig.7 Amplitude spectrum comparison after cross-equalization processing(a)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(b)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖8 油藏流體變化后兩次地震信號(hào)對(duì)比Fig.8 Seismic signal comparison before and after reservoir fluid change(a)基礎(chǔ)狀態(tài)SOIL 0.9；(b)監(jiān)測(cè)狀態(tài)SOIL 0.5

3 實(shí)際儲(chǔ)層應(yīng)用效果分析

A油田在儲(chǔ)層進(jìn)入開發(fā)階段前進(jìn)行了第一次3D地震數(shù)據(jù)采集(1998年)，并且在油田開發(fā)32個(gè)月后(2011年11月)，進(jìn)行了第二次3D地震數(shù)據(jù)采集。由于兩次采集時(shí)考慮了今后進(jìn)行時(shí)移地震分析地需求，因此兩次采集所用參數(shù)高度一致，且數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)進(jìn)行一致性處理。圖10為兩次采集地震數(shù)據(jù)的分角度疊加(13°～21°、21°～29°、29°～38°、38°～45°)的地震數(shù)據(jù)頻譜對(duì)比分析圖。由圖10可知，兩次采集地震數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)疊前一致性處理后，在能量、頻率、相位上具有高度一致性。因此，不需要進(jìn)行疊后互均化處理，以免消除油藏變化引起的差異信號(hào)。

圖9 不同的時(shí)移地震差異方法效果對(duì)比Fig.9 Difference sections for different correction methods(a)直接求差；(b)時(shí)變求差

我們應(yīng)用0°～35°疊加數(shù)據(jù)計(jì)算4D差異響應(yīng)，其中，圖11(a)為兩次采集地震數(shù)據(jù)直接相減的結(jié)果(過(guò)A-18井)，圖11(b)為利用時(shí)變相關(guān)方法求取的差異結(jié)果(過(guò)A-18井)。由圖11可知，直接相減方法在剖面上能看到一定的差異，但同時(shí)噪音也很大，剖面整體上比較“雜亂”；時(shí)變相關(guān)求差方法得到的剖面則相對(duì)“干凈”，并且差異信號(hào)沒有減弱，與井軌跡的位置有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖10 分角度疊加基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)頻譜對(duì)比Fig.10 Amplitude spectrum of partial-stack base data and that of partial-stack monitor data(a)13-21 base、monitor頻譜對(duì)比;(b)21-29 base、monitor頻譜對(duì)比;(c)29-38 base、monitor頻譜對(duì)比;(d)38-45 base、monitor頻譜對(duì)比

圖11 不同求差方法結(jié)果對(duì)比剖面(過(guò)A-18井)Fig.11 Difference sections for different correction methods (through A-18 well)(a)直接相減差異剖面；(b)時(shí)變相關(guān)差異剖面

此外，在進(jìn)行時(shí)變相關(guān)求差的同時(shí)得到了兩次采集地震數(shù)據(jù)的相關(guān)性(圖12)，以及油藏動(dòng)態(tài)參數(shù)變化引起的地震同相軸位置的時(shí)移量(圖13)。通過(guò)對(duì)圖12和圖13地分析，可以作為判定兩次采集地震數(shù)據(jù)的一致性好壞的依據(jù)。應(yīng)用時(shí)移量參數(shù)并結(jié)合井?dāng)?shù)據(jù)可以計(jì)算速度變化，還可以用來(lái)評(píng)估時(shí)移地震的參數(shù)變化。

通過(guò)觀察分析圖13可知，在目的層上方時(shí)移量很小甚至可以忽略，而在目的層及目的層以下層位則產(chǎn)生了一系列的時(shí)移。這是由目的中層油水置換，及壓力、溫度變化所造成的速度變化引起，而在目的層下方的時(shí)移則是由目的層位置的時(shí)移量累加所致。

圖12 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)(過(guò)A-18井)Fig.12 Correlation between base data and monitor data (through A-18 well)

4 結(jié)論

筆者在分析由時(shí)移地震數(shù)據(jù)不一致性所導(dǎo)致的時(shí)移地震解釋風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)用三維相關(guān)校正方法來(lái)進(jìn)行時(shí)移地震數(shù)據(jù)一致性處理，并采用數(shù)值模型和實(shí)際資料驗(yàn)證了方法的合理性與有效性。與直接相減求差的結(jié)果對(duì)比表明，三維相關(guān)校正求差方法，較好地解決了由于油藏動(dòng)態(tài)參數(shù)變化帶來(lái)的地震同相軸上、下移動(dòng)對(duì)求差地影響，通過(guò)相關(guān)性作為位移量地判別，從而消除其影響，最終得到較為“干凈”和準(zhǔn)確的差異結(jié)果。實(shí)際地震數(shù)據(jù)的應(yīng)用效果表明，三維相關(guān)校正方法在進(jìn)行時(shí)變相關(guān)求差的同時(shí)，可對(duì)兩次采集地震數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行判別，從而為時(shí)移地震差異屬性的可靠性提供借鑒。在此基礎(chǔ)上得到了油藏動(dòng)態(tài)參數(shù)變化引起的地震同相軸的時(shí)移量，從而最大限度地利用時(shí)移地震的信息，為較為準(zhǔn)確地分析剩余油分布提供參考。

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Spatial difference correction based on 3D correlation for time-lapse seismic data

TIAN Nan, FAN Ting'en, ZHANG Huilai, ZHANG Xianwen, ZHOU Jiannan

(CNOOC Research Institute, Taiyanggongnanjie#6, Chaoyang District, Beijing 100028, China)

Time-lapseseismic, as a reservoir dynamic monitoring technology, is important for improving reservoir management and oil recovery. However, spatial location differences between seismic data sets acquitted in different periods can be caused by different observation systems, acquisition parameters, and different processing purpose. This kind of spatial location differences may further lead to seismic difference which are not caused by reservoir changes, and thus increasing the risk of time-lapse seismic interpretation. In this paper, spatial difference correction based on 3D correlation for time-lapse seismic data is studied to solve this issue. Time window is introduced to calculate the spatial difference. The spatial difference for every sample is obtained via the correlation of the base data and monitor data within the time window. Then the spatial difference correction between two seismic data sets can be realized. Model test and real data example results demonstrate the effectiveness of the proposed method.

time-lapse seismic; spatial difference; 3D correlation; time window

2016-08-30 改回日期：2016-10-27

中國(guó)海洋石油有限公司科技重大專項(xiàng)(CNOOC-KJ125ZDXM06LTD-10-KFSC-14)

田楠(1983-)，女，工程師，研究方向?yàn)榈卣鹳Y料解釋與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，E-mail：tiannan2@cnooc.com.cn。

1001-1749(2017)04-0515-07

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10.3969/j.issn.1001-1749.2017.04.12