高密度地震勘探技術(shù)在鶯歌海盆地M氣田巖性勘探中的應(yīng)用

馬光克,李 雷,劉 巍,張合斌,趙 明

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江524057;2.中海油服物探技術(shù)研究所,廣東湛江524057)

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入,油氣田的勘探開發(fā)難度越來越大,對地震資料品質(zhì)的要求也越來越高。關(guān)于如何提高地震資料品質(zhì),國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究,形成了多種方法技術(shù),高密度地震采集技術(shù)就是其中重要手段之一[1-4]。2002年,PECHOLCS等[5]提出了“高密度”(High-Density)技術(shù),并論證了高密度采集的優(yōu)勢。近年來,隨著數(shù)字采集系統(tǒng)的快速發(fā)展,高密度地震采集技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展。由于海洋地震勘探的特點(diǎn),高密度地震采集技術(shù)在海洋地震勘探中應(yīng)用廣泛,較有代表性技術(shù)有:“Q-Land技術(shù)”、“Eye-D技術(shù)”及“HD3D(High-Density 3D)技術(shù)”等[6]。國內(nèi)也相繼開展了高密度地震采集技術(shù)的研究及應(yīng)用。如王海等[7]通過分析高密度三維實(shí)際資料,總結(jié)了觀測系統(tǒng)對高密度地震資料的影響。劉二鵬[8]利用模型正演模擬及實(shí)際地震資料研究了高密度三維地震觀測系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化及勘探精度問題。王志亮等[9]在渤海地區(qū)地震資料采集中首次應(yīng)用了橫向控制器設(shè)備(也稱橫向鳥)技術(shù),縮小了面元尺寸,達(dá)到了提高成果資料縱、橫向分辨率的目的。邸志欣等[10]針對復(fù)雜巖性隱蔽油氣藏,采用高密度地震采集技術(shù),在勝利油田等多個探區(qū)獲得了較高品質(zhì)的地震資料。郭念民等[11]在塔里木油田實(shí)現(xiàn)了超萬道全數(shù)字單點(diǎn)檢波器接收高密度三維地震采集,最終獲得了高信噪比、高分辨率的成果數(shù)據(jù)。

東方區(qū)高溫高壓M氣田為巖性氣藏,位于南海北部大陸架西區(qū)的鶯歌海盆地內(nèi),為非經(jīng)典坡折帶重力流沉積體系[12-13]。由于重力流作用及后期水流作用的改造,氣田砂體展布及接觸關(guān)系復(fù)雜。且由于鶯歌海盆地在晚期快速沉降和沉積過程中形成了巨厚的欠壓實(shí)泥巖[14],影響地震速度規(guī)律分析,繼而影響地震成像精度。研究區(qū)目的層埋深大,現(xiàn)有常規(guī)三維地震資料分辨率低,無法滿足砂體精細(xì)刻畫的要求。為進(jìn)一步落實(shí)氣田構(gòu)造、提高儲層預(yù)測及油藏描述精度,需要更高分辨率的地震資料作為基礎(chǔ)。

1 正演模擬分析

為論證高密度地震采集相對常規(guī)地震采集在刻畫地下砂體展布方面的優(yōu)勢,進(jìn)行了常規(guī)地震采集與高密度地震采集三維波動方程地震正演模擬試驗(yàn)。根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)特征建立的三維地質(zhì)模型如圖1所示,從上到下分為8套地層,其中目的層砂體位于第7套地層,各地層彈性參數(shù)見表1(根據(jù)已鉆井聲波和密度測井資料統(tǒng)計而得)。在建立目的層砂體地質(zhì)模型時,考慮到砂體接觸關(guān)系的準(zhǔn)確描述問題,設(shè)定了砂體疊置不連通(圖2a中的紅色箭頭)和砂體平行斷開(圖2a中的黑色箭頭)的典型地質(zhì)情況,其中砂體疊置斷開的垂向距離為15m,水平距離為45m,砂體平行斷開的水平距離為90m。

為遵循單一變量的原則,在設(shè)計地震采集參數(shù)時,只改變纜間距,即將高密度地震采集的纜間距縮小到常規(guī)地震采集的1/2(高密度地震采集纜間距為50m,常規(guī)地震采集纜間距為100m),其它參數(shù)與常規(guī)地震采集保持一致(子波采用雷克子波,主頻為35Hz,道間距為12.5m,纜長為6000m)。分別采用上述兩種地震采集參數(shù)對目的層砂體地質(zhì)模型進(jìn)行三維波動方程地震正演模擬,且兩種資料采用相同的處理流程及方法。

圖1 研究區(qū)三維地質(zhì)模型

地層縱波速度/(m·s-1)密度/(g·cm-3)119602.15223902.25328702.31432902.39536502.51636702.587砂巖36502.35泥巖38002.58839502.61

研究區(qū)常規(guī)地震采集與高密度地震采集三維波動方程地震正演模擬資料疊前深度偏移剖面分別如圖2b和圖2c所示。由圖2可見,高密度地震采集和常規(guī)地震采集對于平行斷開且相距較近的2個砂體均不能完全區(qū)分,但高密度地震采集的數(shù)據(jù)區(qū)分度有所提升;對于疊置不連通的2個砂體,常規(guī)地震采集不能完全區(qū)分,但高密度地震采集可以較好地區(qū)分。由此說明,相對于常規(guī)地震采集,高密度地震采集數(shù)據(jù)的分辨率有所提升,對砂體展布及接觸關(guān)系的準(zhǔn)確刻畫更加有利。

圖2 波動方程地震正演模擬數(shù)據(jù)深度偏移剖面對比a 目標(biāo)砂體地質(zhì)模型; b 常規(guī)地震采集模擬資料; c 高密度地震采集模擬資料

2 高密度地震采集

M氣田砂體疊置關(guān)系復(fù)雜,使用常規(guī)三維地震資料進(jìn)行的油藏描述存在一定的不確定性。為此,采集了高密度地震資料,并通過論證確定了高密度地震采集參數(shù)(表2)。考慮到常規(guī)地震采集針對整個區(qū)域勘探,而高密度地震采集只針對本氣田勘探,因此本次高密度地震采集方案除了遵循常規(guī)觀測系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)有的原則外,還根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況,對采集方案進(jìn)行了針對性的優(yōu)化。

1) 面元。為實(shí)現(xiàn)高密度地震采集小面元尺寸、高空間采樣的特點(diǎn),本次高密度地震采集對測線空間采樣密度進(jìn)行了加密,使纜間距由常規(guī)的100m縮小到50m,相應(yīng)的2個震源中心之間的距離由常規(guī)的50m縮小到25m(圖3)。最終實(shí)現(xiàn)采集面元由常規(guī)的6.25m×25.0m縮小到6.25m×12.5m。

2) 采集范圍。圖4給出了常規(guī)地震采集與高密度地震采集范圍。常規(guī)地震采集針對整個區(qū)域,覆蓋面積大(黑色實(shí)線);高密度地震采集只針對本氣田,考慮到經(jīng)濟(jì)性及已有平臺對地震采集的影響,對高密度地震采集范圍進(jìn)行了優(yōu)化(紅色實(shí)線)。針對高密度地震采集范圍特點(diǎn),結(jié)合采集方向(東西向),在高密度地震采集過程中將整個工區(qū)分為3個區(qū)塊進(jìn)行采集(圖4虛線分隔所示)。

表2 常規(guī)地震采集與高密度地震采集參數(shù)

注:1cu.in =16.387cm3

圖3 地震采集電源和電纜分布示意a 常規(guī)地震采集; b 高密度地震采集

3) 最小偏移距。受船尾噪聲影響,最小偏移距不可能無限小,但為增加小角度地震反射信息,使最小偏移距由原先的180m減小到132m。

圖4 常規(guī)地震采集范圍與高密度地震采集范圍

3 針對性處理技術(shù)

為達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計的最佳效果(保真、保幅、高分辨率),針對采集到的高密度地震數(shù)據(jù),不僅試驗(yàn)了常規(guī)處理流程,還在多次波衰減、數(shù)據(jù)規(guī)則化、速度分析3個方面試驗(yàn)了新的處理思路及方法。開展了針對性高分辨率地震處理,技術(shù)流程如圖5所示。

圖5 針對性高分辨率地震處理技術(shù)流程

1) 采用多次波聯(lián)合建模衰減方法(JMPAS)壓制多次波。主要思路是利用地震數(shù)據(jù)的完整波場通過三維淺水水層多次波壓制技術(shù)(SRME)[15]和自由界面多次波壓制技術(shù)(SWMA)[16]建立多個多次波模型,并利用多模型匹配技術(shù)得到最終多次波模型加以衰減。對于殘留的鳴震及遠(yuǎn)道多次波,利用預(yù)測反褶積和Radon多次波衰減技術(shù)進(jìn)行衰減。

圖6為高密度地震資料傳統(tǒng)去多次波方法與JMPAS方法去多次波效果分析。原始地震剖面多次波較發(fā)育,相對傳統(tǒng)去多次波方法,JMPAS方法多次波衰減更干凈,地震剖面信噪比有所提升。從高密度地震資料與常規(guī)地震資料自相關(guān)譜(圖7)對比分析也可以看到,利用JMPAS方法壓制多次波更干凈,尤其是目的層的多次波殘留更少。

2) 四維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化。本次數(shù)據(jù)規(guī)則化主要采用四維數(shù)據(jù)規(guī)則化傅里葉域重構(gòu)插值。對非滿覆蓋次數(shù)面元進(jìn)行插值和重構(gòu),在實(shí)現(xiàn)覆蓋次數(shù)均勻化的同時完成數(shù)據(jù)面元中心化,以滿足Kirchhoff偏移要求,從而提高成像效果與信噪比。

圖8對比了三維、四維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化F-K譜。相對三維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化,四維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化對空間假頻控制得更好,信噪比進(jìn)一步提升。

圖6 高密度地震資料去多次波效果分析a 原始疊加剖面; b 傳統(tǒng)去多次波后疊加剖面; c JMPAS去多次波后疊加剖面

圖7 地震資料自相關(guān)譜對比分析a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

圖8 三維、四維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化F-K譜對比分析a 三維插值; b 四維插值

3) 偏移速度精細(xì)分析。速度分析網(wǎng)格加密到250m×250m,并過目標(biāo)線進(jìn)行精細(xì)的偏移速度掃描和多次迭代,直到獲得高精度偏移速度模型,為偏移成像打下良好的基礎(chǔ)。

4 效果分析

為驗(yàn)證高密度地震資料較常規(guī)地震資料的優(yōu)勢,本文從單炮記錄及頻譜特征、井震AVO類型、偏移成像結(jié)果3方面開展了應(yīng)用對比。

4.1 單炮及頻譜特征分析

圖9對比了為常規(guī)地震資料與高密度地震資料的單炮記錄,可以看出,高密度地震資料單炮記錄信噪比更高,時距曲線更清晰。圖10對比了研究區(qū)目的層段高密度地震資料與常規(guī)地震資料的頻譜特征。相對常規(guī)地震資料,高密度地震資料頻帶更寬,高、低頻成分更豐富,從頻譜特征上看,高密度地震資料分辨率更高。

圖9 單炮記錄對比a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

4.2 井震AVO類型分析

圖11對比了東方區(qū)M氣田X井目的層段常規(guī)地震資料與高密度地震資料的AVO類型。圖中黑色箭頭分別指示X井處3套氣組砂體頂界面,常規(guī)地震資料AVO趨勢均呈“V”字形,與井上正演道集AVO類型不匹配;而高密度地震資料AVO類型與井上正演道集AVO類型吻合較好。研究區(qū)所有已鉆井位置處砂體頂界面常規(guī)地震資料與高密度地震資料AVO類型與井上正演道集AVO類型吻合度統(tǒng)計顯示:常規(guī)地震資料的吻合率為67%,高密度地震資料的吻合率為83%。結(jié)果表明,高密度地震資料的疊前保幅性優(yōu)于常規(guī)地震資料。

圖10 研究區(qū)目的層段地震資料頻譜分析

4.3 偏移成像結(jié)果對比

圖12、圖13及圖14分別對比了研究區(qū)南塊、中塊及北塊常規(guī)地震資料與高密度地震資料的偏移剖面。研究區(qū)南塊為地震模糊區(qū),多次波較發(fā)育,從圖12 可以看到,常規(guī)地震資料信噪比低,地震成像較模糊,砂體展布無法準(zhǔn)確刻畫;而高密度地震資料成像效果有所提升,砂體形態(tài)更加清晰,對砂體展布的準(zhǔn)確刻畫更加有利。圖13為過M1井與M2井的連井地震剖面,其中M1井在Ⅱ氣組砂體鉆遇氣水界面為3168.6m,而M2井在Ⅱ氣組砂體鉆遇氣水界面為3069.1m,兩口井所鉆遇的氣水界面高差約100m,應(yīng)屬于2個不同砂體。但常規(guī)地震資料M1井與M2井之間Ⅱ氣組地震相位連續(xù)(黑色箭頭處),無法從地震剖面上將其準(zhǔn)確區(qū)分;而高密度地震資料地震相位斷開(黑色箭頭處),分為2個獨(dú)立砂體,與井上認(rèn)識更為吻合,說明高密度地震資料橫向分辨率有所提高,顯示的砂體接觸關(guān)系更加準(zhǔn)確。從圖14可以看出,常規(guī)地震資料Ⅰ氣組砂體有被水道侵蝕的跡象(黑色圈內(nèi)),但特征不明顯;而高密度地震資料在水道沖溝處同相軸斷開,顯示的水道沖溝特征更加清晰。

圖11 M氣田X井地震資料與井正演道集AVO類型對比

圖12 研究區(qū)南塊偏移剖面對比a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

圖13 研究區(qū)中塊偏移剖面對比a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

圖14 研究區(qū)北塊偏移剖面對比a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

5 結(jié)論

針對研究區(qū)地質(zhì)特征,利用波動方程地震正演模擬、針對性高分辨率處理,使得本次高密度地震采集資料在鶯歌海盆地M氣田巖性勘探中取得了良好的應(yīng)用。研究表明高密度地震采集資料相對常規(guī)地震采集資料具有以下優(yōu)勢:

1) 頻帶更寬,高、低頻豐富,地震分辨率更高;

2) 井震AVO類型的吻合度更高,地震保幅性更好;

3) 砂體的展布及接觸關(guān)系更準(zhǔn)確,反映的水道、沖溝特征更加清晰,有助于砂體精細(xì)刻畫。

本區(qū)高密度地震采集技術(shù)的應(yīng)用減小了采集面元尺寸,增加了空間采樣率,是一種從源頭提升地震資料品質(zhì)的手段。結(jié)合精細(xì)地震采集設(shè)計及針對性處理技術(shù),在類似地區(qū)的勘探開發(fā)中具有一定的推廣應(yīng)用價值。