致密砂巖氣藏地震處理技術與應用

(中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020)

王寶江

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西 西安 710075)

邊冬輝，周齊剛

(中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020)

鄂爾多斯盆地黃土塬區(qū)是我國重要的致密砂巖氣藏分布區(qū)，在廣泛分布的致密砂巖及泥巖中尋找相對高孔、高滲儲層是油氣勘探開發(fā)的重點和難點，也是長慶油田穩(wěn)產0.5×108t的關鍵所在。鄂爾多斯盆地上古生界天然氣藏為巖性氣藏，迄今為止，利用波形分類、分頻、地震反演、吸收衰減等地震勘探技術發(fā)現了眾多含氣有利區(qū)，取得了可喜的成果。但是，在致密砂巖氣藏勘探方面，要求在致密砂巖和泥巖背景中識別細微有效的砂巖反射，給地震勘探帶來了巨大挑戰(zhàn)。解決上述問題的唯一辦法是必須回歸到地震常規(guī)處理環(huán)節(jié)，針對地震資料的特點，開發(fā)特色的地震處理技術和處理流程，獲得高質量的地震成果數據，為后續(xù)儲層預測和巖性反演提供數據基礎。

1 致密砂巖氣藏地震資料特點

鄂爾多斯盆地上古生界石盒子組和山西組為天然氣勘探的主要目的層，屬于典型的致密砂巖氣藏[1,2]。由于復雜的地表條件(溝壑縱橫的黃土塬和沙漠)，導致地震資料品質差，表現為靜校正問題嚴重、主頻低、頻帶窄、各種噪聲發(fā)育；同時有效砂巖儲層薄(小于10m)、巖性致密、非均質性強，地球物理特征(如波阻抗)與圍巖差異較小，致使地震反射微弱，加之山西組底部煤層強地震反射的屏蔽作用，進一步掩蓋了有效砂巖的反射信號。

圖1為鄂爾多斯盆地東北部一條測線的常規(guī)疊加處理成果剖面，目的層在1550～1600ms；右上角為目的層頻譜圖；在1600ms處強振幅連續(xù)反射為山西組底部煤層的反射，有效砂巖(小于10m)反射在1580ms附近(圖中箭頭所示)。

利用該資料來識別有效砂巖極其困難，必須采用相應的處理技術和流程，從疊前開始，在保持振幅的情況下，壓制噪聲、提高分辨率，突出有效信號。

2 致密砂巖氣藏地震資料處理流程

致密砂巖氣藏地震處理流程與常規(guī)地震處理流程大致相同，但在某些方面需要特殊的處理方法及流程。按照致密砂巖精細研究的需求，處理流程分為疊加成果的處理和AVO(振幅隨偏移距的變化)道集處理2個方面，處理的側重點不同(見圖2)。靜校正和剩余靜校正對于致密砂巖氣藏地震處理至關重要，是處理的基礎，差的靜校正不僅引入錯誤的構造信息，也會導致目標砂巖反射無法聚焦成像。多域去噪在各種域中壓制規(guī)則干擾，從而將有效信號從噪聲背景中突顯出來，使得后續(xù)對致密砂巖的精細描述成為可能。井控反褶積利用研究區(qū)井點處的測井合成記錄來控制參數的選取，得到更加合理的反褶積效果，提高對致密砂巖反射的分辨能力。高次項動校正盡可能地保留了遠道的地震信息，不僅保證了同相疊加，也為致密砂巖的AVO分析和疊前反演提供了高質量的道集資料。

注：S1代表山西組一段底；S2代表山西組二段底；C2b代表本溪組底；Tc3代表山西組底部煤層的地震反射。圖1 致密砂巖氣藏區(qū)典型疊加剖面

圖2 致密砂巖氣藏地震處理流程

3 致密砂巖氣藏地震資料處理技術

致密砂巖氣藏地震資料處理要求在保持振幅的前提下，盡可能地對各種噪聲進行壓制，拓寬地震資料的頻帶，提高地震資料的主頻，突出有效儲層的微弱信號；同時還要針對CDP道集進行專門的處理，提供高質量的AVO道集資料，滿足疊前儲層預測的需求。其特殊的處理方法主要包括靜校正、井控反褶積、高次項動校正等。

3.1 靜校正

由于鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏區(qū)地表條件極其復雜，既有溝壑縱橫的黃土塬，也有沙漠，還有半沙漠半戈壁，導致原始地震記錄存在不同程度的靜校正問題，靜校正效果的好壞直接影響著后續(xù)地震資料處理成果的優(yōu)劣。

圖3 初至波旅行時層析成像基本原理示意圖

理論上講，若近地表速度模型真實，靜校正問題就能徹底解決。因此，解決復雜探區(qū)靜校正問題的核心是建立高精度的、符合實際地質情況的近地表速度模型[3]。主要策略是利用正確的初至模型反演近地表速度模型，提高近地表速度模型的精度，通過層析靜校正解決長波長靜校正問題。初至波旅行時層析成像是利用速度分布和初至波走時之間的線積分關系，根據走時殘差或差分走時來反演近地表的速度結構。其基本原理如圖3所示，主要由初始模型建立、正演、反演和結果評價4個部分組成。

正演的目的在于找到模型與數據之間的關系，對于初至波層析成像來說，正演的目的在于計算出從震源到接收點的地震波傳播路徑及走時，即射線追蹤。反演的目的在于根據模型與數據之間的關系，利用觀測數據反推模型，即根據實際記錄走時與初始模型中的計算走時之差得到新的速度模型，使新模型里的射線走時與實際觀測走時殘差減小并達到給定精度。結果評價主要包括對反演的收斂性分析、走時數據擬合情況分析以及將成像結果應用于實際地震資料處理(如靜校正等)中，檢驗結果的正確性[3～7]。

在層析反演中，M條射線和N個未知數建立的層析方程組可表示為：

AΔS=ΔT

(1)

式中：A、ΔS、ΔT分別為Jacob矩陣、慢度修正量和旅行時殘差。

圖4是鄂爾多斯盆地黃土塬區(qū)L測線靜校正前后單炮對比，原始單炮記錄的初至扭曲嚴重，導致有效信號無法識別；經過層析反演靜校正后的單炮，初至變得平直，2000～2300ms時間處出現了規(guī)則的雙曲線有效信號。

圖4 研究區(qū)L測線層析反演靜校正前、后單炮效果對比

3.2 井控反褶積

反褶積是用于壓縮地震子波，拓寬地震信號頻帶，提高地震資料信噪比的必不可少的技術。反褶積方法的選取和參數的選擇通常依賴處理員的經驗，通過選取不同方法和調試幾個參數獲得處理的剖面，從而進行對比，最終確定反褶積方法和參數，受人為因素影響較大。在致密氣藏地區(qū)，單純依靠地震數據確定反褶積及參數的方法難以對細微有效的信號進行識別，必須利用井控反褶積技術，即在地震資料處理的過程中，最大程度地利用已有的測井資料、VSP(垂直地震剖面)資料，將井點數據和地面地震數據進行一體化聯合分析、處理，從而優(yōu)選出最佳反褶積參數，獲得高保真、高分辨率、高信噪比的“三高”地震數據。

圖5 井控反褶積處理流程示意圖

井控反褶積處理流程如圖5所示，首先對經過靜校正和多域去噪后的單炮數據進行各種反褶積方法及步長參數的測試，然后按照致密砂巖處理流程獲得多個疊加剖面，并與合成記錄或者VSP走廊疊加剖面進行相關分析，最終確定最佳的反褶積方法和步長參數[8～10]。

3.3 高次項動校正

常規(guī)動校正中，動校正量的計算是利用DIX雙曲線公式求取反射子波各點相對于自激自收道反射的延遲時間，但DIX雙曲線公式對大炮檢距地震資料進行常規(guī)動校正處理時不能校平同相軸，原因在于DIX雙曲線公式忽略了高次項時距關系函數的泰勒展開式。因此，為解決大偏移距地震資料動校正時由于速度各向異性而引起的校正量不足的問題，必須考慮高次項動校正技術[11,12]。DIX雙曲線公式為：

(2)

經高階泰勒級數展開后為：

(3)

式中：t為地震波旅行時，ms；t0為地震波沿垂直界面的傳播時間，ms；x為炮檢距，m；v為地震波在介質中的傳播速度，m/s；c1、c2、c3、c4為泰勒級數展開的系數，1；下標k代表第k層；Δtk為第k層的地震波旅行時，ms；vk為第k層的速度，m/s。

圖6為利用常規(guī)動校正和高次項動校正后的道集對比，可以看出，由于存在速度各項異性，用常規(guī)動校正方法在淺層存在明顯的遠偏移距動校不足，同相軸向上彎曲(圖中箭頭所示)，常規(guī)動校正只是切除遠偏移距的信息，不僅會降低疊加剖面的質量，也會對疊前AVO分析和反演效果產生不利影響；而經過高次項動校正處理后的道集資料，消除了淺層和深層遠偏移距動校的不足，道集質量顯著提高。

4 應用

利用上述處理流程和處理方法，針對鄂爾多斯盆地黃土塬區(qū)上古生界二疊系致密砂巖氣藏進行精細處理，獲得了高質量的成果資料。圖7為不同流程和方法處理的效果對比，可以看出，原處理剖面存在較明顯的長波長靜校正問題，信噪比較低，連續(xù)性較差，右半部存在虛假的構造；而致密砂巖氣藏處理流程和方法獲得的剖面消除了靜校正引起的虛假構造，信噪比高，連續(xù)性好，反射內幕清晰，視頻率由原來的30Hz提高到45Hz左右，石盒子組8段致密砂巖弱反射波形清晰(圖中橢圓框所示)，呈現出明顯的河道砂體下凹形態(tài)。后續(xù)鉆探表明，在CDP1315位置(圖中箭頭所示)處，實鉆石盒子組8段砂巖厚度15m，獲天然氣無阻流量5×104m3。

圖7 不同處理流程和方法處理得到的剖面對比

5 結語

同常規(guī)地震勘探區(qū)域相比，致密砂巖氣藏區(qū)地震資料處理要求更高，不僅需要一整套特色的疊加和道集處理流程，還要求更加獨特的處理思路和精細的處理方法。根據地表采集條件，做好基礎靜校正和剩余靜校正，在多域最大限度地壓制噪聲，井控結合優(yōu)選反褶積方法和參數，做好大偏移距動校正，重視AVO道集處理，才能得到滿意的處理效果。