井間地震VSP技術(shù)在渤海油田的首次應(yīng)用

劉勁省(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司，天津 300452)

0 引言

隨著海上成熟區(qū)塊油田開發(fā)逐步進(jìn)入中后期，初期的地震勘探資料分辨率低，小斷層難成像，難以進(jìn)行儲層砂體精細(xì)描述，無法滿足薄儲層和隔夾層研究的需要，迫切需求一種新技術(shù)提供更高分辨率的地質(zhì)資料，在構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)塊實(shí)現(xiàn)精細(xì)描述構(gòu)造分布，精準(zhǔn)識別尖滅、裂縫等細(xì)小構(gòu)造。

井間地震VSP技術(shù)通過將震源、檢波器都放置在井下，消除了地表因素(諸如淺層氣等低速帶等不利因素)對地面地震不可避免的影響，實(shí)現(xiàn)了高頻帶，從而提供接收井和震源井之間的高分辨率地震成像剖面。其利用直達(dá)波進(jìn)行層析速度反演，建立速度模型，并利用該模型，對記錄到的反射波(尤其是上行反射波)進(jìn)行偏移成像，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造的精細(xì)描述，并能通過帶通反演實(shí)現(xiàn)對地面地震資料分辨率的提高。

1 作業(yè)條件分析

1.1 作業(yè)井對關(guān)鍵信息

1.1.1 井間距

這是井間地震施工作業(yè)成功與否的重點(diǎn)因素。在不同區(qū)塊，由于地質(zhì)構(gòu)造及地層疏松程度不同，地層對震源波的衰減也不同。通常認(rèn)為比較可靠的井間距在200～800m，對于不同地質(zhì)構(gòu)造的區(qū)塊，該范圍將有所差別。如若井間距過大，地層衰減嚴(yán)重，則很難獲得主頻較高的地質(zhì)資料，從而難以獲得成像分辨率較高的地質(zhì)資料。

1.1.2 兩井井斜及共面性

若震源井及檢波器井的井斜較大，超過45°，則容易出現(xiàn)儀器下放不到位、電纜打扭等不利結(jié)果，從而造成采集施工失敗。如若兩井井斜較大，且共面性差，則使得成像剖面產(chǎn)生扭曲，造成成像結(jié)果不理想。

1.2 作業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

1.2.1 震源選擇

(1)脈沖震源。其作用時間很短，信號振幅能量高度集中的脈沖信號，例如：電火花(直接放在泥漿中或預(yù)放在套管中的電極)。

特點(diǎn)：地震信號頻帶較寬，高頻比較豐富，頻率略高于炸藥震源；激發(fā)一致性較好；對井壁破壞小，可以激發(fā)穩(wěn)定子波。

缺點(diǎn)：難以提供理想的低頻信號。

(2)可控震源。其激發(fā)信號作用時間較長、且為均衡振幅的連續(xù)掃描振動信號，例如雙軸井下震動器Z-Trac。

特點(diǎn)：Z-Trac震源，可同時激發(fā)高頻縱波、橫波。激發(fā)能量頻帶寬，且能穩(wěn)定輸出最低有效頻率在30Hz，儀器穩(wěn)定，保養(yǎng)周期長，單次保養(yǎng)，能保證100000萬次激發(fā)正常，不對井壁及環(huán)空水泥產(chǎn)生影響。

1.2.2 檢波器選擇

(1)基于流體耦合的多級水聽器拖纜。其特點(diǎn)為：布置簡單、頻率響應(yīng)高，但缺乏推靠式傳感器那種矢量波場的測量能力，受管波的影響嚴(yán)重。

(2)推靠式三分量多級檢波器。其特點(diǎn)：推靠臂工作，使檢波器與地層耦合良好，記錄井壁粒子運(yùn)動形成的矢量波場，有抑制管波，但其記錄效率比水聽器拖纜差。

對井間地震來說，井下的干擾因素眾多，波場復(fù)雜，在采集中首先要保證有效波場的高信噪比；另外，井間地震采集，不但有一般構(gòu)造與地層的空間展布關(guān)系，而且還有各向異性與流體的問題，在施工時，應(yīng)該綜合考慮區(qū)塊的地質(zhì)情況、井況、施工要求、預(yù)算等多種因素，采用性價比最高、最適合該區(qū)塊的井下檢波器。

1.2.3 采集方法

井間地震采集方法，最為常見的有兩種：共檢波器采集(CRG)及共炮點(diǎn)采集(CSG)。以CRG為例，檢波器固定深度不動，震源從底深度，定點(diǎn)上提至頂深度，該采集就構(gòu)成了一個扇區(qū)。通常情況下，檢波器需要上移幾個深度，每移動并固定到一個深度，則震源移動并激發(fā)，從而再次采集一個扇區(qū)。以這樣的模式，采集完所有扇區(qū)，則完成井間地震采集。同理，CSG則相當(dāng)于震源不動，檢波器移動采集扇區(qū)，或者說相當(dāng)于一個震源炮點(diǎn)的非零VSP采集。

1.2.4 采集參數(shù)設(shè)置

(1)檢波器、震源移動深度選擇。在施工之前，必須對施工井進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，以確定震源、檢波器的布放深度，必須保證目的層必須在覆蓋范圍內(nèi)。

(2)采集深度間隔。一般檢波器級間距選用15m(或30m)，采集深度間隔為2.5m、5m、7.5m、15m(通常選擇5m深度間隔)，震源采集深度間隔一般為5m。

(3)檢波器級數(shù)。下井的檢波器個數(shù)越多，覆蓋的采集段也越長，從而提高采集效率。但是檢波器個數(shù)越多，需要的通信帶寬越高，只能通過降低采樣間隔帶動檢波器串，這樣會降低數(shù)據(jù)頻譜的截至頻率。常見的檢波器級數(shù)為12級、15級和20級。注意：一般檢波器級數(shù)越多，對應(yīng)的采樣間隔將相應(yīng)延長(例如從0.5ms延長至1ms)。

(4)震源掃頻次數(shù)。每個震源深度上為提高信噪比所進(jìn)行的掃描次數(shù)，要根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量和采集時間進(jìn)行權(quán)衡。

1.2.5 噪音識別

在作業(yè)中存在很多環(huán)境噪音，尤其是在不占井口施工期間，海上平臺或模塊鉆機(jī)的日常生產(chǎn)、運(yùn)輸往往產(chǎn)生一些諸如泥漿泵、固井泵、周邊拖輪馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)等各個頻段噪音，對有效波場的信噪比提高造成較大困難。一般采用分時采集的方法，即對于不能避免的噪音干擾，可以適當(dāng)停止采集，等相干噪音降低到背景噪音下再開始采集。

2 具體案例分析

2.1 基本信息

接收井：J檢波器井；震源井：Z震源井；作業(yè)任務(wù)：井間地震VSP作業(yè)；套管尺寸：9.625”；檢波器：12級VSI(165m)； 震源：可控震源采樣率：0.5ms；井間距：400m；檢波器深度間隔：5m；震源深度間隔：5m；掃頻范圍：30～600Hz；掃頻個數(shù)：16；掃頻長度：14s；采樣率： 0.5ms。

2.2 采集流程

2.2.1 檢波器和震源的移動方式

(1)接收井中，檢波器串首先下放到采集段最下部的設(shè)計停點(diǎn)深度，開啟推靠臂記錄數(shù)據(jù)。如果地表有噪聲通過繃緊的電纜傳播至井下，則需要放松電纜，用電纜卡子把電纜懸掛在井口。

(2)震源井中，井下震源按照測試采集步驟中確定的間距，從采集段的下端開始逐步上移、停點(diǎn)掃頻，直到當(dāng)前的扇面采集完畢為止，如圖1所示。

圖1 檢波器與震源移動示意圖

(3)接收井中，檢波器移動到下一個停點(diǎn)位置，開啟推靠臂記錄數(shù)據(jù)，移動間距在測試采集步驟確定。震源井中，井下震源重復(fù)第二步的工作，完成下一個扇區(qū)的采集。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)通信

震源井和接收井之間將采用GPS和天線保持通信，確保掃頻信號和檢波器井下信號的同步性。

2.3 采集成果

該井對采集到的原始數(shù)據(jù)頻譜顯示：低頻達(dá)30Hz，高頻達(dá)到360Hz。后通過數(shù)據(jù)處理得到的整體頻譜為30～300Hz，主頻為150Hz。與地面地震采集成果對比顯示，井間地震資料分辨率是地面地震的4倍左右。

2.4 注意事項(xiàng)

在進(jìn)行井間地震作業(yè)前，應(yīng)充分收集相關(guān)井信息，以確定作業(yè)井對是否滿足井間距要求，目的層是否在采集覆蓋范圍內(nèi)；作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行固井質(zhì)量測井，以確定檢波器、震源與套管貼合處的固井質(zhì)量是否合格；作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行交叉偶極子聲波、零偏VSP作業(yè)，為井間地震處理提供相應(yīng)的速度模型。檢波器在完成布放后，應(yīng)進(jìn)行“shacker”測試，以確定各級檢波器接收功能正常；震源掃頻波形應(yīng)完整。采集時應(yīng)注意噪音分析，并記錄，尤其應(yīng)減少套管波的影響，必要時停止采集，待噪音降低后恢復(fù)，以提高信噪比。采集過程中應(yīng)時刻注意資料記錄的同步性，避免出現(xiàn)發(fā)射和接收不同步，影響數(shù)據(jù)分析。不占井口施工應(yīng)重點(diǎn)加大安全力度。人員交接班應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行交接班制度，避免出現(xiàn)交接班失誤。與海上平臺協(xié)作出現(xiàn)交叉作業(yè)時，應(yīng)合理安排好工作時序，以便達(dá)到作業(yè)安全高效。

2.5 適用范圍

在兩對井共面性較好的情況下，井間距小于500m，取得資料的視分辨率最高能達(dá)到3～5m；井間距500～800m，分辨率最高能達(dá)到7～10m；超過800m，取得資料分辨率較低。

3 結(jié)語

井間地震以獨(dú)特的施工方式，能突破地面地震的地表因素限制，故而能采集到主頻更豐富、信噪比更高的地震資料。結(jié)合海上平臺特性，使用特種防噴器裝置進(jìn)行不占井口采集井間地震作業(yè)，合理統(tǒng)籌井間地震與鉆、完井工序，在保證作業(yè)質(zhì)量的同時，大大提高了作業(yè)時效。本次渤海墾利10-1A油田采集的井間地震VSP資料質(zhì)量合理率100%，分辨率高達(dá)5m，是地面地震采集資料分辨率的4倍以上，為墾利10-1A油田精細(xì)構(gòu)造描述，成功識別尖滅、斷層，提供了極為可靠的地質(zhì)資料，并以此對油田后續(xù)3口井井位設(shè)計進(jìn)行了有針對性的調(diào)整。本次井間地震VSP的采集為國內(nèi)海上自營平臺的首例，克服了施工環(huán)境狹小、存在一定交叉作業(yè)風(fēng)險、時效要求嚴(yán)苛等困難，并積累了大量平臺施工經(jīng)驗(yàn)，為同行業(yè)進(jìn)行類似作業(yè)提供了值得借鑒的參考依據(jù)。