基于成本分析的高密度勘探觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與評價

楊麗瑩, 許海州, 王豆豆

(1.中國石油化工股份有限公司 石油物探技術(shù)研究院，南京 211103；2.四川第四紀能源科技有限公司,成都 610000)

0 引言

隨著油氣勘探開發(fā)逐漸向精細、深層和特殊巖性體方向發(fā)展，油氣開發(fā)人員對地震資料的處理效果和成像質(zhì)量也有了更高的要求。為了在儲層預(yù)測、油藏描述和巖性分布中表現(xiàn)出更高的信噪比和分辨率，作為地震勘探的第一步，地震資料采集顯得尤為重要。其中，高密度采集對地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)的精細勘探問題有明顯幫助。高密度觀測系統(tǒng)在多個實際工區(qū)的應(yīng)用表明，經(jīng)高密度觀測系統(tǒng)采集的資料較老成果在信噪比和分辨率上有明顯提高。顯然優(yōu)秀的觀測系統(tǒng)會得到更高品質(zhì)數(shù)據(jù)，同時我們不得不考慮采集成本的問題，因此，最優(yōu)性價比的觀測系統(tǒng)設(shè)計是重中之重。

觀測系統(tǒng)的質(zhì)量評價分析以及觀測系統(tǒng)經(jīng)濟性的評價分析,對于深層勘探有著舉足輕重的作用。王超越等[1]認為在高密度地震觀測系統(tǒng)設(shè)計中，炮檢距均勻性也是評價觀測系統(tǒng)的重要指標之一，均勻的炮檢距有利于減少噪音干擾，幫助接收中、深層反射波。除此之外，宋紅玲[2]認為勘探成本也是一個需要解決的問題，勘探成本與觀測系統(tǒng)的各種參數(shù)選取有著直接的關(guān)系(如覆蓋次數(shù)、排列線道數(shù)、炮間距、道間距和最大炮檢距等);趙虎等[3]也經(jīng)過研究實踐論證出觀測系統(tǒng)的設(shè)計好壞是決定采集數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，其受多個屬性參數(shù)綜合作用，衡量的標準可以用觀測系統(tǒng)綜合質(zhì)量因子C來判斷,綜合質(zhì)量因子值越大，表示觀測系統(tǒng)質(zhì)量越好;徐峰等[4]認為觀測系統(tǒng)中的炮檢距、接收線數(shù)和炮密度也對實際勘探地震資料采集質(zhì)量有重要意義;王書文等[5]首次提出觀測系統(tǒng)受綜合質(zhì)量因子影響的同時，也影響著地震資料的成像質(zhì)量(回采工作面地震CT成像質(zhì)量)，單位面積的覆蓋率與地震資料的成像質(zhì)量成正比。

隨著勘探深度和難度地增大，觀測系統(tǒng)的設(shè)計與性價比有了越來越嚴格的要求，觀測系統(tǒng)設(shè)計也在實用化地震勘探中處于重中之重。諸如李萬萬[6]提出的基于波動方程正演的地震觀測系統(tǒng)設(shè)計、李忠熊等[7]提出的高密度高覆蓋寬線采集技術(shù)、張友焱等[8]提出的利用高精度遙感信息輔助設(shè)計檢波器點位。相信對于未來的觀測系統(tǒng)設(shè)計，是一個從二維到三維，從高成本到低成本，從二維評價開發(fā)到三維評價開發(fā)的過程。

1 方法原理

本次研究主要集中在總成本(每平方公里)的對比分析從而確定不同地質(zhì)條件下的適合的最優(yōu)觀測系統(tǒng)

本次研究主要是在已知道間距Δx、炮點距Δy、輸入縱向和橫向覆蓋次數(shù)fx和fy、接收線數(shù)R、接收線距dR以及炮線距ds五個等參數(shù)，來確定一個三維觀測系統(tǒng)并得到相關(guān)參數(shù)(如總的接收線數(shù)、每條接收線道數(shù)、總覆蓋次數(shù)和工區(qū)單位面積炮點數(shù)等參數(shù))。得到三維觀測系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)后，結(jié)合所給的與成本有關(guān)參數(shù)(如勘探許可成本CPER，每道測量成本CSSV等)，計算出該觀測系統(tǒng)的各項成本及總成本。

趙虎等[9]提出三維觀測系統(tǒng)的成本可分成多項小成本：前期準備成本、野外施工成本和現(xiàn)場處理成本。其中前期準備成本包括勘探許可成本、鉆井成本、測量成本以及清理成本。野外施工成本包括儀器成本和地震隊日常施工成本。

在設(shè)計三維觀測系統(tǒng)過程中，給定道間距Δx和炮點距Δy，將縱向和橫向覆蓋次數(shù)fx和fy，接收線數(shù)R，接收線距dR以及炮線距ds五個參數(shù)作為變量。根據(jù)以上幾個變量，代入表1中的計算公式可以得到觀測系統(tǒng)的其他參數(shù)(表1)。在得到一個觀測系統(tǒng)的各種參數(shù)之后，結(jié)合所給的與各項成本有關(guān)的參數(shù)(表2),可以計算出該觀測系統(tǒng)的各項成本與總成本,如表3所示?？偝杀緸楸?中各項成本的總和。即從表3中的勘探許可成本一直累加到處理成本。據(jù)以上參數(shù)及公式，可以計算出觀測系統(tǒng)的各項參數(shù)，將所給參數(shù)作為輸入變量，各項細分成本和總成本作為輸出變量，計算出所設(shè)計三維觀測系統(tǒng)的細分成本以及總成本?？偨Y(jié)規(guī)律，為不同地質(zhì)條件的勘探確定最優(yōu)觀測系統(tǒng)的設(shè)計方案。

表1 參數(shù)計算公式

表2 成本參數(shù)

表3 成本計算公式

根據(jù)參考文獻[3]對綜合質(zhì)量因子的分析闡述，該參數(shù)可盡最大可能綜合觀測系統(tǒng)的各項重要參數(shù)的特點，從宏觀角度對觀測系統(tǒng)的優(yōu)劣進行分析。綜合質(zhì)量因子C計算公式如式(1)。

(1)

式中:NMaxFold為滿覆蓋次數(shù)(最大覆蓋次數(shù))；NReFold為參考覆蓋次數(shù)，為一常數(shù);ΔNMaxFold為滿覆蓋次數(shù)區(qū)域中最大與最小覆蓋次數(shù)的差值；ηMaxOffsetCor為炮檢距非均勻性系數(shù)與參考非均勻系數(shù)的比值；ΔηMaxOffsetCor為滿覆蓋次數(shù)區(qū)域中最大和最小ηMaxOffsetCor的差值；γMaxOcc為最大所占比例，即為有色區(qū)域與整個區(qū)域的比值的最大值；ΔγMaxOcc為最大和最小γMaxOcc的差值；K為常數(shù)，為了調(diào)節(jié)綜合質(zhì)量因子C。式(1)用NMaxFold和NReFold兩個主要參數(shù)實現(xiàn)了對觀測系統(tǒng)的分析與評價,且綜合質(zhì)量C越大，一定程度上說明了觀測系統(tǒng)越好[3]。綜合質(zhì)量因子較為全面和詳細的評價了觀測系統(tǒng)，對于設(shè)計改進地震觀測系統(tǒng)有很好地幫助。

2 實際工區(qū)應(yīng)用

2.1 不同接收線距的觀測系統(tǒng)性價比評價

在同一地震勘探區(qū)域設(shè)計了五套觀測系統(tǒng)，這五套觀測系統(tǒng)總體相近，但是接收線距不同，接收線距最小為100 m，間隔為50 m逐步遞增。其中，觀測系統(tǒng)的其他關(guān)鍵參數(shù)相同，例如：接收線數(shù)為36線，單線接收道數(shù)為420道，炮線距為150 m，道間距為25 m，炮點距為50 m，覆蓋次數(shù)630次。最后得到五套觀測系統(tǒng)的總成本見表4。

表4 不同接收線距觀測系統(tǒng)的總成本

分別對這五套觀測系統(tǒng)的總成本變化成圖進行分析。建立接收線距和總成本之間的關(guān)系,如圖1所示。

圖1 總成本隨接收線距變化規(guī)律圖

從計算結(jié)果可以看出，保持其他參數(shù)不變，隨著接收線距增加，觀測系統(tǒng)的總成本減??；同時，圖1更加清晰直觀地反映了總成本與接收線距的關(guān)系。據(jù)此，可以初步得出觀測系統(tǒng)的總花費隨著接收線距的增大而減小。需要注意的是，從圖1中我們看出總成本隨接收線距的變化并非一條規(guī)則直線，而是一條不規(guī)則變化的曲線，也就是說總成本與接收線距的變化并非簡單反比關(guān)系。

將總成本隨觀測系統(tǒng)接收線距的變化和綜合質(zhì)量因子隨觀測系統(tǒng)接收線距的變化進行統(tǒng)一成圖(圖2)。

圖2 總成本和綜合質(zhì)量因子圖

因此可以得出結(jié)論：在同一工區(qū)進行地震勘探時，對于觀測系統(tǒng)的設(shè)計選擇，應(yīng)該選擇成本與質(zhì)量都能滿足的觀測系統(tǒng)。在這里，優(yōu)先選擇接收線距為250 m的觀測系統(tǒng)。

2.2 不同接收線數(shù)的觀測系統(tǒng)性價比評價

在同一地震勘探區(qū)域設(shè)計了五套觀測系統(tǒng)，這五套觀測系統(tǒng)總體相近，但是接收線數(shù)不同。這五套觀測系統(tǒng)的接收線數(shù)以32線為首項，每次增加2條線。其中，觀測系統(tǒng)的其他關(guān)鍵參數(shù)相同，例如：接收線距為150 m，單線接收道數(shù)為420道，炮線距為150 m，道間距為25 m，炮點距為50 m。最后得到五套觀測系統(tǒng)的總成本如表5所示。

分別對這五套觀測系統(tǒng)的總成本變化變化成圖進行分析,將接收線數(shù)作為自變量，總成本作為因變量成圖見圖3。

從計算結(jié)果(表5)可以看出，保持其他參數(shù)不變，隨著接收線數(shù)增加，觀測系統(tǒng)的總成本增大；同時如圖3所示，更加清晰直觀地反映了總成本隨著接收線數(shù)變化的趨勢。據(jù)此，可以初步得出觀測系統(tǒng)的總花費隨著接收線數(shù)的增大而增大。需要注意的是，從圖3可以看出總成本隨接收線數(shù)的變化近似于一條規(guī)則的直線，而非曲線或者折線，這是因為自變量接收線數(shù)的變化是按照等差數(shù)列的形式來變化的，因此，總成本與接收線數(shù)的變化成正比關(guān)系。

表5 不同接收線數(shù)觀測系統(tǒng)的總成本

圖3 總成本隨接收線數(shù)變化規(guī)律圖

從圖4可知，隨著觀測系統(tǒng)的接收線數(shù)增大，總成本漸漸變高，綜合質(zhì)量因子漸漸變大；成本變高增加了勘探成本，綜合質(zhì)量因子變大提升了觀測系統(tǒng)的質(zhì)量。觀測系統(tǒng)的接收線數(shù)增大導(dǎo)致的總成本變化和綜合質(zhì)量因子的變化相同，前者不利于野外地震勘探成本節(jié)省原則，而后者有利于地震勘探工作。這就需要根據(jù)具體工區(qū)的地質(zhì)條件和要求的勘探成像精度與質(zhì)量因地制宜。

圖4 總成本和綜合質(zhì)量因子圖

2.3 不同炮線距的觀測系統(tǒng)性價比評價

在同一地震勘探區(qū)域設(shè)計了五套觀測系統(tǒng)，參數(shù)一致，但是炮線距不同。五套觀測系統(tǒng)的炮線距以100 m為首項，變化間隔為50 m。其中，觀測系統(tǒng)的其他關(guān)鍵參數(shù)相同(接收線距為150 m，單線接收道數(shù)為420道，接收線數(shù)36線，道間距為25 m，炮點距為50 m)。最后得到五套觀測系統(tǒng)的總成本如表6所示。

表6 不同炮線距觀測系統(tǒng)的總成本

這五套觀測系統(tǒng)的總成本變化成圖進行分析,將炮線距作為自變量，總成本作為因變量成圖(圖5)。

圖5 總成本隨炮線距變化規(guī)律圖

從計算結(jié)果表6可以看出，保持其他參數(shù)不變，隨著炮線距增加，觀測系統(tǒng)的總成本減小；同時圖5更加清晰直觀地反映了總成本隨著炮線距的變化趨勢。據(jù)此，可以初步得出觀測系統(tǒng)的總花費隨著炮線距的增大而減小。從圖5中看出，總成本隨接收線距的變化不是一條規(guī)則的直線，而是一條不規(guī)則變化的曲線。

從圖6可知，隨著觀測系統(tǒng)的炮線距增大，總成本漸漸降低，綜合質(zhì)量因子漸漸變小；雖然總成本變低減少了勘探成本，但是同時綜合質(zhì)量因子降低也導(dǎo)致了觀測系統(tǒng)的質(zhì)量的降低。觀測系統(tǒng)的炮線距增大導(dǎo)致的總成本變化和綜合質(zhì)量因子的變化相同，前者有利于野外地震勘探成本節(jié)省原則，而后者不利于地震勘探工作，影響后期室內(nèi)數(shù)據(jù)處理工作的質(zhì)量、精確度和分辨率。這就需要根據(jù)具體工區(qū)的地質(zhì)條件和要求的勘探成像精度與質(zhì)量因地制宜。

圖6 總成本和綜合質(zhì)量因子圖

據(jù)此，在設(shè)計選擇觀測系統(tǒng)的時候，其他參數(shù)不變的情況下，不影響成像質(zhì)量和地震資料分辨率的前提下，可以優(yōu)先選擇炮線距較大的觀測系統(tǒng)，以此來控制地震勘探過程中野外數(shù)據(jù)資料采集的總成本。

2.4 不同接收道數(shù)的觀測系統(tǒng)性價比評價

在同一地震勘探區(qū)域設(shè)計了十套觀測系統(tǒng)，十套觀測系統(tǒng)參數(shù)一致，但是接收道數(shù)不同。單線接收道數(shù)以396道為首項，變化間隔為24道。其中，觀測系統(tǒng)的其他關(guān)鍵參數(shù)相同(接收線距為150 m，炮線距為150 m，接收線數(shù)36線，道間距為25 m，炮點距為50 m)。

將接收道數(shù)作為自變量，總成本作為因變量成圖(圖7)。從計算結(jié)果(表7)可以看出，保持其他參數(shù)不變，隨著接收道數(shù)增加，觀測系統(tǒng)的總成本在變大；同時由圖7更加清晰直觀地反映了總成本隨著接收道數(shù)變化的趨勢。據(jù)此，可以初步得出觀測系統(tǒng)的總花費隨著接收道數(shù)的增大而增大。

圖7 總成本隨接收道數(shù)變化規(guī)律圖

表7 不同接收道數(shù)觀測系統(tǒng)的總成本

從圖8可知，隨著觀測系統(tǒng)的接收道數(shù)增大，總成本漸漸變高，綜合質(zhì)量因子漸漸變大；成本變高增加了勘探成本，綜合質(zhì)量因子變大提升了觀測系統(tǒng)的質(zhì)量。因此，在設(shè)計選擇觀測系統(tǒng)的時候，其他參數(shù)不變的情況下，不影響成像質(zhì)量和地震資料分辨率的前提下，可以優(yōu)先選擇接收道數(shù)較小的觀測系統(tǒng)，以此來控制地震勘探過程中野外數(shù)據(jù)資料采集的總成本。

圖8 總成本和綜合質(zhì)量因子圖

3 結(jié)論與展望

通過本次研究可得觀測系統(tǒng)的四個主要參數(shù)能夠計算出觀測系統(tǒng)的最后的總成本。其他條件不變時，增大炮線距、接收線距，觀測系統(tǒng)的總花費降低；增大接收道數(shù)、接收線數(shù)，觀測系統(tǒng)的總成本升高。當其他條件不變時，增大接收線距、接收線數(shù)、接收道數(shù)的時候，觀測系統(tǒng)的綜合質(zhì)量因子增大；增大炮線距的時候，觀測系統(tǒng)的綜合質(zhì)量因子減小。因此可以通過建立數(shù)學(xué)模型的方式，利用觀測系統(tǒng)的主要參數(shù)計算出觀測系統(tǒng)最后的總成本和綜合質(zhì)量因子，能夠科學(xué)有效地對觀測系統(tǒng)進行性價比評價分析，從而達到選取深層勘探最優(yōu)性價比觀測系統(tǒng)的目的，該方法可用于實際生產(chǎn)。

在今后設(shè)計觀測系統(tǒng)時，可以設(shè)計出多套參數(shù)不同的觀測系統(tǒng)，這些參數(shù)都能夠滿足地質(zhì)任務(wù)需求，在選取時，可以利用高密度勘探最優(yōu)性價比觀測系統(tǒng)評價分析的方法，對每一套觀測系統(tǒng)參數(shù)進行計算，得到各個觀測系統(tǒng)的總成本與綜合質(zhì)量因子，然后再選取最合適具體地質(zhì)條件和采集任務(wù)的觀測系統(tǒng)。