塔里木盆地沙漠區(qū)超深層碳酸鹽巖地震資料精細處理技術(shù)

趙銳銳,周 強,彭更新,胡曉亞,孫海軍,陳 立,李 忠,王 瓏,王玉華

(1.中國石油 塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院,庫爾勒 841000;2.東方地球物理公司 物探技術(shù)研究中心,成都 610213)

0 引言

碳酸鹽巖油氣總量約占全球油氣總量的70%,塔里木盆地碳酸鹽巖油儲層是塔里木油田原油上產(chǎn)的重要戰(zhàn)略要地。以塔里木盆地近10年來石油勘探最大的發(fā)現(xiàn)--富滿油田為例,高品質(zhì)地震資料采集處理技術(shù)是其成功勘探發(fā)現(xiàn)的兩大關(guān)鍵技術(shù)之一。

富滿油田位于塔克拉瑪干沙漠,其地震資料處理面臨三大挑戰(zhàn)[1-2]:①地表為大沙漠區(qū),位于塔克拉瑪干沙漠腹地,廣泛分布松散沙土,沙丘表層結(jié)構(gòu)橫向變化劇烈,吸收衰減嚴重;②目的層奧陶系埋藏超深,多次波發(fā)育對目的層信號造成多重污染,信噪分離難,影響剩余時差拾取精度;③全層系高精度建模需考慮的地層數(shù)量眾多,尤其沙丘表層和火成巖速度變化劇烈,嚴重制約奧陶系走滑斷裂和精準(zhǔn)成像。

針對大沙漠區(qū)表層、超深埋藏、全層系精準(zhǔn)建模三大挑戰(zhàn),塔里木油田持續(xù)對地震資料處理進行攻關(guān),針對性形成了沙漠近地表反演及剝蝕技術(shù)、近地表Q補償技術(shù)、層間多次波壓制技術(shù)、超深目的層全層系高精度建模技術(shù),通過精細化處理獲得高品質(zhì)的預(yù)處理道集和精準(zhǔn)的速度模型,從而達到提高奧陶系縫洞和走滑斷裂成像精度的目的。

1 沙丘近地表反演及剝蝕技術(shù)

塔克拉瑪干沙漠廣泛分布條帶狀沙丘和蜂窩狀沙丘,縱橫向存在速度變化,以往采用沙丘曲線來解決靜校正問題。沙丘曲線法是將沙丘作為一個規(guī)則的變化體來考慮,而現(xiàn)實中沙丘形態(tài)千變?nèi)f化,成因和物性又各不相同,一條沙丘曲線并不能充分表征大面積的表層結(jié)構(gòu)特性,具有局限性。折射靜校正是一種較好的替代方法,通過交互初至拾取,逐段估算折射波速度,用延遲時反演法建立近地表模型,然后用相關(guān)方法計算各道與模型道時差,最后根據(jù)近地表模型用統(tǒng)計方法算出炮點和檢波點的靜校正量。但其應(yīng)用前提是要求有一個平穩(wěn)光滑的低降速帶底界,且須追蹤同一折射層,應(yīng)用條件相對苛刻,且精度不夠。通過大量研究證實:微測井約束層析靜校正能相對精準(zhǔn)反演塔克拉瑪干沙漠近地表結(jié)構(gòu)。

層析成像利用地震波旅行時來反演地下介質(zhì)的層速度和反射界面。因為走時是各個網(wǎng)格旅行時的總和,導(dǎo)致成極淺層速度偏大,故用微測井速度提供極淺層速度,有助于提高表層速度模型精度。微測井約束層析能很好地刻畫沙漠表層(圖1),北面是蜂窩狀沙丘,沙丘頂部速度為1 400 m/s,南面是條帶狀沙丘,條帶狀沙丘頂部速度極低小于1 000 m/s,蜂窩狀和條帶狀沙丘底部速度都相對較高,在1 700 m/s左右。分析證實塔克拉瑪干沙漠第四系松散沙土速度受壓實膠結(jié)程度影響巨大,沙丘頂部和底部速度差異大,整個大沙漠區(qū)速度橫向變化劇烈,存在嚴重的靜校正問題,地震道時間一致性極差,對地下構(gòu)造恢復(fù)及成像精度影響極大。

圖1 沙漠區(qū)近地表結(jié)構(gòu)

近地表速度模型反演之后求取靜校正需要兩個步驟,①從物理點(激發(fā)點和接收點)高程往下將低降速帶剝蝕到高速層頂;②從高速層頂向上用替換速度填充到基準(zhǔn)面。在這兩個步驟里,剝蝕的低降速帶速度由近地表反演的精度決定,替換速度和統(tǒng)一基準(zhǔn)面為1 500 m,替換速度為1 700 m/s,需要關(guān)注的焦點是剝蝕到哪個深度。

如圖2所示,間隔100 m/s分別選1 700 m/s～2 100 m/s作為高速層頂界,即低降速帶的底界,從沙丘表面向下剝蝕,再用替換速度校正到統(tǒng)一基準(zhǔn)面,完成靜校正。圖2(a)為應(yīng)用不同速度界定高速層的在近地表模型縱剖面上的示意圖,圖2(b)～圖2(f)依次為剝蝕到不同高速層的疊加效果,直觀來看,選擇潛水面速度1 700 m/s作為剝蝕的低降速帶底界,成像效果欠佳,剝蝕到1 900 m/s的剖面同相軸明顯更加連續(xù),且與該區(qū)VSP速度拐點吻合,故推薦大沙漠區(qū)高速層頂界優(yōu)選1 900 m/s。

圖2 剝蝕到不同低降速帶成像效果

2 沙漠區(qū)近地表Q補償技術(shù)

沙漠區(qū)表層廣泛分布松散沙丘,由于迎風(fēng)面背風(fēng)面及膠結(jié)程度不同,近地表速度的橫向變化,除了引起地震道時間一致性差異,還會引起地震子波的空間變化[3]。另外沙丘Q值小,地震波能量衰減快,宋智強等[4]指出,對于60 Hz以上的地震波,當(dāng)它穿過80 m厚的沙丘時,地震波衰減大于38 dB,能量相對損失可超過90%,導(dǎo)致深層地震波能量弱,分辨率低。傳統(tǒng)的處理方法采用地表一致性反褶積,利用地震數(shù)據(jù)計算出不同炮檢點的反褶積因子然后進行補償,解決地震數(shù)據(jù)由于近地表變化而引起的子波空變問題。反褶積假設(shè)地震子波為最小相位,反射系數(shù)為白噪,且一定的時窗范圍內(nèi)地震數(shù)據(jù)的子波時不變,實際資料很難滿足這些條件。蔣立等[5]探索在地表吸收起主要作用的沙漠區(qū)使用近地表補償技術(shù)。

近地表介質(zhì)吸收衰減補償處理的關(guān)鍵是構(gòu)建精準(zhǔn)的近地表Q模型[6],筆者對比分析了傳統(tǒng)的譜比法,認為極淺層Q值估算過小,存在小于2的情形,這屬于不合理范圍,故優(yōu)選振幅曲線擬合法估算沙丘品質(zhì)因子Q,即平面波在介質(zhì)中傳播一個波長距離之后的能量耗散比。

研究區(qū)沙丘厚度達到120 m,分布微測井403口,振幅曲線擬合法估算的第一層Q值為6.317(圖3(b)),相比譜比法估算的0.8～2更為合理(圖3(a))?；诙嗫谖y井Q插值得到近地表Q模型,在沙層5 m范圍內(nèi),沙層Q值分布在6～20(圖3(c)),橫向存在較強變化,采用GeoEast的近地表波動方程Q吸收補償方法,對穿過沙丘的地震數(shù)據(jù)進行振幅和相位補償,提高資料分辨率。從圖4近地表補償前后單炮圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)來看,紅色為Q補償后頻譜,能量有所恢復(fù),頻帶寬度得到拓展,圖4(d)、圖4(e)、圖4(f)展示,深偏剖面主頻由11 Hz～67 Hz拓展到3 Hz～80 Hz,為超深層奧陶碳酸鹽巖高精度成像奠定基礎(chǔ)。

圖3 近地表Q值計算

圖4 近地表Q補償效果

3 層間多次波壓制技術(shù)

研究區(qū)層間多次波發(fā)育,其壓制效果直接影響后續(xù)剩余時差的拾取精度,如圖5所示,首先從速度譜分析,根據(jù)明顯速度差異判別長程多次波存在時間段;利用聲波曲線生成合成記錄,與波動方程正演結(jié)果匹配,定位多次波污染比較嚴重的層系;根據(jù)動校正后的VSP上行波直接識別層間多次波發(fā)育地層。通過多信息識別多次波后,根據(jù)長程和短程多次波不同的特征分別進行壓制。

圖5 多次波壓制技術(shù)路線

根據(jù)動校的VSP上行波是否能傳播到達初至(圖6(a)紅色實線),直觀識別出4層相對明顯的層間多次波(紅色虛線)。以圖6中第二組多次波多②為例,因其未能與初至相交,被認定為層間多次波,其發(fā)生在雙程走時3 970 ms處,能量消失對應(yīng)黃色虛線處的同相軸就是對應(yīng)的反射層位,位于雙程走時3 190 ms,按照等走時原則,繪制出多②產(chǎn)生的示意圖6(b)。初步認為地震波穿過地層,在多②層發(fā)生強反射,到達A地層又遭遇強反射,在多②層和A層之間來回震蕩,產(chǎn)生層間多次波。結(jié)合地質(zhì)認識和井資料,多②層是二疊系火成巖底,為高速;A層是白堊系底,為相對高速;二者之間為低速層。通過大量研究,認為一間房的多次波主要產(chǎn)生層系為古近、白堊、二疊、石炭、志留,其中二疊底產(chǎn)生的多次波能量強,志留系底離一間房近,二者對奧陶系一間房污染嚴重(圖6(c))。

圖6 多次波識別

應(yīng)用拉冬變換多次波[8]壓制具有明顯速度差異的長程多次波(圖7),基于動校道集拾取正剩余時差范圍,在拉冬變換后的譜數(shù)據(jù)上進行切除線定義,該方法針對動校道集壓制受限于動校速度,要慎重,需根據(jù)速度譜和VSP資料劃定壓制范圍,只壓制長程多次波發(fā)育的時段。沒有明顯速度差異的短程層間多次波采用擴展層間多次波預(yù)測并壓制,該方法基于共炮道與共檢波點道卷積,相關(guān)過程是通過拾取產(chǎn)生多次波的層位時間做時延,再累加所有貢獻道集,預(yù)測出層間多次波,再自適應(yīng)相減(圖8)。壓制后的道集采用同樣的參數(shù)偏移生成CRP道集(圖9),多次波得到較好壓制,波組特征更加清楚,便于后期拾取剩余時差,提高網(wǎng)格層析可靠度,為深度域精準(zhǔn)建模奠定基礎(chǔ)。

圖7 長程層間多次波壓制

圖8 短程層間多次波壓制

圖9 多次波壓制前后CRP道集

4 超深目的層全層系高精度建模技術(shù)

塔里木盆地奧陶系碳酸鹽埋藏超過6 000 m,基于井控和層控得到相對精準(zhǔn)的初始速度模型應(yīng)用了9口井,11個層位控制,起始面用小平滑面,淺層鑲嵌近地表,中深層基于層位約束,應(yīng)用VSP和聲波速度構(gòu)建初始速度模型,重點針對火層巖優(yōu)化速度,形成全層系高精度建模技術(shù)。極淺層覆蓋次數(shù)低,反射波共偏移距道集道數(shù)少,剩余時差拾取精度低,速度更新量不可靠,目前行業(yè)有兩種解決方法:①用角道集替換共偏移距道集,增加淺層反射波數(shù)據(jù)剩余時差拾取精度;②利用初至走時反演的近地表速度模型經(jīng)過平滑后進行鑲嵌[9]。

前面已提到,小道距微測井約束的層析靜校正方法利用走時信息,能夠比較精準(zhǔn)地刻畫出沙丘縱橫向速度,故筆者選用近地表鑲嵌為全層系深度域建模提供可靠的淺層速度。該方法在高程小平滑面以下,高速層頂以上,嵌入大炮初至反演的沙丘表層模型。通過研究,優(yōu)選接收線距作為小平滑面的平滑半徑。

圖10展示的是沙丘鑲嵌過程和效果。10(a)是初至信息反演的近地表模型,其中藍色線代表小平畫面,紅色線是高速層頂,高速層以1 900 m/s作為門檻值限定。圖10(b)是初始速度模型,其構(gòu)建方式可以是時間域均方根速度插值,通過時深轉(zhuǎn)換而得,也可以是CVI反演而得,筆者利用井多的優(yōu)勢,基于井控和層控得到相對精準(zhǔn)的初始速度模型。圖10(c)為鑲嵌了沙丘表層的初始速度模型,具體做法是在深度域高速層頂以上填充圖10(a)所示的近地表模型,高速層頂以下保留根據(jù)井控建立的初始速度模型,高速層頂附近再做小尺度的平滑處理。圖10(c)和圖10(d)分別是沙丘模型鑲嵌前后的偏移成像效果,鑲嵌之后沙丘速度精度更高,使得淺層整體成像更優(yōu),尤其是紅色方框和箭頭處,同相軸連續(xù)性更強,波組特征更清晰。

圖10 近地表模型鑲嵌

火成巖精準(zhǔn)速度建模,是塔里木超深層碳酸鹽巖全層系建模第二個關(guān)鍵因素。首先火成巖與圍巖速度相差大,達到1 000 m/s,火成巖速度為5 000 m/s,圍巖為4 000 m/s。其次火成巖橫向變化劇烈,地震響應(yīng)特征分為雜亂相和平行相,雜亂相對下伏地層成像影響巨大。通常采用網(wǎng)格層析速度反演技術(shù)在三維立體網(wǎng)格內(nèi)進行射線追蹤,通過共成像點道集上的深度殘差方程求解更新速度模型,提高速度模型精度[10]。通過攻關(guān),推薦基于層控+井控建立較精準(zhǔn)的初始速度,利用200 m*200 m的小網(wǎng)格層析反演火成巖速度細節(jié)。從偏移成像效果來看(圖11),火成巖速度細節(jié)得以精細刻畫之后,內(nèi)幕成像更加清晰,反射之間接觸更加清楚,分辨率明顯提高。

圖11 火成巖速度優(yōu)化

5 應(yīng)用效果

研究區(qū)域位于塔克拉瑪干沙漠邊緣,地表為蜂窩狀沙丘和條帶狀沙丘,奧陶系碳酸鹽巖埋深大于6 000 m,上覆二疊系火成巖。前期油田統(tǒng)計分析表明,縫洞體儲層主要受控于走滑斷裂破碎帶,多分布在距主斷裂一定范圍之內(nèi)。從縫洞和走滑斷裂成像剖面(圖12)和(圖13)來看,攻關(guān)剖面解決了時間、頻率和振幅一致性,壓制多次波提高剩余時差拾取精度,在近地表鑲嵌+井控+層控的初始速度模型基礎(chǔ)之上,利用網(wǎng)格層析提高火成巖在內(nèi)的全層系速度精度,成像精度得到較大幅度的改善。分析相干屬性平面圖(圖14),看出奧陶系走滑斷裂和縫洞分布特征清晰,可為油田奧陶系縫洞儲層高效開發(fā)提供支撐。

圖13 走滑斷裂成像對比

圖14 碳酸鹽巖相干屬性平面圖

6 結(jié)論及建議

筆者提出的沙漠區(qū)超深碳酸鹽巖地震資料處理技術(shù)較好地解決了靜校正和多次波問題,拓寬了超深層主頻,建模精度高,確保了成像品質(zhì),能更清晰地刻畫縫洞和走滑斷層。

1)大沙漠區(qū)沙丘速度橫向變化劇烈,靜校正問題嚴重,微測井約束層析能較好反演沙丘表層結(jié)構(gòu),通過對比分析,低降速帶剝蝕到1 900 m/s能更好解決時間一致性問題。

2)建議應(yīng)用近地表Q補償解決地震波穿過沙丘產(chǎn)生的能量衰減和速度頻散,提高深層資料分辨率,為后續(xù)奧陶系偏移成像提供優(yōu)質(zhì)預(yù)處理道集。

3)推薦采用VSP上行波和井震聯(lián)合識別多次波,基于最小二乘拉冬變換和擴展層間多次波壓制,為剩余時差精準(zhǔn)拾取奠定基礎(chǔ)。

4)深度域建模和速度優(yōu)化方面,基于小滑面,淺層鑲嵌沙丘地表,利用VSP和聲波速度建立精準(zhǔn)初始模型,針對火成巖精細刻畫,提高超深目的層全層系建模精度,確?？p洞和走滑斷裂高精度成像。