地震振幅的多井質(zhì)控技術(shù)及應用

張憲旭,王 濤,王樹威

(中煤科工西安研究院(集團)有限公司,西安 710077)

0 引言

近些年,地震勘探目標從大尺度的構(gòu)造解釋,逐步轉(zhuǎn)向了小尺度的巖性識別。這要求地震資料中的振幅信息能真實有效地反映巖石特性,其關(guān)鍵在于地震資料處理過程中,對有效波的振幅信息進行保護與補償[1]。但是在當前的數(shù)據(jù)處理過程中,處理效果主要依賴經(jīng)驗,沒有一個度量尺度來對數(shù)據(jù)進行評價,補償效果難以保障[2](如在振幅恢復前后對比單炮的面貌和振幅衰減曲線,看振幅是否補償?shù)轿?判別標準比較主觀和片面[3-4])。

為了克服這樣的缺陷,斯倫貝謝公司首先提出了井控地震資料處理技術(shù),利用測井、VSP等井資料,對地震數(shù)據(jù)做分析與質(zhì)控,用于彌補數(shù)據(jù)處理中的認識不足,滿足地質(zhì)分析與油氣開發(fā)對地震資料高精度巖性解釋的需求,隨后國外很多機構(gòu)和學者對該項技術(shù)發(fā)展出了井控振幅補償、井控反褶積、井控反Q補償?shù)燃夹g(shù)[5-7]。在國內(nèi)各大油田也對該項技術(shù)進行了研究,并得到了一定的應用效果[8-9]。

但當前井控處理技術(shù)主要是利用井信息對井旁道的數(shù)據(jù)進行質(zhì)控,井點與井點的數(shù)據(jù)無法用同一個標準對比,遠離井點的數(shù)據(jù)也無法進行質(zhì)控[10]。為了克服這樣的缺陷,我們基于當前井質(zhì)控井旁道的方法,利用多井數(shù)據(jù)建立地質(zhì)模型,實現(xiàn)對井間數(shù)據(jù)振幅恢復效果的質(zhì)控目的。

1 振幅補償及井控方法

1.1 振幅恢復方法

1.1.1 球面擴散補償

地震波被激發(fā)后波前面是一個以震源為中心的球面,隨著傳播距離不斷擴大,波前面單位面積的能量密度不斷減小,這種現(xiàn)象被稱為幾何擴散[11]。對于該現(xiàn)象的研究最初是1973年Newman.P.根據(jù)地質(zhì)模型進行分析提出了球面擴散補償公式,后來陸續(xù)有眾多學者在此基礎(chǔ)上做了進一步的發(fā)展[12-14]。球面擴散補償從方法上主要分為兩類:時間速度對補償方式和指數(shù)法球面發(fā)散補償[15]。

1)時間速度對補償方法:

(1)

其中:A為振幅值;v0為速度初值或水層速度;v為均方根速度;t為樣點時間。方法優(yōu)點為,使用了速度為參數(shù),而地震速度是從速度分析而來,因此速度是一個體數(shù)據(jù),在空間上可變,理論上更為合理一些,但速度一旦確定后恢復效果將確定無法改變。

2)指數(shù)函數(shù)補償方法:

(2)

其中:A為振幅值;t為樣點時間;n為定義補償函數(shù)的指數(shù)值。方法優(yōu)點為恢復效果可以通過參數(shù)n來控制淺中深及近中遠的振幅相對關(guān)系,缺點是只能選擇一個參數(shù)無法應對復雜的地質(zhì)情況。

1.1.2 區(qū)域振幅補償因子

現(xiàn)實中因為沉積環(huán)境的改變地下巖性在橫向是存在一定的變化。而處理過程中使用的地表一致性振幅補償方法是,基于有效波能量與位置無關(guān)的前提,因此在區(qū)域巖性存在橫向變化時候,會出現(xiàn)目的層反射波振幅與巖性出現(xiàn)背離的情況。針對這樣的情況提出了區(qū)域振幅補償因子的概念,在一個區(qū)域內(nèi)提取一個補償因子,對區(qū)域巖性差異帶來的差異進行補償?shù)囊环N方法[16-17]。補償方法為在數(shù)據(jù)中選取一層較為穩(wěn)定的標志層,在該層上下開取一個適合的時窗,利用振幅能量累加的方法求取能量補償因子,其中能量補償因子求取公式為式(3)。

(3)

其中:Ek為第k個補償因子;i為旅行時;j為道序號;A為振幅;t為窗口時間;N為總道數(shù)。

1.2 振幅井控方法

井控振幅技術(shù)是在地震資料處理過程中,將測井資料、VSP資料與地震資料相結(jié)合,利用井數(shù)據(jù)得到井點振幅之間相對大小關(guān)系(波組特征),并以此為標尺對振幅恢復方法中的參數(shù)的正確性進行質(zhì)控與定量評價,達到對處理參數(shù)求取和優(yōu)化的目的[18]。

1.2.1 單井質(zhì)控

單井振幅約束是井約束振幅質(zhì)量控制的第一步,目的是利用井信息對井點位置處的地震數(shù)據(jù)的淺、中、深振幅趨勢進行比較,約束井旁道垂向振幅恢復效果。在地震數(shù)據(jù)處理過程中,主要使用兩種補償?shù)卣鸩▊鞑ツ芰克p的方法,①球面擴散補償方法中速度一經(jīng)確定恢復效果也就確定將無法改變;②指數(shù)函數(shù)補償方法是通過公式(2)中的參數(shù)n來控制補償效果。因此選擇使用指數(shù)函數(shù)補償方法來調(diào)整補償效果。

1)井震標定。使用目標井的縱波速度、密度求取合成地震記錄,根據(jù)井上的地質(zhì)分層和地震數(shù)據(jù)利用合成地震記錄做好時深轉(zhuǎn)換和和層位標定。

2)振幅恢復。使用球面擴散補償方法搭配指數(shù)函數(shù)補償方法,或直接使用指數(shù)函數(shù)補償方法對數(shù)據(jù)振幅進行補償。

3)振幅能量曲線對比。計算合成地震記錄道和井旁道的振幅能量曲線,疊合對比兩條曲線的吻合程度,質(zhì)控能量曲線由淺到深的能量趨勢是否補償?shù)?。如果井旁道能量趨勢與合成地震記錄的能量趨勢不一致,測試指數(shù)函數(shù)補償方法中的參數(shù)n,使得井旁道的淺、中、深的振幅能量趨勢與合成地震記錄的能量趨勢相吻合。

1.2.2 聯(lián)井質(zhì)控

單井質(zhì)控主要是依據(jù)合成地震記錄的淺、中、深振幅能量趨勢質(zhì)控井旁道垂向能量趨勢,但是由于井只能控制一點的信息,遠離井位置的數(shù)據(jù)就無法進行質(zhì)控;另外,如果有多口井的時候,井與井之間的質(zhì)控結(jié)果出現(xiàn)不一致的時候也無法應對。因此需要在聯(lián)井方式下質(zhì)控多井點和井間的振幅恢復效果。

1)地質(zhì)層位劃分。單井的標定結(jié)果可以將深度域上的地質(zhì)層位轉(zhuǎn)換到井點位置的地震剖面上,依據(jù)井標定結(jié)果將遠離井的地震數(shù)據(jù)中的層位進行解釋與追蹤,為提高后續(xù)模型效果,需要適當?shù)脑诮忉尩哪繕藢游恢g加密解釋一些輔助層位。

2)地質(zhì)模型建立與模擬。根據(jù)質(zhì)控井位置抽取聯(lián)井質(zhì)控剖面,利用井的速度和時深關(guān)系將地震剖面上追蹤的層位轉(zhuǎn)換到深度域。基于井的速度和密度曲線,以及轉(zhuǎn)換過來的層位數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字模型,對模型模擬得到與聯(lián)井剖面對應的質(zhì)控模型剖面。

3)波組特征對比。依據(jù)模擬得到的質(zhì)控模型剖面為標尺,對比地震數(shù)據(jù)的聯(lián)井剖面和模型剖面的波組特征和能量趨勢,質(zhì)控聯(lián)井剖面的振幅恢復效果。

4)振幅補償。在處理過程中,指數(shù)補償方法的參數(shù)n通常在全區(qū)中使用一個值。而在多井質(zhì)控時,往往會出現(xiàn)井與井之間測試得到的n參數(shù)不一致。如果使用同一個值對全工區(qū)數(shù)據(jù)進行振幅恢復,將無法保障每口井點位置的恢復效果,同時也不符合沉積是橫向變化的實際地質(zhì)情況。因此依據(jù)單井質(zhì)控的振幅補償參數(shù)值,根據(jù)炮點位置與質(zhì)控井的距離,對n參數(shù)乘以距離加權(quán)系數(shù)求取遠離井位置處的振幅補償參數(shù)n值,使n值隨著井位置進行空變。

使用空變的補償參數(shù)值對多井數(shù)據(jù)的垂向振幅的恢復具有合理性,但由于參數(shù)的不同會導致深部的振幅的橫向異常,對于這樣的橫向異常需要使用區(qū)域振幅補償方法,計算不同的補償因子使用公式(3)對目標層位進行補償消除橫向的不一致性。

1.2.3 井控流程

井控流程圖見圖1。

圖1 井控流程圖

2 應用實例

為了較好地說明多井約束的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制過程,選用山西中部某煤層氣勘探區(qū)塊的實際數(shù)據(jù)為例,對提出的多井質(zhì)量控制方法進行展示。

2.1 工區(qū)概況

勘探區(qū)位于呂梁山脈中段,地表為黃土地貌,地表高程620 m～1 030 m。地下構(gòu)造形態(tài)為西南傾向的單斜構(gòu)造,產(chǎn)狀平緩,局部發(fā)育寬緩的波狀起伏。地層由老至新發(fā)育有古生界、中生界和新生界,區(qū)內(nèi)主要含煤地層為本溪組、太原組和山西組,可采煤層有11層,煤層埋深范圍在1 200 m～1 700 m之間。

2.2 測井曲線校正

井曲線是作為井控處理過程中的標尺對地震數(shù)據(jù)的處理效果進行評價,因此井數(shù)據(jù)的正確性是一切質(zhì)控的前提。由于區(qū)內(nèi)的鉆井和測井的施工時間都不一致,測井儀器、施工隊伍和施工人員也不一致,因此受到儀器、井徑、施工速度等因素的影響,數(shù)據(jù)會相對于真實數(shù)據(jù)有一定的差異,因此在井數(shù)據(jù)使用前,需要對數(shù)據(jù)做環(huán)境、異常值和歸一化等校正,消除數(shù)據(jù)因非地質(zhì)因素引起的差異。

2.3 目標井優(yōu)選

由于測井數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊,如果將有問題的測井或不具有代表性的井引入到井控處理過程中,質(zhì)控將會起反作用。因此能作為質(zhì)量控制的井需要以下三個條件進行優(yōu)選:

1)合成地震記錄與井旁道有較高的相關(guān)系數(shù)。

2)井位于勘探區(qū)內(nèi)部,地震數(shù)據(jù)具有滿覆蓋次數(shù)。

3)井所在位置的地下構(gòu)造簡單且信噪比較好。

根據(jù)井位置、井信息表(表1)、滿覆蓋次數(shù)等基本信息,優(yōu)選J08和J24井為質(zhì)控目標井(圖2)。

表1 井信息表

圖2 井位置及覆蓋次數(shù)圖

2.4 單井質(zhì)控效果

觀察J24的能量曲線(圖3)可以看出,根據(jù)測井數(shù)據(jù)計算處的合成地震記錄的能量趨勢是淺部能量弱,目標層(煤層)附近的能量強,這是因為淺部主要為砂泥巖其反射系數(shù)小,煤層與圍巖的反射系數(shù)大。但井旁道的地震數(shù)據(jù)能量曲線,淺部能量與深部能量差不多,這是因為在數(shù)據(jù)處理過程中沒有一個客觀的判別依據(jù),通常是主觀的認為淺、中、深能量區(qū)域一致就認為補償?shù)轿?因此出現(xiàn)了過補償?shù)默F(xiàn)象。通過曲線質(zhì)控結(jié)果,減小指數(shù)函數(shù)補償方法中的參數(shù)n調(diào)整振幅,新的質(zhì)控結(jié)果見圖3,新數(shù)據(jù)的井旁道的能量曲線與合成地震記錄的能量曲線與基本一致,說明振幅補償效果合理。

圖3 J24井單井振幅質(zhì)控前后對比

2.5 聯(lián)井質(zhì)控效果

從J08與J24的聯(lián)井剖面(圖4(a))可以看出,地層總體構(gòu)造形態(tài)為背斜一翼。使用井的速度和密度曲線,以及拾取的層位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)字模型(圖4(b)),對模型模擬得到模型剖面(圖4(c))。對比實際數(shù)據(jù)剖面(圖4(a))和模型剖面(圖4(c))可以看出,模型構(gòu)造形態(tài)和實際數(shù)據(jù)基本一致,由于地震數(shù)據(jù)做過單井質(zhì)控,井旁道垂向能量趨勢得到了校正,但數(shù)據(jù)中井J24附近的煤層反射能量比井J08附近的能量要弱,這與煤系地層巖性橫向緩慢變化的實際情況不符。圖4(d)為經(jīng)過以模型聯(lián)井剖面為標準對指數(shù)補償方法中參數(shù)n和區(qū)域振幅補償因子進行質(zhì)控后得到的地震數(shù)據(jù),從圖4(d)中可以看出,補償后的剖面煤層反射波橫向不均勻的現(xiàn)象得到了改善。同樣在煤層平面振幅對比圖(圖5)中可以看出,在原始數(shù)據(jù)中井J24附近的煤層反射能量要比井J08附近的能量要弱(圖5(a)),經(jīng)過多井振幅質(zhì)控后,煤層反射振幅橫向變化與煤系地層實際情況不符的問題得到了改善(圖5(b));從井J28附近的單炮(圖6(f)和圖6(h))可以看出其能振幅補償合理,但井J24附近的單炮(圖6(b)和圖6(d))深部振幅補償不到位,且其單炮振幅要弱于J28附近的單炮,經(jīng)過單井質(zhì)控和聯(lián)井質(zhì)控后井J24附近的單炮振幅深部振幅得到了改善,并與J28附近的單炮振幅接近。

圖4 聯(lián)井約束下的振幅補償質(zhì)控

圖5 聯(lián)井約束下的煤層振幅平面質(zhì)控圖

圖6 聯(lián)井約束下的單炮振幅質(zhì)控圖

3 結(jié)論

1)在質(zhì)控過程中,井是作為質(zhì)控判別標尺,目標井的選擇與校正是正確質(zhì)控的前提。首先測井數(shù)據(jù)經(jīng)過校正之后才能正確體現(xiàn)數(shù)據(jù)的縱向振幅趨勢;再使用相關(guān)系數(shù)對將測井數(shù)據(jù)進行篩選,剔除存在錯誤的井數(shù)據(jù);最后選擇位置在構(gòu)造較為簡單井數(shù)據(jù),保證參數(shù)適用較廣。

2)合成地震記錄可以客觀反映地震數(shù)據(jù)淺、中、深振幅相對關(guān)系,以此為標準對地震處理過程中的球面擴散中的指數(shù)函數(shù)補償方法的n參數(shù)的補償效果進行約束,保障近井點地震數(shù)據(jù)垂向振幅變化趨勢的正確性。

3)在單井約束基礎(chǔ)之上,利用多井數(shù)據(jù)和層位數(shù)據(jù)建立聯(lián)井地震模型,依據(jù)模擬的模型剖面為標準,對遠離井點的指數(shù)函數(shù)補償方法的n參數(shù)和區(qū)域振幅因子參數(shù)補償效果進行約束,保障井間地震數(shù)據(jù)橫向振幅相對關(guān)系的正確性。