東海OBN和三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的聯(lián)合采集與處理方法研究

張少華,茍 量,余 剛,,劉海波,張 昊,曹中林,陳沅忠,,何光明,吳俊軍,,王熙明,王艷華,

(1.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司,河北涿州072751;2.中油奧博(成都)科技有限公司,四川成都611731;3.上海石油天然氣有限公司,上海200041)

近年來,光纖傳感技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于地面地震數(shù)據(jù)、海洋地震數(shù)據(jù)、井中地震數(shù)據(jù)和井-地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)的采集,推動了光纖傳感技術(shù)在地球物理特別是地震數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用。光纖傳感技術(shù)是一項(xiàng)革命性的新技術(shù),光纖因其體積小、不帶電、分布式、高密度、多參量、耐高溫、高壓、全井段接收和低成本等特征,必將帶來井下、海洋和陸地地球物理技術(shù)的一場革命。井中分布式光纖聲波傳感(distributed acoustic sensing,DAS)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于井中VSP數(shù)據(jù)采集、水力壓裂微地震監(jiān)測和精準(zhǔn)工程監(jiān)測,可實(shí)現(xiàn)油氣井全生命周期監(jiān)測和管理。分布式光纖傳感技術(shù)在油氣資源勘探開發(fā)領(lǐng)域的規(guī)模化推廣應(yīng)用,已經(jīng)從井中延伸到了陸地和海洋;從井下單分量測量拓展到了井下和陸地三分量測量(三分量分布式聲波傳感鎧裝光纜);從單井單參數(shù)測量發(fā)展到了多井多參數(shù)同步測量,調(diào)制解調(diào)儀器也從單通道單參數(shù)發(fā)展到了多通道多參數(shù)復(fù)合調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。分布式光纖聲波傳感器采用獨(dú)特的分布式光纖探測技術(shù),對沿光纖傳輸路徑上的空間分布和隨時(shí)間變化的信息進(jìn)行測量或監(jiān)控。該技術(shù)利用光纖本身作為傳感器進(jìn)行信號采集,在井中地震勘探、井中-地面立體勘探、油氣藏長期動態(tài)監(jiān)測和微地震監(jiān)測等方面被廣泛應(yīng)用,憑借質(zhì)量輕、高靈敏度、高空間分辨率、全井段、高效率、低成本等優(yōu)勢,近年來得到快速發(fā)展,成為貫穿油氣井全生命周期的新興油氣藏勘探、開發(fā)和監(jiān)測技術(shù)。

在井中地震勘探領(lǐng)域,井中DAS-VSP數(shù)據(jù)采集越來越被認(rèn)為是用于采集井下垂直地震剖面數(shù)據(jù)的三分量地震檢波器陣列的可行替代方案[1]。2012年底,某石油公司在墨西哥灣的深水工區(qū)內(nèi)進(jìn)行OBN數(shù)據(jù)采集時(shí),在套管外預(yù)先安裝了鎧裝光纜的兩口井中同步聯(lián)合采集了三維DAS-VSP數(shù)據(jù),然后進(jìn)行了三維DAS-VSP上行反射波數(shù)據(jù)的逆時(shí)偏移處理和多次波的逆時(shí)偏移處理,對鹽丘下的油氣儲層構(gòu)造進(jìn)行了有效成像[2-3]。2015年,某公司在墨西哥灣的深水聯(lián)合區(qū)塊內(nèi)進(jìn)行時(shí)移三維OBN數(shù)據(jù)采集時(shí),在油氣管柱外預(yù)先安裝了鎧裝光纜的5口井中同步聯(lián)合采集了時(shí)移三維DAS-VSP數(shù)據(jù),時(shí)移三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的處理結(jié)果被用于監(jiān)測該深水油田的注水驅(qū)油效果[4]。海上OBN和三維DAS-VSP數(shù)據(jù)聯(lián)采的相關(guān)文獻(xiàn)[5]為我們提供了有關(guān)海上三維DAS-VSP數(shù)據(jù)應(yīng)用非常有價(jià)值的信息。WU等[6]在DAS-VSP數(shù)據(jù)采集井周圍獲得的高質(zhì)量三維DAS-VSP數(shù)據(jù)成像結(jié)果也給了我們信心和決策支持,使我們能夠同時(shí)進(jìn)行新規(guī)劃的東海高密度OBN數(shù)據(jù)和海洋三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的井-海聯(lián)合采集。

井-地或井-海聯(lián)合地震勘探技術(shù)是陸地或海洋地震和井中垂直地震剖面技術(shù)相結(jié)合形成的一項(xiàng)立體地震勘探方法,實(shí)現(xiàn)了地面三維地震數(shù)據(jù)與井中地震數(shù)據(jù)的同步采集及同步處理,達(dá)到地面地震與井中地震優(yōu)勢互補(bǔ)的目的。VSP采集是將三分量檢波器或鎧裝光纜置于井中,記錄地表震源激發(fā)的地震波的直達(dá)和反射信號。相對于地面地震勘探,VSP的優(yōu)點(diǎn)是具有準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系、井旁地層信息精確,并且波場信息豐富且直觀,VSP觀測到的反射波傳播路徑短、受近地表低降速帶和環(huán)境噪聲影響均較小,因此,VSP資料具有高分辨率和高信噪比等優(yōu)勢。同時(shí),井下檢波器更靠近儲層,利用零井源距VSP和井-地或井-海聯(lián)采的DAS-VSP資料可以得到準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系、地層速度、反褶積算子、球面擴(kuò)散補(bǔ)償因子TAR值、吸收衰減因子Q值和井眼周圍的各向異性參數(shù)。這些參數(shù)可用于提升地表三維地震數(shù)據(jù)的處理效果,提高地震資料的保真度、分辨率和成像精度。井驅(qū)地面地震資料處理包括速度模型標(biāo)定與修正、靜校正、反褶積、去除多次波、高頻恢復(fù)、各向異性偏移、Q補(bǔ)償或Q偏移等。由于常規(guī)井下三分量檢波器陣列的級數(shù)有限(不超過100級),無法在一次地面震源的激發(fā)中采集全井段的三維VSP數(shù)據(jù),因此,難以利用井下三分量檢波器陣列實(shí)現(xiàn)高效率低成本的全井段井-地或井-海三維地震數(shù)據(jù)的聯(lián)采作業(yè)。利用套管內(nèi)外或油氣管柱內(nèi)外布設(shè)的全井段鎧裝光纜,可以方便快捷地實(shí)現(xiàn)全井段VSP數(shù)據(jù)采集和井-地或井-海三維地震數(shù)據(jù)聯(lián)合采集作業(yè)。井-地聯(lián)合勘探提升了地震數(shù)據(jù)成像結(jié)果的精度和質(zhì)量,提高了目的層反射波信噪比和分辨率,有利于識別地下特殊地質(zhì)體,精細(xì)研究井周圍構(gòu)造、儲層及油層的變化特征,從而提高地震數(shù)據(jù)對地質(zhì)目標(biāo)的認(rèn)識、描述和表征能力[7]。

本文介紹了東海某OBN數(shù)據(jù)采集工區(qū)利用井下鎧裝光纜同步采集三維DAS-VSP數(shù)據(jù),以及三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的成像處理及初步解釋結(jié)果。利用井-海聯(lián)采的井中三維DAS-VSP數(shù)據(jù),可以獲得精確的時(shí)深關(guān)系、地層速度、反褶積算子、TAR值、Q值和井眼周圍的各向異性參數(shù)。這些參數(shù)可用于提高地表三維地震數(shù)據(jù)的處理。井驅(qū)地面地震資料處理包括速度模型標(biāo)定與修正、靜校正、反褶積、多次波處理、高頻恢復(fù)、各向異性偏移、Q補(bǔ)償或Q偏移等。通過井-地或井-海聯(lián)合地震勘探,可以大幅度提高地震數(shù)據(jù)的成像質(zhì)量,提高目的層反射波的信噪比和分辨率,最終提高數(shù)據(jù)表征地質(zhì)目標(biāo)的能力。

1 工區(qū)地質(zhì)背景及問題分析

1.1 地質(zhì)背景

平湖油氣田位于東海陸架盆地西湖凹陷西側(cè)平湖斷裂構(gòu)造帶中部,西側(cè)以平湖主斷層為界。平湖主斷層呈北北東走向,延伸長度大于100km,對平湖油氣田和平湖組沉積的形成起著重要控制作用。平湖油氣田由放鶴亭、八角亭、望湖亭、雙照亭等8個(gè)大小構(gòu)造組成,其中放鶴亭、八角亭、望湖亭構(gòu)造為主要構(gòu)造,均有鉆井控制,并試獲工業(yè)油氣流,即籌劃開發(fā)的區(qū)塊。

平湖油藏的特征主要為背斜型底水塊狀油藏。氣藏主要為斷塊背斜構(gòu)造和巖性控制的層狀凝析氣藏,受構(gòu)造和巖性控制的高壓層狀凝析氣藏。

西湖凹陷南北長約550km,東西寬約110km,面積約6×104km2,主要沉積層為第三系地層,可預(yù)測沉積厚度大于12000m。西湖凹陷構(gòu)造區(qū)總體分為西部斜坡區(qū)、中央洼陷區(qū)、東部斷階區(qū)3大區(qū)帶,目前主要油氣田和井位分布在西部斜坡區(qū)和中央洼陷區(qū)的中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、西次凹。

1.2 存在的問題和地質(zhì)目標(biāo)

平湖油氣田在2007年采集了三維OBC數(shù)據(jù),但是此OBC數(shù)據(jù)的質(zhì)量和成果資料的品質(zhì)制約著油藏評價(jià)和油田開發(fā)工作的進(jìn)一步深入。評價(jià)、開發(fā)面臨的主要問題有:①目的層埋藏較深(3300m以上),三維OBC數(shù)據(jù)的中深層成像品質(zhì)較差,難以滿足構(gòu)造精細(xì)解釋、優(yōu)勢儲層識別的地質(zhì)需求;②儲層橫向變化較大,儲層預(yù)測難度大;③地震數(shù)據(jù)成像精度差,深部資料信噪比較低;④原始地震資料噪聲干擾較為嚴(yán)重,主體構(gòu)造存在地震資料空白區(qū)。因此,決定在該區(qū)進(jìn)行新一輪的三維OBN地震勘探,以滿足構(gòu)造精細(xì)解釋、優(yōu)勢儲層識別和預(yù)測的需要。

VSP技術(shù)是對地面地震的有效補(bǔ)充,可以提取地層地球物理參數(shù)用來提高地面地震數(shù)據(jù)處理的精度。因此,VSP井地聯(lián)合勘探技術(shù)在油氣田勘探開發(fā)中具有良好的應(yīng)用前景。在對井況數(shù)據(jù)分析后,甲方?jīng)Q定在B5和B7兩口井中開展三維DAS-VSP和三維OBN井-海聯(lián)采作業(yè)。

本次三維OBN勘探的地質(zhì)目標(biāo)是:①求取準(zhǔn)確的縱波速度資料,包括平均速度和層速度等;②準(zhǔn)確標(biāo)定各地震地質(zhì)反射層;③提供地層吸收衰減參數(shù)Q、真振幅恢復(fù)因子TAR、反褶積參數(shù);④進(jìn)行海上OBN資料多次波分析;⑤精確提取用于偏移的各向異性參數(shù)、井驅(qū)參數(shù),預(yù)期處理分辨率提高5～10Hz;⑥獲取井旁高精度高分辨率成像數(shù)據(jù)。

2 井-海三維OBN和三維DAS-VSP數(shù)據(jù)聯(lián)合采集

目標(biāo)勘探區(qū)域位于中國東海平湖油氣田。工區(qū)海底較為平坦,水深為80～100m。工區(qū)內(nèi)有2個(gè)作業(yè)平臺區(qū),分別為八角亭、放鶴亭主平臺。為了獲取高質(zhì)量的OBN地震數(shù)據(jù),用于深層油氣藏精細(xì)刻畫、巖性油氣藏物性預(yù)測、裂縫性油氣藏裂縫分布、在淺浮雕結(jié)構(gòu)中準(zhǔn)確評價(jià)剩余油氣藏構(gòu)造,對數(shù)據(jù)的采集要求為:①目的層地震反射能量強(qiáng),信噪比和分辨率滿足地質(zhì)目標(biāo)要求;②提高深部數(shù)據(jù)的能量和信噪比;③優(yōu)化平臺區(qū)周邊OBN勘探設(shè)計(jì),減少地震數(shù)據(jù)空白區(qū)。圖1顯示了三維OBN和三維DAS-VSP數(shù)據(jù)井-海聯(lián)合采集的炮點(diǎn)分布情況。

圖1 三維OBN和三維DAS-VSP數(shù)據(jù)井-海聯(lián)合采集炮點(diǎn)分布(a)和OBN氣槍震源條帶激發(fā)采集階段計(jì)劃(b)

表1為三維DAS-VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。只對井源距4000m矩形范圍內(nèi)的OBN炮點(diǎn)進(jìn)行接收,激發(fā)參數(shù)與三維OBN地震數(shù)據(jù)采集范圍內(nèi)的OBN激發(fā)參數(shù)相同。主要激發(fā)參數(shù)包括震動頻率、時(shí)長等,分別以B5和B7井為中心。

表1 三維DAS-VSP數(shù)據(jù)采集觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

表2是井下鎧裝光纜接收參數(shù),表3是各井三維DAS-VSP數(shù)據(jù)采集的接收炮數(shù)。圖2是本三維OBN數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目實(shí)際氣槍震源分布和全覆蓋次數(shù)。

表2 井下鎧裝光纜接收參數(shù)

表3 OBN和2臺DAS儀器接收炮數(shù)

圖2 實(shí)際三維OBN數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目氣槍震源分布(a)和全覆蓋次數(shù)(b)

對于用鎧裝光纜進(jìn)行DAS-VSP數(shù)據(jù)的采集,井身結(jié)構(gòu)和井軌跡對于套管內(nèi)鎧裝光纜的布設(shè)和后續(xù)的三維DAS-VSP數(shù)據(jù)處理十分重要。圖3顯示了B7井和B5井的井下套管結(jié)構(gòu)和鎧裝光纜(藍(lán)色線)布設(shè)示意。兩口井均為斜井并有多層套管。B7井水深88m,完井井深4270m,生產(chǎn)封隔器安裝在3595m處。B5井水深81.2m,完井井深4270m,目的層最大井斜11.4°～36.4°。

圖3 B7井(a)和B5井(b)的井下套管結(jié)構(gòu)以及套管內(nèi)鎧裝光纜(藍(lán)色實(shí)線)布設(shè)示意

三維DAS-VSP和三維OBN數(shù)據(jù)的聯(lián)合采集使用相同的激發(fā)震源在井下和海底同時(shí)獲取信息。在B5井和B7井的套管內(nèi)部署了兩條帶有多根耐高溫單模光纖的自耦合鎧裝光纜。B5井和B7井的井下鎧裝光纜長度分別為3085m和3537m。每條鎧裝光纜連接到每個(gè)平臺上的兩臺uDAS?調(diào)制解調(diào)儀器,以同時(shí)記錄兩套三維DAS-VSP數(shù)據(jù),并將兩套數(shù)據(jù)疊加在一起以進(jìn)行增強(qiáng)處理。圖4是用于三維DAS-VSP數(shù)據(jù)采集的uDAS?調(diào)制解調(diào)儀器、數(shù)據(jù)存儲硬盤陣列和井口旁的鎧裝光纜卷筒的實(shí)物照片。從海底到鉆孔底部的井下鎧裝光纜進(jìn)行全井段三維DAS-VSP數(shù)據(jù)接收,輸出數(shù)據(jù)的級間距為1m。鎧裝光纜在B5井內(nèi)記錄了62473次海面氣槍震源的激發(fā)信號,在B7井內(nèi)記錄了48411次海面氣槍震源的激發(fā)信號。在不影響OBN數(shù)據(jù)采集的情況下,24小時(shí)連續(xù)記錄三維DAS-VSP數(shù)據(jù),并在三維DAS-VSP數(shù)據(jù)采集完成后根據(jù)每個(gè)氣槍震源激發(fā)的GPS時(shí)間對uDAS?調(diào)制解調(diào)儀器連續(xù)記錄的三維DAS-VSP數(shù)據(jù)進(jìn)行切分。

圖4 三維DAS-VSP數(shù)據(jù)采集所使用的uDAS?調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(a)、數(shù)據(jù)存儲硬盤陣列(b)和井口旁的鎧裝光纜卷筒(c)的實(shí)物照片

3 三維DAS-VSP數(shù)據(jù)處理

常規(guī)三維VSP數(shù)據(jù)成像處理步驟包括:觀測系統(tǒng)定義、預(yù)處理、初至拾取、靜校正、振幅補(bǔ)償、反褶積、上下行波場分離、速度分析和成像處理[8]。此次井-海聯(lián)采的三維DAS-VSP數(shù)據(jù),利用組合去噪處理、子波反褶積、矢量波場分離、各向異性速度建模、地震偏移速度場校正、上行反射波成像、共接收點(diǎn)道集優(yōu)化成像、下行多次波成像等VSP數(shù)據(jù)處理方法,對三維DAS-VSP數(shù)據(jù)進(jìn)行了成像處理。具體三維DAS-VSP數(shù)據(jù)處理的主要步驟為:①振鈴噪聲壓制,壓制振鈴噪聲和異常幅度干擾,為上下行波場分離奠定基礎(chǔ);②信號反褶積,利用下行波場得到的子波進(jìn)行氣泡壓制和子波零相位處理;③波場分離,將上行波場和下行波場分開,提高用于反射波成像的上行波場數(shù)據(jù)的信噪比,進(jìn)行目標(biāo)波場分析或成像;④淺水區(qū)多次波壓制,壓制水層多次波,突出地層真實(shí)反射特征;⑤三維DAS-VSP數(shù)據(jù)偏移,利用角度域高斯束偏移方法以及傾角約束的積分法偏移對三維DAS-VSP數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移處理,得到高精度的三維DAS-VSP數(shù)據(jù)成像結(jié)果。

原始三維DAS-VSP數(shù)據(jù)質(zhì)量分析結(jié)果見圖5。包括主頻率、信噪比、能量和背景噪聲水平。結(jié)果表明:①從近到遠(yuǎn)的單次激發(fā)原始數(shù)據(jù)能量強(qiáng)、信噪比高、主頻高、頻帶寬,低頻能量豐富,初至清晰、連續(xù)且容易拾取,整體數(shù)據(jù)質(zhì)量好;②三維DAS-VSP數(shù)據(jù)存在不同程度的背景噪聲、纜波干擾(振鈴噪聲),部分井段因海水涌動不可避免存在干擾;③三維DAS-VSP數(shù)據(jù)波場豐富,多次波較為發(fā)育;④鎧裝光纜多次下井采集的三維DAS-VSP數(shù)據(jù)無差異,說明采集設(shè)備的穩(wěn)定性和參數(shù)設(shè)置沒有異常;⑤全井高密度三維DAS-VSP數(shù)據(jù)滿足井中地震參數(shù)計(jì)算和井周三維DAS-VSP精確成像要求。

圖5 B7井(a)和B5井(b)的原始三維DAS-VSP數(shù)據(jù)質(zhì)量分析結(jié)果(主頻、信噪比、能量和背景噪聲水平)

DAS-VSP勘探具有高密度、全井段覆蓋等優(yōu)點(diǎn),但由于部分井段鎧裝光纜與套管壁耦合不良,光纜的纜波(振鈴噪聲)較大。平湖三維DAS-VSP數(shù)據(jù)振鈴噪聲去除前、后結(jié)果對比如圖6所示。從圖6a可以看出,振鈴噪聲的視速度在時(shí)域上接近于有效信號,在頻譜中表現(xiàn)為周期性脈沖信號,在自相關(guān)譜中呈周期性。傳統(tǒng)的去噪方法難以有效去除此類噪聲。

圖6 三維DAS-VSP數(shù)據(jù)振鈴噪聲去除效果對比a 原始單炮記錄; b 振鈴噪聲去除后的單炮記錄; c 去除的振鈴噪聲

本文提出了一種基于τ-p變換的振鈴噪聲衰減技術(shù)。τ-p變換是近幾年發(fā)展起來的一種新的處理方法,是平面波場分離的方法。它是在炮檢距軸線上應(yīng)用線性時(shí)差和振幅求和實(shí)現(xiàn)波場的平面波分解,這種方法也叫做傾斜疊加。在國外,τ-p變換已被廣泛應(yīng)用于地震資料處理的各個(gè)領(lǐng)域,形成了一個(gè)τ-p變換處理系統(tǒng)。例如在τ-p變換域分解干涉,收斂直線性波,進(jìn)行動校正,疊加,重采樣,道內(nèi)插以及雙曲速度濾波等。τ-p域?qū)εc視速度接近的噪聲有壓制效果,這是它的優(yōu)勢,常用于多次波壓制等。首先,利用τ-p變換將三維DAS-VSP數(shù)據(jù)變換到τ-p域,然后,利用線性預(yù)測方法對周期性振鈴噪聲進(jìn)行預(yù)測,最后,從原始數(shù)據(jù)中減去預(yù)測出來的振鈴噪聲。

與地面地震數(shù)據(jù)相比,VSP數(shù)據(jù)的波場更為豐富,不僅有上行反射波,還有下行反射波,且其照明范圍更廣。一般下行反射波包括自由表面多次波、層間多次波等。如圖7所示,當(dāng)有兩層反射界面和一個(gè)VSP測量井時(shí),S為地面激發(fā)震源,R為井下接收檢波器。直達(dá)波、一次反射波、自由表面多次波和層間多次波分別沿綠線、藍(lán)線、紅線和粉色線傳播。一次反射波的傳播路徑是從地面震源點(diǎn)S到反射層的反射點(diǎn)再到井下接收點(diǎn)R。自由表面多次波的傳播路徑是從地面震源點(diǎn)S到反射層的反射點(diǎn),再到自由表面(地表)的反射點(diǎn),然后到井下接收點(diǎn)R。井下接收檢波器R不僅可以接收下伏地層的自由表面多次波,還可以接收上覆地層的自由表面多次波。對比反射點(diǎn)的位置可以看出,自由表面多個(gè)反射點(diǎn)在地下淺部波阻抗界面上的橫向展布較寬,在地下深部波阻抗界面上的橫向展布隨深度的增加而變窄。經(jīng)過下行反射波成像處理后,可以實(shí)現(xiàn)井下接收檢波器R點(diǎn)上方的一次反射波和自由表面多次波成像,再加上井下接收檢波器R點(diǎn)下方的上行反射波的成像處理,三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的上行波和多次波成像可以使橫向成像范圍不斷拓寬。

圖7 VSP測量的各種井中地震波場傳播路徑示意

圖6b顯示了該數(shù)據(jù)中去除振鈴噪聲的效果。采用τ-p變換的振鈴噪聲衰減技術(shù)后,振鈴噪聲得到了有效的衰減和壓制,去除后的噪聲數(shù)據(jù)(圖6c)里已經(jīng)看不到有效的反射波信息。

自由表面多次波逆時(shí)偏移法已廣泛應(yīng)用于三維DAS-VSP數(shù)據(jù)成像[9-12]。FERGUSON等[13]從標(biāo)量波動方程推導(dǎo)出單程波場延拓的傅里葉積分方程,給出了角頻域的顯式表達(dá)式。基于一次反射波單程疊前深度偏移方法,結(jié)合自由表面多次波的傳播特性,只需修改波場延拓法即可實(shí)現(xiàn)多次波成像。自由表面多次波單程波場連續(xù)成像方法可描述為以下幾個(gè)步驟。

1) 將VSP數(shù)據(jù)的Z分量重新排列到共檢波點(diǎn)道集(CRG)域數(shù)據(jù)中。

2) 將震源子波向前延拓到表面。在井中的接收點(diǎn)R處設(shè)置震源子波。震源子波的波場以步長Δz逐層向上延拓,從z到z-Δz的延拓公式為:

ψs(x,z+Δz,ω)=ψs(x,z,ω)e-ikzΔz

(1)

式中:ψs(x,z,ω)為z深度角頻域的震源波場;kz為z方向的波數(shù)。這里,波場延拓算子可以是分步傅里葉算子、傅里葉有限差分算子或廣義屏幕算子等。

3) 反方向繼續(xù)延拓一步。CRG波場根據(jù)公式(2)從表面以步長Δz逐層向下延拓。

ψr(x,z+Δz,ω)=ψr(x,z,ω)eikzΔz

(2)

式中:ψr(x,z,ω)為自由表面多次波在深度z處角頻域的波場;kz為z方向的波數(shù)。

4) 繼續(xù)向前延拓一步。第2步的震源子波波場根據(jù)公式(3)從表面逐層以步長Δz向下擴(kuò)展。

ψr(x,z-Δz,ω)=ψr(x,z,ω)eikzΔz

(3)

式中:ψr(x,z,ω)為自由表面多次波在深度z處角頻域的波場;kz為z方向的波數(shù)。

5) 提取成像值。將第3步和第4步擴(kuò)展的波場進(jìn)行互相關(guān),取零時(shí)成像值。重復(fù)步驟3),4)和5),直到達(dá)到最大成像深度。

三維DAS-VSP數(shù)據(jù)下行多次反射波成像處理技術(shù)流程如圖8所示。

圖8 三維DAS-VSP數(shù)據(jù)下行多次反射波成像處理技術(shù)流程

由于B5和B7井均為斜井,震源距平臺500m,三維DAS-VSP上行反射波成像孔徑和覆蓋面積沿井斜方向非常有限,幾乎無法獲取井底儲層附近的構(gòu)造成像(圖9和圖10)。采用下行多次波進(jìn)行三維DAS-VSP數(shù)據(jù)成像,可以大幅度增加成像孔徑和覆蓋面積。根據(jù)三維VSP下行多次波的特點(diǎn),利用三維VSP下行多次波成像技術(shù),大大擴(kuò)展了三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的成像范圍,提高了三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的整體成像質(zhì)量和水平[14]。

圖9 B5井三維DAS-VSP數(shù)據(jù)成像比較a 上行反射波成像; b 下行多次反射波成像

圖10 B7井三維DAS-VSP數(shù)據(jù)成像比較a 上行反射波成像; b 下行多次反射波成像

下行多次波成像分辨率較低,因此引入下行多次波Q偏移來減小地層吸收衰減系數(shù)的影響,提高多次波成像分辨率。由圖9和圖10可以看出,B5井和B7井的三維DAS-VSP數(shù)據(jù)成像結(jié)果均有兩種,一種是基于上行反射波數(shù)據(jù)的疊前深度偏移成像,另一種是基于下行多次波數(shù)據(jù)的疊前深度偏移成像。最終的偏移速度模型采用的是利用三維DAS-VSP數(shù)據(jù)計(jì)算出的各向異性系數(shù)更新后的各向異性速度模型[15]。圖9a和圖10a中的藍(lán)色實(shí)線是沿B5和B7井的井軌跡采集的三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的上行反射波數(shù)據(jù)的偏移成像范圍。圖9b和圖10b是利用三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的下行多次反射波數(shù)據(jù)的偏移成像,其結(jié)果有效地拓展了三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的成像范圍。

圖11為B7井平湖三維DAS-VSP下行多次反射波成像結(jié)果的立體展示。該三維成像數(shù)據(jù)體可用于指導(dǎo)三維構(gòu)造的精細(xì)解釋并生成三維屬性數(shù)據(jù)體,用于井周圍的儲層表征。由于下行多次反射波成像擴(kuò)大了覆蓋范圍,該成像結(jié)果可用來獲得井周圍詳細(xì)的儲層構(gòu)造圖并追蹤儲層中的流體分布。

圖11 B7井平湖三維DAS-VSP下行多次反射波成像結(jié)果的三維立體顯示

圖12為B7井周圍早期的三維OBC數(shù)據(jù)成像、新采集的三維DAS-VSP上行波成像和三維DAS-VSP下行多次反射波成像對比。圖12中的藍(lán)色虛線是三維DAS-VSP上行反射波數(shù)據(jù)成像覆蓋區(qū)域。圖12c中的紅色虛線是三維DAS-VSP下行多次反射波成像的覆蓋區(qū)域,橫向成像范圍明顯得到擴(kuò)大。當(dāng)這個(gè)三維DAS-VSP成像數(shù)據(jù)鑲嵌到三維OBN數(shù)據(jù)成像數(shù)據(jù)體中時(shí),大多數(shù)反射界面都匹配良好。

圖12 B7井周圍早期三維OBC數(shù)據(jù)成像(a)、新采集的三維DAS-VSP上行反射波數(shù)據(jù)成像(b)和三維DAS-VSP下行多次反射波數(shù)據(jù)成像(c)結(jié)果

圖13顯示了B5井周圍早期OBC數(shù)據(jù)成像、新采集的三維OBN數(shù)據(jù)成像和三維DAS-VSP下行多次反射波成像的比較結(jié)果。與早期三維OBC數(shù)據(jù)成像結(jié)果相比,三維DAS-VSP下行多次反射波數(shù)據(jù)的成像(圖13c)顯著地改進(jìn)了早期OBC數(shù)據(jù)的成像質(zhì)量。在新采集的OBN數(shù)據(jù)成像和三維DAS-VSP數(shù)據(jù)成像中,與早期三維OBC數(shù)據(jù)成像相比,儲層邊界的刻畫變得更加容易和準(zhǔn)確。

4 地質(zhì)成果解釋

地質(zhì)成果包括B5和B7井周邊的儲層構(gòu)造精細(xì)解釋、儲層邊界追蹤和流體分布預(yù)測等。圖14 是基于精確VSP時(shí)深關(guān)系約束的井震地層識別和標(biāo)定。圖14a顯示了與VSP剖面和OBN剖面相對應(yīng)的合成記錄和走廊疊加;圖14b是基于VSP數(shù)據(jù)和合成記錄的走廊疊加的地震地層的識別與標(biāo)定。這個(gè)識別過程是在井軌跡處對DAS-VSP數(shù)據(jù)的成像剖面和OBN數(shù)據(jù)成像剖面的井震關(guān)系標(biāo)定,其良好的標(biāo)定結(jié)果使我們有信心使用三維DAS-VSP數(shù)據(jù)進(jìn)行井周圍詳細(xì)地質(zhì)構(gòu)造解釋和儲層預(yù)測。

圖14 基于精確VSP時(shí)深關(guān)系約束的聯(lián)合井震地層標(biāo)定a 與VSP剖面和OBN剖面相對應(yīng)的合成記錄和走廊疊加(井-震關(guān)系); b 基于VSP數(shù)據(jù)和合成記錄的走廊疊加與地震地層的識別和標(biāo)定

工區(qū)早期OBC地震資料與人工合成記錄的標(biāo)定效果不是很好?；诙嗑憔淳鄶?shù)據(jù)準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系約束,有效提高了標(biāo)定精度。通過橫向井間比對,證實(shí)了地震層位識別的一致性,為工區(qū)地震層位解釋奠定了基礎(chǔ)。

圖15是3D DAS-VSP數(shù)據(jù)成像和OBN數(shù)據(jù)成像的時(shí)間切片以及曲率屬性切片(2800ms)對比。從時(shí)間切片上(圖15a)可以看出,3D DAS-VSP成像在北部B5井區(qū)西側(cè)地層反射內(nèi)部清晰,東側(cè)地層特征與OBN數(shù)據(jù)基本一致;南部B7井區(qū),西側(cè)地層細(xì)節(jié)更為豐富。從曲率屬性切片對比(圖15b)看,構(gòu)造特征整體相近,均能清晰刻畫北部主斷裂形態(tài),局部小斷層存在一定差異;南側(cè)B7井區(qū)3D VSP資料信噪比高,能夠更為準(zhǔn)確刻畫小斷裂的發(fā)育情況。該資料為精細(xì)儲層預(yù)測、有利斷塊精細(xì)刻畫奠定了基礎(chǔ),為油氣藏開發(fā)后期加密井或側(cè)鉆井部署提供可靠的資料。

圖15 3D DAS-VSP數(shù)據(jù)成像和OBN數(shù)據(jù)成像的2800ms時(shí)間切片(a)以及曲率屬性切片(b)對比

圖16顯示了多井三維DAS-VSP聯(lián)合數(shù)據(jù)反演剖面及平湖組砂體沿四井連井剖面的分布情況。對于反演剖面,利用三維DAS-VSP數(shù)據(jù)反演振幅特性和波形特征,進(jìn)而分析預(yù)測砂體的橫向厚度及分布。反演剖面中的紅色儲層表示最高的油氣飽和度,黃色表示較低的油氣飽和度。砂體的三維橫向厚度分布以及砂體內(nèi)油氣飽和度預(yù)測對于工區(qū)優(yōu)化提高油氣采收率開發(fā)方案以提高該成熟油氣田的產(chǎn)量具有非常重要的價(jià)值。

圖16 多井聯(lián)合三維DAS-VSP數(shù)據(jù)反演剖面(a)和平湖組砂體沿四井連井剖面(b)的分布情況

5 結(jié)論

DAS-VSP測量越來越被認(rèn)為是用于井中地震數(shù)據(jù)采集的井下三分量地震檢波器陣列的可行替代方案。井地聯(lián)合地震勘探技術(shù)是地面地震與井中地震數(shù)據(jù)同時(shí)采集相結(jié)合形成的三維立體地震勘探方法。利用與地面地震資料同時(shí)采集的零偏移距VSP數(shù)據(jù),可以獲得準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系、地層速度、球面擴(kuò)散補(bǔ)償因子TAR值、吸收衰減因子Q值和各向異性參數(shù)。這些參數(shù)可以應(yīng)用于地面地震數(shù)據(jù)的井驅(qū)處理,顯著提高地震數(shù)據(jù)的保幅特性、分辨率和成像精度。在東海某工區(qū)進(jìn)行的三維OBN數(shù)據(jù)采集的同時(shí)用井下鎧裝光纜同步采集了三維DAS-VSP數(shù)據(jù),并開展了三維DAS-VSP數(shù)據(jù)的成像處理和綜合解釋,其結(jié)果表明,與早期三維OBC數(shù)據(jù)成像結(jié)果相比,本次新采集的OBN數(shù)據(jù)成像結(jié)果和三維DAS-VSP下行多次反射波成像結(jié)果顯示出顯著的成像質(zhì)量改進(jìn),目標(biāo)地層和儲層邊界的追蹤變得更容易和更加可靠。使用三維DAS-VSP數(shù)據(jù)可以幫助我們進(jìn)行更為詳細(xì)的地質(zhì)構(gòu)造解釋和井周圍的儲層構(gòu)造成像?；诙嗑SDAS-VSP數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系約束,有效提高了地層和儲層的標(biāo)定精度。通過井間橫向比對,證實(shí)了地震層位識別的一致性,為研究區(qū)地震層位解釋奠定了基礎(chǔ)。

利用多井三維DAS-VSP聯(lián)合數(shù)據(jù)的屬性反演剖面及儲層砂體沿連井剖面的振幅特性和波形特征,可以分析預(yù)測工區(qū)內(nèi)井周圍砂體的橫向厚度變化和砂體的油氣飽和度,進(jìn)而規(guī)劃提高油氣采收率的優(yōu)化開發(fā)方案以提高該成熟油氣田的產(chǎn)量。

致謝：感謝上海石油天然氣有限公司允許發(fā)布數(shù)據(jù)和BGP與中油奧博(成都)科技有限公司為本項(xiàng)目在數(shù)據(jù)采集和處理階段提供支持和指導(dǎo),以及BGP“井中DAS-VSP關(guān)鍵技術(shù)研究”(06-01-2021)科研項(xiàng)目和中國石油研究項(xiàng)目“井下光纖智能監(jiān)測項(xiàng)目(2020F-44)”的大力支持。