面向勘探目標(biāo)的vsp采集設(shè)計(jì)

面向勘探目標(biāo)的vsp采集設(shè)計(jì)

vsp具有高信噪比、高分辨率、明顯的波場(chǎng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征、明顯的比較關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)。近年來,關(guān)于VSP資料采集、處理、解釋及應(yīng)用方面的文獻(xiàn)很多目前基于模型的地質(zhì)目標(biāo)正演模擬輔助采集設(shè)計(jì)方法已經(jīng)在地面地震勘探中得到廣泛應(yīng)用,并且取得了較好的應(yīng)用效果1基于反射波成像的vsp檢測(cè)技術(shù)和流程1.1非零位移vsp技術(shù)的特點(diǎn)圖1為單道和多道非零偏移距VSP記錄經(jīng)VSPCDP轉(zhuǎn)換到反射點(diǎn)位置的示意圖1.2p波場(chǎng)主分量高斯射線束方法高斯射線束建立在射線坐標(biāo)系下,其二維情況如圖2所示。S為中心射線,S附近有一點(diǎn)P,過P點(diǎn)作垂直于中心射線S并與射線S交于P′點(diǎn)的法線,n為法線方向,P′點(diǎn)到起點(diǎn)S高斯射線束解的波場(chǎng)主分量可表示為式中:a(s)為單位矢量,對(duì)于P波,a=t為切線方向,對(duì)于SV波,a=n為法線方向;ω為圓頻率;τ(s)為波沿射線路經(jīng)s的走時(shí),式中:v(s,0)、v(s,n)為傳播速度,1.3u3000近軸射線近似及振幅值的處理為了提高計(jì)算效率,采用高斯射線束方法模擬勘探目標(biāo)的上行反射縱波成像照明1)將中心射線對(duì)地震合成記錄的貢獻(xiàn)歸一化為1,這樣,在模型內(nèi)部射線照射范圍內(nèi),任何點(diǎn)的地震反射振幅接近常數(shù)1,即假設(shè)反射/透射系數(shù)為1。如此處理的原因,一是不必提供復(fù)雜地質(zhì)模型,二是可以提高計(jì)算效率。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)追蹤時(shí),一般應(yīng)用Zoeppritz方程計(jì)算分界面各點(diǎn)的反射/透射系數(shù),進(jìn)而得到出射波的能量分配關(guān)系。2)公式(3)表示射線中心附近的波場(chǎng),稱為近軸射線近似。方程(2)有兩個(gè)獨(dú)立的解式中,ε=ε3)增加動(dòng)校拉伸處理,有利于正確評(píng)價(jià)不同偏移距道對(duì)勘探目標(biāo)的合理貢獻(xiàn)上述處理策略一方面是為了快速實(shí)現(xiàn)高斯射線束對(duì)勘探目標(biāo)反射縱波成像照明的數(shù)值模擬,另一方面是為了使勘探目標(biāo)成像剖面中任一點(diǎn)的地震振幅值能基本代表該點(diǎn)的覆蓋次數(shù)。如,水平地層自激自收地震剖面,對(duì)于任一CMP道集,疊加剖面上該CMP點(diǎn)任一時(shí)刻的振幅值一定是該CMP道集中所有道振幅值相加的結(jié)果,如果每條射線束的總能量歸一化為1,則道集中每一道對(duì)疊加剖面上該CMP點(diǎn)振幅的貢獻(xiàn)都基本為1,因此,疊加剖面上該時(shí)刻的振幅值就代表了該CMP點(diǎn)此時(shí)的覆蓋次數(shù)。而偏移距對(duì)地震資料的影響至關(guān)重要在相關(guān)處理的基礎(chǔ)上,將疊加剖面上勘探目標(biāo)范圍內(nèi)的記錄道在不同時(shí)刻的振幅值相加,用于表示勘探目標(biāo)所獲得的總覆蓋次數(shù),記為F就可以表示產(chǎn)出/投入比。綜上所述,使R1.4主要檢測(cè)因素和3dvsp檢測(cè)和設(shè)計(jì)流程1.4.1反射波的定性圖3為某過井地面地震剖面與零偏VSP走廊疊加記錄及其上行P波波場(chǎng)拉平記錄標(biāo)定圖。主要目的層埋深為2100~2800m,對(duì)應(yīng)地震反射時(shí)間標(biāo)定到1.60~2.05s范圍,零偏VSP資料較好,上述標(biāo)定不存在問題。圖4比較了該井南、北兩個(gè)方向的非零偏VSP上行縱波成像(無拉伸切除)及零偏VSP走廊疊加記錄插入南北向過井地面地震剖面的結(jié)果。由圖4b和圖4d成像剖面可以看出,目的層段出現(xiàn)資料空白,即主要目的層沒有得到地震反射信息。分析兩個(gè)方向非零偏VSP偏移距可知,圖4b所示成像剖面炮點(diǎn)偏移距為2809.5m,圖4d所示成像剖面炮點(diǎn)偏移距為3106.3m,顯然是VSP設(shè)計(jì)不周,偏移距過大,或檢波器沉放深度不合適。這是一個(gè)典型的由于采集參數(shù)不合適造成目標(biāo)區(qū)成像資料空白的非零偏移距VSP勘探實(shí)例,足以說明偏移距在非零偏VSP采集設(shè)計(jì)中的重要性。1.4.2最佳偏移距的確定地面地震觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般包括參數(shù)論證和觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),其中最大偏移距是主要采集參數(shù)之一,因?yàn)樗诤芏喾矫嬗绊懼罄m(xù)地震數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量圖5為某井目的層測(cè)井縱波速度(圖5a中紅線)、VSP速度(圖5a中藍(lán)線)及縱波(圖5b)和轉(zhuǎn)換波(圖5c)AVO分析道集?？梢钥闯?不同深度目的層滿足縱波反射系數(shù)穩(wěn)定所要求的最大偏移距是不同的。對(duì)于埋深5500m左右高速屏蔽層下伏的低速目的層,當(dāng)偏移距大于5000m時(shí),由于達(dá)到臨界角,縱波能量突然增強(qiáng),反射系數(shù)不穩(wěn)定,同時(shí),反射波與入射波出現(xiàn)相位差,AVO剖面振幅表現(xiàn)出極性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象;而埋深5000m左右的目的層,即使偏移距大于7000m,縱波反射系數(shù)也是穩(wěn)定的。對(duì)轉(zhuǎn)換波而言,隨著偏移距的增大,轉(zhuǎn)換波振幅由弱變強(qiáng)再變?nèi)?符合轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)隨入射角變化的特征。同時(shí),不同深度目的層轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)隨入射角變化的差異也很大,因此,對(duì)最大偏移距的設(shè)計(jì)要求不同。與常規(guī)采集設(shè)計(jì)相比,利用AVO分析方法優(yōu)選最佳最大偏移距更直觀,主觀人為因素更少。綜上所述,最佳最大偏移距選擇過程如下:1)先進(jìn)行AVO分析,根據(jù)AVO分析道集確定最大偏移距大致選擇范圍。2)根據(jù)檢波器沉放深度及所確定的最大偏移距范圍,從小到大選擇多個(gè)不同大小的偏移距進(jìn)行VSP上行反射縱波成像模擬,分析勘探目的層反射縱波成像照明(覆蓋次數(shù))的變化。當(dāng)偏移距達(dá)到一定程度時(shí)目的層出現(xiàn)資料空白,則不出現(xiàn)資料空白的最大偏移距即為最佳最大偏移距。3)調(diào)整檢波器沉放深度時(shí),所選擇的最佳最大偏移距也會(huì)發(fā)生變化,只需重復(fù)步驟2)重新選擇最大偏移距即可。圖6為不同偏移距VSP反射縱波成像照明剖面,圖中橫坐標(biāo)所示成像范圍是指成像道與井筒之間的距離。采集參數(shù)如下:觀測(cè)井段為500~3200m,檢波器級(jí)間距20m,動(dòng)校拉伸切除為30%,成像道距為20m,目的層為1.2~2.6s左右水平地層。可以看出,偏移距為1500m的VSP成像剖面上,目的層出現(xiàn)資料空白,偏移距明顯過大。因此,基于地震成像照明的VSP采集設(shè)計(jì)可直接通過模擬VSP反射縱波成像照明更好地選擇最佳最大偏移距。1.4.3非零偏vsp資料處理效果對(duì)于VSP設(shè)計(jì)而言,觀測(cè)井段的選擇至關(guān)重要,它不僅影響成像范圍及成像質(zhì)量,而且選擇巖性(層速度及密度)突變的井段還會(huì)出現(xiàn)所謂地震反射“屏蔽”的問題,這已引起業(yè)界的高度重視。李云龍等圖7a為某井縱波速度和密度測(cè)井曲線(籃框內(nèi)所示速度和密度曲線上出現(xiàn)明顯突變);圖7b為非零偏移距VSP高斯射線束反射縱波成像照明(50%的動(dòng)校拉伸切除);圖7c為實(shí)測(cè)零偏VSP資料處理的走廊疊加記錄;圖7d為實(shí)測(cè)非零偏VSP資料處理的上行反射縱波成像剖面,未做拉伸切除處理,且采用了帶有各向異性的高階多項(xiàng)式對(duì)廣角反射進(jìn)行了動(dòng)校正,一定程度上緩解了層速度突變的影響。在層速度突變井段進(jìn)行非零偏移距VSP觀測(cè),可能會(huì)造成反射成像照明盲區(qū),即廣角反射。當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí),上覆地層地震波射線無法進(jìn)入下伏地層,出現(xiàn)所謂地震反射“屏蔽”的問題。高斯射線束反射成像照明技術(shù)可以模擬突變層的存在,與實(shí)際采集資料處理結(jié)果吻合較好。實(shí)際采集參數(shù)如下:觀測(cè)井段為2000~3500m,10m采樣,非零偏VSP偏移距為3000m。調(diào)整觀測(cè)井段和減小偏移距可以改善地震成像質(zhì)量。選擇檢波器沉放深度時(shí),除了要考慮觀測(cè)井段物性參數(shù)突變外,還應(yīng)特別考慮目的層成像范圍的大小,它由目的層埋深及資料的信噪比和覆蓋次數(shù)決定。如果以探測(cè)井筒附近目的層構(gòu)造細(xì)節(jié)為主要目的,則檢波器最大沉放深度以接近目的層頂界面比較合適,這樣有利于近距離觀測(cè)目的層,提高勘探目標(biāo)的成像精度和資料的信噪比。如果資料信噪比不是主要問題,且勘探目標(biāo)范圍較大,則檢波器可以位于勘探目標(biāo)之上一段距離,這樣有利于擴(kuò)大目的層的成像范圍。王建民等1.4.4目的層覆蓋次數(shù)的觀測(cè)方式優(yōu)化綜合以上研究形成了一套VSP采集設(shè)計(jì)流程(圖8)。對(duì)于WVSP和3DVSP采集設(shè)計(jì)而言,通過AVO分析優(yōu)選最佳最大偏移距還可減少后續(xù)目標(biāo)成像照明的大量模擬分析工作。在確信無層速度突變的觀測(cè)井段進(jìn)行VSP采集時(shí),可以省略“非零偏移距VSP成像照明模擬選擇觀測(cè)井段”這一步。對(duì)于3DVSP采集,可以根據(jù)勘探目標(biāo)復(fù)雜程度,從多個(gè)方位進(jìn)行WVSP設(shè)計(jì),最后綜合不同方位WVSP采集設(shè)計(jì)結(jié)果優(yōu)化3DVSP采集設(shè)計(jì)。由于VSP反射波傳播路徑的不對(duì)稱性等原因,要想保持目的層覆蓋次數(shù)橫向分布均勻,需要地面炮點(diǎn)不均勻分布。利用上述成像照明模擬方法,可以調(diào)整地面炮點(diǎn)分布(如隨著偏移距的增大,縮小炮點(diǎn)采樣間隔或加密炮點(diǎn)等),使目的層在一定范圍內(nèi)的橫向覆蓋次數(shù)盡量分布均勻。目的層覆蓋次數(shù)及其分布,即勘探目標(biāo)反射縱波照明能量分布,是觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。我們通過調(diào)整最大偏移距、地面炮點(diǎn)分布、觀測(cè)井段、炮點(diǎn)/檢波點(diǎn)間距等采集參數(shù)及其觀測(cè)方式來優(yōu)化目的層覆蓋次數(shù),使產(chǎn)出/投入比RWVSP主要觀測(cè)方式(系統(tǒng))有:(1)fix-WVSP,即檢波器固定在一定深度、觀測(cè)井段不動(dòng)的WVSP,這種觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單,炮點(diǎn)移動(dòng)時(shí)檢波點(diǎn)固定不動(dòng),缺點(diǎn)是不利于調(diào)整橫向覆蓋次數(shù)分布;(2)upto-WVSP,即隨檢波點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí),炮點(diǎn)由遠(yuǎn)偏移距移動(dòng)到近偏移距施工的WVSP,這種觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是利于調(diào)整橫向覆蓋次數(shù)使之集中到某些特定的勘探目標(biāo),缺點(diǎn)是道集記錄炮檢距變化大,道間記錄差異大;(3)up-away-WVSP,即隨檢波器向上移動(dòng)時(shí),炮點(diǎn)由近偏移距移動(dòng)到遠(yuǎn)偏移距施工的WVSP,這種觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是利于調(diào)整橫向覆蓋次數(shù)分布,偏移距變化小,道間記錄差異小,缺點(diǎn)是偏移距過于集中,不利于速度分析及AVO分析。靈活選擇觀測(cè)方式(系統(tǒng))有利于某些特殊勘探目標(biāo)照明并使產(chǎn)出/投入比最大化及目的層覆蓋次數(shù)分布相對(duì)均勻。2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的績(jī)效分析2.1fix-wvsp觀測(cè)系統(tǒng)以我國(guó)西部某油田連井WVSP勘探為例。圖9和圖10展示了兩種觀測(cè)方式的井間WVSP反射縱波成像照明覆蓋次數(shù)分布(深度域),左、右兩井均為直井,勘探目的層2600~3800m(圖中紅框所示),兩井間距1.56km。地面均勻放炮,炮間距30m,最大偏移距3.60km,對(duì)左邊井相當(dāng)于進(jìn)行右側(cè)單邊放炮,對(duì)右邊井相當(dāng)于進(jìn)行左側(cè)單邊放炮。檢波器沉放深度2300~3200m,井中采樣為10m,采用50%的拉伸切除。圖9為fix-WVSP固定井段觀測(cè)系統(tǒng);圖10為up-away-WVSP觀測(cè)系統(tǒng),10級(jí)檢波器施工,級(jí)間距為10m,由井口炮點(diǎn)開始放炮,檢波器不動(dòng)時(shí),沿炮線連續(xù)放12炮,每當(dāng)檢波器向上提一級(jí)時(shí),炮點(diǎn)由井口向遠(yuǎn)離井口炮點(diǎn)方向移動(dòng)12個(gè)炮點(diǎn)———即接著上一級(jí)最后一個(gè)炮點(diǎn)向外放12炮。可以看出,兩種觀測(cè)系統(tǒng)的野外采集工作量完全相同,圖9所示觀測(cè)系統(tǒng)井間目的層反射縱波成像照明出現(xiàn)空白,覆蓋次數(shù)分布極不均勻,R2.2成像照明結(jié)果分析VSP勘探目標(biāo)成像照明不僅可用于VSP資料采集設(shè)計(jì),而且可輔助后續(xù)VSP資料處理及其效果評(píng)估,同時(shí),通過與后續(xù)資料處理成果對(duì)比,還可以準(zhǔn)確判斷采集設(shè)計(jì)是否合理。因此,在勘探目標(biāo)成像照明模擬過程中,我們給出了每個(gè)炮集記錄的成像照明結(jié)果及偏移后、疊加前每個(gè)CRP點(diǎn)道集的成像照明結(jié)果。圖11為某井實(shí)際WVSP單炮記錄反射縱波成像結(jié)果與采集設(shè)計(jì)時(shí)所模擬的上述炮點(diǎn)反射縱波成像照明結(jié)果。圖12為該井實(shí)際偏移后的疊前CRP道集及采集設(shè)計(jì)時(shí)所模擬的上述CRP點(diǎn)成像照明結(jié)果。可以看出,無論是炮點(diǎn)道集(相當(dāng)于非零偏移距VSP)還是偏移后的疊前CRP道集,模擬得到的成像范圍及覆蓋次數(shù)與實(shí)際資料處理所得到的結(jié)果完全吻合。圖13為圖11和圖12所示某井實(shí)際WVSP資料最終反射縱波成像剖面和根據(jù)實(shí)際炮點(diǎn)位置等模擬所得到的反射縱波成像照明模擬剖面。同樣可以看出,最終成像剖面與勘探目標(biāo)成像照明模擬結(jié)果吻合較好。3非零偏移距、偏后、疊前vsp采集設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)本文通過VSP反射縱波成像照明模擬分析、采集參數(shù)和觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)地震縱波成像照明的影響分析,以及與后續(xù)VSP資料處理成果的對(duì)比,討論了面向勘探目標(biāo)、基于反射縱波成像照明的VSP采集設(shè)計(jì)技術(shù)及其應(yīng)用效果,得到以下認(rèn)識(shí):1)面向勘探目標(biāo)、基于反射縱波成像照明的VSP采集設(shè)計(jì)技術(shù)并不注重勘探目標(biāo)內(nèi)部細(xì)節(jié)的模擬,而是注重控制勘探目標(biāo)的反射縱波成像照明及其分布,即覆蓋次數(shù)及其分布,因此主要可用于優(yōu)化勘探效果及勘探投資,避免勘探目標(biāo)落空,這也是所有采集設(shè)計(jì)所追求的主