面向勘探目標的vsp采集設計

vsp具有高信噪比、高分辨率、明顯的波場運動學和動力學特征、明顯的比較關系等優點。近年來,關于VSP資料采集、處理、解釋及應用方面的文獻很多目前基于模型的地質目標正演模擬輔助采集設計方法已經在地面地震勘探中得到廣泛應用,并且取得了較好的應用效果1基于反射波成像的vsp檢測技術和流程1.1非零位移vsp技術的特點圖1為單道和多道非零偏移距VSP記錄經VSPCDP轉換到反射點位置的示意圖1.2p波場主分量高斯射線束方法高斯射線束建立在射線坐標系下,其二維情況如圖2所示。S為中心射線,S附近有一點P,過P點作垂直于中心射線S并與射線S交于P′點的法線,n為法線方向,P′點到起點S高斯射線束解的波場主分量可表示為式中:a(s)為單位矢量,對于P波,a=t為切線方向,對于SV波,a=n為法線方向;ω為圓頻率;τ(s)為波沿射線路經s的走時,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算效率,采用高斯射線束方法模擬勘探目標的上行反射縱波成像照明1)將中心射線對地震合成記錄的貢獻歸一化為1,這樣,在模型內部射線照射范圍內,任何點的地震反射振幅接近常數1,即假設反射/透射系數為1。如此處理的原因,一是不必提供復雜地質模型,二是可以提高計算效率。進行運動學追蹤時,一般應用Zoeppritz方程計算分界面各點的反射/透射系數,進而得到出射波的能量分配關系。2)公式(3)表示射線中心附近的波場,稱為近軸射線近似。方程(2)有兩個獨立的解式中,ε=ε3)增加動校拉伸處理,有利于正確評價不同偏移距道對勘探目標的合理貢獻上述處理策略一方面是為了快速實現高斯射線束對勘探目標反射縱波成像照明的數值模擬,另一方面是為了使勘探目標成像剖面中任一點的地震振幅值能基本代表該點的覆蓋次數。如,水平地層自激自收地震剖面,對于任一CMP道集,疊加剖面上該CMP點任一時刻的振幅值一定是該CMP道集中所有道振幅值相加的結果,如果每條射線束的總能量歸一化為1,則道集中每一道對疊加剖面上該CMP點振幅的貢獻都基本為1,因此,疊加剖面上該時刻的振幅值就代表了該CMP點此時的覆蓋次數。而偏移距對地震資料的影響至關重要在相關處理的基礎上,將疊加剖面上勘探目標范圍內的記錄道在不同時刻的振幅值相加,用于表示勘探目標所獲得的總覆蓋次數,記為F就可以表示產出/投入比。綜上所述,使R1.4主要檢測因素和3dvsp檢測和設計流程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波波場拉平記錄標定圖。主要目的層埋深為2100~2800m,對應地震反射時間標定到1.60~2.05s范圍,零偏VSP資料較好,上述標定不存在問題。圖4比較了該井南、北兩個方向的非零偏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果。由圖4b和圖4d成像剖面可以看出,目的層段出現資料空白,即主要目的層沒有得到地震反射信息。分析兩個方向非零偏VSP偏移距可知,圖4b所示成像剖面炮點偏移距為2809.5m,圖4d所示成像剖面炮點偏移距為3106.3m,顯然是VSP設計不周,偏移距過大,或檢波器沉放深度不合適。這是一個典型的由于采集參數不合適造成目標區成像資料空白的非零偏移距VSP勘探實例,足以說明偏移距在非零偏VSP采集設計中的重要性。1.4.2最佳偏移距的確定地面地震觀測系統設計一般包括參數論證和觀測系統設計,其中最大偏移距是主要采集參數之一,因為它在很多方面影響著后續地震數據的處理質量圖5為某井目的層測井縱波速度(圖5a中紅線)、VSP速度(圖5a中藍線)及縱波(圖5b)和轉換波(圖5c)AVO分析道集。可以看出,不同深度目的層滿足縱波反射系數穩定所要求的最大偏移距是不同的。對于埋深5500m左右高速屏蔽層下伏的低速目的層,當偏移距大于5000m時,由于達到臨界角,縱波能量突然增強,反射系數不穩定,同時,反射波與入射波出現相位差,AVO剖面振幅表現出極性反轉現象;而埋深5000m左右的目的層,即使偏移距大于7000m,縱波反射系數也是穩定的。對轉換波而言,隨著偏移距的增大,轉換波振幅由弱變強再變弱,符合轉換波反射系數隨入射角變化的特征。同時,不同深度目的層轉換波反射系數隨入射角變化的差異也很大,因此,對最大偏移距的設計要求不同。與常規采集設計相比,利用AVO分析方法優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)先進行AVO分析,根據AVO分析道集確定最大偏移距大致選擇范圍。2)根據檢波器沉放深度及所確定的最大偏移距范圍,從小到大選擇多個不同大小的偏移距進行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)的變化。當偏移距達到一定程度時目的層出現資料空白,則不出現資料空白的最大偏移距即為最佳最大偏移距。3)調整檢波器沉放深度時,所選擇的最佳最大偏移距也會發生變化,只需重復步驟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,圖中橫坐標所示成像范圍是指成像道與井筒之間的距離。采集參數如下:觀測井段為500~3200m,檢波器級間距20m,動校拉伸切除為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采集設計可直接通過模擬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資料處理效果對于VSP設計而言,觀測井段的選擇至關重要,它不僅影響成像范圍及成像質量,而且選擇巖性(層速度及密度)突變的井段還會出現所謂地震反射“屏蔽”的問題,這已引起業界的高度重視。李云龍等圖7a為某井縱波速度和密度測井曲線(籃框內所示速度和密度曲線上出現明顯突變);圖7b為非零偏移距VSP高斯射線束反射縱波成像照明(50%的動校拉伸切除);圖7c為實測零偏VSP資料處理的走廊疊加記錄;圖7d為實測非零偏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式對廣角反射進行了動校正,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行非零偏移距VSP觀測,可能會造成反射成像照明盲區,即廣角反射。當入射角達到臨界角時,上覆地層地震波射線無法進入下伏地層,出現所謂地震反射“屏蔽”的問題。高斯射線束反射成像照明技術可以模擬突變層的存在,與實際采集資料處理結果吻合較好。實際采集參數如下:觀測井段為2000~3500m,10m采樣,非零偏VSP偏移距為3000m。調整觀測井段和減小偏移距可以改善地震成像質量。選擇檢波器沉放深度時,除了要考慮觀測井段物性參數突變外,還應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決定。如果以探測井筒附近目的層構造細節為主要目的,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目的層,提高勘探目標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,且勘探目標范圍較大,則檢波器可以位于勘探目標之上一段距離,這樣有利于擴大目的層的成像范圍。王建民等1.4.4目的層覆蓋次數的觀測方式優化綜合以上研究形成了一套VSP采集設計流程(圖8)。對于WVSP和3DVSP采集設計而言,通過AVO分析優選最佳最大偏移距還可減少后續目標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井段進行VSP采集時,可以省略“非零偏移距VSP成像照明模擬選擇觀測井段”這一步。對于3DVSP采集,可以根據勘探目標復雜程度,從多個方位進行WVSP設計,最后綜合不同方位WVSP采集設計結果優化3DVSP采集設計。由于VSP反射波傳播路徑的不對稱性等原因,要想保持目的層覆蓋次數橫向分布均勻,需要地面炮點不均勻分布。利用上述成像照明模擬方法,可以調整地面炮點分布(如隨著偏移距的增大,縮小炮點采樣間隔或加密炮點等),使目的層在一定范圍內的橫向覆蓋次數盡量分布均勻。目的層覆蓋次數及其分布,即勘探目標反射縱波照明能量分布,是觀測系統設計的重點和難點。我們通過調整最大偏移距、地面炮點分布、觀測井段、炮點/檢波點間距等采集參數及其觀測方式來優化目的層覆蓋次數,使產出/投入比RWVSP主要觀測方式(系統)有:(1)fix-WVSP,即檢波器固定在一定深度、觀測井段不動的WVSP,這種觀測系統的優點是施工簡單,炮點移動時檢波點固定不動,缺點是不利于調整橫向覆蓋次數分布;(2)upto-WVSP,即隨檢波點向上移動時,炮點由遠偏移距移動到近偏移距施工的WVSP,這種觀測系統的優點是利于調整橫向覆蓋次數使之集中到某些特定的勘探目標,缺點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時,炮點由近偏移距移動到遠偏移距施工的WVSP,這種觀測系統的優點是利于調整橫向覆蓋次數分布,偏移距變化小,道間記錄差異小,缺點是偏移距過于集中,不利于速度分析及AVO分析。靈活選擇觀測方式(系統)有利于某些特殊勘探目標照明并使產出/投入比最大化及目的層覆蓋次數分布相對均勻。2無線傳感器網絡系統的績效分析2.1fix-wvsp觀測系統以我國西部某油田連井WVSP勘探為例。圖9和圖10展示了兩種觀測方式的井間WVSP反射縱波成像照明覆蓋次數分布(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,對左邊井相當于進行右側單邊放炮,對右邊井相當于進行左側單邊放炮。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固定井段觀測系統;圖10為up-away-WVSP觀測系統,10級檢波器施工,級間距為10m,由井口炮點開始放炮,檢波器不動時,沿炮線連續放12炮,每當檢波器向上提一級時,炮點由井口向遠離井口炮點方向移動12個炮點———即接著上一級最后一個炮點向外放12炮。可以看出,兩種觀測系統的野外采集工作量完全相同,圖9所示觀測系統井間目的層反射縱波成像照明出現空白,覆蓋次數分布極不均勻,R2.2成像照明結果分析VSP勘探目標成像照明不僅可用于VSP資料采集設計,而且可輔助后續VSP資料處理及其效果評估,同時,通過與后續資料處理成果對比,還可以準確判斷采集設計是否合理。因此,在勘探目標成像照明模擬過程中,我們給出了每個炮集記錄的成像照明結果及偏移后、疊加前每個CRP點道集的成像照明結果。圖11為某井實際WVSP單炮記錄反射縱波成像結果與采集設計時所模擬的上述炮點反射縱波成像照明結果。圖12為該井實際偏移后的疊前CRP道集及采集設計時所模擬的上述CRP點成像照明結果。可以看出,無論是炮點道集(相當于非零偏移距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與實際資料處理所得到的結果完全吻合。圖13為圖11和圖12所示某井實際WVSP資料最終反射縱波成像剖面和根據實際炮點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成像照明模擬結果吻合較好。3非零偏移距、偏后、疊前vsp采集設計優勢本文通過VSP反射縱波成像照明模擬分析、采集參數和觀測系統對地震縱波成像照明的影響分析,以及與后續VSP資料處理成果的對比,討論了面向勘探目標、基于反射縱波成像照明的VSP采集設計技術及其應用效果,得到以下認識:1)面向勘探目標、基于反射縱波成像照明的VSP采集設計技術并不注重勘探目標內部細節的模擬,而是注重控制勘探目標的反射縱波成像照明及其分布,即覆蓋次數及其分布,因此主要可用于優化勘探效果及勘探投資,避免勘探目標落空,這也是所有采集設計所追求的主