第五章 井间地震

第五章井间地震技术第一节井间地震基本原理第二节井间地震采集技术第三节井间地震资料处理第四节井间地震资料应用第一节井间地震基本原理一、井间地震方法原理二、井间地震历史回顾三、井间地震技术特点四、井间地震技术的用途一、井间地震方法原理

井间地震，是在一口井内置放震源，激发地震波，在另一口井中用检波器接收，并利用记录下来的地震记录进行一套完善的处理，以获得井间地质剖面的新技术。由于避开了地表低速带对地震信号高频成分的吸收，因此利用它可以获得极高分辩率的地震信号（目前已知的最高截频可达1000Hz）。由此可以得到井间地层、构造、储层等地质目标的极为精细的成像。单分量井下接收器阵列10级或20级接收器阵列放在最深处震源井-流体耦合接收器阵列移动50-100英尺激发间距2.5,5

或

10英尺井间地震野外现场施工图井间地震有两种，一种称为井间层析技术。1983年美国著名地球物理学家McMachen首次提出井间地震，他引用医学中X射线层析原理。层析技术又称为CT(ComputerizedTomography的缩写)技术，现已广泛用于医疗诊断。另一种称为井间反射成象，或称为井间高分辨率反射成象，它是在井间层析的基础上。于90年代初期发展起来的。一、井间地震方法原理二、井间地震历史回顾1917年费森敦先生首次提出利用井间地震的测量结果确定矿体的位置和范围，并在矿藏勘探和工程建筑勘探等领域使用至今。60～70年代移植到油气勘探领域。1972年《Geophysics》杂志系统介绍了井间地震技术及其在油田开发中的应用。80年代以来，井间地震技术发展突飞猛进。1988和1990年SEG等机构先后在美国洛斯阿拉莫斯和日本东京召开了两次国际井间地震技术专题讨论会。我国在“八五”期间多个油田也展开了井间地震技术研究，胜利油田、辽河油田、物探局、石油大学以及西安仪器厂、中科院电工研究所等单位从野外采集、数据处理解释及野外设备研究等方面进行了研究，达到当时的国际先进水平。“十五”期间井间地震再次成为研究的重点。二、井间地震历史回顾三、井间地震技术特点靠近目的层，避开了地表噪音和低降速带的影响；频带宽、分辨率高；地震波资料丰富，可进行转换波处理；提供高质量井间图像；采集困难，费用高；需要井孔、电缆、电缆车、井下检波器等特殊设备;测量范围有限；存在潜在危险。四、井间地震技术的用途

主要用来研究井间地层的连续性、了解储层的横向变化、进行油藏描述和监测油气藏的动态：获取地下地质构造细节；提供油藏非均质性的资料，进行油藏描述；断层、沉积单元中的障碍壁、沉积单元之间的界线、水平层理和交错层理、沉积单元的渗透带以及裂缝发育程度等资料。识别岩性；EOR监测。深入细致地研究地下复杂地质构造及沉积细节,了解储层特征,制定合理的开发方案,促进油田增储上产的有效方法。第二节井间地震采集技术一、井间地震震源二、井下接收系统三、井间地震观测系统一、井间地震震源井间地震对震源的要求：①无破坏性；②频带宽；③震源能量足够强；④可重复性；⑤地震输出与作业深度无关；⑥周期短，可迅速移动；⑦耐高温高压（218℃）；⑧套管井与裸眼井都可使用；⑨可激发纵波与横波；⑩适用于各种井孔。井下震源系统的发展历程：①70年代的炸药震源：普通炸药包、井壁取心枪、射孔枪等。特点是取之容易、操作简单，但存在明显缺陷：破坏性大，且缺乏有效控制手段；震源特性无法预定，缺少对震源信号质量的控制手段；没有连续激发的能力，使得数据采集时间长，采集成本过高。一、井间地震震源井下震源系统的发展历程：②海上震源的改装：空气枪、水枪和电火花震源。有效解决了连续激发和预定震源特性的问题，然而又出现新问题：容易破坏井下水泥胶结带；拖缆过于笨重，很难深井作业；有效波能量不高；管波能量太高；存在“气泡反应”；震源特性受液体压力影响大；一、井间地震震源井下震源系统的发展历程：③80年代后，震源系统多样化：方向一，改进和完善已有震源；方向二，另劈新径，研制机电、电磁震源和可控震源。一、井间地震震源井下震源的种类：1)化学炸药井下震源

·压缩炸药，如RDX

·炸药导爆索，如黑索金炸药2)空气枪(通过软管与地面设施连接)3)电火花

·直接放在泥浆中的电极

·放在套管中的电极4)电解质套筒枪(通过电解作用获得H2，CO2混合可燃气体的起爆器)5)陶瓷换能器。一、井间地震震源井下震源的种类（续）：6)机电脉冲电源

·密封的容器中且与井壁耦合的重锤。

·压破式震源(装在封隔器中与井壁耦合的压降系统或开启真空空腔的压降系统)。7)可控震源

·通过标准七芯电缆、特殊电缆软管连接地面设施的液压震源

·充气震源(压缩空气箱或软管)

·使用可调声频栅极的谐振器。

·带有井下波型转换器的近地表管波发生器。8)钻头震源(即用钻头做震源)一、井间地震震源二、井下接收系统井间地震对井下检波器要求：1.较宽的频带范围(大于500Hz以上)2.高的采样频率3.高速数传能力4.多分量接收5.多级接收井间地震首先使用的检波器自然是VSP检波器。井间地震使用的检波器多级VSP测量。以前苏联开展研究最早。多级VSP井下接收器是在单道VSP井下接收器基础上发展起来的，由多个分别带有推靠器的三分量检波器短节连接组成。同时又用先进的数字传输技术取代原单道三分量利用测井电缆传输模拟信号的技术，它是在井下高温高压条件下，对地震信号进行前置放大、A／D转换、数字编码，利用现有测井电缆进行数传。多道三分量井下接收器比单道接收器具有明显的优点，提高了施工效率，改善了数据质量，还由于三个分量的检波器被安装在万向支架上，可以在斜井和水平井中使用。二、井下接收系统法国CGG和Schlumberger两个公司开展了多道VSP井下接收器的研究，并且还推出了相应的产品。如CGG公司与法国石油研究院合作于1989年率先推出Multilock多道VSP仪器，由于其直径大，结构复杂，直至1991年底才由吉林油田购进一台，但其采样率低：1ms6道，2ms12道，故只能用于VSP测量，而用于井间地震尚有很大距离。Schlumberger公司于1990年推出ASI阵列地震成像仪(ArraySeismicImager)和CSI可组合的地震成像仪系统(CombinableSeismicImager)，可说是最新型VSP仪器，CSI可以测量达5级三分量地震数据，直径仅86mm，采用旋转永久磁铁推靠方式，结构较简单，但其中CSI的最高采样率也只有0.5ms，对于井间地震而言，仍不够高。二、井下接收系统迟至1991年底，美国Geoview公司推出了井下数字化的多道遥测接收系统，其GV—16型最多可记录16道，最高采样率为1／16ms，记录长度为64K字，但缺点是温度上限仅为125℃。美国OYO公司的ABR井下接收系统与GV—16型有相同的指标，直径也为4〞，其传感器为速度及加速度型可选，而且在800Hz内无谐振。值得注意的是他们所采用的是Δ—ΣA／D转换器，且已提高到18至20位。二、井下接收系统井间地震记录仪器及井间地震成像系统：井间地震地面记录仪器可以是一殷的常规数字地震仪作改造，主要有：美国HGS公司的DSS—10A和EG&G公司的ES—2420两种仪器，它们的功能都比较多。以DSS—10A更具有代表性。DSS—10A数字地震采集系统由DSS—10A磁带机信息传输单元和外部辅助设备组成。具有24个工作道，5个辅助道。可用于爆炸震源，也可用于可控震源。对于多道检波器，例如对CCG公司的Multilock井下接收器进行采集和监控，就专门开发了ASAP系统。美国HGS公司也开发了同类产品，通过Hunter现场质量控制系统与常规地震记录仪器一起配合实现，此类仪器以法国CGC公司的ASAP系统更具有代表性。〝〞二、井下接收系统ASAP系统是一个使用VMB总线实时计算机控制的采集处理系统，使用9轨磁带机，图形显示器和操作员接口终端。可以灵活地对各种观测形式实时监控数据质量，生成SEGY格式磁带记录，并具有现场实时处理能力，可以绘出速度图，时—深曲线，可以做叠加、滤波反褶积和波场分离。对于井间地震层析成像系统，法国Schumberger公司利用多功能数控测井仪Maxis500对井下成保系统ASI和CSI进行采集、监检、和处理。美国Geoview公司是以IBM486—PC为主机开发成像系统具有采集、监控、记带、处理、绘图等多种功能。二、井下接收系统二、井下接收系统

由当前国际发展趋向来看，采用数字遥测式的多级井下接收系统其性能显著伏于现有的单级VSP检波器，特别在通带、记录道数b抗干扰能力、传输特性、深度误差、生产效率方面均有突出的优点。

二、井下接收系统三、井间地震观测系统1）井间地震测量的设计做井间地震测量设计应考虑下列标准，并取得相应参数。标准参数

A射线密度 组合长度多数面元应穿过10条射线检波器间距 震源间距

B射线孔径 排列长度与水平方向呈±45度角

C时间分辨率 采样间隔小于2ms 记录的频率成分2)井间地震观测系统根据震源、检波器和井眼三者空间的组合形式，可分为线性观测系统与正交观测系统。

A线性观测系统该系统采用两口井，一口井为震源井；另一口井为接收井，此系统又可分为定点反射线性观测系统和同步反射线性观测系统。

a、定点反射线性观测系统它是把震源固定在激发井中的某一设计深度位置上，而接收井中的检波器沿观测井全井或装点研究井段均匀依次排列。三、井间地震观测系统三、井间地震观测系统b、同步反射线性观测系统该系统是使激发点和接收点分别在震源井与接收井中反向等距移动，移动总点数和总距离相等。三、井间地震观测系统B正交观测系统正交观测系统是采用井间地震组进行观测，即，一口井为激发井，另两口井为接收井，井的分布构成正交系统。图中，A为震源井，B、C为接收井，它们组成一直角形式，其优点是可在两个方向上提供速度的分布和介质的各向异性。三、井间地震观测系统3）野外施工方法 当井为干井时，要把震源和检波器都固定在井壁上，这样可保证耦合良好。若井中含水或泥浆时，则保证了耦合条件，可用水中检波器来接收而用电火花做震源，但这只适用于纵波，对于横波而言，检波器必须固定在井壁上。三、井间地震观测系统第三节井间地震资料处理一、井间地震资料数字处理概述二、井间地震资料处理流程一、井间地震资料数字处理概述A）井间地震波场特征井间地震观测系统的特殊性，使得井间地震波场比地面常规地震波场复杂。存在直达纵波、直达横波、反射纵波、反射横波、转换纵波、转换横波、透射纵波、透射横波以及多次转换波。存在界面波、绕射波、管波、导波等地震波。整个记录下来的井间地震波场可以划分为初至波和续至波两大部分。初至波用于旅行时层析成像，续至波用于反射波成像和透射波层析成像。B）井间地震波场旅行时方程：一、井间地震资料数字处理概述S:震源点R:接收点Hs:震源点深度HR:接收点深度D:井间距e:反射角、透射角或折射角t:从震源点S到接收点R的旅行时Vi:第i层的速度Vp:纵波速度VSV:横波速度（1）井间直达波旅行时方程：在共偏移距道集，HS一HR二C（常数），直达波时差等于零，直达波时深曲线为一水平直线。在共炮点道集或共接收点道集中，直达波时深曲线为双曲线，其顶点对应于同一深度的炮点和接收点处。（2）井间反射波旅行时方程：①上行反射波方程②下行反射波方程在共中心点道集中，由于（HS+HR)/2是一个常数，所以在共中心点道集中反射波时差为零。在共炮点和共接收点道集，反射波同相轴为双曲线，顶点对应于靠近反射界面的震源点和接收点。（3）井间折射波旅行时方程：①上行折射波方程②下行折射波方程在中心点道集中，折射波时差为零，其时深曲线是一水平直线。（4）井间透射波旅行时方程：①下行透射波方程②上行透射波方程（5）井间绕射波旅行时方程：在共炮点道集或共接收点道集中，井间绕射波的时深曲线是双曲线，双曲线的顶点在接收点深度或震源点深度与反射深度相等处。（6）井间反射转换波旅行时方程：（7）井间透射转换波旅行时方程：C）道集选排：井间地震野外观测中每选定一个炮点位置和一个检波器位置，就可以获得一个地震道记录。按不同顺序排列这些地震道，井间地震数据可以以四种道集形式出现：共炮点道集、共接收点道集、共偏移距道集和共中心线（深度）道集。共炮点道集是指井间地震记录中具有共同炮点的所有记录道按照检波器位置深度由浅到深排在一起，构组成的道集。一、井间地震资料数字处理概述检波点深度震源深度DrDs2Ds1井间地震观测系统图扇共炮点道集共检波点道集共偏移距道集

共中心深度道集震源井接收井

共接收点道集是指井间地震记录中具有共同检波器位置的所有记录道按照炮点位置深度由浅到深排在一起，构组成的道集。共炮点道集和共接收点道集是两个对称的概念。在井间地震中定义炮点和检波器位置深度的差值为偏移距。每一个地震记录都有一个震源深度和一个检波器深度，也就对应一个偏移距。共偏移距道集就是指具有相等偏移距的道集按照震源深度和检波器深度由浅到深排列形成的道集。一、井间地震资料数字处理概述

中心深度是指一个地震道的震源深度和检波器深度的平均值。共中心线道集（或称共中心深度道集）是指具有相同中心深度的地震道按照炮点深度增加和检波器位置深度减小排列，或者按照炮点深度减小和检波器位置深度增加排列形成的道集。一、井间地震资料数字处理概述共接收点道集共炮点道集共偏移距域道集共中心深度点域道集直达纵波反射纵波震源井管波检波井管波导波罗151-1--罗151-11共接收点记录直达波中断玄武岩顶面16-x1--面16-x2共接收点记录共炮点记录A为直达纵波B为直达横波C为原始纵波反射D为原始横波反射E为管波F为横波多次波G为纵横转换波H为横纵转换波D）井间地震资料处理简介：井间地震资料处理的目的就是将野外采集的数据带经过数据解编、消除干扰波、增强有效波的一系列处理，拾取直达波旅行时以进行层析成像，分离反射波场并获取反射波剖面。井间地震波场中的各种地震波在不同的地震道集中具有不同的特性，为后续的波场分离，干扰波消除提供了可能。一、井间地震资料数字处理概述

共炮点道集是井间地震资料处理的基本数据。在共炮点道集上接收井套管波同相轴为一倾斜直线；而在共接收点道集上激发井套管波同相轴为一倾斜直线。在这两类道集上使用视速度滤波器可以有效地压制两类套管波。共中心深度道集可以用来鉴别反射波。在共中心深度道集上来自同一深度的反射波旅行时相等，排成一个与记录时间线相平行的同相轴。一、井间地震资料数字处理概述

共偏移距道集可以用来鉴别透射波。由激发点直接传播到接收点的透射波，因激发点与接收点相对位置不变，其旅行时相等，在道集上排成一个平行时间线的同相轴。可利用共偏移距道集，使用视速度滤波器或F-K波数滤波器，加强有效反射波或透射波，删除其它类型规则干扰波。一、井间地震资料数字处理概述

激发点和接收点在同一个水平线上，垂直间距为零的道集，称为共激发—接收零间隔距道集。已知激发井和接收井之间的距离，可以根据初至旅行时，求取地层平均速度。零间隔距道集记录的反射，其反射点位于激发井和接收井中间的垂直线上。对这样的道集记录，使用速度扫描做偏移归位，可以实现偏移速度分析。一、井间地震资料数字处理概述二、井间地震资料处理流程

井间地震资料处理可以分为两大模块，即旅行时反演模块和反射波偏移成像模块。野外井间地震资料经过解编后，就沿着这两个方向进行处理。井间地震资料处理包括如下的处理模块：野外地震带解编道集选排带通滤波、增益控制解释初至波，拾取初至波旅行时旅行时反演波场分离和视速度滤波偏移速度扫描超级迭加一)野外地震带解编。把野外数据转换成处理软件所需的数据格式。二)道集选排。 根据需要把井间地震记录排成不同的道集记录，用以考察各类地震波，初步分析井间地震波场，识别不同类型的地震波。三)带通滤波、增益控制。滤除低频和高频噪音，消除随机噪音；补偿波前扩散。四)解释初至波，拾取初至波旅行时。初至波主要用来做旅行时反演。对井间地震资料一道一道识别初至波，画出解释线，最终根据解释线拾取初至波旅行时，以供旅行时反演使用。在初至波解释过程中画出的解释线还有另外一个用途，那就是用来切除初至波。二、井间地震资料处理流程

五)旅行时反演得到了初至波旅行时后，用这些旅行时数据可以进行旅行时反演，获得一个井间速度剖面。虽然旅行时反演得到的速度剖面精度不高，但是该剖面能大体上反映出井间地质剖面的形态。六)波场分离和视速度滤波。波场分离和视速度滤波是井间地震反射波资料处理过程中最重要的一个环节。该流程主要目的是提取反射波波场。几种波场分离方法都是在变换后作切除，然后再反变换回来的，因而在原来无数据区域会畸变，因而需要画解释线切除畸变部分。二、井间地震资料处理流程

七)偏移速度扫描。这是为超级迭加作准备。首先抽取零偏移距道集，然后对上行反射波和下行反射波分别作偏移速度扫描，得到两张速度谱剖面，对这两张剖面分别解释，得到适合于上行反射波和下行反射波偏移的速度。八)超级迭加。按照超级迭加理论处理反射波波场，可以获得上行波深度剖面和下行波深度剖面。这两张剖面有一部分是互相重迭的。将这两张剖面上由于迭加次数不够和受到干扰比较严重的部分切除后迭加起来，得到一张完整的井间反射波深度剖面。二、井间地震资料处理流程

常规模型成像首波成像偏移绕射层析成像偏移/反演透射波层析成像第四节井间地震资料的应用井间地震记录的是全波场，分辨率高，信息丰富。和钻井、岩芯、测井、地质、采油和地面地震等资料综合解释，在如下几方面得到应用：在稠油热采（包括蒸汽驱、火驱等）中的应用。用井间地震监视蒸汽驱（火驱）前沿，给油藏管理提供信息，提高采收率。室内试验表明，含油岩石温度上升100度，地震波速度降低20％一30％，现代地震技术能够可靠地测出并能用图象显示这种变化。此外，还能监视CO2驱的变化。用做储层连通性填图(RCM)，可以测量和确定储层的特征，例如单个河道砂岩，自然裂隙、连通性和封堵。估算垂直渗透性、垂直裂隙。用井间地震寻找末圈闭的气藏。利用井间地震在工程地质中寻找裂隙。3000290028002700米罗151-11罗151-13100三角洲前积层大套泥岩中的薄层砂岩油页岩火成岩蚀变带火成岩体不连续的砂岩层330米Es1Es221002200230024002500永1-27---永63-10--永1-26井间反射剖面与速度层析剖面永1-26永1-27永63-10米

380米

400米?层析结果85001000090009500216m

(305m)

182-2

182-4

182-5

182-1

921-5

(420m)

(220m)

(330m)

2820m

(556m)

921-17

(325m)

182

-6

921

-盐家地区井间地震施工概图N2830m2840m2850m2860m921-5921-17182-6182-1182-4921-25921盐家地区沙4砾岩体三维地震剖面图182.4-182.1-182.6100m182-4—182-1—182-6速度层析剖面2200230024002500260027002800深度米22002300240025002600270028002900240米416米182-1182-4182-6182.2-182.1-182.5100m182-2—182-1—182-5速度层析剖面22002300240025002600270028002200230024002500260027002800深度米260米280米182-1182-2182-5182-4—182-1—182-5速度层析剖面2200230024002500260027002800深度米2200230024002500260027002800深度米280米416米182-1182-4182-5182-2—182-1—182-6速度层析剖面2200230024002500260027002800深度米2200230024002500260027002800260米240米182-1182-2182-6182-2—182-1—182-4速度层析剖面22002300240025002600270028002200230024002500260027002800深度米260米416米182-1182-4182-2182-6—182-1—182-5速度层析剖面2200230024002500260027002800深度米2200230024002500260027002800深度米280米240米182-1182-5182-6

中原油田文留地堑构造断裂示意图30003100