面向勘探目标的vsp采集设计

面向勘探目标的vsp采集设计

vsp具有高信噪比、高分辨率、明显的波场运动学和动力学特征、明显的比较关系等优点。近年来,关于VSP资料采集、处理、解释及应用方面的文献很多目前基于模型的地质目标正演模拟辅助采集设计方法已经在地面地震勘探中得到广泛应用,并且取得了较好的应用效果1基于反射波成像的vsp检测技术和流程1.1非零位移vsp技术的特点图1为单道和多道非零偏移距VSP记录经VSPCDP转换到反射点位置的示意图1.2p波场主分量高斯射线束方法高斯射线束建立在射线坐标系下,其二维情况如图2所示。S为中心射线,S附近有一点P,过P点作垂直于中心射线S并与射线S交于P′点的法线,n为法线方向,P′点到起点S高斯射线束解的波场主分量可表示为式中:a(s)为单位矢量,对于P波,a=t为切线方向,对于SV波,a=n为法线方向;ω为圆频率;τ(s)为波沿射线路经s的走时,式中:v(s,0)、v(s,n)为传播速度,1.3u3000近轴射线近似及振幅值的处理为了提高计算效率,采用高斯射线束方法模拟勘探目标的上行反射纵波成像照明1)将中心射线对地震合成记录的贡献归一化为1,这样,在模型内部射线照射范围内,任何点的地震反射振幅接近常数1,即假设反射/透射系数为1。如此处理的原因,一是不必提供复杂地质模型,二是可以提高计算效率。进行运动学追踪时,一般应用Zoeppritz方程计算分界面各点的反射/透射系数,进而得到出射波的能量分配关系。2)公式(3)表示射线中心附近的波场,称为近轴射线近似。方程(2)有两个独立的解式中,ε=ε3)增加动校拉伸处理,有利于正确评价不同偏移距道对勘探目标的合理贡献上述处理策略一方面是为了快速实现高斯射线束对勘探目标反射纵波成像照明的数值模拟,另一方面是为了使勘探目标成像剖面中任一点的地震振幅值能基本代表该点的覆盖次数。如,水平地层自激自收地震剖面,对于任一CMP道集,叠加剖面上该CMP点任一时刻的振幅值一定是该CMP道集中所有道振幅值相加的结果,如果每条射线束的总能量归一化为1,则道集中每一道对叠加剖面上该CMP点振幅的贡献都基本为1,因此,叠加剖面上该时刻的振幅值就代表了该CMP点此时的覆盖次数。而偏移距对地震资料的影响至关重要在相关处理的基础上,将叠加剖面上勘探目标范围内的记录道在不同时刻的振幅值相加,用于表示勘探目标所获得的总覆盖次数,记为F就可以表示产出/投入比。综上所述,使R1.4主要检测因素和3dvsp检测和设计流程1.4.1反射波的定性图3为某过井地面地震剖面与零偏VSP走廊叠加记录及其上行P波波场拉平记录标定图。主要目的层埋深为2100~2800m,对应地震反射时间标定到1.60~2.05s范围,零偏VSP资料较好,上述标定不存在问题。图4比较了该井南、北两个方向的非零偏VSP上行纵波成像(无拉伸切除)及零偏VSP走廊叠加记录插入南北向过井地面地震剖面的结果。由图4b和图4d成像剖面可以看出,目的层段出现资料空白,即主要目的层没有得到地震反射信息。分析两个方向非零偏VSP偏移距可知,图4b所示成像剖面炮点偏移距为2809.5m,图4d所示成像剖面炮点偏移距为3106.3m,显然是VSP设计不周,偏移距过大,或检波器沉放深度不合适。这是一个典型的由于采集参数不合适造成目标区成像资料空白的非零偏移距VSP勘探实例,足以说明偏移距在非零偏VSP采集设计中的重要性。1.4.2最佳偏移距的确定地面地震观测系统设计一般包括参数论证和观测系统设计,其中最大偏移距是主要采集参数之一,因为它在很多方面影响着后续地震数据的处理质量图5为某井目的层测井纵波速度(图5a中红线)、VSP速度(图5a中蓝线)及纵波(图5b)和转换波(图5c)AVO分析道集。可以看出,不同深度目的层满足纵波反射系数稳定所要求的最大偏移距是不同的。对于埋深5500m左右高速屏蔽层下伏的低速目的层,当偏移距大于5000m时,由于达到临界角,纵波能量突然增强,反射系数不稳定,同时,反射波与入射波出现相位差,AVO剖面振幅表现出极性反转现象;而埋深5000m左右的目的层,即使偏移距大于7000m,纵波反射系数也是稳定的。对转换波而言,随着偏移距的增大,转换波振幅由弱变强再变弱,符合转换波反射系数随入射角变化的特征。同时,不同深度目的层转换波反射系数随入射角变化的差异也很大,因此,对最大偏移距的设计要求不同。与常规采集设计相比,利用AVO分析方法优选最佳最大偏移距更直观,主观人为因素更少。综上所述,最佳最大偏移距选择过程如下:1)先进行AVO分析,根据AVO分析道集确定最大偏移距大致选择范围。2)根据检波器沉放深度及所确定的最大偏移距范围,从小到大选择多个不同大小的偏移距进行VSP上行反射纵波成像模拟,分析勘探目的层反射纵波成像照明(覆盖次数)的变化。当偏移距达到一定程度时目的层出现资料空白,则不出现资料空白的最大偏移距即为最佳最大偏移距。3)调整检波器沉放深度时,所选择的最佳最大偏移距也会发生变化,只需重复步骤2)重新选择最大偏移距即可。图6为不同偏移距VSP反射纵波成像照明剖面,图中横坐标所示成像范围是指成像道与井筒之间的距离。采集参数如下:观测井段为500~3200m,检波器级间距20m,动校拉伸切除为30%,成像道距为20m,目的层为1.2~2.6s左右水平地层。可以看出,偏移距为1500m的VSP成像剖面上,目的层出现资料空白,偏移距明显过大。因此,基于地震成像照明的VSP采集设计可直接通过模拟VSP反射纵波成像照明更好地选择最佳最大偏移距。1.4.3非零偏vsp资料处理效果对于VSP设计而言,观测井段的选择至关重要,它不仅影响成像范围及成像质量,而且选择岩性(层速度及密度)突变的井段还会出现所谓地震反射“屏蔽”的问题,这已引起业界的高度重视。李云龙等图7a为某井纵波速度和密度测井曲线(篮框内所示速度和密度曲线上出现明显突变);图7b为非零偏移距VSP高斯射线束反射纵波成像照明(50%的动校拉伸切除);图7c为实测零偏VSP资料处理的走廊叠加记录;图7d为实测非零偏VSP资料处理的上行反射纵波成像剖面,未做拉伸切除处理,且采用了带有各向异性的高阶多项式对广角反射进行了动校正,一定程度上缓解了层速度突变的影响。在层速度突变井段进行非零偏移距VSP观测,可能会造成反射成像照明盲区,即广角反射。当入射角达到临界角时,上覆地层地震波射线无法进入下伏地层,出现所谓地震反射“屏蔽”的问题。高斯射线束反射成像照明技术可以模拟突变层的存在,与实际采集资料处理结果吻合较好。实际采集参数如下:观测井段为2000~3500m,10m采样,非零偏VSP偏移距为3000m。调整观测井段和减小偏移距可以改善地震成像质量。选择检波器沉放深度时,除了要考虑观测井段物性参数突变外,还应特别考虑目的层成像范围的大小,它由目的层埋深及资料的信噪比和覆盖次数决定。如果以探测井筒附近目的层构造细节为主要目的,则检波器最大沉放深度以接近目的层顶界面比较合适,这样有利于近距离观测目的层,提高勘探目标的成像精度和资料的信噪比。如果资料信噪比不是主要问题,且勘探目标范围较大,则检波器可以位于勘探目标之上一段距离,这样有利于扩大目的层的成像范围。王建民等1.4.4目的层覆盖次数的观测方式优化综合以上研究形成了一套VSP采集设计流程(图8)。对于WVSP和3DVSP采集设计而言,通过AVO分析优选最佳最大偏移距还可减少后续目标成像照明的大量模拟分析工作。在确信无层速度突变的观测井段进行VSP采集时,可以省略“非零偏移距VSP成像照明模拟选择观测井段”这一步。对于3DVSP采集,可以根据勘探目标复杂程度,从多个方位进行WVSP设计,最后综合不同方位WVSP采集设计结果优化3DVSP采集设计。由于VSP反射波传播路径的不对称性等原因,要想保持目的层覆盖次数横向分布均匀,需要地面炮点不均匀分布。利用上述成像照明模拟方法,可以调整地面炮点分布(如随着偏移距的增大,缩小炮点采样间隔或加密炮点等),使目的层在一定范围内的横向覆盖次数尽量分布均匀。目的层覆盖次数及其分布,即勘探目标反射纵波照明能量分布,是观测系统设计的重点和难点。我们通过调整最大偏移距、地面炮点分布、观测井段、炮点/检波点间距等采集参数及其观测方式来优化目的层覆盖次数,使产出/投入比RWVSP主要观测方式(系统)有:(1)fix-WVSP,即检波器固定在一定深度、观测井段不动的WVSP,这种观测系统的优点是施工简单,炮点移动时检波点固定不动,缺点是不利于调整横向覆盖次数分布;(2)upto-WVSP,即随检波点向上移动时,炮点由远偏移距移动到近偏移距施工的WVSP,这种观测系统的优点是利于调整横向覆盖次数使之集中到某些特定的勘探目标,缺点是道集记录炮检距变化大,道间记录差异大;(3)up-away-WVSP,即随检波器向上移动时,炮点由近偏移距移动到远偏移距施工的WVSP,这种观测系统的优点是利于调整横向覆盖次数分布,偏移距变化小,道间记录差异小,缺点是偏移距过于集中,不利于速度分析及AVO分析。灵活选择观测方式(系统)有利于某些特殊勘探目标照明并使产出/投入比最大化及目的层覆盖次数分布相对均匀。2无线传感器网络系统的绩效分析2.1fix-wvsp观测系统以我国西部某油田连井WVSP勘探为例。图9和图10展示了两种观测方式的井间WVSP反射纵波成像照明覆盖次数分布(深度域),左、右两井均为直井,勘探目的层2600~3800m(图中红框所示),两井间距1.56km。地面均匀放炮,炮间距30m,最大偏移距3.60km,对左边井相当于进行右侧单边放炮,对右边井相当于进行左侧单边放炮。检波器沉放深度2300~3200m,井中采样为10m,采用50%的拉伸切除。图9为fix-WVSP固定井段观测系统;图10为up-away-WVSP观测系统,10级检波器施工,级间距为10m,由井口炮点开始放炮,检波器不动时,沿炮线连续放12炮,每当检波器向上提一级时,炮点由井口向远离井口炮点方向移动12个炮点———即接着上一级最后一个炮点向外放12炮。可以看出,两种观测系统的野外采集工作量完全相同,图9所示观测系统井间目的层反射纵波成像照明出现空白,覆盖次数分布极不均匀,R2.2成像照明结果分析VSP勘探目标成像照明不仅可用于VSP资料采集设计,而且可辅助后续VSP资料处理及其效果评估,同时,通过与后续资料处理成果对比,还可以准确判断采集设计是否合理。因此,在勘探目标成像照明模拟过程中,我们给出了每个炮集记录的成像照明结果及偏移后、叠加前每个CRP点道集的成像照明结果。图11为某井实际WVSP单炮记录反射纵波成像结果与采集设计时所模拟的上述炮点反射纵波成像照明结果。图12为该井实际偏移后的叠前CRP道集及采集设计时所模拟的上述CRP点成像照明结果。可以看出,无论是炮点道集(相当于非零偏移距VSP)还是偏移后的叠前CRP道集,模拟得到的成像范围及覆盖次数与实际资料处理所得到的结果完全吻合。图13为图11和图12所示某井实际WVSP资料最终反射纵波成像剖面和根据实际炮点位置等模拟所得到的反射纵波成像照明模拟剖面。同样可以看出,最终成像剖面与勘探目标成像照明模拟结果吻合较好。3非零偏移距、偏后、叠前vsp采集设计优势本文通过VSP反射纵波成像照明模拟分析、采集参数和观测系统对地震纵波成像照明的影响分析,以及与后续VSP资料处理成果的对比,讨论了面向勘探目标、基于反射纵波成像照明的VSP采集设计技术及其应用效果,得到以下认识:1)面向勘探目标、基于反射纵波成像照明的VSP采集设计技术并不注重勘探目标内部细节的模拟,而是注重控制勘探目标的反射纵波成像照明及其分布,即覆盖次数及其分布,因此主要可用于优化勘探效果及勘探投资,避免勘探目标落空,这也是所有采集设计所追求的主