, 2. 北京博豪罗根石油技术有限公司, 北京 100085;
3. 中国地质大学(武汉)地球科学学院, 湖北武汉 430074
2. Beijing Borehole Logging Petroleum Technology Co., Ltd., Beijing 100085, China;
3. School of Earth Science, China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan 430074, China
随着油气勘探开发的不断深入, 勘探目标正由构造油气藏向地层、岩性油气藏和缝洞(裂缝)型油气藏及其它隐蔽油气藏发展。对隐蔽性复杂油气藏的预测变得越来越重要, 相关技术研究已成为业界的热点, 也是当今油气勘探和开发的重点和难点[1-5]。研究地下介质的物性参数, 进而分析含油气储层的岩性和流体性质是地震勘探的重要目标。在所有物性参数中, 最常见也是最重要的当属岩石的纵、横波速度。全波测井能得到分辨率很高的横波速度, 横波源VSP可得到相对精确的地层横波速度, 但全波测井和横波源VSP由于采集成本高等原因尚未普遍实施。因此, 利用常规纵波源VSP资料求取地层纵波速度和横波速度, 进而得到地层的纵/横波速度比和泊松比等物性参数, 成为VSP资料处理所追求的目标之一[6-9]。
VSP采用井中三分量接收, 可以获得大量地面地震无法得到的地震信息, 如下行P波、下行SV波(或下行S波, 即下行横波)及上行反射SV波(或上行转换S波)等。关于VSP下行横波的应用, 业内学者已做了大量研究工作, 主要包括以下两个方面:一是利用下行横波求取横波层速度, 再通过纵波层速度获得地层的纵、横波速度比和泊松比等储层物性参数[6-9]; 二是利用VSP横波分裂特性检测地层裂隙, 进而分析缝洞型油气藏性质等[10-14]。
利用VSP横波分裂现象检测地下裂缝是最有效的地球物理裂隙检测方法之一, VSP裂缝储层预测技术近年来发展迅速, 且以基于横波分裂的检测技术为主。曾经应用较多的横波源四分量VSP技术使用正交偏振的横波震源, 利用Alford旋转方法[15]分离快、慢波, 不仅能检测裂缝的方位, 而且可以检测裂缝的密度[10-11], 但由于采集成本高等原因, 近年来其应用越来越少, 逐渐被利用纵波源(零偏)VSP三分量资料中的下行横波检测裂缝方位的方法所取代[12-14]。
综上所述, VSP物性参数的求取和地层裂隙的检测利用了下行横波, 仅限于观测井段之内的地层, 对VSP观测井段之下的地层无能为力[4-14]。对于纵波源零偏VSP资料中的上行横波的利用, 由于波场分离难度大和反射能量相对弱等原因, 相关研究极少。本文探索出一套利用纵波源零偏VSP上行横波进行井筒附近油气储层预测的方法，通过塔里木神木地区碎屑岩地层几口纵波源零偏VSP实际资料的处理, 验证了方法的有效性。
1 基本原理及实现方法 1.1 纵波源零偏VSP上行横波成因及其定义纵波源零偏VSP资料往往存在很强的横波及其转换波, 而横波源零偏VSP资料也往往存在很强的纵波及其转换波。究其原因, 不外乎存在以下两种情况:一是地下介质存在一定程度的各向异性, 所谓纵波源, 并非只有垂直方向振动的力, 也有水平方向上的分力, 这种水平分力产生下行横波, 经反射界面以横波形式向上反射, 这是第一种形式的纵波源零偏VSP上行横波, 是由纵波源激发所产生的[16]; 另一种情况是激发地表附近存在非均质强波阻抗界面, 纵波向下以一定角度入射到这种强波阻抗界面时产生下行转换横波, 如果上述强波阻抗界面位于井中检波器观测井段之上, 则这种转换横波称之为全程下行转换横波, 它可以被井中所有检波器接收到, 同样, 如果它在反射界面再以横波形式向上反射, 这就是第二种形式的纵波源零偏VSP上行反射横波[9, 17]。
如图 1所示, S为井口纵波源位置, R为零偏VSP观测井段内某一接收检波器位置, r为地下某一倾斜反射界面。纵波源在S点激发时, 产生下行纵波, 同时产生下行横波, 如果下行横波到达反射界面r后再以横波形式向上反射到接收点R(如图 1a所示路径SAR), 这种反射波即为上述第一种形式的上行反射横波。如果下行纵波在地表附近遇到非均质强波阻抗界面(如图 1b所示S*位置)产生转换横波继续下行, 到达反射界面r后再以横波形式向上反射到达接收点R(如图 1b路径S*A*R), 则这种反射波即为上述第二种形式的纵波源零偏VSP上行反射横波。
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图 1 纵波源零偏VSP上行反射波场 a第一种形式的上行反射横波; b第二种形式的上行反射横波 |
如果S点激发的下行纵波到达界面r后再以横波的形式向上反射到达检波器R(如图 1所示路径SBR), 则这种形式的反射波为典型的上行转换横波(也称为上行SV波)。如果S点激发的下行纵波到达界面r后再以纵波形式向上反射到达检波器R, 则这种形式的反射波无疑为上行反射纵波(也称为上行纵波或上行P波), 根据Snell定律, 反射路径为如图 1a所示的SAR, 与第一种形式的上行横波完全相同。
进一步假设界面之上的纵波速度为vP, 横波速度为vS, vP＞vS; 第一种上行反射横波在反射界面r上的入射角为α, 反射角为β; 第二种上行反射横波在反射界面r上的入射角为α*, 反射角为β*; 上行转换横波(即上行SV波)在反射界面r上的入射角为φ, 反射角为θ。根据Snell定律, 对于第一种上行反射横波, 有:
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(1a) |
对于第二种上行反射横波, 有:
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(1b) |
对于上行转换横波, 有:
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(1c) |
根据上述公式, 有: α=β, α*=β*, φ＞θ。
与上行反射纵波和上行转换横波相比, 纵波源零偏VSP上行反射横波具有如下特点:
1) 对于上述第一种类型的上行反射横波, 激发点和接收点与上行反射纵波完全相同; 对于第二种类型的上行反射横波, 转换点与上行反射纵波反射点不在同一位置, 但比较接近。根据Snell定律, 两者的传播路径基本相同, 反射点位置相近, 2D地震成像范围基本相当(上行SV波成像范围小于上行P波成像), 有利于对比分析纵、横波成像剖面, 获得优于上行P波与上行SV波成像的对比效果。
2) 在观测井段之内, 由纵波和横波初至得到的纵波时深关系和横波时深关系可以对同一地层上的纵波和横波反射进行精确的对比和标定, 观测井段之下的地层可以通过上行反射波场的射线追踪进行比较精确的标定[18]。据此, 可以将上行横波反射时间精确地转换到纵波反射时间(即将SS波旅行时间转换到PP波旅行时间), 也可以将上述纵波和横波同时转换到深度域进行分析。
3) 由于激发、接收因素完全相同, 因此上行反射纵波与上行反射横波成像及其属性剖面之间的对比分析完全可以排除采集因素及其传播路径的影响。
1.3 处理分析思路及实现方法根据纵波源零偏VSP上行横波的成因及特点, 给出了纵波源零偏VSP资料处理及储层预测流程(图 2)。首先利用波场分离方法分离出零偏VSP上、下行纵波和上、下行横波, 根据实际地层复杂程度进行1D/2D地震成像处理[18](水平地层进行1D地震成像, 复杂高陡地层进行1D和2D地震成像)。本文VSP上行波场的1D/2D成像采用文献[18]所述常速度梯度射线追踪VSP-CDP成像方法; 然后将上行纵波和上行横波成像剖面转换成相应的属性剖面(如振幅包络属性), 得到属性比和属性差剖面; 最后进行储层预测和含油气分析。由于纵波与横波在含油气地层中的传播存在差异, 这种剖面可以较好地反映地层的流体性质及其含油气特征。
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图 2 纵波源零偏VSP资料处理及储层预测流程 |
在资料处理过程中, 振幅保真尤为关键。实际振幅补偿仅进行球面扩散补偿, 去噪和波场分离在三分量矢量空间进行, 要求分离后的所有不同波型波场及其衰减噪声相加可以恢复到原始记录。同时, 为了使上行反射纵、横波频带保持一致, 需对上行波场进行统一的频率滤波处理。1D地震成像即走廊叠加记录, 水平情况下利用上行波拉平剖面计算地震属性, 而不是利用走廊叠加记录。
2 实例分析 2.1 m2井零偏VSP图 3为塔里木神木地区m2井零偏VSP原始Z分量和X分量记录。其主要采集参数为:纵波可控震源激发, 扫描频率8~96 Hz(线性扫描), 时间采样率1 ms; 观测井段及其采样间隔6 070~5 000 m井段为10 m, 4 980~20 m井段为20 m, 偏移距90.33 m。可以看出, Z分量记录的上、下行P波能量较强, 信噪比较高。
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图 3 m2井零偏VSP原始Z分量(a)和原始X分量(b)记录 |
图 4为m2井零偏VSP波场分离后的下行P波及上行P波记录。由于原始记录质量较好, 分离出来的上、下行P波资料信噪比较高。
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图 4 m2井零偏VSP波场分离后的下行P波(a)和上行P波(b)记录 |
图 5为m2井零偏VSP三分量记录针对横波定向处理后的波场和进一步波场分离出来的上行横波波场。可以看出, 全程下行横波能量非常强, 上行反射横波(即上行SS波)和上行转换横波(即上行SV波)能量也清晰可见, 两种反射横波信噪比都相当高, 可以用于含油气储层的预测研究。
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图 5 m2井零偏VSP针对横波定向处理后的波场(a)及其上行反射横波波场(b) |
图 6为m2井零偏VSP针对横波定向处理后的记录经波场分离得到的全程下行横波记录和进一步提高分辨率处理后的下行横波记录，可以看出, 下行横波反褶积前分辨率低, 频散严重。为提高下行横波初至的拾取精度, 我们进一步做了Q补偿VSP子波反褶积处理(时变子波, 相当于VSP子波反褶积+反Q滤波处理), 使下行横波初至分辨率和拾取精度得到大幅提高。
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图 6 m2井零偏VSP反褶积前(a)、后(b)的下行横波记录 |
图 7为m2井零偏VSP速度和测井曲线(图 7a)、目的层VSP上行纵波拉平剖面(图 7b)及其走廊叠加记录(图 7c)与地面地震剖面(图 7d)桥式标定对比结果。其中, 图 7a中第1道为自然伽马(GR)测井曲线; 第2道为自然电位(SP)测井曲线; 第3道红线为VSP纵横波泊松比曲线, 蓝线为VSP纵横波速度比曲线; 第4道为高分辨率阵列感应电阻率(M2R1) 测井曲线; 第五道红线为纵波速度测井曲线, 蓝线为VSP纵波速度曲线。零偏VSP上行P波拉平剖面(图 7b)及其走廊叠加记录(图 7c)与地面地震剖面(图 7d)吻合较好, 气层K1s2钻井深度为6 054 m, 被标定到地面地震剖面3 286 ms位置, 纵横波速度比为1.732, 泊松比为0.250 2, 上覆10 m地层的纵横波速度比为1.934, 泊松比为0.317 5, 下伏10 m地层的纵横波速度比为2.010, 泊松比为0.335 6。该位置VSP纵横波速度比及泊松比均为低值, 具有明显的含气指示特征。
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图 7 m2井零偏VSP速度及测井曲线(a)、上行纵波拉平剖面(b)及其走廊叠加记录(c)与地面地震剖面(d)桥式标定 |
图 8为m2井零偏VSP上行纵波成像剖面及其走廊叠加记录和上行横波成像剖面及其走廊叠加记录分别插入地面地震剖面对比结果。可以看出, 纵波和横波走廊叠加记录与其成像剖面完全吻合, 与地面地震剖面吻合较好, 纵波和横波成像剖面构造形态与地面地震剖面构造形态基本一致。此外, 纵波和横波的成像范围基本相当, 与理论分析相符; 从纵波和横波成像剖面3 286 ms附近的振幅变化看, 纵波成像剖面能量较强, 表现为“亮点”反射特征, 而横波不受油气流体性质变化的影响, 振幅相对较弱。
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图 8 m2井零偏VSP上行纵波成像剖面及其走廊叠加记录(a)与上行横波成像剖面及其走廊叠加记录(b)插入地震剖面对比结果 |
图 9为m2井零偏VSP上行纵波成像和上行横波成像属性分析剖面。其中, 图 9a为纵波振幅包络属性剖面; 图 9b为横波振幅包络属性剖面; 图 9c为纵横波振幅包络属性比剖面; 图 9d为纵横波振幅包络属性差剖面。同样可以看出, 3 286 ms附近纵波包络剖面为高峰值, 而横波包络剖面为低峰值, 纵横波包络属性比和纵横波包络属性差均出现异常特征。
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图 9 m2井零偏VSP地震成像属性分析剖面 a纵波振幅包络; b横波振幅包络; c纵横波包络比; d纵横波包络差 |
图 10为研究区m3井零偏VSP原始Z分量和X分量记录。主要采集参数为:观测井段及其采样间隔6 580~5 300 m井段为10 m, 5 280~20 m井段为20 m, 偏移距49.74 m, 其它参数同m2井。可以看出, Z分量上的上、下行P波能量较强, 信噪比较高, 资料质量与m2井基本相当。
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图 10 m3井零偏VSP原始Z分量(a)和原始X分量(b)记录 |
图 11为m3井零偏VSP速度及测井曲线(图 11a)、上行P波拉平剖面(图 11b)及其走廊叠加记录(图 11c)与地面地震剖面(图 11d)桥式标定对比结果。其中, 图 11a第1道为高分辨率阵列感应电阻率(M2R1) 测井曲线; 第2道为自然伽马(GR)测井曲线; 第3道红线为VSP纵、横波速度比曲线, 蓝线为VSP纵、横波泊松比曲线; 第4道红线为测井速度曲线, 蓝线为VSP纵波速度曲线。m3井零偏VSP上行P波拉平剖面(图 11b)及其走廊叠加记录(图 11c)吻合较好, 气层K1s2钻井深度为6 769 m, 位于VSP观测井段之下, 被标定到纵波地面地震剖面上3 608 ms附近, 利用零偏VSP纵横波物性参数无法预测该储层油气特征。
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图 11 m3井零偏VSP速度及测井曲线(a)、上行P波拉平剖面(b)及其走廊叠加记录(c)与地面地震剖面(d)桥式标定结果 |
图 12为m3井零偏VSP上行纵波成像剖面及其走廊叠加记录和上行横波成像剖面及其走廊叠加记录分别插入地面地震剖面对比结果。可以看出, 纵波和横波走廊叠加记录与其成像剖面完全吻合, 与地面地震剖面吻合较好, 纵波和横波成像剖面构造形态与地面地震剖面吻合。同样, 从纵波和横波成像剖面3 608 ms附近的振幅能量变化看, 纵波成像剖面能量较强, 表现为“亮点”反射特征, 而横波成像剖面由于不受储层流体性质影响, 相对为弱反射特征。
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图 12 m3井零偏VSP上行纵波成像剖面及其走廊叠加记录(a)与上行横波成像剖面及其走廊叠加记录(b)插入地震剖面对比结果 |
图 13为m3井零偏VSP上行纵波成像和上行横波成像属性分析剖面。其中, 图 13a为纵波振幅包络属性剖面; 图 13b为横波振幅包络属性剖面; 图 13c为纵横波振幅包络属性比剖面; 图 13d为纵横波振幅包络属性差剖面。同样可以看出, 3 608 ms附近纵波包络剖面为高峰值, 而横波包络剖面为低峰值, 纵横波包络属性比和纵横波包络属性差均出现异常特征。
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图 13 m3井零偏VSP地震成像属性分析剖面 a纵波振幅包络; b横波振幅包络; c纵横波包络比; d纵横波包络差 |
通过对纵波源零偏VSP资料中上行横波特性的分析以及对实际资料处理结果的分析, 讨论了上行横波及纵波在井筒附近储层预测中的应用效果, 得到以下认识:
1) 利用纵波源零偏VSP资料中的上行横波及上行纵波信息, 通过波场分离、1D/2D地震成像及其属性分析, 可以对井筒附近储层进行油气预测, 预测效果好于VSP上行纵波和上行转换波成像的对比分析结果。
2) 结合纵波源零偏VSP得到的纵、横波速度比和泊松比等物性参数, 预测结果可以得到进一步佐证, 从而提高预测成功率。
3) 储层预测是否成功关键要看预测资料的质量, 因此, 纵波源零偏VSP资料的处理非常关键, 其中, 振幅保真至关重要。
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