石油物探  2018, Vol. 57 Issue (6): 842-852  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1441.2018.06.006
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张新东, 罗斌, 周翼, 等. 面向勘探目标基于反射纵波成像照明的VSP采集设计技术[J]. 石油物探, 2018, 57(6): 842-852. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1441.2018.06.006.
ZHANG Xindong, LUO Bin, ZHOU Yi. VSP survey design based on seismic imaging illumination of VSP up-going P-wave for exploration targets[J]. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2018, 57(6): 842-852. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1441.2018.06.006.

基金项目

国家科技重大专项“库车坳陷深层-超深层天然气田开发示范工程”(2016ZX05051)资助

作者简介

张新东(1967—), 男, 高级工程师, 现主要从事地震采集技术研究及相关管理工作。Email:zhangxind-tlm@petrochina.com.cn

文章历史

收稿日期:2017-06-11
改回日期:2018-01-23
面向勘探目标基于反射纵波成像照明的VSP采集设计技术
张新东1 , 罗斌2 , 周翼1     
1. 中国石油天然气股份有限公司勘探事业部, 新疆库尔勒 841000;
2. 北京博豪罗根石油技术有限公司, 北京 100085
摘要:基于VSP技术特点, 对VSP采集设计的主要问题进行了探讨, 结合实际资料和模拟计算分析, 提出了产出/投入比的概念, 并针对VSP采集设计如何实现产出/投入最大化问题, 提出了面向勘探目标、基于反射纵波成像照明的VSP采集设计思路及实现方法。首先根据密度和速度测井资料或以往VSP速度资料建立1D速度模型, 通过AVO分析初步确定最大偏移距选择范围; 然后根据该最大偏移距范围, 通过改进高斯射线束进行非零偏移距VSP勘探目标反射纵波成像照明模拟, 以确定最佳最大偏移距和合适的观测井段; 最后根据Walkaway-VSP(WVSP)/3DVSP观测系统, 模拟勘探目标的横向覆盖次数及其分布, 经过反复调整观测系统及采集参数, 使勘探目标所获得的覆盖次数最大、分布最优。通过实际VSP观测系统设计方案对比分析, 证明了本文VSP采集设计技术良好的应用效果。
关键词VSP    采集设计    勘探目标    VSP反射纵波成像照明    最大偏移距    覆盖次数    产出/投入比    
VSP survey design based on seismic imaging illumination of VSP up-going P-wave for exploration targets
ZHANG Xindong1, LUO Bin2, ZHOU Yi1     
1. Exploraion Department of Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla 841000, China;
2. Beijing Borehole Logging Petroleum Technology Co.Ltd., Beijing 100085, China
Foundation item: This research is financially supported by the National Science and Technology Major Project of China (Grant No.2016ZX05051)
Abstract: VSP survey design is discussed based on technical features of VSP.The basic concept of output-input ratio is addressed by means of seismic imaging illumination of VSP up-going P-wave.A target-oriented VSP survey design method based on an improved Gaussian beam illumination analysis is proposed to realize output-input maximization.Firstly, a 1D model is established based on density and velocity logging data or previous VSP velocity data.The optimum selection range of maximum offset is determined via AVO analysis.Based on the optimum range of selected maximum offsets, the method then realizes numerical simulation of seismic imaging illumination of VSP up-going P-waves for non-zero offset VSP exploration targets using improved Gauss ray beam, so as to determine the optimum maximum offset and identify appropriate observation well sections.Finally, based on the WVSP/3DVSP observation system, the horizontal folds and its distribution in the target layer are simulated.After repeated adjustment of the observation system and acquisition parameters, the folds of the exploration targets get maximized and optimal distribution is achieved.Comparative analysis of actual VSP observation system design schemes indicates that the proposed design method has a good application potential.
Keywords: VSP    survey design    exploration target    seismic imaging illumination of VSP P-wave    maximum offset    folds    output-input ratio    

VSP具有高信噪比、高分辨率、波场运动学和动力学特征明显、对比关系清晰等优势。近年来, 关于VSP资料采集、处理、解释及应用方面的文献很多[1-6], 然而关于VSP采集设计方面的文章却比较少, 而且大部分沿用了常规地面地震采集的设计思路[7-9]。这不是因为VSP采集设计不重要, 恰恰相反, VSP采集设计比地面地震采集设计更重要[10]

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[11-23], 而在VSP采集设计中的应用不多, 相关文献很少。常用的地震照明数值模拟分析方法主要有射线追踪[11-21]和波动方程[22-23]两大类。射线追踪是一种经典的计算地震波场的数值模拟方法, 它利用了高频射线近似, 算法简单, 计算效率高, 主要反映地震波的运动学特征, 但存在射线阴影区和焦散区问题。波动方程包括单程波和双程波两种, 计算精度高, 但计算效率低, 不利于实际应用。因此, 有学者提出射线束法, 其中高斯射线束[15-18, 21, 24-27]是射线束方法的代表之一, 它将波场分解到具有一定宽度(直径)的射线束(管)来实现波场的模拟和延拓, 不仅具有运动学特征, 而且具有动力学特征。本文基于VSP技术特点, 对VSP采集设计的主要问题进行了分析, 应用高斯射线束理论, 开展了VSP反射纵波成像照明模拟, 给出了面向勘探目标、基于地震照明的VSP采集设计思路及实现方法; 通过实际非零偏移距VSP及WVSP观测系统设计方案对比分析, 证明了本文设计方法的应用效果和应用前景。

1 基于反射纵波成像照明的VSP采集设计技术及流程 1.1 非零偏移距VSP技术特点

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[28]。可以看出, 非零偏移距VSP由于检波器(或震源)在井中接收(或激发), 无论地层水平与否, 即使进行简单的VSPCDP转换处理, 道记录数据也需进行横向偏移。从资料处理角度来看, 不仅纵向存在拉伸, 而且横向拉伸严重[29], 无共中心点道集的概念, 横向覆盖次数、偏移距、地震入射/反射角及AVO等的变化远大于地面地震。这是VSP的技术特点, 也是VSP采集设计需要关注的重点。因此, 对于非零偏移距VSP、WVSP和3DVSP而言, 面向勘探目标的VSP采集设计是最佳选择。

图 1 单道(a)和多道(b)非零偏移距VSP记录经VSPCDP转换到反射点位置[28](1 ft≈0.304 8 m)
1.2 高斯射线束方法原理

高斯射线束方法[24-26]最早于20世纪80年代被提出并应用于地震波场正演模拟。在高斯射线束数值模拟中, 射线束被看成一条从震源出发以射线为中心的能量束(管), 射线束的振幅以偏离中心射线的距离呈指数衰减, 因类似于高斯分布而得名。地下介质中任意点(如检波点)处的波场由一定范围内的多条高斯射线束叠加而成, 模拟算法包括运动学射线追踪、动力学射线追踪和波场叠加三个步骤。其中, 运动学射线追踪可以获得中心射线轨迹和中心射线能量的变化; 动力学射线追踪沿中心射线计算高斯射线束的动力学参数, 确定高斯射线束的振幅衰减和波前曲率; 波场叠加则将有贡献的高斯射线束叠加并形成最终的波场记录。

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S0的射线路经长度为s, P点相对于中心射线S的射线坐标记为(s, n)。

图 2 射线中心坐标系

高斯射线束解的波场主分量可表示为[30]:

$ \begin{array}{l} \mathit{\boldsymbol{u}}\left( {s, \mathit{\boldsymbol{n}}, \omega , \mathit{\boldsymbol{t}}} \right) = A\left( s \right){\rm{exp\{ }} - {\rm{j}}\omega [t - \tau \left( s \right) - \\ \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\frac{{{\mathit{\boldsymbol{n}}^2}p\left( s \right)}}{{2q\left( s \right)}}]\} \mathit{\boldsymbol{a}}\left( s \right) \end{array} $ (1)

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, $ \tau \left( s \right) = \int_{{S_0}}^S {{v^{ - 1}}\left( {s, 0} \right){\rm{d}}s} $; p(s)、q(s)为波沿射线传播而变化的两个复值函数。满足:

$ \left\{ \begin{array}{l} \frac{{\partial q}}{{\partial s}} = v\left( {s, \mathit{\boldsymbol{n}}} \right)p\\ \frac{{\partial p}}{{\partial s}} = \frac{{{v_m}}}{{{v^2}\left( {s, \mathit{\boldsymbol{n}}} \right)}}q \end{array} \right. $ (2)

式中:v(s, 0)、v(s, n)为传播速度, $ {v_m} \cong \frac{{{\partial ^2}v\left( {s, \mathit{\boldsymbol{n}}} \right)}}{{\partial \mathit{\boldsymbol{n}}{^2}}}{|_{\mathit{\boldsymbol{n}} = 0}} $; A(s)为波沿中心射线的振幅值。

在公式(1)中引入波前曲率k(s)和有效半宽度L(s), $ k\left( s \right) = v\left( {s, {\rm{ }}\mathit{\boldsymbol{n}}} \right){\rm{Re}}\left[ {\frac{{p\left( s \right)}}{{q\left( s \right)}}} \right], $$ L\left( s \right) = {\left\{ {\frac{\omega }{2}{\rm{Im}}\left[ {\frac{{p\left( s \right)}}{{q\left( s \right)}}} \right]} \right\}^{ - \frac{1}{2}}} $。则公式(1)可表示为:

$ \begin{array}{l} \mathit{\boldsymbol{u}}\left( {s, \mathit{\boldsymbol{n}}, \omega , \mathit{\boldsymbol{t}}} \right) = A\left( s \right){\rm{exp\{ }} - {\rm{j}}\omega \left[ {\mathit{\boldsymbol{t}} - \tau \left( s \right)} \right] + \frac{{{\rm{j}}\omega }}{{2v\left( {s, \mathit{\boldsymbol{n}}} \right)}} \cdot \\ \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;k\left( s \right){\mathit{\boldsymbol{n}}^2} - \frac{{{\mathit{\boldsymbol{n}}^2}}}{{{L^2}\left( s \right)}}\} \end{array} $ (3)
1.3 采集设计思路及其实现方法

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[18, 24-26, 30], 不模拟目标内部构造细节, 用于控制成像照明范围及其分布。即将有限的勘探投资集中到勘探目标, 并尽量使勘探目标照明能量均匀化, 这也是本文采集设计方法的基本思想。因此速度模型仅需宏观构造信息, 无需内部构造细节。速度信息由实际井资料及零偏VSP资料得到, 并根据宏观构造外推整个速度模型, 即按地层倾角内插获得2.5D速度模型。为了快速实现上述目标, 我们对高斯射线束方法进行了如下处理。

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$ \left( \begin{array}{l} {q_1}\\ {p_1} \end{array} \right) $$ \left( \begin{array}{l} {q_2}\\ {p_2} \end{array} \right) $, 通解可写为:

$ \left( {\frac{q}{p}} \right) = \varepsilon \left( {\frac{{{q_1}}}{{{p_1}}}} \right) + \left( {\frac{{{q_2}}}{{{p_2}}}} \right) $ (4)

式中, $ \varepsilon = {\varepsilon _1} + {\rm{i}}{\varepsilon _2} $。适当选取ε1ε2, 可以改变射线的半宽度, 一方面控制每条射线波束的总能量, 保证有效的计算精度, 另一方面可以提高计算效率。

3) 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[31-32]

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[31-33], 它在资料处理过程中主要表现为动校拉伸的影响, 因此还需要考虑拉伸切除。

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Fo; 进一步将叠加剖面上成像范围内所有道的整个记录长度振幅值相加, 代表总覆盖次数, 记为Fi。其中, Fo考虑了动校拉伸的影响, 而Fi不考虑动校拉伸的影响。因此, 引入拉伸切除用于评价勘探目标中不同偏移距道对目标成像照明的贡献更为合理。对于检波器接收级数、地面炮点、道距及记录道长等采集、处理参数相同的VSP而言, 通过上述方法模拟得到的Fi基本相同。如果将Fi表示为勘探投入, 则Fo可以表示产出,

$ {R_{{\rm{oi}}}} = \frac{{{F_{\rm{o}}}}}{{{F_{\rm{i}}}}} $ (5)

就可以表示产出/投入比。

综上所述, 使Roi最大化并保持Fo在勘探目标范围内的均匀分布, 就是面向勘探目标、基于反射纵波成像照明的VSP采集设计技术的核心。其中, 勘探目标覆盖次数是否分布均匀可以通过分析每个CRP点的覆盖次数及其分布特征来评价, 方法与常规地面地震采集设计的覆盖次数统计分析方法类似。

1.4 主要采集因素及WVSP/3DVSP采集设计流程 1.4.1 实际VSP采集设计问题分析

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2 100~2 800 m, 对应地震反射时间标定到1.60~2.05 s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2 809.5 m, 图 4d所示成像剖面炮点偏移距为3 106.3 m, 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。

图 3 某过井地面地震剖面(a)与零偏VSP走廊叠加记录(b)及上行P波波场拉平记录(c)标定
图 4 非零偏VSP纵波成像及零偏VSP走廊叠加记录与地震剖面比较 a 南北向过井地震剖面; b 非零偏VSP纵波成像剖面(南); c 零偏VSP走廊叠加记录; d 非零偏VSP纵波成像剖面(北)
1.4.2 非零偏VSP/WVSP/3DVSP最大偏移距的选择

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[31-33]。无论是地面地震还是WVSP/3DVSP, 最大偏移距的选择都需要考虑满足反射系数稳定的要求[7-9], 即考虑反射系数随入射角的变化。VSP采集设计不仅要考虑纵波还需要考虑转换波反射系数随入射角的变化。常规采集设计方法大多通过给定简单的速度及岩性密度来计算出反射系数随入射角的变化曲线, 进而选择最佳最大偏移距[7-9]。这种分析方法不直观, 也掺杂了太多主观人为因素。实际上, 不同深度目的层由于速度及其岩性参数的差别, 对偏移距的要求差异非常大。由于最大偏移距的确定与检波器沉放深度密切相关, 因此我们先直接应用零偏VSP速度或测井速度及密度资料, 通过AVO分析来初步确定最大偏移距选择范围, 然后在照明模拟分析阶段进行适当调整。

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5 500 m左右高速屏蔽层下伏的低速目的层, 当偏移距大于5 000 m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5 000 m左右的目的层, 即使偏移距大于7 000 m, 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。

图 5 某井目的层纵波速度(a)及纵波(b)和转换波(c)AVO分析道集

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500~3 200 m, 检波器级间距20 m, 动校拉伸切除为30%, 成像道距为20 m, 目的层为1.2~2.6 s左右水平地层。可以看出, 偏移距为1 500 m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。

图 6 不同偏移距VSP反射纵波成像照明剖面 a 750 m; b 1 500 m
1.4.3 观测井段的选择

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[9]在检波器沉放深度选择时有意避开了1 700~2 000 m深度的层速度突变段。那么, 什么程度的层速度变化才算突变?如何定量评价?在层速度突变井段进行VSP观测会出现什么问题?到目前为止, 我们尚未检索到公开发表的文献对这些问题给出明确的答案。

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2 000~3 500 m, 10 m采样, 非零偏VSP偏移距为3 000 m。调整观测井段和减小偏移距可以改善地震成像质量。

图 7 测井曲线(a)、非零偏VSP纵波成像照明(b)及零偏VSP走廊叠加(c)和非零偏VSP纵波成像(d)比较

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[8]根据炮检距、检波器沉放深度与成像范围的几何关系确定检波点深度, 无法整体评价观测系统的优劣。而通过对勘探目标进行上述成像照明模拟, 能够量化勘探目标所获得的覆盖次数及其分布, 从而对观测系统作出有效评价。

1.4.4 WVSP/3DVSP采集设计流程

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。

图 8 WVSP/3DVSP采集设计流程

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Roi最大化, Fo在目的层尽可能均匀分布。

WVSP主要观测方式(系统)有:①fix-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; ②up-to-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; ③up-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 WVSP采集设计实例分析 2.1 连井WVSP资料采集设计

以我国西部某油田连井WVSP勘探为例。图 9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2 600~3 800 m(图中红框所示), 两井间距1.56 km。地面均匀放炮, 炮间距30 m, 最大偏移距3.60 km, 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2 300~3 200 m, 井中采样为10 m, 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10 m, 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, Roi=0.415, 而图 10所示观测系统井间目的层反射纵波成像照明无空白, 覆盖次数分布相对均匀, Roi=0.516。以上仅仅展示了观测系统施工方式的变化所造成的差异, 而在实际采集设计过程中, 我们还对偏移距、检波器沉放深度进行了反复论证, 这里不再赘述。

图 9 井间fix-WVSP反射纵波成像照明能量(覆盖次数)分布
图 10 井间up-away-WVSP反射纵波成像照明能量(覆盖次数)分布
2.2 勘探目标照明与后续实际资料处理效果分析

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 11 实际单炮记录成像结果(a)与采集设计时所模拟的该炮点成像照明结果(b)
图 12 实际偏移后的叠前CRP道集(a)与采集设计时所模拟的该CRP点成像照明结果(b)

图 13图 11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。

图 13 某井实际WVSP反射纵波成像剖面(a)与WVSP反射纵波成像照明模拟剖面(b)比较
3 结束语

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要目标。

2) 观测井段的选择是VSP采集成败的关键因素之一。非零偏移距VSP反射纵波成像照明模拟不仅可以模拟地震成像范围及其覆盖次数分布, 还可以有效检测观测井段的层速度异常对非零偏移距VSP资料的影响, 从而有效避开层速度异常井段。

3) VSP采集设计可用于辅助后续VSP资料处理, 充分体现“所见即所得”的设计理念, 特别是共炮点记录成像照明和共CRP点(偏后、叠前)成像照明模拟, 更有利于监控资料处理的中间成果。同时, VSP资料处理成果又可用于检验采集设计的正确性和合理性。

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