地震振幅的多井質控技術及應用

張憲旭,王 濤,王樹威

(中煤科工西安研究院(集團)有限公司,西安 710077)

0 引言

近些年,地震勘探目標從大尺度的構造解釋,逐步轉向了小尺度的巖性識別。這要求地震資料中的振幅信息能真實有效地反映巖石特性,其關鍵在于地震資料處理過程中,對有效波的振幅信息進行保護與補償[1]。但是在當前的數(shù)據(jù)處理過程中,處理效果主要依賴經(jīng)驗,沒有一個度量尺度來對數(shù)據(jù)進行評價,補償效果難以保障[2](如在振幅恢復前后對比單炮的面貌和振幅衰減曲線,看振幅是否補償?shù)轿?判別標準比較主觀和片面[3-4])。

為了克服這樣的缺陷,斯倫貝謝公司首先提出了井控地震資料處理技術,利用測井、VSP等井資料,對地震數(shù)據(jù)做分析與質控,用于彌補數(shù)據(jù)處理中的認識不足,滿足地質分析與油氣開發(fā)對地震資料高精度巖性解釋的需求,隨后國外很多機構和學者對該項技術發(fā)展出了井控振幅補償、井控反褶積、井控反Q補償?shù)燃夹g[5-7]。在國內各大油田也對該項技術進行了研究,并得到了一定的應用效果[8-9]。

但當前井控處理技術主要是利用井信息對井旁道的數(shù)據(jù)進行質控,井點與井點的數(shù)據(jù)無法用同一個標準對比,遠離井點的數(shù)據(jù)也無法進行質控[10]。為了克服這樣的缺陷,我們基于當前井質控井旁道的方法,利用多井數(shù)據(jù)建立地質模型,實現(xiàn)對井間數(shù)據(jù)振幅恢復效果的質控目的。

1 振幅補償及井控方法

1.1 振幅恢復方法

1.1.1 球面擴散補償

地震波被激發(fā)后波前面是一個以震源為中心的球面,隨著傳播距離不斷擴大,波前面單位面積的能量密度不斷減小,這種現(xiàn)象被稱為幾何擴散[11]。對于該現(xiàn)象的研究最初是1973年Newman.P.根據(jù)地質模型進行分析提出了球面擴散補償公式,后來陸續(xù)有眾多學者在此基礎上做了進一步的發(fā)展[12-14]。球面擴散補償從方法上主要分為兩類:時間速度對補償方式和指數(shù)法球面發(fā)散補償[15]。

1)時間速度對補償方法:

(1)

其中:A為振幅值;v0為速度初值或水層速度;v為均方根速度;t為樣點時間。方法優(yōu)點為,使用了速度為參數(shù),而地震速度是從速度分析而來,因此速度是一個體數(shù)據(jù),在空間上可變,理論上更為合理一些,但速度一旦確定后恢復效果將確定無法改變。

2)指數(shù)函數(shù)補償方法:

(2)

其中:A為振幅值;t為樣點時間;n為定義補償函數(shù)的指數(shù)值。方法優(yōu)點為恢復效果可以通過參數(shù)n來控制淺中深及近中遠的振幅相對關系,缺點是只能選擇一個參數(shù)無法應對復雜的地質情況。

1.1.2 區(qū)域振幅補償因子

現(xiàn)實中因為沉積環(huán)境的改變地下巖性在橫向是存在一定的變化。而處理過程中使用的地表一致性振幅補償方法是,基于有效波能量與位置無關的前提,因此在區(qū)域巖性存在橫向變化時候,會出現(xiàn)目的層反射波振幅與巖性出現(xiàn)背離的情況。針對這樣的情況提出了區(qū)域振幅補償因子的概念,在一個區(qū)域內提取一個補償因子,對區(qū)域巖性差異帶來的差異進行補償?shù)囊环N方法[16-17]。補償方法為在數(shù)據(jù)中選取一層較為穩(wěn)定的標志層,在該層上下開取一個適合的時窗,利用振幅能量累加的方法求取能量補償因子,其中能量補償因子求取公式為式(3)。

(3)

其中:Ek為第k個補償因子;i為旅行時;j為道序號;A為振幅;t為窗口時間;N為總道數(shù)。

1.2 振幅井控方法

井控振幅技術是在地震資料處理過程中,將測井資料、VSP資料與地震資料相結合,利用井數(shù)據(jù)得到井點振幅之間相對大小關系(波組特征),并以此為標尺對振幅恢復方法中的參數(shù)的正確性進行質控與定量評價,達到對處理參數(shù)求取和優(yōu)化的目的[18]。

1.2.1 單井質控

單井振幅約束是井約束振幅質量控制的第一步,目的是利用井信息對井點位置處的地震數(shù)據(jù)的淺、中、深振幅趨勢進行比較,約束井旁道垂向振幅恢復效果。在地震數(shù)據(jù)處理過程中,主要使用兩種補償?shù)卣鸩▊鞑ツ芰克p的方法,①球面擴散補償方法中速度一經(jīng)確定恢復效果也就確定將無法改變;②指數(shù)函數(shù)補償方法是通過公式(2)中的參數(shù)n來控制補償效果。因此選擇使用指數(shù)函數(shù)補償方法來調整補償效果。

1)井震標定。使用目標井的縱波速度、密度求取合成地震記錄,根據(jù)井上的地質分層和地震數(shù)據(jù)利用合成地震記錄做好時深轉換和和層位標定。

2)振幅恢復。使用球面擴散補償方法搭配指數(shù)函數(shù)補償方法,或直接使用指數(shù)函數(shù)補償方法對數(shù)據(jù)振幅進行補償。

3)振幅能量曲線對比。計算合成地震記錄道和井旁道的振幅能量曲線,疊合對比兩條曲線的吻合程度,質控能量曲線由淺到深的能量趨勢是否補償?shù)健Ｈ绻缘滥芰口厔菖c合成地震記錄的能量趨勢不一致,測試指數(shù)函數(shù)補償方法中的參數(shù)n,使得井旁道的淺、中、深的振幅能量趨勢與合成地震記錄的能量趨勢相吻合。

1.2.2 聯(lián)井質控

單井質控主要是依據(jù)合成地震記錄的淺、中、深振幅能量趨勢質控井旁道垂向能量趨勢,但是由于井只能控制一點的信息,遠離井位置的數(shù)據(jù)就無法進行質控;另外,如果有多口井的時候,井與井之間的質控結果出現(xiàn)不一致的時候也無法應對。因此需要在聯(lián)井方式下質控多井點和井間的振幅恢復效果。

1)地質層位劃分。單井的標定結果可以將深度域上的地質層位轉換到井點位置的地震剖面上,依據(jù)井標定結果將遠離井的地震數(shù)據(jù)中的層位進行解釋與追蹤,為提高后續(xù)模型效果,需要適當?shù)脑诮忉尩哪繕藢游恢g加密解釋一些輔助層位。

2)地質模型建立與模擬。根據(jù)質控井位置抽取聯(lián)井質控剖面,利用井的速度和時深關系將地震剖面上追蹤的層位轉換到深度域。基于井的速度和密度曲線,以及轉換過來的層位數(shù)據(jù)構建數(shù)字模型,對模型模擬得到與聯(lián)井剖面對應的質控模型剖面。

3)波組特征對比。依據(jù)模擬得到的質控模型剖面為標尺,對比地震數(shù)據(jù)的聯(lián)井剖面和模型剖面的波組特征和能量趨勢,質控聯(lián)井剖面的振幅恢復效果。

4)振幅補償。在處理過程中,指數(shù)補償方法的參數(shù)n通常在全區(qū)中使用一個值。而在多井質控時,往往會出現(xiàn)井與井之間測試得到的n參數(shù)不一致。如果使用同一個值對全工區(qū)數(shù)據(jù)進行振幅恢復,將無法保障每口井點位置的恢復效果,同時也不符合沉積是橫向變化的實際地質情況。因此依據(jù)單井質控的振幅補償參數(shù)值,根據(jù)炮點位置與質控井的距離,對n參數(shù)乘以距離加權系數(shù)求取遠離井位置處的振幅補償參數(shù)n值,使n值隨著井位置進行空變。

使用空變的補償參數(shù)值對多井數(shù)據(jù)的垂向振幅的恢復具有合理性,但由于參數(shù)的不同會導致深部的振幅的橫向異常,對于這樣的橫向異常需要使用區(qū)域振幅補償方法,計算不同的補償因子使用公式(3)對目標層位進行補償消除橫向的不一致性。

1.2.3 井控流程

井控流程圖見圖1。

圖1 井控流程圖

2 應用實例

為了較好地說明多井約束的數(shù)據(jù)質量控制過程,選用山西中部某煤層氣勘探區(qū)塊的實際數(shù)據(jù)為例,對提出的多井質量控制方法進行展示。

2.1 工區(qū)概況

勘探區(qū)位于呂梁山脈中段,地表為黃土地貌,地表高程620 m～1 030 m。地下構造形態(tài)為西南傾向的單斜構造,產(chǎn)狀平緩,局部發(fā)育寬緩的波狀起伏。地層由老至新發(fā)育有古生界、中生界和新生界,區(qū)內主要含煤地層為本溪組、太原組和山西組,可采煤層有11層,煤層埋深范圍在1 200 m～1 700 m之間。

2.2 測井曲線校正

井曲線是作為井控處理過程中的標尺對地震數(shù)據(jù)的處理效果進行評價,因此井數(shù)據(jù)的正確性是一切質控的前提。由于區(qū)內的鉆井和測井的施工時間都不一致,測井儀器、施工隊伍和施工人員也不一致,因此受到儀器、井徑、施工速度等因素的影響,數(shù)據(jù)會相對于真實數(shù)據(jù)有一定的差異,因此在井數(shù)據(jù)使用前,需要對數(shù)據(jù)做環(huán)境、異常值和歸一化等校正,消除數(shù)據(jù)因非地質因素引起的差異。

2.3 目標井優(yōu)選

由于測井數(shù)據(jù)質量參差不齊,如果將有問題的測井或不具有代表性的井引入到井控處理過程中,質控將會起反作用。因此能作為質量控制的井需要以下三個條件進行優(yōu)選:

1)合成地震記錄與井旁道有較高的相關系數(shù)。

2)井位于勘探區(qū)內部,地震數(shù)據(jù)具有滿覆蓋次數(shù)。

3)井所在位置的地下構造簡單且信噪比較好。

根據(jù)井位置、井信息表(表1)、滿覆蓋次數(shù)等基本信息,優(yōu)選J08和J24井為質控目標井(圖2)。

表1 井信息表

圖2 井位置及覆蓋次數(shù)圖

2.4 單井質控效果

觀察J24的能量曲線(圖3)可以看出,根據(jù)測井數(shù)據(jù)計算處的合成地震記錄的能量趨勢是淺部能量弱,目標層(煤層)附近的能量強,這是因為淺部主要為砂泥巖其反射系數(shù)小,煤層與圍巖的反射系數(shù)大。但井旁道的地震數(shù)據(jù)能量曲線,淺部能量與深部能量差不多,這是因為在數(shù)據(jù)處理過程中沒有一個客觀的判別依據(jù),通常是主觀的認為淺、中、深能量區(qū)域一致就認為補償?shù)轿?因此出現(xiàn)了過補償?shù)默F(xiàn)象。通過曲線質控結果,減小指數(shù)函數(shù)補償方法中的參數(shù)n調整振幅,新的質控結果見圖3,新數(shù)據(jù)的井旁道的能量曲線與合成地震記錄的能量曲線與基本一致,說明振幅補償效果合理。

圖3 J24井單井振幅質控前后對比

2.5 聯(lián)井質控效果

從J08與J24的聯(lián)井剖面(圖4(a))可以看出,地層總體構造形態(tài)為背斜一翼。使用井的速度和密度曲線,以及拾取的層位數(shù)據(jù)為基礎構建數(shù)字模型(圖4(b)),對模型模擬得到模型剖面(圖4(c))。對比實際數(shù)據(jù)剖面(圖4(a))和模型剖面(圖4(c))可以看出,模型構造形態(tài)和實際數(shù)據(jù)基本一致,由于地震數(shù)據(jù)做過單井質控,井旁道垂向能量趨勢得到了校正,但數(shù)據(jù)中井J24附近的煤層反射能量比井J08附近的能量要弱,這與煤系地層巖性橫向緩慢變化的實際情況不符。圖4(d)為經(jīng)過以模型聯(lián)井剖面為標準對指數(shù)補償方法中參數(shù)n和區(qū)域振幅補償因子進行質控后得到的地震數(shù)據(jù),從圖4(d)中可以看出,補償后的剖面煤層反射波橫向不均勻的現(xiàn)象得到了改善。同樣在煤層平面振幅對比圖(圖5)中可以看出,在原始數(shù)據(jù)中井J24附近的煤層反射能量要比井J08附近的能量要弱(圖5(a)),經(jīng)過多井振幅質控后,煤層反射振幅橫向變化與煤系地層實際情況不符的問題得到了改善(圖5(b));從井J28附近的單炮(圖6(f)和圖6(h))可以看出其能振幅補償合理,但井J24附近的單炮(圖6(b)和圖6(d))深部振幅補償不到位,且其單炮振幅要弱于J28附近的單炮,經(jīng)過單井質控和聯(lián)井質控后井J24附近的單炮振幅深部振幅得到了改善,并與J28附近的單炮振幅接近。

圖4 聯(lián)井約束下的振幅補償質控

圖5 聯(lián)井約束下的煤層振幅平面質控圖

圖6 聯(lián)井約束下的單炮振幅質控圖

3 結論

1)在質控過程中,井是作為質控判別標尺,目標井的選擇與校正是正確質控的前提。首先測井數(shù)據(jù)經(jīng)過校正之后才能正確體現(xiàn)數(shù)據(jù)的縱向振幅趨勢;再使用相關系數(shù)對將測井數(shù)據(jù)進行篩選,剔除存在錯誤的井數(shù)據(jù);最后選擇位置在構造較為簡單井數(shù)據(jù),保證參數(shù)適用較廣。

2)合成地震記錄可以客觀反映地震數(shù)據(jù)淺、中、深振幅相對關系,以此為標準對地震處理過程中的球面擴散中的指數(shù)函數(shù)補償方法的n參數(shù)的補償效果進行約束,保障近井點地震數(shù)據(jù)垂向振幅變化趨勢的正確性。

3)在單井約束基礎之上,利用多井數(shù)據(jù)和層位數(shù)據(jù)建立聯(lián)井地震模型,依據(jù)模擬的模型剖面為標準,對遠離井點的指數(shù)函數(shù)補償方法的n參數(shù)和區(qū)域振幅因子參數(shù)補償效果進行約束,保障井間地震數(shù)據(jù)橫向振幅相對關系的正確性。