馬光克,李 雷,劉 巍,張合斌,趙 明

(1.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,廣東湛江524057;2.中海油服物探技術(shù)研究所,廣東湛江524057)

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入,油氣田的勘探開發(fā)難度越來(lái)越大,對(duì)地震資料品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。關(guān)于如何提高地震資料品質(zhì),國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究,形成了多種方法技術(shù),高密度地震采集技術(shù)就是其中重要手段之一[1-4]。2002年,PECHOLCS等[5]提出了“高密度”(High-Density)技術(shù),并論證了高密度采集的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái),隨著數(shù)字采集系統(tǒng)的快速發(fā)展,高密度地震采集技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展。由于海洋地震勘探的特點(diǎn),高密度地震采集技術(shù)在海洋地震勘探中應(yīng)用廣泛,較有代表性技術(shù)有:“Q-Land技術(shù)”、“Eye-D技術(shù)”及“HD3D(High-Density 3D)技術(shù)”等[6]。國(guó)內(nèi)也相繼開展了高密度地震采集技術(shù)的研究及應(yīng)用。如王海等[7]通過(guò)分析高密度三維實(shí)際資料,總結(jié)了觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)高密度地震資料的影響。劉二鵬[8]利用模型正演模擬及實(shí)際地震資料研究了高密度三維地震觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化及勘探精度問(wèn)題。王志亮等[9]在渤海地區(qū)地震資料采集中首次應(yīng)用了橫向控制器設(shè)備(也稱橫向鳥)技術(shù),縮小了面元尺寸,達(dá)到了提高成果資料縱、橫向分辨率的目的。邸志欣等[10]針對(duì)復(fù)雜巖性隱蔽油氣藏,采用高密度地震采集技術(shù),在勝利油田等多個(gè)探區(qū)獲得了較高品質(zhì)的地震資料。郭念民等[11]在塔里木油田實(shí)現(xiàn)了超萬(wàn)道全數(shù)字單點(diǎn)檢波器接收高密度三維地震采集,最終獲得了高信噪比、高分辨率的成果數(shù)據(jù)。

東方區(qū)高溫高壓M氣田為巖性氣藏,位于南海北部大陸架西區(qū)的鶯歌海盆地內(nèi),為非經(jīng)典坡折帶重力流沉積體系[12-13]。由于重力流作用及后期水流作用的改造,氣田砂體展布及接觸關(guān)系復(fù)雜。且由于鶯歌海盆地在晚期快速沉降和沉積過(guò)程中形成了巨厚的欠壓實(shí)泥巖[14],影響地震速度規(guī)律分析,繼而影響地震成像精度。研究區(qū)目的層埋深大,現(xiàn)有常規(guī)三維地震資料分辨率低,無(wú)法滿足砂體精細(xì)刻畫的要求。為進(jìn)一步落實(shí)氣田構(gòu)造、提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及油藏描述精度,需要更高分辨率的地震資料作為基礎(chǔ)。

1 正演模擬分析

為論證高密度地震采集相對(duì)常規(guī)地震采集在刻畫地下砂體展布方面的優(yōu)勢(shì),進(jìn)行了常規(guī)地震采集與高密度地震采集三維波動(dòng)方程地震正演模擬試驗(yàn)。根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)特征建立的三維地質(zhì)模型如圖1所示,從上到下分為8套地層,其中目的層砂體位于第7套地層,各地層彈性參數(shù)見表1(根據(jù)已鉆井聲波和密度測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)而得)。在建立目的層砂體地質(zhì)模型時(shí),考慮到砂體接觸關(guān)系的準(zhǔn)確描述問(wèn)題,設(shè)定了砂體疊置不連通(圖2a中的紅色箭頭)和砂體平行斷開(圖2a中的黑色箭頭)的典型地質(zhì)情況,其中砂體疊置斷開的垂向距離為15m,水平距離為45m,砂體平行斷開的水平距離為90m。

為遵循單一變量的原則,在設(shè)計(jì)地震采集參數(shù)時(shí),只改變纜間距,即將高密度地震采集的纜間距縮小到常規(guī)地震采集的1/2(高密度地震采集纜間距為50m,常規(guī)地震采集纜間距為100m),其它參數(shù)與常規(guī)地震采集保持一致(子波采用雷克子波,主頻為35Hz,道間距為12.5m,纜長(zhǎng)為6000m)。分別采用上述兩種地震采集參數(shù)對(duì)目的層砂體地質(zhì)模型進(jìn)行三維波動(dòng)方程地震正演模擬,且兩種資料采用相同的處理流程及方法。

圖1 研究區(qū)三維地質(zhì)模型

地層縱波速度/(m·s-1)密度/(g·cm-3)119602.15223902.25328702.31432902.39536502.51636702.587砂巖36502.35泥巖38002.58839502.61

研究區(qū)常規(guī)地震采集與高密度地震采集三維波動(dòng)方程地震正演模擬資料疊前深度偏移剖面分別如圖2b和圖2c所示。由圖2可見,高密度地震采集和常規(guī)地震采集對(duì)于平行斷開且相距較近的2個(gè)砂體均不能完全區(qū)分,但高密度地震采集的數(shù)據(jù)區(qū)分度有所提升;對(duì)于疊置不連通的2個(gè)砂體,常規(guī)地震采集不能完全區(qū)分,但高密度地震采集可以較好地區(qū)分。由此說(shuō)明,相對(duì)于常規(guī)地震采集,高密度地震采集數(shù)據(jù)的分辨率有所提升,對(duì)砂體展布及接觸關(guān)系的準(zhǔn)確刻畫更加有利。

圖2 波動(dòng)方程地震正演模擬數(shù)據(jù)深度偏移剖面對(duì)比a 目標(biāo)砂體地質(zhì)模型; b 常規(guī)地震采集模擬資料; c 高密度地震采集模擬資料

2 高密度地震采集

M氣田砂體疊置關(guān)系復(fù)雜,使用常規(guī)三維地震資料進(jìn)行的油藏描述存在一定的不確定性。為此,采集了高密度地震資料,并通過(guò)論證確定了高密度地震采集參數(shù)(表2)?？紤]到常規(guī)地震采集針對(duì)整個(gè)區(qū)域勘探,而高密度地震采集只針對(duì)本氣田勘探,因此本次高密度地震采集方案除了遵循常規(guī)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)有的原則外,還根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況,對(duì)采集方案進(jìn)行了針對(duì)性的優(yōu)化。

1) 面元。為實(shí)現(xiàn)高密度地震采集小面元尺寸、高空間采樣的特點(diǎn),本次高密度地震采集對(duì)測(cè)線空間采樣密度進(jìn)行了加密,使纜間距由常規(guī)的100m縮小到50m,相應(yīng)的2個(gè)震源中心之間的距離由常規(guī)的50m縮小到25m(圖3)。最終實(shí)現(xiàn)采集面元由常規(guī)的6.25m×25.0m縮小到6.25m×12.5m。

2) 采集范圍。圖4給出了常規(guī)地震采集與高密度地震采集范圍。常規(guī)地震采集針對(duì)整個(gè)區(qū)域,覆蓋面積大(黑色實(shí)線);高密度地震采集只針對(duì)本氣田,考慮到經(jīng)濟(jì)性及已有平臺(tái)對(duì)地震采集的影響,對(duì)高密度地震采集范圍進(jìn)行了優(yōu)化(紅色實(shí)線)。針對(duì)高密度地震采集范圍特點(diǎn),結(jié)合采集方向(東西向),在高密度地震采集過(guò)程中將整個(gè)工區(qū)分為3個(gè)區(qū)塊進(jìn)行采集(圖4虛線分隔所示)。

表2 常規(guī)地震采集與高密度地震采集參數(shù)

注:1cu.in =16.387cm3

圖3 地震采集電源和電纜分布示意a 常規(guī)地震采集; b 高密度地震采集

3) 最小偏移距。受船尾噪聲影響,最小偏移距不可能無(wú)限小,但為增加小角度地震反射信息,使最小偏移距由原先的180m減小到132m。

圖4 常規(guī)地震采集范圍與高密度地震采集范圍

3 針對(duì)性處理技術(shù)

為達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)的最佳效果(保真、保幅、高分辨率),針對(duì)采集到的高密度地震數(shù)據(jù),不僅試驗(yàn)了常規(guī)處理流程,還在多次波衰減、數(shù)據(jù)規(guī)則化、速度分析3個(gè)方面試驗(yàn)了新的處理思路及方法。開展了針對(duì)性高分辨率地震處理,技術(shù)流程如圖5所示。

圖5 針對(duì)性高分辨率地震處理技術(shù)流程

1) 采用多次波聯(lián)合建模衰減方法(JMPAS)壓制多次波。主要思路是利用地震數(shù)據(jù)的完整波場(chǎng)通過(guò)三維淺水水層多次波壓制技術(shù)(SRME)[15]和自由界面多次波壓制技術(shù)(SWMA)[16]建立多個(gè)多次波模型,并利用多模型匹配技術(shù)得到最終多次波模型加以衰減。對(duì)于殘留的鳴震及遠(yuǎn)道多次波,利用預(yù)測(cè)反褶積和Radon多次波衰減技術(shù)進(jìn)行衰減。

圖6為高密度地震資料傳統(tǒng)去多次波方法與JMPAS方法去多次波效果分析。原始地震剖面多次波較發(fā)育,相對(duì)傳統(tǒng)去多次波方法,JMPAS方法多次波衰減更干凈,地震剖面信噪比有所提升。從高密度地震資料與常規(guī)地震資料自相關(guān)譜(圖7)對(duì)比分析也可以看到,利用JMPAS方法壓制多次波更干凈,尤其是目的層的多次波殘留更少。

2) 四維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化。本次數(shù)據(jù)規(guī)則化主要采用四維數(shù)據(jù)規(guī)則化傅里葉域重構(gòu)插值。對(duì)非滿覆蓋次數(shù)面元進(jìn)行插值和重構(gòu),在實(shí)現(xiàn)覆蓋次數(shù)均勻化的同時(shí)完成數(shù)據(jù)面元中心化,以滿足Kirchhoff偏移要求,從而提高成像效果與信噪比。

圖8對(duì)比了三維、四維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化F-K譜。相對(duì)三維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化,四維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化對(duì)空間假頻控制得更好,信噪比進(jìn)一步提升。

圖6 高密度地震資料去多次波效果分析a 原始疊加剖面; b 傳統(tǒng)去多次波后疊加剖面; c JMPAS去多次波后疊加剖面

圖7 地震資料自相關(guān)譜對(duì)比分析a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

圖8 三維、四維插值數(shù)據(jù)規(guī)則化F-K譜對(duì)比分析a 三維插值; b 四維插值

3) 偏移速度精細(xì)分析。速度分析網(wǎng)格加密到250m×250m,并過(guò)目標(biāo)線進(jìn)行精細(xì)的偏移速度掃描和多次迭代,直到獲得高精度偏移速度模型,為偏移成像打下良好的基礎(chǔ)。

4 效果分析

為驗(yàn)證高密度地震資料較常規(guī)地震資料的優(yōu)勢(shì),本文從單炮記錄及頻譜特征、井震AVO類型、偏移成像結(jié)果3方面開展了應(yīng)用對(duì)比。

4.1 單炮及頻譜特征分析

圖9對(duì)比了為常規(guī)地震資料與高密度地震資料的單炮記錄,可以看出,高密度地震資料單炮記錄信噪比更高,時(shí)距曲線更清晰。圖10對(duì)比了研究區(qū)目的層段高密度地震資料與常規(guī)地震資料的頻譜特征。相對(duì)常規(guī)地震資料,高密度地震資料頻帶更寬,高、低頻成分更豐富,從頻譜特征上看,高密度地震資料分辨率更高。

圖9 單炮記錄對(duì)比a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

4.2 井震AVO類型分析

圖11對(duì)比了東方區(qū)M氣田X井目的層段常規(guī)地震資料與高密度地震資料的AVO類型。圖中黑色箭頭分別指示X井處3套氣組砂體頂界面,常規(guī)地震資料AVO趨勢(shì)均呈“V”字形,與井上正演道集AVO類型不匹配;而高密度地震資料AVO類型與井上正演道集AVO類型吻合較好。研究區(qū)所有已鉆井位置處砂體頂界面常規(guī)地震資料與高密度地震資料AVO類型與井上正演道集AVO類型吻合度統(tǒng)計(jì)顯示:常規(guī)地震資料的吻合率為67%,高密度地震資料的吻合率為83%。結(jié)果表明,高密度地震資料的疊前保幅性優(yōu)于常規(guī)地震資料。

圖10 研究區(qū)目的層段地震資料頻譜分析

4.3 偏移成像結(jié)果對(duì)比

圖12、圖13及圖14分別對(duì)比了研究區(qū)南塊、中塊及北塊常規(guī)地震資料與高密度地震資料的偏移剖面。研究區(qū)南塊為地震模糊區(qū),多次波較發(fā)育,從圖12 可以看到,常規(guī)地震資料信噪比低,地震成像較模糊,砂體展布無(wú)法準(zhǔn)確刻畫;而高密度地震資料成像效果有所提升,砂體形態(tài)更加清晰,對(duì)砂體展布的準(zhǔn)確刻畫更加有利。圖13為過(guò)M1井與M2井的連井地震剖面,其中M1井在Ⅱ氣組砂體鉆遇氣水界面為3168.6m,而M2井在Ⅱ氣組砂體鉆遇氣水界面為3069.1m,兩口井所鉆遇的氣水界面高差約100m,應(yīng)屬于2個(gè)不同砂體。但常規(guī)地震資料M1井與M2井之間Ⅱ氣組地震相位連續(xù)(黑色箭頭處),無(wú)法從地震剖面上將其準(zhǔn)確區(qū)分;而高密度地震資料地震相位斷開(黑色箭頭處),分為2個(gè)獨(dú)立砂體,與井上認(rèn)識(shí)更為吻合,說(shuō)明高密度地震資料橫向分辨率有所提高,顯示的砂體接觸關(guān)系更加準(zhǔn)確。從圖14可以看出,常規(guī)地震資料Ⅰ氣組砂體有被水道侵蝕的跡象(黑色圈內(nèi)),但特征不明顯;而高密度地震資料在水道沖溝處同相軸斷開,顯示的水道沖溝特征更加清晰。

圖11 M氣田X井地震資料與井正演道集AVO類型對(duì)比

圖12 研究區(qū)南塊偏移剖面對(duì)比a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

圖13 研究區(qū)中塊偏移剖面對(duì)比a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

圖14 研究區(qū)北塊偏移剖面對(duì)比a 常規(guī)地震資料; b 高密度地震資料

5 結(jié)論

針對(duì)研究區(qū)地質(zhì)特征,利用波動(dòng)方程地震正演模擬、針對(duì)性高分辨率處理,使得本次高密度地震采集資料在鶯歌海盆地M氣田巖性勘探中取得了良好的應(yīng)用。研究表明高密度地震采集資料相對(duì)常規(guī)地震采集資料具有以下優(yōu)勢(shì):

1) 頻帶更寬,高、低頻豐富,地震分辨率更高;

2) 井震AVO類型的吻合度更高,地震保幅性更好;

3) 砂體的展布及接觸關(guān)系更準(zhǔn)確,反映的水道、沖溝特征更加清晰,有助于砂體精細(xì)刻畫。

本區(qū)高密度地震采集技術(shù)的應(yīng)用減小了采集面元尺寸,增加了空間采樣率,是一種從源頭提升地震資料品質(zhì)的手段。結(jié)合精細(xì)地震采集設(shè)計(jì)及針對(duì)性處理技術(shù),在類似地區(qū)的勘探開發(fā)中具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。