碳酸盐岩储层单点高密度采集三维地震勘探实例

郭念民,陈 猛,崔永福,罗彩明,孙海军,赵锐锐

(中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000)



碳酸盐岩储层单点高密度采集三维地震勘探实例

郭念民,陈 猛,崔永福,罗彩明,孙海军,赵锐锐

(中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000)

随着塔里木盆地缝洞型碳酸盐岩精细勘探的不断发展,迫切需要高信噪比、高分辨率的地震资料。在塔里木油田哈拉哈塘X工区进行了陆上单点高密度地震采集试验,实现了超万道全数字单点检波器接收高密度三维地震采集,提高了采集数据的连续性和均匀性,且在施工前建立了精细表层结构模型,保证了采集数据质量。本次地震处理更加有针对性，基于面波反演的地滚波压制技术和非规则相干噪声压制技术有效地解决了高密度地震数据的去噪问题;稳健地表一致性反褶积技术更好地解决了低信噪比的反褶积问题,还可以提高大数据的计算效率;炮检距向量片(OVT)域数据规则化技术解决了单次覆盖剖面的空道问题,进一步提高了地震数据的空间一致性;深度域精细速度建模保证了碳酸盐岩缝洞型储层的精确成像。单点高密度地震采集、处理一体化研究大幅度提高了研究区的地震资料质量,获得了高信噪比、高分辨率的最终成果数据,为缝洞型碳酸盐岩储层的勘探开发奠定了良好的基础。

高密度地震采集;单点接收;缝洞型碳酸盐岩;OVT域数据规则化

中国大陆地区碳酸盐岩约占沉积岩覆盖面积的55%[1],其中中国西部地区奥陶系、寒武系广泛分布碳酸盐岩沉积层,蕴藏着丰富的油气资源[2]。塔里木盆地碳酸盐岩缝洞型油气藏逐步成为中国西部接替型油气藏,有着广阔的勘探和开发前景[3]。塔里木盆地的哈拉哈塘油田碳酸盐岩油气资源十分丰富,但是受到有效裂缝预测难度大、大型缝洞体储层空间连通性及油气富集位置预测难度大的影响,储层表征与评价难度极大[4-5],开发面临见水快、高产稳产井少的难题,现有地震资料还不能满足精细刻画缝洞体系、准确预测油气富集区域的开发需求,需要开展更高精度的地震新方法攻关。

近年来以高空间采样率为显著特征的高密度、高精度地震勘探技术取得了重大进展,该类勘探技术在中国东部油田和四川盆地等区块都进行了大量试验和应用,如胜利油田在罗家地区开展的陆上高密度三维地震采集试验[6],首次进行了超万道全数字单点三分量高密度三维地震采集,取得了较好的应用效果。随着单点采集、处理技术的发展和应用[7-14],全数字单点高密度采集技术也得到了推广和应用,如将全数字单点采集技术应用于四川盆地,将全数字高密度地震勘探技术应用于长子地区,都取得了较好的应用效果,表明全数字单点采集技术具有很好的应用前景[15-16]。

本次高密度地震采集采用了一体化单点接收有线遥测地震采集系统[17],其核心是单点接收和海量数据存储技术,具有超强带道能力,可提供高密度采样、大偏移距、宽方位地震数据[18],能有效保存丰富的低频信息,可低至3Hz以下,有利于识别缝洞型储层中的流体;采用单点激发、单点检波器接收,空间采样密度大而且分布均匀,有利于解决静校正问题,能更好地刻画地表及地下地质信息,能清晰刻画小型缝洞体,提高缝洞体识别精度,为准确归位深层溶洞打牢基础,从而满足碳酸盐岩储层勘探开发的需求。

1 单点高密度三维地震采集

1.1 工区概况

哈拉哈塘X工区施工区域东西方向约12.9km,南北方向约27.5km,地震采集满覆盖面积约110km2。工区地表类型可分为森林水网、盐碱浮土地和农田村庄3种类型。该工区地势总体西高东低,地表起伏相对平缓。从构造特征来看,整体上为东西平缓,北向南倾的斜坡,断裂较为发育,多层系发育低幅度圈闭。以往资料表明,表层结构一般为低速和高速两层结构,其中低速层厚度一般为3～7m,速度为360～550m/s;高速层顶界面是一个平缓的潜水面,速度为1600～1700m/s。表层地震地质条件良好,能够实现100%高速顶下激发。2011年曾在该区域进行过常规三维采集,采集面元为25m×25m,覆盖次数为91次,最大非纵距为3975m,最大炮检距为7349m,横纵比为0.53。

哈拉哈塘凹陷地层发育较全,全区反射层比较齐全,地震资料整体信噪比较高,主要目的层为奥陶系碳酸盐岩储层,目的层信噪比偏低。主要目的层受上覆二叠系火成岩影响较大,火成岩速度和厚度纵、横向上的剧烈变化影响了其下伏地层低幅度构造的准确落实,新地震采集资料还要满足精细速度建模的需求,因此,塔里木油田在该地区进行了单点高密度三维地震采集试验。

1.2 采集方案及效果

单点高密度地震采集技术的特点是小面元、高覆盖、宽方位、炮道密度大、信号保真度高。本次单点高密度采集采用新一代的有线遥测地震采集系统，采用连续同步记录方式工作,接收道数最大可达20×104道,内置失真度更低、频带范围更宽的单点加速度检波器,没有组合效应,信号保真度高,减少了排列出故障的几率,降低了设备重量,高冗余的网络传输实现了不间断采集(图1),提高了施工效率。本次野外采集时间累计38天，完成67382炮，平均日效1778炮/d，整体采集效率高。

本次三维地震勘探采用的激发参数为TNT炸药1口×潜水面下5m×2kg,接收参数采用数字检波器单点埋置(图2)。全工区都采用GAC检波器接收,响应频带宽,有利于采集高、低频信号。本次三维工区的边界区域采取38L22S880R正交观测系统,三维工区的中间区域采取38L22S968R正交观测系统,观测系统模板及属性见图3,具体观测系统参数见表1。

基于生产需求和高密度采集技术特点,将“两宽一高”确立为总体技术思路,主要采用了3种技术措施:①小道距,满足定量描述缝洞型油藏对地震资料的要求,道距和炮点距均为12.5m,面元尺寸为6.25m,增加了空间采样密度,有利于精细刻画串珠状等微小地质体;②宽方位,满足裂缝预测对三维地震观测方位的要求,面元属性一致性好,横纵比为0.86,通过炮检距向量片(OVT)域处理,有利于精细刻画缝洞体系储层的各向异性;③高覆盖次数,满足分方位处理、裂缝预测以及解释研究的要求,覆盖次数为418次,确保资料信噪比,拓宽频带宽度,提高地震反演的可靠性。

图1 单点高密度采集设备野外连接示例

图2 数字检波器单点埋置示意图解

图3 哈拉哈塘X工区高密度采集观测系统模板(a)及相应属性(b)

表1 观测系统参数

对比分析了本次高密度采集数据与2011年常规三维采集的老资料单炮记录、频谱和F-K谱,结果如图4到图6所示。本次高密度采集采用单点检波器接收,道距为12.5m;常规采集方式检波器采用3串面积组合,道距为50m。由于本次采集采用单点检波器接收,单炮记录的信噪比要略低于传统检波器组合接收的记录(图4);但本次采集采用小药量单点激发、单点接收,而且采用小道距、小炮距以及“两宽(宽频带、宽方位)、一高(高密度)”的采集方式,避免了常规检波器组合接收的低通滤波效应,其接收记录的保真性更高,频带更宽(图5);采集数据的空间采样密度大而且均匀,与以往常规采集的老资料数据相比,新采集的数据基本没有假频信息(图6),便于信噪分离,有利于后续的保幅性处理。

图4 常规采集(a)与单点高密度采集(b)数据单炮记录对比

图5 常规(a)与单点高密度(b)采集数据的频谱分析

图6 常规采集(a)与单点高密度采集(b)数据的F-K谱分析

2 特色处理技术措施及效果

2.1 高密度地震数据去噪技术

单点高密度地震数据与常规采集地震数据不同,具有典型的特点:单点激发接收、小炮距、小道距、高密度、宽方位、宽频带,因此在地震资料处理时必须采用针对性的技术措施。该工区的主要干扰波是地滚波(即面波)和相干噪声。噪声能量较强,频率和视速度较低,分布于整个记录时间内。单点高密度采集数据的面波噪声基本没有假频,这是相比以往地震数据(含有大量假频信息,面波不易去除)的一个巨大优势,是压制面波的有利条件。本次地震采集资料偏移距大、方位角宽,使得相干噪声在远接收排列不再呈现线性特征,采用常规去噪方法难以消除。综合考虑本次高密度采集数据的特点,采用了基于面波反演的地滚波压制技术和非规则相干噪声压制技术相结合的去噪方法。

基于面波反演的地滚波压制技术首先将接收到的信息(包括面波)变换到频率波数域内,然后拾取频散曲线进行噪声模拟,通过面波反演来模拟地震资料中的面波,从而去除面波,一般情况下需要精细地去除基阶、一阶和二阶面波,是一种自适应的去噪方法[19]。非规则相干噪声压制技术可以利用宽方位高密度采集资料的优势,在局部区域利用五维插值技术构建规则化的排列道集,充分满足相干噪声压制的假设条件(噪声呈线性特征),从而更好地压制噪声。采用基于面波反演的地滚波压制技术和非规则相干噪声压制技术去噪前、后的单炮记录和叠加剖面分别如图7和图8所示。从单炮记录上可以看到该组合去噪技术成功地压制了强能量的噪声,使得有效信号得到凸显;叠加剖面上去噪效果更加明显,去除噪声信息后信噪比得到明显提高。

2.2 稳健地表一致性反褶积技术

常规地表一致性反褶积的弊端是剩余噪声所引起的误差不是高斯分布的,导致常规算法所分解出来的地表一致性算子受噪声的影响,不够理想。单点高密度采集的接收方式与常规采集的检波器组合接收不同,其采用单点接收,信噪比比传统的组合接收记录低,而且数据量巨大,因此常规的地表一致性反褶积方法难以适应单点高密度地震数据的处理要求。

稳健地表一致性反褶积[20]将地震道自相关谱在空间上进行多道统计分解计算反褶积算子,在解方程时,求解稳健的L1/L2范数方程,可以更好地降低强噪声对求解结果的影响,该方法还可以采用对稳健地表一致性反褶积拟合出的频谱与某一道的实际频谱进行对比来设法压噪。在计算性能方面,稳健地表一致性反褶积对大数据的计算能力远高于常规反褶积方法,在亿级道数的工区,不需要分块计算,求解速度更快。

稳健地表一致性反褶积可以使地震子波变窄、子波空变特征减弱、高频噪声削弱、信号有效频带拓宽,提高单点高密度地震资料的垂向分辨能力。图9给出了稳健地表一致性反褶积前、后的单炮记录及其频谱。由图9a和图9b可以明显看到,稳健地表一致性反褶积后振幅能量更均衡,频率成分更丰富。在炮集上选取2.5～5.0s的时窗进行频谱分析,如图9c所示,有效频带明显拓宽,以25dB为参考,有效信号的频带从原来的80Hz拓宽到110Hz,而且低频信号也保持得非常好。

图8 基于面波反演的地滚波压制技术和非规则相干噪声压制技术去噪前(a)、后(b)的叠加剖面对比

2.3 OVT域数据规则化技术

本工区采集设计时,考虑到观测系统不规则给数据处理带来的缺陷,采用全方位、高密度采集方式,偏移距与方位角的分布相比老资料均匀很多,但是在OVT域仍不可完全避免空道及覆盖不均匀位置的出现,这种空道的出现会影响后续的偏移质量,因此还需要数据规则化处理。

匹配追踪傅里叶插值(Matching Pursuit Fourier Interpolation,MPFI)技术可以在多维度对数据进行规则化,是一种抗假频的插值方法,在频率域中实现,运算速度快,从较低频率开始驱动,采用傅里叶变换来实现,波数扫描可以在一维或者多维进行,该技术可以解决不规则数据和稀疏数据的插值问题,可以实现完全规则化,也可以仅实现对空道数据的填补。

本次高密度数据具有较高的覆盖次数,分6个方位，覆盖次数达到60次以上,因此本次处理采用与常规数据规则化不同的方式,在OVT域进行数据规则化处理。首先将对角OVT合并,在一定程度上缓解观测系统不规则的压力,令每个OVT数据集理论上增加一次覆盖来补充空道;第二步进行MPFI全规则化处理,使得OVT数据集的每一个面元内只保留一道,此道信息是由该面元内的多道数据插值而来,而不是简单的选取一道,采用插值处理最终保留了所有的信息,如OVT道集的方位角和偏移距信息。图10给出了数据规则化前、后的剖面。采用OVT域数据规则化插值后,补充了空道信息,覆盖次数均匀,同相轴连续性显著增强,改善了空间振幅一致性。

图9 稳健地表一致性反褶积前、后的单炮记录及频谱分析对比a 反褶积前的单炮记录; b 反褶积后的单炮记录; c 反褶积前、后的频谱对比

2.4 深度域精细速度建模技术

分析本工区地震资料和地质任务,叠前深度偏移速度建模具有一定的难度:浅层非均质现象明显,目的层埋藏深度大(约7000m),偏移成像对上覆地层速度变化较为敏感,难以准确归位洞穴的空间位置,且工区中部又存在火成岩不规则分布,难以准确刻画其空间位置及速度场分布。

根据新采集数据的特点和存在的难点,我们采用深度域精细速度建模技术。建模过程的思路是先整体、后局部,先浅层、后深层,再精细刻画火成岩;在速度迭代方面采用网格层析与层位控制相结合的方法更新速度场,如图11a所示。首先通过浅层速度反演技术解决近地表速度场问题,然后结合VSP数据信息(该工区井数据较多),建立一个初始的背景速度场,以此为基础再采用全方位网格层析技术解决中、深层沉积层速度场问题,最后解决局部地质异常体的速度问题(如火成岩速度精细反演)。整个速度建模过程中必须与解释、地质人员紧密结合,从而使速度模型更加可靠、合理,充分体现处理、解释一体化。图11b给出了工区内Inline3560最终速度与剖面叠合图。由图11b 可见,采用该建模技术对浅层、中深层及火成岩的速度横向变化刻画得非常精细。

图10 OVT域数据规则化前(a)、后(b)剖面

图11 深度域精细速度建模思路及效果(ZTOMO为全方位网格层析,DWT为潜水波层析成像技术)a 叠前深度偏移基本速度场建模思路; b Inline3560最终速度与剖面叠合结果

3 实际应用效果

我们充分利用单点高密度地震采集数据的优势,经过精细的叠前地震资料处理和叠前深度偏移成像,最终获得了理想的成果数据。该区域在2011年进行过常规采集和处理,采集面元为25m×25m,覆盖次数为91次,最大非纵距3975m,最大炮检距为7349m,横纵比为0.53。图12给出了研究区Inline3988和Crossline2356单点高密度数据处理的最终成果数据与2011年常规采集数据处理的成果数据之间的剖面对比。由图12可以看到,单点高密度成果数据中碳酸盐岩储层的串珠更加聚焦,成像更为清晰(图12b,图12d),常规采集成果数据的下伏地层及串珠成像较差(图12a,图12c)。图13给出了单点高密度成果数据与2011年常规采集资料成果数据沿目的层相干属性对比情况。从图13可以清晰地看到,单点高密度成果数据相比常规采集处理成果数据具有更高的分辨率和细节刻画能力,单点串珠状特征更突出，碳酸盐岩储层连片分布特征更加清晰，有利于缝洞型碳酸盐岩储层的勘探与开发。

图12 常规采集老资料成果数据与单点高密度成果数据的剖面对比a Inline3988的老资料成果剖面; b Inline3988的单点高密度成果剖面; c Crossline2356老资料成果剖面; d Crossline2356的单点高密度成果剖面

图13 常规采集(a)与单点高密度采集(b)成果数据的相干属性对比

4 结束语

在信噪比较高、近地表吸收衰减小的地区,采用单点高密度采集技术,能在保证资料信噪比的前提下,获得比模拟组合检波器更高分辨率的地震记录;小面元、高覆盖、宽方位、高炮道密度的单点采集方案,保证了空间采集密度,而且空间采样分布均匀,与常规采集的老数据相比,单点高密度采集数据中基本没有假频信息,有利于信噪分离和保幅去噪处理。

单点高密度采集数据与常规地震数据相比具有明显的优势,也存在一定的不足,处理过程中应结合其特点,选用有针对性的特色处理技术,如基于面波反演的压噪技术、稳健地表一致性反褶积技术、OVT域处理技术等,从而更加有利于提高最终处理成果质量。

实际资料的应用效果表明,单点高密度地震勘探技术对于缝洞型碳酸盐岩地震资料具有明显的优势,其成果数据具有更高的信噪比和分辨率,缝洞型储层的串珠成像和属性特征更加清晰,可以为缝洞型碳酸盐岩储层的勘探开发提供强有力的支持。

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(编辑：陈 杰)

The application of single-point high-density seismic acquisition for carbonate reservoir 3D seismic exploration

GUO Nianmin,CHEN Meng,CUI Yongfu,LUO Caiming,SUN Haijun,ZHAO Ruirui

(ResearchInstituteofExploration&Exploitation,TarimOilfieldCompany,PetroChina,Korla841000,China)

With the development of fracture-vuggy carbonate reservoir exploration in Tarim Basin,we demand urgently high SNR,high-resolution seismic data.A single-point high-density 3D seismic acquisition test with over ten thousand channels was carried out in HaLaHaTang area of Tarim Oilfield,which improved the continuity and uniformity of collected data.Before that,a fine surface structure construction model is built to ensure the quality of the data collected.During the seismic data processing for this project,the denosing of high-density seismic data is effectively accomplished by the ground roll suppression technology by surface wave inversion and irregular coherent noise suppression technology.The robust surface consistent deconvolution technology better achieves the deconvolution of low SNR data and improves the calculation efficiency of massive data.The blank tracks caused by single fold was eliminated by data regularization in offset vector tile (OVT) domain,meanwhile the spatial consistency of seismic data was enhanced.The refine velocity modeling in depth domain ensured the precise imaging of fracture-vuggy carbonate reservoir.The integration of single-point high-density seismic data acquisition and processing provides high SNR,high-resolution seismic data,which greatly contributes to the exploration and development of fracture-vuggy carbonate reservoir.

high-density seismic acquisition,single-point receiver,fracture-vuggy carbonate reservoirs,data regularization in offset vector tile (OVT) domain

2015-06-15;改回日期：2016-06-12。

郭念民(1981—),男,博士,工程师,主要从事地震资料处理、叠前深度偏移成像等方面的生产和科研工作。

国家科技重大专项(2016ZX05024)和国家自然科学基金(石油化工联合基金)(U1562215)共同资助。

This research is financially supported by National Science and Technology Major Project of China (Grant No.2016ZX05024) and National Natural Science Foundation of China(Grant No.U1562215).

P631

A

1000-1441(2016)06-0771-10

10.3969/j.issn.1000-1441.2016.06.001