辽河油田N28-7井3D VSP技术攻关实例分析

董文波.

(中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010)

辽河油田N28-7井3D VSP技术攻关实例分析

董文波.

(中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010)

为解决辽河油田地震资料分辨率难以满足小断层、微幅构造识别及二次开发调整等精细地质研究需要的问题，2016年在牛居油田N28-7井开展了3D VSP技术攻关。研究结果表明：①3D VSP资料品质提高显著，频带宽度为6～80 Hz，较地面地震拓宽了35 Hz，主频为40 Hz，较地面地震提高了22 Hz；②观测井的选取至关重要，需要满足“直井、居中、大井深、井况好、地表好”五大原则；③结合地质模型和零偏、非零偏VSP试验进行激发、接收参数论证，是优化观测系统设计的关键；④噪音控制是3D VSP资料采集过程中必须注意的问题，停止观测井周围1 km内设备作业，信噪比提高显著。

辽河油田；3D VSP；高分辨率地震勘探；可控震源；观测系统

经过近50年的勘探与开发，辽河油田勘探目标已经由简单的构造油气藏转向隐蔽油气藏[1]，由厚层转向薄层。其二次开发工作急需落实储量区内的小断层、微幅构造、储层尖灭点，以落实剩余油分布等问题，而这些研究需要具有高分辨率的地震资料作为研究基础[2-5]。但是目前研究中所使用的三维地震资料由于采用了地面激发、地面接收的采集方式，有效波经历双程衰减而高频信息损失严重，直接导致了地震资料分辨率低，波形畸变严重，难以用于精细地质研究[6-10]。对此，辽河油田在牛居构造带N28-7井开展了3D VSP技术攻关研究。3D VSP技术是面向油藏的开发地震技术，它采用了与地面三维地震采集一样的激发点布置，因此有效波单程衰减，导致可以获得具有“三高”特性的井周全方位三维数据体，具有在三维空间内识别小断层、微幅构造以及预测薄层储层分布的能力[11-15]。本次研究基于地质模型和零偏、非零偏VSP试验精细设计观测系统，采用可控震源进行激发、80级三分量井下检波器进行接收，获得了丰富的原始资料，并通过初步处理得到了高分辨率的地震资料。本文旨在通过对本次3D VSP技术攻关进行总结，探索适合辽河油田的3D VSP工作方法。

1 地质背景

采集区N28-7井区位于辽河坳陷东部凹陷北部牛居构造带。该区为一个被三条断层夹持而形成的断块，面积为1.6 km2。钻井揭露地层自下而上依次为太古界、古近系沙河街组沙三段、沙二段、沙一段、东营组、新近系馆陶组、明化镇组以及第四系地层。主要含油气目的层系位于沙河街组沙一段、沙二段和东营组，其中沙一段、沙二段为扇三角洲前缘沉积，主要发育岩性—构造油气藏；东营组为泛滥平原沉积，主要发育岩性油气藏，油藏埋藏深度为2200～3000 m。

经过近30年的开发，N28-7井区面临着含水率高、关井率高、采出程度低的局面，而近期完钻的N27-314井获得了初期39.6 t/d的高产油流，证实了本区具备较大的剩余资源潜力。但是微构造、小断层的广泛发育，以及储层薄且横向变化快的地质特征，导致研究区井间剩余油分布规律性复杂不清，亟须具有高分辨率的地震资料进行精细地质研究。综合考虑研究区的地质需求、地震地质条件以及3D VSP的技术优势，将该区作为开展3D VSP技术攻关的首个区块。

2 3D VSP资料采集关键点

3D VSP资料采集前，需针对地质任务进行合理的观测系统设计和详细的野外踏勘工作。关键点包括观测井选取、地面激发点布置、井下检波点布置、最大井源距以及观测井段的确定等，采集参数的合理论证是获取高品质原始资料、改善地震成像效果的关键。

2.1 观测井确定原则

本次研究通过对3D VSP技术特点的分析，提出了3D VSP观测井的五大选取原则：①观测井须位于研究区中间部位，以便采集的资料可以控制全区；②为直井或者小斜度井，便于施工以及后期资料处理；③井深较大，钻遇地层完整；④井况良好，满足大阵列检波器的安全下放、推靠以及提升；⑤地表条件好、障碍物少，满足施工要求。通过分析，确定以N28-7井作为本次3D VSP技术攻关的观测井。

2.2 关键参数论证

3D VSP资料采集的关键参数包括接收井段、最大井源距、炮点距、炮线距等。通过全井段零偏(311.9°)和非零偏(311.9°、221.9°)的试验以及二维地震地质模型、三维平层模型模拟，对上述关键参数进行了论证。

2.2.1 观测井段

本次攻关观测井段的设计不仅考虑目的层埋藏深度，而且兼顾了资料面积和压制噪音。N28-7井区储层埋藏深度为2200～3000 m，第四系地层埋藏深度为300 m。由图1可以看出，研究区400 m以上横波干扰严重。采用80级检波器，20 m观测点距，2100m×4000 m井源距，50 m炮点距，50 m炮线距，分别对420～2000 m、720～2300 m、1020～2600 m、1320～2900 m进行试验。由图2可以看出，当观测井段为420～2000 m时资料成像范围最大，为8.831 km2，覆盖次数满足大于30次的要求，而且可以避开第四系地层吸收衰减以及浅层的横波干扰。

图1 N28-7井非零偏VSP剖面Fig.1 Off-end VSP profile of N28-7 well

图2 不同观测井段采集资料范围Fig.2 Data range of different observation interval

2.2.2 最大井源距

研究区地层倾角在3°～30°之间，根据N28-7井地球物理参数建立的二维地震地质模型和三维平层模型进行模拟，炮点最大入射角不大于40°，基于射线追踪理论计算得出的最大井源距不小于2100 m。在此基础上对不同井源距进行正演模拟，由正演模拟不同井源距的单炮记录(图3)可以看出：井源距为2100 m时(图3a)，初至清晰、上行波场信息丰富，而且对多次波的压制效果较好，2500 m最大井源距(图b)和2900 m最大井源距(图c)的单炮记录多次波发育，浅层初至不清。最终确定最大井源距为2100 m。

2.2.3 炮点距、炮线距

3D VSP成像要求具有均匀的炮点分布，对此，根据理论模型，通过布设不同炮密度的观测系统，对覆盖次数和成像范围进行分析。图4a为50 m×50 m激发点布置示意图，图4d为对应的成像面积和覆盖次数；图4b为60 m×60 m激发点布置示意图，图4e为对应的成像面积和覆盖次数；图4c为70 m×70 m激发点布置示意图，图4f为对应的成像面积和覆盖次数。3种激发点布置情况资料范围均为8.831 km2，但50 m×50 m激发点布置大于30次覆盖的资料面积为7.3 km2，60 m×60 m激发点布置大于30次覆盖的资料面积为6.5 km2，70m×70 m激发点布置大于30次覆盖的资料面积为6.0 km2。经过分析，最终选择满足覆盖次数要求而且成像范围最大的50 m×50 m的激发点布置。

2.3 观测系统

基于上述论证设计了本区3D VSP的观测系统(图5、表1)。图5中激发面积为36 km2，资料范围为8.83 km2，覆盖次数大于30次的资料范围为7.3 km2。该观测系统的优点在于最大井源距等观测参数满足目标区大倾角地层的成像范围要求；大阵列接收方式无需提升，检波器位置固定不变，避免了一致性问题，而且大大减少了施工周期和成本；观测系统方位与三维地震资料方位一致，便于两者的结合使用。

图4 不同激发点布置及对应的资料范围Fig.4 Different arrange of shotpoint and data rangea.50m×50m激发点布置示意图；b.60m×60m激发点布置示意图；c.70m×70m激发点布置示意图； d.50m×50m资料范围；e.60m×60m资料范围；f.70m×70m资料范围

图5 3D VSP观测系统及成像范围示意图(沙二段底界) Fig.5 Diagram of 3D VSP observation system and imaging range(Es2 bottom)

项 目参 数观测井段/m420～2000检波器级数80观测点数80检波器间距/m20炮线方向/(°)131.9炮点距/m50炮线距/m50最大井源距/m主测线方向:2100联络线方向:4000采样率/ms2记录长度/s6检波器提数/次1炮数16000

2.4 接收参数

本次技术攻关主要目的是提高地震资料分辨率、获取地层弹性参数检测流体和裂缝以及提取地震处理参数辅助三维地面地震资料处理，因此采用了Maxiwave三分量井下检波器，既有利于接收高频信息，还可以同时记录不同方向的波场振动。地面主机仪器型号为Wavelab，记录长度为6 s，采样间隔2 ms，记录格式为SEGY。

2.5 激发参数

激发点密度和分布均匀性直接影响成果数据的噪声压制效果以及纵、横向分辨率，而可控震源具有易于实施、受地形影响小的优点，而且激发的地震子波频率、振幅可控，施工效率高、成本低[16-19]，所以本次3D VSP技术攻关采用了可控震源进行激发。基于4000 m炮点处(联络线方向最大井源距)可控震源不同因素对比试验(图6)，通过对采集单炮能量及频率进行分析，当可控震源激发参数为扫描频率6～96 Hz、驱动幅度75%、扫描长度16 s、组合方式为2台×1次时，激发的能量最强，频带宽度最大。村庄、堤坝等受限地表为1台×2次。每次激发后，需要对相位、畸变、出力等指标进行质控，以最大程度保证激发质量。

a.出力试验 b.扫描长度试验 c.震源组合试验图6 可控震源激发参数试验Fig.6 Shot parameters of vibrator

2.6 噪音控制

严格控制噪音，确保低噪音接收是提高原始资料信噪比的关键。试验表明，对3D VSP原始资料信噪比影响最大的是观测井井周设备的作业噪音，主要包括采油机工作噪音和钻井噪音等。为此，分别对井场周围设备正常作业、停止井场周围0.5 km内所有作业、停止井场周围1 km内所有作业3种情况进行了试验，试验结果如图7所示。由图7可以看出，当井场周围设备正常作业时，采集的3D VSP资料噪音极为发育，上行波场淹没在噪音之中，基本无法分辨(图7a)；当停止井场周围0.5 km内作业时，噪音明显减少，上行波场逐渐清晰(图7b)；当关停井场周围1 km内作业时，资料噪音最少，上行波场信息显示最清晰(图7c)。因此，采集时为保证原始资料的信噪比，须关停井场周围1 km内所有作业。

3 效果分析

从不同井源距原始单炮记录上可以看出(图8)：原始资料背景干净，初至起跳明显，上行波信息丰富，资料整体品质较高。由初步处理的3D VSP剖面与三维地震资料对比可以看出(图9)：3D VSP资料和三维地面地震资料两者构造形态基本一致，但是3D VSP资料反射层次清晰，层间信息丰富，断面反射清晰，视分辨率提高明显，整体资料品质改善较大。在频谱方面，3D VSP资料相较于地面三维地震资料主频和带宽均有较大幅度的拓宽。地面三维地震资料目的层处主频为18 Hz，而3D VSP资料主频可达40 Hz，拓宽了22 Hz(图10)。

a.井场设备正常作业 b.0.5 km内作业关停 c.1 km内作业关停图7 井场不同工况采集资料品质对比Fig.7 Comparison of data quality of different implement situations

图8 不同井源距原始单炮记录Fig.8 Original single shot of different offsets

a.地震剖面 b.3D VSP镶嵌剖面图9 三维地震资料与3D VSP资料对比Fig.9 Comparison between 3D seismic data and 3D VSP data

图10 3D VSP资料与三维地面地震资料频谱对比Fig.10 Frequency spectrum comparison between 3D VSP and 3D surface seismic data

4 结论

(1)3D VSP技术在牛居地区显示出了优越性，目的层频带宽度高达6～80 Hz，主频高达35 Hz，较地面地震提高了近一倍，为研究区精细地质研究提供了高品质的地震资料。

(2)观测井的选取是3D VSP资料采集的关键，必须满足“直井、居中、大井深、井况好、地表好”等五大原则。

(3)结合地质模型，零偏、非零偏VSP对观测井段、最大井源距、炮点距和炮线距等四大参数进行论证，是优化观测系统设计的核心。

(4)可控震源有利于提高激发点密度和均匀性，而且激发的地震子波频率、振幅可控，更适用于3D VSP采集。

(5)资料采集时，需停止观测井周围1 km内设备作业，尤其是钻井及采油设备，是控制噪音提高信噪比的关键。

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Analysisof3DVSPAcquisitionTechnologyofN28-7WellinLiaoheOilfield

Dong Wenbo

(ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,PetroChinaLiaoheOilfield,Panjin,Liaoning124010,China)

The resolution of seismic data in Liaohe oilfield is too low to solve the complicate geological problems such as the interpretation of small fault and micro structure and the second development of oilfield. To solve this problem, 3D VSP technical breakthrough was carried out in N28-7 well of Liaohe oilfield. The main results achieved in this paper are as follows: ①The 3D VSP data is of high quality, the frequency bandwidth up to 6～80Hz, it has been broaden nearly 35Hz, the main frequency of seismic data is 40Hz, improved 22Hz; ②The reasonable selection of observation well is very important, it needs to meet the requirement as “straight wells, center, deep well, well borehole condition and good surface”; ③It is important to demonstrate the receive and shot parameter by geologic model and VSP test, this is the key to the design of the observation system; ④Noise control is the key step during 3D VSP acquisition, the signal to noise ratio will be greatly improved when the equipment stop operation that one kilometer around the observation well.

Liaohe oilfield；3D VSP；High-resolution seismic exploration；vibrator；observation system

TD166

A

董文波(1986—)，男，硕士，工程师，主要从事地震资料采集、综合解释工作。邮箱：dongwenbo.163@163.com.