致密砂岩气藏地震处理技术与应用

(中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃 兰州 730020)

王宝江

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西 西安 710075)

边冬辉，周齐刚

(中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃 兰州 730020)

鄂尔多斯盆地黄土塬区是我国重要的致密砂岩气藏分布区，在广泛分布的致密砂岩及泥岩中寻找相对高孔、高渗储层是油气勘探开发的重点和难点，也是长庆油田稳产0.5×108t的关键所在。鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏为岩性气藏，迄今为止，利用波形分类、分频、地震反演、吸收衰减等地震勘探技术发现了众多含气有利区，取得了可喜的成果。但是，在致密砂岩气藏勘探方面，要求在致密砂岩和泥岩背景中识别细微有效的砂岩反射，给地震勘探带来了巨大挑战。解决上述问题的唯一办法是必须回归到地震常规处理环节，针对地震资料的特点，开发特色的地震处理技术和处理流程，获得高质量的地震成果数据，为后续储层预测和岩性反演提供数据基础。

1 致密砂岩气藏地震资料特点

鄂尔多斯盆地上古生界石盒子组和山西组为天然气勘探的主要目的层，属于典型的致密砂岩气藏[1,2]。由于复杂的地表条件(沟壑纵横的黄土塬和沙漠)，导致地震资料品质差，表现为静校正问题严重、主频低、频带窄、各种噪声发育；同时有效砂岩储层薄(小于10m)、岩性致密、非均质性强，地球物理特征(如波阻抗)与围岩差异较小，致使地震反射微弱，加之山西组底部煤层强地震反射的屏蔽作用，进一步掩盖了有效砂岩的反射信号。

图1为鄂尔多斯盆地东北部一条测线的常规叠加处理成果剖面，目的层在1550～1600ms；右上角为目的层频谱图；在1600ms处强振幅连续反射为山西组底部煤层的反射，有效砂岩(小于10m)反射在1580ms附近(图中箭头所示)。

利用该资料来识别有效砂岩极其困难，必须采用相应的处理技术和流程，从叠前开始，在保持振幅的情况下，压制噪声、提高分辨率，突出有效信号。

2 致密砂岩气藏地震资料处理流程

致密砂岩气藏地震处理流程与常规地震处理流程大致相同，但在某些方面需要特殊的处理方法及流程。按照致密砂岩精细研究的需求，处理流程分为叠加成果的处理和AVO(振幅随偏移距的变化)道集处理2个方面，处理的侧重点不同(见图2)。静校正和剩余静校正对于致密砂岩气藏地震处理至关重要，是处理的基础，差的静校正不仅引入错误的构造信息，也会导致目标砂岩反射无法聚焦成像。多域去噪在各种域中压制规则干扰，从而将有效信号从噪声背景中突显出来，使得后续对致密砂岩的精细描述成为可能。井控反褶积利用研究区井点处的测井合成记录来控制参数的选取，得到更加合理的反褶积效果，提高对致密砂岩反射的分辨能力。高次项动校正尽可能地保留了远道的地震信息，不仅保证了同相叠加，也为致密砂岩的AVO分析和叠前反演提供了高质量的道集资料。

注：S1代表山西组一段底；S2代表山西组二段底；C2b代表本溪组底；Tc3代表山西组底部煤层的地震反射。图1 致密砂岩气藏区典型叠加剖面

图2 致密砂岩气藏地震处理流程

3 致密砂岩气藏地震资料处理技术

致密砂岩气藏地震资料处理要求在保持振幅的前提下，尽可能地对各种噪声进行压制，拓宽地震资料的频带，提高地震资料的主频，突出有效储层的微弱信号；同时还要针对CDP道集进行专门的处理，提供高质量的AVO道集资料，满足叠前储层预测的需求。其特殊的处理方法主要包括静校正、井控反褶积、高次项动校正等。

3.1 静校正

由于鄂尔多斯盆地致密砂岩气藏区地表条件极其复杂，既有沟壑纵横的黄土塬，也有沙漠，还有半沙漠半戈壁，导致原始地震记录存在不同程度的静校正问题，静校正效果的好坏直接影响着后续地震资料处理成果的优劣。

图3 初至波旅行时层析成像基本原理示意图

理论上讲，若近地表速度模型真实，静校正问题就能彻底解决。因此，解决复杂探区静校正问题的核心是建立高精度的、符合实际地质情况的近地表速度模型[3]。主要策略是利用正确的初至模型反演近地表速度模型，提高近地表速度模型的精度，通过层析静校正解决长波长静校正问题。初至波旅行时层析成像是利用速度分布和初至波走时之间的线积分关系，根据走时残差或差分走时来反演近地表的速度结构。其基本原理如图3所示，主要由初始模型建立、正演、反演和结果评价4个部分组成。

正演的目的在于找到模型与数据之间的关系，对于初至波层析成像来说，正演的目的在于计算出从震源到接收点的地震波传播路径及走时，即射线追踪。反演的目的在于根据模型与数据之间的关系，利用观测数据反推模型，即根据实际记录走时与初始模型中的计算走时之差得到新的速度模型，使新模型里的射线走时与实际观测走时残差减小并达到给定精度。结果评价主要包括对反演的收敛性分析、走时数据拟合情况分析以及将成像结果应用于实际地震资料处理(如静校正等)中，检验结果的正确性[3～7]。

在层析反演中，M条射线和N个未知数建立的层析方程组可表示为：

AΔS=ΔT

(1)

式中：A、ΔS、ΔT分别为Jacob矩阵、慢度修正量和旅行时残差。

图4是鄂尔多斯盆地黄土塬区L测线静校正前后单炮对比，原始单炮记录的初至扭曲严重，导致有效信号无法识别；经过层析反演静校正后的单炮，初至变得平直，2000～2300ms时间处出现了规则的双曲线有效信号。

图4 研究区L测线层析反演静校正前、后单炮效果对比

3.2 井控反褶积

反褶积是用于压缩地震子波，拓宽地震信号频带，提高地震资料信噪比的必不可少的技术。反褶积方法的选取和参数的选择通常依赖处理员的经验，通过选取不同方法和调试几个参数获得处理的剖面，从而进行对比，最终确定反褶积方法和参数，受人为因素影响较大。在致密气藏地区，单纯依靠地震数据确定反褶积及参数的方法难以对细微有效的信号进行识别，必须利用井控反褶积技术，即在地震资料处理的过程中，最大程度地利用已有的测井资料、VSP(垂直地震剖面)资料，将井点数据和地面地震数据进行一体化联合分析、处理，从而优选出最佳反褶积参数，获得高保真、高分辨率、高信噪比的“三高”地震数据。

图5 井控反褶积处理流程示意图

井控反褶积处理流程如图5所示，首先对经过静校正和多域去噪后的单炮数据进行各种反褶积方法及步长参数的测试，然后按照致密砂岩处理流程获得多个叠加剖面，并与合成记录或者VSP走廊叠加剖面进行相关分析，最终确定最佳的反褶积方法和步长参数[8～10]。

3.3 高次项动校正

常规动校正中，动校正量的计算是利用DIX双曲线公式求取反射子波各点相对于自激自收道反射的延迟时间，但DIX双曲线公式对大炮检距地震资料进行常规动校正处理时不能校平同相轴，原因在于DIX双曲线公式忽略了高次项时距关系函数的泰勒展开式。因此，为解决大偏移距地震资料动校正时由于速度各向异性而引起的校正量不足的问题，必须考虑高次项动校正技术[11,12]。DIX双曲线公式为：

(2)

经高阶泰勒级数展开后为：

(3)

式中：t为地震波旅行时，ms；t0为地震波沿垂直界面的传播时间，ms；x为炮检距，m；v为地震波在介质中的传播速度，m/s；c1、c2、c3、c4为泰勒级数展开的系数，1；下标k代表第k层；Δtk为第k层的地震波旅行时，ms；vk为第k层的速度，m/s。

图6为利用常规动校正和高次项动校正后的道集对比，可以看出，由于存在速度各项异性，用常规动校正方法在浅层存在明显的远偏移距动校不足，同相轴向上弯曲(图中箭头所示)，常规动校正只是切除远偏移距的信息，不仅会降低叠加剖面的质量，也会对叠前AVO分析和反演效果产生不利影响；而经过高次项动校正处理后的道集资料，消除了浅层和深层远偏移距动校的不足，道集质量显著提高。

4 应用

利用上述处理流程和处理方法，针对鄂尔多斯盆地黄土塬区上古生界二叠系致密砂岩气藏进行精细处理，获得了高质量的成果资料。图7为不同流程和方法处理的效果对比，可以看出，原处理剖面存在较明显的长波长静校正问题，信噪比较低，连续性较差，右半部存在虚假的构造；而致密砂岩气藏处理流程和方法获得的剖面消除了静校正引起的虚假构造，信噪比高，连续性好，反射内幕清晰，视频率由原来的30Hz提高到45Hz左右，石盒子组8段致密砂岩弱反射波形清晰(图中椭圆框所示)，呈现出明显的河道砂体下凹形态。后续钻探表明，在CDP1315位置(图中箭头所示)处，实钻石盒子组8段砂岩厚度15m，获天然气无阻流量5×104m3。

图7 不同处理流程和方法处理得到的剖面对比

5 结语

同常规地震勘探区域相比，致密砂岩气藏区地震资料处理要求更高，不仅需要一整套特色的叠加和道集处理流程，还要求更加独特的处理思路和精细的处理方法。根据地表采集条件，做好基础静校正和剩余静校正，在多域最大限度地压制噪声，井控结合优选反褶积方法和参数，做好大偏移距动校正，重视AVO道集处理，才能得到满意的处理效果。