朱海龍李智宏趙群

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 2.中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院

利用地震物理模擬技術(shù)研究井間地震觀測(cè)系統(tǒng)

朱海龍1,2李智宏2趙群2

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 2.中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院

朱海龍等.利用地震物理模擬技術(shù)研究井間地震觀測(cè)系統(tǒng).天然氣工業(yè),2010,30(4):46-49.

適當(dāng)?shù)挠^測(cè)系統(tǒng)是保證野外地震記錄采集質(zhì)量的關(guān)鍵。為此,運(yùn)用地震物理模擬技術(shù),設(shè)計(jì)制作井間地震模型來(lái)研究了井間地震觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。通過(guò)對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)類型和參數(shù)選擇的模擬分析,結(jié)果表明:井間距的大小對(duì)所接收的波場(chǎng)有很大的影響,設(shè)計(jì)井間地震觀測(cè)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)當(dāng)力求將射線的入射角控制在臨界角以內(nèi);下傾激發(fā)、上傾接收得到的井間記錄能更好地反映井間介質(zhì)的變化。上述結(jié)論可用于指導(dǎo)實(shí)際的野外采集觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

井間地震 地震勘探 模擬 激發(fā) 觀測(cè) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

提高地震數(shù)據(jù)的信噪比和分辨率是地震勘探技術(shù)發(fā)展的永恒主題,野外采集數(shù)據(jù)高信噪比和高分辨率是物探技術(shù)發(fā)揮作用的基礎(chǔ),而適當(dāng)?shù)囊巴獠杉^測(cè)系統(tǒng)則是保證原始資料信噪比和分辨率的關(guān)鍵。

井間地震技術(shù)由于具有能量傳播距離短、接近探測(cè)目標(biāo)、避開低速帶、數(shù)據(jù)頻率高、信噪比高、分辨率高和保真度高的優(yōu)勢(shì),更具有能實(shí)現(xiàn)透射、反射成像等特點(diǎn)。因此,可以獲得高分辨率儲(chǔ)層構(gòu)造形態(tài),進(jìn)行精細(xì)儲(chǔ)層的構(gòu)造與沉積特征描述,研究其橫向變化、連通性等,從而達(dá)到尋找漏失油氣層的目的[1-2]。

井間地震采集成本巨大,采用適當(dāng)?shù)牟杉^測(cè)系統(tǒng)更是保證其成功實(shí)施的關(guān)鍵。地震物理模擬技術(shù)具有直觀性和可重復(fù)性[3-5],所以筆者以地震物理模擬為手段,研究井間地震的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題,指導(dǎo)實(shí)際地震采集觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 井間地震模型的設(shè)計(jì)與制作

以實(shí)際的儲(chǔ)集體類型為主要依據(jù)設(shè)計(jì)物理地震模型。目標(biāo)油氣田具有多期成盆,多凹共生,多種構(gòu)造帶類型、多樣性油氣藏組合等特點(diǎn),構(gòu)造上主要有潛山披覆帶、陡坡帶、中央背斜帶、坡帶、洼陷帶和凸起帶等。因此,設(shè)計(jì)了巖石透鏡體、不整合遮擋、楔狀體、背斜、及薄互層等多種物理模型。物理模擬的比例因子如下:①空間尺度(幾何長(zhǎng)度)比為1∶1000,實(shí)驗(yàn)室模型的1mm相當(dāng)于實(shí)際野外的1m;②時(shí)間比為1∶1000,實(shí)驗(yàn)室記錄1μs相當(dāng)于實(shí)際野外的地震剖面記錄1ms;③頻率比為1000∶1,實(shí)驗(yàn)室所用發(fā)射震源的主頻為100kHz,相當(dāng)于野外的100Hz。

2 觀測(cè)系統(tǒng)類型和參數(shù)的選擇

井間地震觀測(cè)要求探區(qū)內(nèi)有2口或更多已完鉆的井。每次在1口井的研究井段上,設(shè)置密集的震源點(diǎn),在其預(yù)定位置上安放震源;而在另一口井(或幾口井)的相應(yīng)井段設(shè)置密集接收點(diǎn)并布置檢波器。通過(guò)改變井中震源和檢波器的深度,進(jìn)行激發(fā)和接收,要使地震射線能穿越井間的全部區(qū)域,適合井間地震的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)便顯得尤為重要,它關(guān)系到整個(gè)數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量以及施工效率。根據(jù)研究目的、激發(fā)和接收設(shè)備條件等,可以采用不同的觀測(cè)方式,本文參考文獻(xiàn)[1]列舉了6種觀測(cè)方式,本項(xiàng)研究的目的是確定井間觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則,采用目前應(yīng)用較多的共接收點(diǎn)與共激發(fā)點(diǎn)方式研究了井間距、入射方向、上下傾方向接收等問題,以便指導(dǎo)實(shí)際的野外采集觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.1 井間距的選擇

從應(yīng)用的角度看,井間距越大所研究的井間介質(zhì)橫向范圍越大,因此井距越大越好。從理論上來(lái)講,井間距越大地震波傳播的路徑越長(zhǎng),能量穿過(guò)介質(zhì)被吸收衰減得越多,對(duì)井下震源的要求也越高,實(shí)現(xiàn)起來(lái)越困難。

圖1-a所示為層狀物理模型,其中:v1=1800m/ s;v2=2500m/s;v3=1500m/s;v4=2400m/s;震源點(diǎn)位于激發(fā)井中450m深處,與接收井1的井間距為250m,與接收井2的井間距為400m。圖1-b、c分別為接收井1和接收井2井間觀測(cè)的物理模擬實(shí)驗(yàn)共炮點(diǎn)道集(CSG)記錄。圖中紅圈部位為地層分界面發(fā)生折射現(xiàn)象部位,井間距大時(shí)會(huì)接收到明顯折射波。

對(duì)比分析兩張實(shí)驗(yàn)記錄可發(fā)現(xiàn),圖1-c中紅圈處是波在地層分界面上發(fā)生的折射現(xiàn)象。在進(jìn)行井間資料采集時(shí),應(yīng)根據(jù)研究問題的實(shí)際需要,盡可能地使用小井間距觀測(cè)。因?yàn)榫g距越大,井間波場(chǎng)折射等伴隨效應(yīng)的影響越大,不利于準(zhǔn)確地拾取初至值。

對(duì)于圖2-a所示的層狀模型,其中:v1=1800m/ s,v2=2500m/s,v3=1250m/s。當(dāng)震源點(diǎn)位于激發(fā)井中850m深處,與接收井1的井間距為250m,與接收井2的井間距為400m時(shí),接收井1和接收井2井間觀測(cè)的物理模擬實(shí)驗(yàn)共炮點(diǎn)道集記錄如圖2-b和圖2-c。圖中紅圈部位為震源在低速層中引起的槽波,井間距越大,波場(chǎng)越復(fù)雜。

圖1 層狀物理模型及不同井間距模擬實(shí)驗(yàn)炮點(diǎn)道集記錄圖

圖2 薄層低速物理模型及不同井間距模擬實(shí)驗(yàn)炮點(diǎn)道集記錄圖

對(duì)比可以看出,圖2-c中出現(xiàn)層間多次反射波,使波場(chǎng)復(fù)雜化,形成一種“波列”現(xiàn)象。在低速薄層(相對(duì)其上下層速度)中放置一個(gè)震源,激發(fā)出的彈性縱、橫波就會(huì)向三維方向傳播。當(dāng)波射線以大于臨界角的方向入射到頂?shù)捉缑鏁r(shí),根據(jù)斯內(nèi)爾定律就會(huì)產(chǎn)生“全反射”。“全反射”過(guò)程中,由于縱、橫波的臨界角不同,必然產(chǎn)生干涉。結(jié)果使得一些諧波消失,使另一些諧波增強(qiáng),并在垂直于低速層方向上形成駐波,也稱為槽波。在井間地震勘探中,井間距越大受槽波干擾越強(qiáng)。另外,隨著井間距增大能量衰減增大,分辨率明顯降低,圖中紅圈部位波場(chǎng)有顯著的差異。

不同井間距接收的井間地震物理模擬實(shí)驗(yàn)記錄分析表明,井間距的大小對(duì)所接收的波場(chǎng)有很大的影響。通過(guò)多種速度差的模型以及不同井間距的井間物理模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)井間距小于300m時(shí),記錄上未出現(xiàn)較明顯的折射現(xiàn)象,各種干擾波也相對(duì)簡(jiǎn)單、易辨。模擬結(jié)果說(shuō)明,設(shè)計(jì)井間地震觀測(cè)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)當(dāng)力求將射線的入射角控制在臨界角以內(nèi)。

2.2 激發(fā)井與接收井的選擇

圖3為兩個(gè)楔形模型的射線追蹤圖,比較可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于尖滅傾斜層來(lái)說(shuō),激發(fā)井相對(duì)地層為下傾或接收井相對(duì)地層為上傾時(shí)(圖3-b、圖3-d),其經(jīng)過(guò)尖滅傾斜層射線明顯多于上傾激發(fā)或上傾接收(圖3-a、圖3-c)。顯而易見,利用下傾激發(fā)上傾接收的井間資料進(jìn)行偏移成像或?qū)游龀上?其得到的結(jié)果肯定優(yōu)于上傾激發(fā)下傾接收的結(jié)果。圖4是與圖3-c、3-d對(duì)應(yīng)的物理模型實(shí)驗(yàn)炮集記錄,也表現(xiàn)出同樣的結(jié)果。數(shù)值模擬和物理模擬結(jié)果均表明下傾激發(fā)、上傾接收得到的井間記錄能更好地反映井間介質(zhì)的變化。

圖3 楔形模型射線追蹤圖

圖4 與圖3-c、d相對(duì)應(yīng)的物理模型實(shí)驗(yàn)共炮點(diǎn)道集圖

3 工區(qū)井間地震物理模型實(shí)驗(yàn)分析

圖5是根據(jù)某油田 H地區(qū)2口井的井間地質(zhì)結(jié)構(gòu)并適當(dāng)簡(jiǎn)化后制作的物理模型[6-8]。該模型主要為層狀模型,其中有一小斷層、幾個(gè)薄層,并含有傾斜層。實(shí)驗(yàn)采用中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院的超聲地震物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3.1 觀測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)對(duì)特殊地質(zhì)體井間觀測(cè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合工區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況,井間地震物理模型模擬采集的具體方法為:采用共炮點(diǎn)激發(fā)方式,在模型的一側(cè)放置震源(超聲換能器的發(fā)射探頭),在另一側(cè)放置接收器(超聲換能器接收探頭)。根據(jù)井間地震層析成像處理的要求,保證每個(gè)層內(nèi)至少有一條射線穿過(guò),同時(shí)還要提高工作效率,在井間距為300m的前提下,制定了如下的采集參數(shù):接收道距為4m,每炮175道接收;激發(fā)炮間距4m,在2414～3114m井段進(jìn)行測(cè)量。震源與檢波器彼此間在井中的水平位置。總激發(fā)炮數(shù)為175炮,得到實(shí)驗(yàn)記錄175張,共獲得井間數(shù)據(jù)30625道。

圖5 震源位于不同深度段共炮點(diǎn)道集剖面圖

3.2 地震波能量分析

圖5所示為震源處于低速夾層及其附近所獲得的CSG剖面。通過(guò)比較可明顯看出,當(dāng)震源位于低速夾層時(shí),地震波能量明顯被屏蔽在槽內(nèi)。斷層面也對(duì)地震波產(chǎn)生一定的屏蔽作用?？傮w分布規(guī)律為高速區(qū)射線分布較密,低速區(qū)射線分布較疏,具有高速層“吸引”射線、低速層“排斥”射線的特征,導(dǎo)致射線主要沿著高速層傳播,而在低速層形成射線空白區(qū)。

4 結(jié)束語(yǔ)

井間地震技術(shù)是一種空間連續(xù)且具有特高分辨率的地震勘探方法,但就目前它也是一種采集成本極高的方法。因此,設(shè)計(jì)有效的采集觀測(cè)系統(tǒng),保證采集質(zhì)量是保證發(fā)揮其作用的關(guān)鍵之一。筆者利用地震物理模擬技術(shù),研究了井間地震的采集設(shè)計(jì)問題。

模擬結(jié)果表明,在設(shè)計(jì)井間地震觀測(cè)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)當(dāng)力求將射線的入射角控制在臨界角以內(nèi)。同時(shí),為了更好地反映井間介質(zhì)的變化,應(yīng)該采取下傾激發(fā)、上傾接收的方式。因此,物理模型實(shí)驗(yàn)可以為野外井間觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供直觀的依據(jù)。

[1]曹輝.井間地震技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].勘探地球物理進(jìn)展,2002,25(6):6-10.

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(修改回稿日期 2010-03-03 編輯 韓曉渝)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.010

Zhu H ailong,senior engineer,is studying for a Ph.D degree and has long been engaged in research of geophysical computational techniques and geophysical information.

Add:No.21,Weigang,Nanjing,Jiangsu210014,P.R.China

Tel:+86-25-84287610 E-mail:zhuhl@igp.cn

Crosswell seismic layout design via physical modeling

Zhu Hailong1,2,Li Zhihong2,Zhao Qun2
(1.China University of Geosciences,W uhan,Hubei430074,China;2.Geophysics Research Institute,Sinopec Group,N anjing,J iangsu210014,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE4,pp.46-49,4/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

The optimal seismic layout is the key to guarantee the quality of seismic acquisition.This paper studies the layout design of crosswell seismic via physical modeling.The following understandings are obtained through a simulation analysis of the types and parameters of seismic layout.Seismic wavefield is affected greatly by well spacing.The incidence should be within the critical angle whenever possible in designing seismic layout.To better reflect the variations of media between wells,it is preferred to shoot at the updip side and receive at the downdip side.These understandings can be used to guide field seismic layout design.

crosswell seismic,seismic exploration,simulation,shooting,layout design

book=46,ebook=315

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.010

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(編號(hào):2006CB202402)和中國(guó)石化應(yīng)用基礎(chǔ)研究科技項(xiàng)目(編號(hào):P06035和P05059)。

朱海龍,高級(jí)工程師,博士研究生;長(zhǎng)期從事地球物理計(jì)算技術(shù)研究及地球物理情報(bào)研究工作。地址:(210014)江蘇省南京市衛(wèi)崗21號(hào)。電話:(025)84287610。E-mail:zhuhl@igp.cn