董文波.

(中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

遼河油田N28-7井3D VSP技術(shù)攻關(guān)實例分析

董文波.

(中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

為解決遼河油田地震資料分辨率難以滿足小斷層、微幅構(gòu)造識別及二次開發(fā)調(diào)整等精細(xì)地質(zhì)研究需要的問題，2016年在牛居油田N28-7井開展了3D VSP技術(shù)攻關(guān)。研究結(jié)果表明：①3D VSP資料品質(zhì)提高顯著，頻帶寬度為6～80 Hz，較地面地震拓寬了35 Hz，主頻為40 Hz，較地面地震提高了22 Hz；②觀測井的選取至關(guān)重要，需要滿足“直井、居中、大井深、井況好、地表好”五大原則；③結(jié)合地質(zhì)模型和零偏、非零偏VSP試驗進(jìn)行激發(fā)、接收參數(shù)論證，是優(yōu)化觀測系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵；④噪音控制是3D VSP資料采集過程中必須注意的問題，停止觀測井周圍1 km內(nèi)設(shè)備作業(yè)，信噪比提高顯著。

遼河油田；3D VSP；高分辨率地震勘探；可控震源；觀測系統(tǒng)

經(jīng)過近50年的勘探與開發(fā)，遼河油田勘探目標(biāo)已經(jīng)由簡單的構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)向隱蔽油氣藏[1]，由厚層轉(zhuǎn)向薄層。其二次開發(fā)工作急需落實儲量區(qū)內(nèi)的小斷層、微幅構(gòu)造、儲層尖滅點，以落實剩余油分布等問題，而這些研究需要具有高分辨率的地震資料作為研究基礎(chǔ)[2-5]。但是目前研究中所使用的三維地震資料由于采用了地面激發(fā)、地面接收的采集方式，有效波經(jīng)歷雙程衰減而高頻信息損失嚴(yán)重，直接導(dǎo)致了地震資料分辨率低，波形畸變嚴(yán)重，難以用于精細(xì)地質(zhì)研究[6-10]。對此，遼河油田在牛居構(gòu)造帶N28-7井開展了3D VSP技術(shù)攻關(guān)研究。3D VSP技術(shù)是面向油藏的開發(fā)地震技術(shù)，它采用了與地面三維地震采集一樣的激發(fā)點布置，因此有效波單程衰減，導(dǎo)致可以獲得具有“三高”特性的井周全方位三維數(shù)據(jù)體，具有在三維空間內(nèi)識別小斷層、微幅構(gòu)造以及預(yù)測薄層儲層分布的能力[11-15]。本次研究基于地質(zhì)模型和零偏、非零偏VSP試驗精細(xì)設(shè)計觀測系統(tǒng)，采用可控震源進(jìn)行激發(fā)、80級三分量井下檢波器進(jìn)行接收，獲得了豐富的原始資料，并通過初步處理得到了高分辨率的地震資料。本文旨在通過對本次3D VSP技術(shù)攻關(guān)進(jìn)行總結(jié)，探索適合遼河油田的3D VSP工作方法。

1 地質(zhì)背景

采集區(qū)N28-7井區(qū)位于遼河坳陷東部凹陷北部牛居構(gòu)造帶。該區(qū)為一個被三條斷層夾持而形成的斷塊，面積為1.6 km2。鉆井揭露地層自下而上依次為太古界、古近系沙河街組沙三段、沙二段、沙一段、東營組、新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組以及第四系地層。主要含油氣目的層系位于沙河街組沙一段、沙二段和東營組，其中沙一段、沙二段為扇三角洲前緣沉積，主要發(fā)育巖性—構(gòu)造油氣藏；東營組為泛濫平原沉積，主要發(fā)育巖性油氣藏，油藏埋藏深度為2200～3000 m。

經(jīng)過近30年的開發(fā)，N28-7井區(qū)面臨著含水率高、關(guān)井率高、采出程度低的局面，而近期完鉆的N27-314井獲得了初期39.6 t/d的高產(chǎn)油流，證實了本區(qū)具備較大的剩余資源潛力。但是微構(gòu)造、小斷層的廣泛發(fā)育，以及儲層薄且橫向變化快的地質(zhì)特征，導(dǎo)致研究區(qū)井間剩余油分布規(guī)律性復(fù)雜不清，亟須具有高分辨率的地震資料進(jìn)行精細(xì)地質(zhì)研究。綜合考慮研究區(qū)的地質(zhì)需求、地震地質(zhì)條件以及3D VSP的技術(shù)優(yōu)勢，將該區(qū)作為開展3D VSP技術(shù)攻關(guān)的首個區(qū)塊。

2 3D VSP資料采集關(guān)鍵點

3D VSP資料采集前，需針對地質(zhì)任務(wù)進(jìn)行合理的觀測系統(tǒng)設(shè)計和詳細(xì)的野外踏勘工作。關(guān)鍵點包括觀測井選取、地面激發(fā)點布置、井下檢波點布置、最大井源距以及觀測井段的確定等，采集參數(shù)的合理論證是獲取高品質(zhì)原始資料、改善地震成像效果的關(guān)鍵。

2.1 觀測井確定原則

本次研究通過對3D VSP技術(shù)特點的分析，提出了3D VSP觀測井的五大選取原則：①觀測井須位于研究區(qū)中間部位，以便采集的資料可以控制全區(qū)；②為直井或者小斜度井，便于施工以及后期資料處理；③井深較大，鉆遇地層完整；④井況良好，滿足大陣列檢波器的安全下放、推靠以及提升；⑤地表條件好、障礙物少，滿足施工要求。通過分析，確定以N28-7井作為本次3D VSP技術(shù)攻關(guān)的觀測井。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)論證

3D VSP資料采集的關(guān)鍵參數(shù)包括接收井段、最大井源距、炮點距、炮線距等。通過全井段零偏(311.9°)和非零偏(311.9°、221.9°)的試驗以及二維地震地質(zhì)模型、三維平層模型模擬，對上述關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了論證。

2.2.1 觀測井段

本次攻關(guān)觀測井段的設(shè)計不僅考慮目的層埋藏深度，而且兼顧了資料面積和壓制噪音。N28-7井區(qū)儲層埋藏深度為2200～3000 m，第四系地層埋藏深度為300 m。由圖1可以看出，研究區(qū)400 m以上橫波干擾嚴(yán)重。采用80級檢波器，20 m觀測點距，2100m×4000 m井源距，50 m炮點距，50 m炮線距，分別對420～2000 m、720～2300 m、1020～2600 m、1320～2900 m進(jìn)行試驗。由圖2可以看出，當(dāng)觀測井段為420～2000 m時資料成像范圍最大，為8.831 km2，覆蓋次數(shù)滿足大于30次的要求，而且可以避開第四系地層吸收衰減以及淺層的橫波干擾。

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

圖2 不同觀測井段采集資料范圍Fig.2 Data range of different observation interval

2.2.2 最大井源距

研究區(qū)地層傾角在3°～30°之間，根據(jù)N28-7井地球物理參數(shù)建立的二維地震地質(zhì)模型和三維平層模型進(jìn)行模擬，炮點最大入射角不大于40°，基于射線追蹤理論計算得出的最大井源距不小于2100 m。在此基礎(chǔ)上對不同井源距進(jìn)行正演模擬，由正演模擬不同井源距的單炮記錄(圖3)可以看出：井源距為2100 m時(圖3a)，初至清晰、上行波場信息豐富，而且對多次波的壓制效果較好，2500 m最大井源距(圖b)和2900 m最大井源距(圖c)的單炮記錄多次波發(fā)育，淺層初至不清。最終確定最大井源距為2100 m。

2.2.3 炮點距、炮線距

3D VSP成像要求具有均勻的炮點分布，對此，根據(jù)理論模型，通過布設(shè)不同炮密度的觀測系統(tǒng)，對覆蓋次數(shù)和成像范圍進(jìn)行分析。圖4a為50 m×50 m激發(fā)點布置示意圖，圖4d為對應(yīng)的成像面積和覆蓋次數(shù)；圖4b為60 m×60 m激發(fā)點布置示意圖，圖4e為對應(yīng)的成像面積和覆蓋次數(shù)；圖4c為70 m×70 m激發(fā)點布置示意圖，圖4f為對應(yīng)的成像面積和覆蓋次數(shù)。3種激發(fā)點布置情況資料范圍均為8.831 km2，但50 m×50 m激發(fā)點布置大于30次覆蓋的資料面積為7.3 km2，60 m×60 m激發(fā)點布置大于30次覆蓋的資料面積為6.5 km2，70m×70 m激發(fā)點布置大于30次覆蓋的資料面積為6.0 km2。經(jīng)過分析，最終選擇滿足覆蓋次數(shù)要求而且成像范圍最大的50 m×50 m的激發(fā)點布置。

2.3 觀測系統(tǒng)

基于上述論證設(shè)計了本區(qū)3D VSP的觀測系統(tǒng)(圖5、表1)。圖5中激發(fā)面積為36 km2，資料范圍為8.83 km2，覆蓋次數(shù)大于30次的資料范圍為7.3 km2。該觀測系統(tǒng)的優(yōu)點在于最大井源距等觀測參數(shù)滿足目標(biāo)區(qū)大傾角地層的成像范圍要求；大陣列接收方式無需提升，檢波器位置固定不變，避免了一致性問題，而且大大減少了施工周期和成本；觀測系統(tǒng)方位與三維地震資料方位一致，便于兩者的結(jié)合使用。

圖4 不同激發(fā)點布置及對應(yīng)的資料范圍Fig.4 Different arrange of shotpoint and data rangea.50m×50m激發(fā)點布置示意圖；b.60m×60m激發(fā)點布置示意圖；c.70m×70m激發(fā)點布置示意圖； d.50m×50m資料范圍；e.60m×60m資料范圍；f.70m×70m資料范圍

圖5 3D VSP觀測系統(tǒng)及成像范圍示意圖(沙二段底界) Fig.5 Diagram of 3D VSP observation system and imaging range(Es2 bottom)

項 目參 數(shù)觀測井段/m420～2000檢波器級數(shù)80觀測點數(shù)80檢波器間距/m20炮線方向/(°)131.9炮點距/m50炮線距/m50最大井源距/m主測線方向:2100聯(lián)絡(luò)線方向:4000采樣率/ms2記錄長度/s6檢波器提數(shù)/次1炮數(shù)16000

2.4 接收參數(shù)

本次技術(shù)攻關(guān)主要目的是提高地震資料分辨率、獲取地層彈性參數(shù)檢測流體和裂縫以及提取地震處理參數(shù)輔助三維地面地震資料處理，因此采用了Maxiwave三分量井下檢波器，既有利于接收高頻信息，還可以同時記錄不同方向的波場振動。地面主機儀器型號為Wavelab，記錄長度為6 s，采樣間隔2 ms，記錄格式為SEGY。

2.5 激發(fā)參數(shù)

激發(fā)點密度和分布均勻性直接影響成果數(shù)據(jù)的噪聲壓制效果以及縱、橫向分辨率，而可控震源具有易于實施、受地形影響小的優(yōu)點，而且激發(fā)的地震子波頻率、振幅可控，施工效率高、成本低[16-19]，所以本次3D VSP技術(shù)攻關(guān)采用了可控震源進(jìn)行激發(fā)?；?000 m炮點處(聯(lián)絡(luò)線方向最大井源距)可控震源不同因素對比試驗(圖6)，通過對采集單炮能量及頻率進(jìn)行分析，當(dāng)可控震源激發(fā)參數(shù)為掃描頻率6～96 Hz、驅(qū)動幅度75%、掃描長度16 s、組合方式為2臺×1次時，激發(fā)的能量最強，頻帶寬度最大。村莊、堤壩等受限地表為1臺×2次。每次激發(fā)后，需要對相位、畸變、出力等指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)控，以最大程度保證激發(fā)質(zhì)量。

a.出力試驗 b.掃描長度試驗 c.震源組合試驗圖6 可控震源激發(fā)參數(shù)試驗Fig.6 Shot parameters of vibrator

2.6 噪音控制

嚴(yán)格控制噪音，確保低噪音接收是提高原始資料信噪比的關(guān)鍵。試驗表明，對3D VSP原始資料信噪比影響最大的是觀測井井周設(shè)備的作業(yè)噪音，主要包括采油機工作噪音和鉆井噪音等。為此，分別對井場周圍設(shè)備正常作業(yè)、停止井場周圍0.5 km內(nèi)所有作業(yè)、停止井場周圍1 km內(nèi)所有作業(yè)3種情況進(jìn)行了試驗，試驗結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出，當(dāng)井場周圍設(shè)備正常作業(yè)時，采集的3D VSP資料噪音極為發(fā)育，上行波場淹沒在噪音之中，基本無法分辨(圖7a)；當(dāng)停止井場周圍0.5 km內(nèi)作業(yè)時，噪音明顯減少，上行波場逐漸清晰(圖7b)；當(dāng)關(guān)停井場周圍1 km內(nèi)作業(yè)時，資料噪音最少，上行波場信息顯示最清晰(圖7c)。因此，采集時為保證原始資料的信噪比，須關(guān)停井場周圍1 km內(nèi)所有作業(yè)。

3 效果分析

從不同井源距原始單炮記錄上可以看出(圖8)：原始資料背景干凈，初至起跳明顯，上行波信息豐富，資料整體品質(zhì)較高。由初步處理的3D VSP剖面與三維地震資料對比可以看出(圖9)：3D VSP資料和三維地面地震資料兩者構(gòu)造形態(tài)基本一致，但是3D VSP資料反射層次清晰，層間信息豐富，斷面反射清晰，視分辨率提高明顯，整體資料品質(zhì)改善較大。在頻譜方面，3D VSP資料相較于地面三維地震資料主頻和帶寬均有較大幅度的拓寬。地面三維地震資料目的層處主頻為18 Hz，而3D VSP資料主頻可達(dá)40 Hz，拓寬了22 Hz(圖10)。

a.井場設(shè)備正常作業(yè) b.0.5 km內(nèi)作業(yè)關(guān)停 c.1 km內(nèi)作業(yè)關(guān)停圖7 井場不同工況采集資料品質(zhì)對比Fig.7 Comparison of data quality of different implement situations

圖8 不同井源距原始單炮記錄Fig.8 Original single shot of different offsets

a.地震剖面 b.3D VSP鑲嵌剖面圖9 三維地震資料與3D VSP資料對比Fig.9 Comparison between 3D seismic data and 3D VSP data

圖10 3D VSP資料與三維地面地震資料頻譜對比Fig.10 Frequency spectrum comparison between 3D VSP and 3D surface seismic data

4 結(jié)論

(1)3D VSP技術(shù)在牛居地區(qū)顯示出了優(yōu)越性，目的層頻帶寬度高達(dá)6～80 Hz，主頻高達(dá)35 Hz，較地面地震提高了近一倍，為研究區(qū)精細(xì)地質(zhì)研究提供了高品質(zhì)的地震資料。

(2)觀測井的選取是3D VSP資料采集的關(guān)鍵，必須滿足“直井、居中、大井深、井況好、地表好”等五大原則。

(3)結(jié)合地質(zhì)模型，零偏、非零偏VSP對觀測井段、最大井源距、炮點距和炮線距等四大參數(shù)進(jìn)行論證，是優(yōu)化觀測系統(tǒng)設(shè)計的核心。

(4)可控震源有利于提高激發(fā)點密度和均勻性，而且激發(fā)的地震子波頻率、振幅可控，更適用于3D VSP采集。

(5)資料采集時，需停止觀測井周圍1 km內(nèi)設(shè)備作業(yè)，尤其是鉆井及采油設(shè)備，是控制噪音提高信噪比的關(guān)鍵。

[1] 張巨星,蔡國剛.遼河油田巖性地層油氣藏勘探理論與實踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007:1-19.

[2] 李慶忠.走向精確勘探的道路——高分辨率地震勘探系統(tǒng)工程剖析[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994:4-11.

[3] 劉振寬,陳樹民,王建民,等.大慶探區(qū)高分辨率三維地震勘探技術(shù)[J].中國石油勘探,2004(4):31-37.

[4] 段文燊,吳朝容.川西巖性氣藏地震勘探關(guān)鍵技術(shù)研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,33(4):1-6.

[5] 張瑋,蔡加銘.塔里木盆地塔中沙漠區(qū)高分辨率地震勘探效果[J].中國石油勘探,2007(3):43-47.

[6] 劉宏合.VSP測井在深層低滲砂巖油藏中的應(yīng)用[J].斷塊油氣田,2008,15(6):127-128.

[7] 王海,臧鋒,謝占安,等.南堡灘海地區(qū)高精度三維地震采集技術(shù)及效果分析[J].中國石油勘探,2010(1):39-43.

[8] 王健.VSP測井技術(shù)在錦州油田勘探開發(fā)中的應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程,2010,24(2):47-49.

[9] 嚴(yán)紅勇,劉洋,于茜.利用VSP提高地面地震資料的分辨率[J].石油天然氣學(xué)報,2010,32(3):65-68.

[10] 郭向宇,凌云,高軍,等.井地聯(lián)合地震勘探技術(shù)研究[J].石油物探,2010,49(5):438-450.

[11] 陳林.三維VSP技術(shù)的應(yīng)用與展望[J].勘探地球物理進(jìn)展,2007,30(3):162-167.

[12] JOHNSTON H D.油藏地球物理方法與應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2012:545-559.

[13] 徐剛,儲仿東,劉國軍.多級大陣列井下檢波器在VSP勘探中的應(yīng)用[J].物探裝備,2010,20(3):151-154.

[14] 王德志,劉天佑,肖都建.三維井地聯(lián)合Walkaway VSP技術(shù)及其在泌陽坳陷中的應(yīng)用[J].地質(zhì)科技情報,2007,26(2):95-99.

[15] 李彥鵬,陳沅忠,徐剛,等.大陣列3D VSP技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用[J].石油地球物理勘探,2011,46(2):311-316.

[16] 丁日新.大陣列3D-VSP和全方位地面三維地震聯(lián)合采集、處理及解釋在火山巖氣藏中的應(yīng)用——以XS21-1井區(qū)為例[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2011,26(6):2143-2152.

[17] 李俊,張坤,周旭,等.塔中沙漠區(qū)可控震源寬線采集試驗[J].非常規(guī)油氣,2015,2(6):17-21.

[18] 陳敬國,劉宏飛,劉璐,等.可控震源在復(fù)雜障礙區(qū)地震勘探中的應(yīng)用及效果[J].非常規(guī)油氣,2016,3(4):25-31.

[19] 賀海洋,蒲曉東,王新全,等.復(fù)雜地區(qū)可控震源高效采集技術(shù)[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,35(3):76-83.

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，碩士，工程師，主要從事地震資料采集、綜合解釋工作。郵箱：dongwenbo.163@163.com.