劉 飛 秦 俐 陳沅忠 李自龍 劉麗婷

1.中國石油東方地球物理公司新興物探開發(fā)處西南經理部 2.中油奧博（成都）科技有限公司3. 中國石油東方地球物理公司西南物探分公司

0 引言

垂直地震剖面（VSP）技術是油氣勘探新區(qū)尋找油氣資源和老區(qū)深入解剖微幅構造的一項重要技術。近年來垂直地震剖面（VSP）技術在四川盆地深層與非常規(guī)油氣藏的勘探開發(fā)中發(fā)揮了重要作用[1-4]。井中VSP數(shù)據除了提供精確的速度、層位標定外，由于它同時記錄上、下行波，信息豐富，能獲得井周地震波吸收衰減規(guī)律及巖石物理彈性參數(shù)，對提升地震資料處理解釋成果精度具有重要作用[5-11]。經過30余年的發(fā)展，VSP技術應用范圍越來越廣，效果越來越好。目前常規(guī)VSP采集主要采用井中三分量檢波器陣列進行接收，近年來隨著四川盆地油氣資源勘探開發(fā)向深層與非常規(guī)領域推進，采用常規(guī)檢波器進行VSP資料采集往往受到諸如高溫、裸眼井段、井斜等條件的限制，檢波器陣列往往不能下至目的層深度，導致目的層覆蓋次數(shù)及成像范圍受到較大影響。同時川渝地區(qū)非常規(guī)氣藏的開發(fā)對地震資料的分辨率和預測精度提出了更高要求，常規(guī)檢波器VSP資料在指導水平井軌跡跟蹤、薄互層的識別方面因空間采樣率的限制，仍然不能完全滿足非常規(guī)油氣藏井中地球物理勘探的需求。此外常規(guī)檢波器陣列采集一口VSP資料需要多次提升井中檢波器陣列分段接收，導致VSP資料激發(fā)和接收一致性難以保證，一定程度上影響了采集資料品質和成果精度。

因此，針對上述常規(guī)檢波器VSP資料采集面臨的問題，采用耐高溫DAS光纖鎧裝（200℃以上），在四川盆地開展了可控震源激發(fā)和井中分布式光纖聲波傳感接收的DAS-VSP采集試驗，對推動四川盆地深層與非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)中具有十分重大的意義。

1 工區(qū)基本概況

試驗工區(qū)構造位置處于四川盆地西北角，跨龍門山—米倉山臺緣凹陷南緣及川北古中凹陷低緩構造區(qū)九龍山至中壩構造群。工區(qū)屬山地—丘陵地貌，地形起伏大，地表出露白堊系夾關組至三疊系雷口坡組共9套地層，出露巖性涉及石灰?guī)r、砂泥巖、礫巖、河灘礫石等，整體震源地面激發(fā)條件較差。

試驗井位于雙魚石—中壩構造帶柏勝潛伏構造帶高點，完鉆井深超過7 800 m，鉆探目的是為了解雙魚石構造二疊系、石炭系和泥盆系儲層發(fā)育及其含油氣性。受龍門山逆沖推覆斷裂作用，工區(qū)地腹構造復雜、斷裂發(fā)育，目的層埋深變化大。為了解決復雜構造成像問題，進一步落實井周深層構造及斷層的展布，開展了1次零井源距VSP和1條DAS Walkaway VSP的現(xiàn)場試驗，DAS Walkaway VSP測線總長15.06 km，旨在通過發(fā)揮井中地震傳播路徑短的優(yōu)勢，進行井周精細成像與儲層刻畫，為尋找棲霞組優(yōu)質白云巖儲層提供技術支撐。

2 采集施工情況

零井源距VSP主要采用常規(guī)的Geochain 檢波器，觀測深度95～7 350 m，檢波器級間距20 m，主要目的層段7 160～7 350 m采用10m觀測點距。DAS Walkaway VSP接收深度0～7 300 m，DAS道間距0.2 m，采用1 ms的時間采樣，記錄長度8 s，地面炮間距60 m。 經過現(xiàn)場實際踏勘，為保證覆蓋次數(shù)和激發(fā)點布設的均勻性，對過障礙區(qū)的部分炮井進行就近偏移恢復處理，對設計大量丟炮的3個村鎮(zhèn)采用可控震源進行激發(fā)，可控震源炮次50炮，炮井與可控震源總共合計301炮（圖1）。

圖1 DAS Walkaway VSP激發(fā)點實際分布示意圖

可控震源在平原地區(qū)應用非常廣泛[12]，但在川渝等交通不便山區(qū)VSP作業(yè)中屬于前期試驗階段。本次可控震源VSP采集施工車主要采用BV620LF，額定振動出力276 kN，重錘質量5 250 kg，掃描頻率范圍3～250 Hz。因可控震源所產生的地震信號特性已知，信號頻譜和信號幅度在一定范圍內可控，從地震信號激發(fā)角度而言，具備改善地震資料品質潛力。該DAS Walkaway VSP施工一方面為了試驗DAS-VSP在四川盆地復雜高溫深井中的適用性，同時在部分障礙區(qū)采用可控震源激發(fā)，旨在試驗可控震源替代常規(guī)炸藥震源進行VSP數(shù)據采集的可行性，試驗成功后有利于可控震源在川渝VSP項目中的大面積推廣應用。

3 VSP原始資料特點分析

3.1 檢波器VSP原始資料分析

圖2是獲取的檢波器零井源距VSP的Z分量原始記錄，可以看出，常規(guī)v0震點原始Z分量具有以下特點：下行縱波初至明顯，符合時序變化規(guī)律，有利于初至時間拾取；可見多套上行縱波反射，多種波場混合存在，錯綜復雜；存在檢波器陣列推靠不好帶來的干擾及井筒波干擾；主頻較高，在60 Hz左右，有效帶寬在10～85 Hz之間。

受檢波器級數(shù)影響，檢波器零井源距VSP采集需要多次提升檢波器陣列完成全井段的采集，涉及生產炮共計73炮，將檢波器零井源距VSP原始Z分量記錄放大后觀察，個別單炮之間接收一致性存在差異，初至所在同相軸存在少許錯位。此外采用多次炸藥震源激發(fā)采集的VSP數(shù)據計算Tar值，受地面激發(fā)條件變化的影響，能量和時間對數(shù)擬合局部存在異常值，球面擴散Tar因子曲線存在分段現(xiàn)象，容易影響Tar值計算的準確性。

3.2 DAS-VSP原始資料分析

圖3中左圖為DAS-VSP采集炸藥震源v0點原始單炮記錄，整體上看下行縱波初至明顯，上行縱波能量偏弱，部分道存在鎧裝光纜耦合程度不好產生的局部性 “振鈴噪聲”[13-14]；原始記錄主頻較高，在60 Hz左右，有效帶寬在4～95 Hz之間。圖3中右圖為DAS-VSP采集可控震源零井源距VSP原始單炮記錄，整體面貌與炸藥震源零井源距DASVSP 原始單炮記錄相當，仍然存在因光纖耦合不好產生的 “振鈴噪聲”，由于炸藥激發(fā)能量比可控震源激發(fā)能量相對較強，同源距采集到的信號強度普遍高于可控震源，可控震源采集的數(shù)據的初至不如炸藥震源采集的清晰，且高頻成分信息不如炸藥震源豐富。可控震源本身激發(fā)能量相對較弱，高頻成分信息衰減較快，從目前四川盆地非常規(guī)氣井采用常規(guī)檢波器獲取的VSP原始資料頻譜分析看，同樣存在可控震源VSP資料主頻低于常規(guī)炸藥震源主頻的現(xiàn)象。

不同于檢波器零井源距記錄，DAS 零井源距VSP采用1次激發(fā)全井段接收，接收一致性更好，同時不存在炮與炮之間的能量差異問題，下行直達波的能量隨深度的變化更能準確直觀地反映地震波在地層中衰減情況，Tar因子曲線不存在分段現(xiàn)象（圖4）；同時通過DAS-VSP初至拾取計算的地層逐點層速度精度較高，與測井速度變化趨勢吻合性較好。此外采用可控震源VSP作業(yè)施工周期可大大縮短，有利于減少占井時間，降低作業(yè)成本，而且避免了采用炸藥震源帶來的安全和環(huán)保風險，在四川盆地井中地震勘探領域有較大的推廣應用前景。

圖5為不同井源距下共炮點接收道集原始資料的對比，DAS Walkaway VSP原始資料下行波清楚，上行波可見，主頻較高，部分井段存在耦合干擾，整體信噪比隨井源距增加而降低, DAS Walkaway VSP可控震源與炸藥震源采集資料相比，可控震源的信噪比更易受井源距影響，遠井源距可控震源激發(fā)的資料信噪比明顯偏低。因地面激發(fā)條件差異較大，不同井源距炸藥震源子波一致性存在較大差異。

4 DAS-VSP資料處理重點與難點

DAS-VSP技術近年開始成為井中地震技術重要的發(fā)展方向[13-15]，國外Silixa和OptaSense等多家公司已經開始為油田提供成熟的DAS井中技術服務，近幾年在SEG、EAGE年會上設立了技術專場，應用實例呈倍增趨勢[16-18]，但井中DAS-VSP技術因自身采集方式的原因，采集的原始資料存在較強的特殊耦合噪聲干擾、諧振干擾等[13]，原始資料信噪比相對較低，資料處理難度主要在于光纖特殊噪聲去除，同時DAS Walkaway VSP炮間子波差異較大，子波一致性處理要求高；加之試驗工區(qū)地下構造復雜，DAS Walkaway VSP數(shù)據具有波型多、波場復雜，波場分離困難、成像難度較大等特點。下面重點介紹保幅去噪與資料一致性處理，其余處理則與常規(guī)井中檢波器陣列資料的處理方法基本一致。

4.1 噪音壓制

原始資料分析表明，DAS-VSP數(shù)據中的光纖耦合噪聲有不同的頻率范圍，具有多頻性質，且與有效信號的頻帶重疊，如15.6 Hz、23 Hz、27 Hz、33.5 Hz、47 Hz、54 Hz、67 Hz、73 Hz、86.5 Hz 等，光纖耦合噪聲作為套管內光纖采集特有的噪聲，具有干擾能量大、規(guī)律性強等特點，在通過分析其不同頻段規(guī)律特點后，針對性地提出了噪音檢測與衰減技術，運用基于時頻分析的S變化法，能較好地適應非平穩(wěn)信號頻率不規(guī)律變化的特點，可有效去除該類噪聲，保證了在壓制噪音時低損傷其他有效信號，剔除噪聲后單炮品質明顯提高。圖6中右圖是DAS-VSP資料去除噪聲后的記錄，與同井源距檢波器VSP記錄Z分量對比，兩者的面貌較為一致，初至清晰，光纖耦合“振鈴噪聲”在得到有效壓制后，反射波信息相對增強，資料信噪比提高，為井驅參數(shù)求取和后期資料處理奠定了良好的基礎。

圖6 同井源距檢波器Z分量記錄和去噪后DAS-VSP資料對比圖

4.2 一致性處理

子波一致性處理對初至拾取、道組合、波場分離、成像等后續(xù)處理都起著極大的影響。通過前面采集資料分析可知，該工區(qū)DAS Walkaway VSP采集資料單炮間子波一致性較差，主要表現(xiàn)在炮集數(shù)據的能量和頻率變化、檢波集不同深度數(shù)據的能量和頻率變化兩個方面。該子波一致性處理主要是在炮集、檢波集、炮間進行的，主要包含一致性振幅補償與一致性反褶積，質控手段采用一致性前后記錄對比及自相關。幾何擴散補償后，依據全區(qū)炮記錄的能量分布范圍，統(tǒng)計出能量均衡參量；計算時窗范圍內每一炮的能量平均值并保存；逐炮計算后，分析不同炮的振幅空間變化趨勢；按照炮集道數(shù)將能量調整到固定的能量級別上，從而有效消除炮間的能量差異。頻率一致性處理則采用了統(tǒng)計子波反褶積技術，通過調整選取子波的起始頻率和終了頻率可以改變期望輸出子波的形態(tài)，并適應DAS-VSP數(shù)據有效的頻率特點，經過子波反褶積后，激發(fā)子波的一致性增強，改善了由于激發(fā)原因造成的炮間頻率非正常變化。通過子波一致性處理前后對比，可見子波一致性處理后記錄顯示道間能量明顯趨于一致，通過自相關進行質控發(fā)現(xiàn)子波旁瓣明顯收斂（圖 7）。

圖7 不同井源距DAS Walkaway VSP子波一致性處理前、后對比圖

4.3 波場分離及成像

波場分離是VSP資料成像的前提，是VSP處理中的關鍵一步。DAS Walkaway VSP原始記錄波場信息豐富，需要逐一進行衰減，采用的波場分離方法主要為中值濾波，中值濾波是利用有效信號與干擾信號在時間—空間域的視速度差異，以誤差絕對值之和來確定濾波器的輸出響應。其具體思路是：利用縱波初至將下行縱波拉平，用中值濾波法將拉平的下行縱波視為干擾分離。將剝離下行縱波、轉換波、套管波等干擾后的單程時間記錄進行靜態(tài)時移及波場分離，最終得到上行（反射）縱波記錄。通過上述波場分離后的上行縱波波組特征較清楚，同相軸連續(xù)，可用于后續(xù)的成像。

縱波成像需要預知其速度模型，速度模型與實際地層速度越接近，所得成像結果越可靠。但由于走時拾取誤差和速度反演方法誤差的存在，建立的速度模型不夠準確，則所得CDP道集的同相軸不能展平，各道之間存在一定量的剩余深度差或時差，從而影響成像效果[2]。本次成像通過拾取直達波和反射波走時，聯(lián)合反演縱波初始速度模型，基于射線追蹤軌跡轉換成像，抽出CDP道集后在CDP道集上拾取剩余深度差更新速度模型，依據成像結果反復優(yōu)化VSP成像速度模型，最終進行CDP疊加得到最終的成像剖面。基于射線追蹤的反射縱波成像，避免了VSP波動方程偏移劃弧，不僅提高信噪比，還能保持VSP的高分辨率（圖8）。

圖8 DAS Walkaway VSP波場分離前后、對比圖

圖9是該井DAS Walkaway VSP成像鑲嵌地面地震對比圖，整體上看DAS Walkaway VSP成像波阻特征活躍，強弱關系分明，目的層主要構造形態(tài)刻畫清晰，過井地層傾向與鉆井實際資料基本吻合，在刻畫淺層成像效果上較地面地震更好，且目的層和深層反射特征更加清晰。

圖9 DAS Walkaway VSP成像鑲嵌對比圖

5 結論

1）鎧裝光纜首次成功實現(xiàn)了在四川盆地高溫深井中的DAS Walkaway VSP數(shù)據采集試驗，原始資料初至清晰明顯，并在一定程度上避免采用常規(guī)檢波器分段多次接收產生的單炮一致性問題，獲取的原始資料品質可滿足后續(xù)的處理解釋需要，進一步驗證了DAS-VSP技術在深層油氣勘探中的適應性，具有巨大的應用前景。

2）DAS-VSP技術是未來井中物探主要發(fā)展方向之一，目前使用μDAS?調制解調儀器采集的DAS-VSP原始資料品質較常規(guī)檢波器略差一點，配套處理技術還需進一步完善，建議今后加強套內磁吸附方式采集 DAS-VSP資料的研究[19-20]，改善原始單炮信噪比與品質，并在川渝地區(qū)開展推廣應用，提升施工作業(yè)效率，預期將會取得較好的經濟效益。