王修偉(中海油田服務股份有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

垂直地震剖面(VSP)作為一種不可或缺的勘探開發(fā)工具已廣泛應用于油氣田勘探開發(fā)的各領域中。VSP資料相對于地面地震資料來說，其分辨率和信噪比都更高[1]，井下檢波器可以記錄到地層內的下行波場和上行波場等非常豐富的地下信息，通過對上行波和下行波進行波場分離，在下行波中設計反褶積因子，對上行波進行震源信號反褶積，從而消除多次上行波，得到精確的一次反射波地震記錄，可以提供時深關系及速度模型用來精確標定地面地震[1]。利用常規(guī)的測井曲線可推出合成地震剖面。通過垂直地震剖面和合成地震剖面將地面地震資料和測井資料聯(lián)結起來，可以更可靠地標定地震反射層的地質層位[2]。

近年來，隨著VSP技術的飛速發(fā)展，VSP的應用范圍也進一步擴大，對VSP技術要求也越來越高，除了加快采集設備進行升級更新外，還需要提高野外采集技術與現(xiàn)場資料質量控制，不斷提高VSP資料的采集質量，不斷進行方法和技術的研究和創(chuàng)新，完善現(xiàn)有方法和技術的不足，以便有效提高VSP測井的質量和效用，取得更加精確的原始資料，更好的為油氣田勘探開發(fā)生產服務，本文將詳細介紹野外VSP采集作業(yè)中影響資料質量的因素和提高質控的方法。

1 觀測系統(tǒng)設計

總起來說，根據偏移距可將VSP采集觀測方式分為兩種：零偏VSP和非零偏VSP。零偏VSP指震源距離井口較近，一般不超過100 m范圍，檢波器置于井下一系列測點的觀測方式，它包含了各類直井和斜井常規(guī)零偏VSP以及Check Shot VSP；非零偏VSP為震源遠離井口，檢波器置于井下一系列測點的觀測方式。非零偏包含的VSP觀測系統(tǒng)比較多，且方法都比較新，測量方式都比零偏VSP先進，它包含了以垂直入射和Walk-away為代表的2D-VSP和各類3D-VSP觀測系統(tǒng)。

目前常見VSP作業(yè)均為零偏VSP作業(yè)，其具有作業(yè)時間短、投入成本低、作業(yè)難度小、易操作等一系列優(yōu)點，零偏VSP作業(yè)模式如圖1所示，假設地層中存在兩個不同的水平反射層P1和P2，圖1(a)是它的觀測系統(tǒng)模式圖，圖1(b)是它的波阻抗地質模型。

圖1 VSP作業(yè)模型

2 施工方案注意事項

下面以零偏VSP作業(yè)為例，根據中海油服現(xiàn)有Geowaves VSP設備大量現(xiàn)場作業(yè)經驗總結，對野外VSP數據采集與資料質量控制進行探討。

(1)震源位置設計時，如果是傾斜地層，則根據幾何地震學原理，震源應該置于地層的上傾方向，這樣可以掃描到更大的地下觀測范圍。

(2)在VSP作業(yè)中，通常是井下檢波器置于固定采集點后地面多次放炮激發(fā)，然后多炮疊加，以求提高資料的信噪比，炮數越多，信噪比越高，一般在滿足信噪比要求的前提下，還得考慮到作業(yè)時效的問題，經過綜合計算和實踐證明，每個點取得5炮有效記錄疊加為最佳炮數。

(3)采用多級井下檢波器，多測點組合可以有效地壓制削弱井筒波的影響，同時也可以有效地提高整體作業(yè)震源重復性，提高作業(yè)時效，縮短作業(yè)時間。

(4)常規(guī)零偏VSP作業(yè)，其探測范圍受井口和震源偏移距影響較大，設井口到震源的距離為L，地下某探測層位深度為H，井下檢波器所處位置深度為D，則VSP地震波能探測到該層位的最大水平距離范圍為X=[1-H/(2H-D)]·L。所以，當偏移距越大，探測范圍也就越大，同時，大的偏移距還能夠更加有效地壓制井筒波，但是大偏移距會導致求取的速度模型精度變差，根據實踐經驗，通常選用30～60 m的偏移距效果比較好。

(5)如果檢波器和地層耦合不好，或電纜波太強，也會導致資料質量下降。為了使檢波器與井壁耦合良好，可以采取加大開腿電流并多次推靠的方式來解決，同時每1 000 m放松電纜1 m左右用于消除電纜波，注意不宜放松過多，否則極易將井下軟連接級間電纜損壞，然后再進行多次激發(fā)采集，直至取得足夠的有效記錄，應當注意，每個采集點電纜靜止時間不可超過15 min，以避免電纜吸附卡，當超過15 min后應先給儀器收腿然后上下活動電纜。

(6)根據井眼大小選擇合適尺寸的推靠臂，小井眼推薦使用小尺寸推靠臂，可使檢波器更好的與地層耦合，獲取資料質量更佳。推靠到位后可進行再次推靠，進一步確保與地層耦合良好。

3.4.3 均勻度指數。各土地利用方式大型土壤動物群落均勻度指數（J）濕地＞森林＞農田＞退耕林地＞退耕濕地。

(7)檢波器的極間距應該滿足空間采樣定理

式中：vmin為目的層最小層速度；fmin為目的層的最高反射波主頻，考慮到資料質量和作業(yè)時效等各方面因素，經過經驗計算和大量實際作業(yè)證實，采用15 m的極間距最為適宜，最具有普適性。當精細勘探時，可以采用10 m的極間距進行作業(yè)。

(9)在整個VSP采集作業(yè)中，要明確現(xiàn)場禁止除銹敲擊震動等大的聲音和震動干擾作業(yè)，還應禁止電焊、高頻對講等存在高頻信號干擾的作業(yè)，同時注意觀察井場環(huán)境并避開周期性干擾，選擇在環(huán)境噪聲低的時間窗口點炮激發(fā)采集地震數據。

(10)在套管中測VSP時，當套管固井質量不好或未固井，會對VSP資料質量產生很大影響，套管中測VSP的前提體檢應先確保固好井。

(11)當采集點處于擴徑位置，井徑超過檢波器推靠臂極限無法耦合井壁時，可以上提或者下放2 m左右，在該采集點附近位置選擇推靠臂能夠較好耦合井壁的地方采集。

(12)當在斜井和大泥漿比重井眼中進行多級VSP采集作業(yè)時，由于各級檢波器之間使用電纜軟連接，設備較輕，為使儀器順利下放，可在儀器串底部掛接兩個或多個加重桿。

①震源的主頻帶范圍；②震源的能量強度；③震源子波的一致性；④震源的優(yōu)缺點等[3]。目前可用于VSP測井的震源主要有炸藥震源、陸地震源車、電火花震源和氣槍震源這四大類，綜合考慮成本、效用、品質、優(yōu)缺點和其他客觀因素等，空氣槍震源的性價比最高。

(14)中海油服現(xiàn)使用G GUN250型250立方英寸容積的空氣槍，爆炸當量相當于0.5 kg TNT，采用優(yōu)化氣室結構，能有效地減弱氣泡效應，并能夠提供單獨的TB(Time Break)信號。使用槍壓一般在12.41～17.24 MPa，主要根據井深和地下地質情況靈活調節(jié)氣壓，以使得有足夠的能量傳播到地下?？蓡螛屪鳂I(yè)，也可以組成雙槍或三槍槍陣，以提供更大的能量，滿足不同類型VSP采集作業(yè)的需要，同時更加有效壓制氣泡效應。

(15)氣槍的沉放深度一般為5～6 m，太淺會因海面波浪的影響而影響水聽器信號。

(16)同一深度點采集的信號發(fā)生漂移現(xiàn)象，造成非同相位疊加，對資料后期處理影響較大，資料質量得不到保證。這種現(xiàn)象的發(fā)生主要是由于震源不一致所致，主要有兩方面原因可能導致此類問題的發(fā)生：一是氣槍工作壓力不一致，在作業(yè)過程中氣槍點火過于頻繁，導致壓力變化較大，從而產生此類問題；二是氣槍在作業(yè)過程中，由于海況(波浪)或氣候(風力)影響，導致氣槍位置不穩(wěn)、入水深度變化過大，從而產生了上述問題。因此，在作業(yè)中應保證氣槍以較恒定的壓力工作，另一方面要盡量保持氣槍的位置穩(wěn)定，在海上作業(yè)時可以要求在吊放氣槍時使用吊車大勾，這樣可以更好地保證氣槍位置的穩(wěn)定。

(17)氣槍激發(fā)間隔時間不夠，也會造成震源不一致，導致資料疊加后信噪比偏低，要求工程師在現(xiàn)場作業(yè)時，根據實際情況，通過氣槍氣壓表觀察，氣槍激發(fā)一次后，大概需要多少秒，氣槍壓力能夠恢復到設定壓力，則該時間為正確的氣槍激發(fā)最小間隔時間。

(18)除此之外，現(xiàn)場可以手動調節(jié)合適的氣槍點火延遲時間，來獲取完整良好的水聽器波形信號；精確的拾取首波也尤為關鍵，一般沿首波起跳點的切線方向拾取首波。

(19)為確保震源子波保持一致，在VSP作業(yè)中還需要在震源附近設置震源檢波器，即近場子波檢波器[4]，氣槍震源的子波檢波器是水聽器。由此，可利用水聽器信號對每道地震記錄作震源一致性校正處理。因此，VSP采集時，獲取完整準確的水聽器信號非常重要。

(20)水聽器與氣槍的距離，一般不超過氣泡的彈性變形帶邊界1～2 m。如使用其他陸地震源，其近場子波檢波器到震源的距離不應超過震源子波優(yōu)勢波長[5]。震源到子波檢波器距離過小，則子波不穩(wěn)定；震源到子波檢波器距離過大，則子波易受干擾可能會產生畸變。為了獲取完整的水聽器信號，同時有效避免水聽器處于震源爆炸的塑性變形區(qū)內，通常采用2.5 m的水聽器到氣槍的距離，應時刻注意震源與檢波器之間的距離應保持不變。同時，水聽器還應該避免離水面太近，以減弱海浪對它的影響。

(21)如果是陸地挖坑使用氣槍震源作業(yè)，一般要求水坑尺寸：長×寬×高為7 m×7 m×6 m。根據在伊拉克多次VSP陸地作業(yè)經驗來看，震源坑挖的越大越深越好，以防作業(yè)中途氣槍把震源坑炸坍塌。為避免震源坑被炸坍塌，所以盡量選取土質較硬的地方挖坑，避開二次填埋平整等土質疏松區(qū)域。建議震源坑盡量挖大一點，這樣就算在作業(yè)中途坑被炸塌一點點，只要不是太嚴重，還可以繼續(xù)作業(yè)。對于深度，一般挖掘機臂展太短很難挖6 m深，如果挖不到6 m深，至少也要超過5 m。挖完坑后，在坑的周圍壘起1 m高左右的圍墻，以彌補震源坑過淺等不足，也方便后期能夠往坑內充分加水。震源坑的剖面是一個傾角大概80度左右的倒梯形，這樣可以有效防止震源坑坍塌。

(22)采集的信號噪音較大，還可能是地面系統(tǒng)地線接觸不好。對此，要求VSP工房的地線必需連接可靠，使用滑環(huán)接頭將地面與電纜直接連接，減少中間環(huán)節(jié)，另外確保采集機箱和工房接地良好，避免雜波干擾。在現(xiàn)場作業(yè)中，如果出現(xiàn)此類干擾，還要調查周圍的環(huán)境影響因素，排除可能出現(xiàn)的其他干擾源。

(23)VSP采集軟件一般都有自動拾取首波起跳點的功能，但是通常電腦自動拾取會有一部分道集拾取不準，需要在資料后處理時人工進行拾取，盡可能減少誤差，提高數據質量。

3 結語

本文綜合闡述了VSP作業(yè)從觀測系統(tǒng)的設計，到施工方案、地面采集系統(tǒng)，井下儀器、震源系統(tǒng)，近場子波檢波器、施工效率和施工成本等方面與VSP野外數據采集與現(xiàn)場資料質量控制之間的關系。在VSP野外數據采集過程中，對施工方法以及注意事項，提供了一些實際工作中的現(xiàn)場實踐經驗和理論，對VSP現(xiàn)場作業(yè)具有一定的參考意義。