地震振幅的多井质控技术及应用

张宪旭,王 涛,王树威

(中煤科工西安研究院(集团)有限公司,西安 710077)

0 引言

近些年,地震勘探目标从大尺度的构造解释,逐步转向了小尺度的岩性识别。这要求地震资料中的振幅信息能真实有效地反映岩石特性,其关键在于地震资料处理过程中,对有效波的振幅信息进行保护与补偿[1]。但是在当前的数据处理过程中,处理效果主要依赖经验,没有一个度量尺度来对数据进行评价,补偿效果难以保障[2](如在振幅恢复前后对比单炮的面貌和振幅衰减曲线,看振幅是否补偿到位,判别标准比较主观和片面[3-4])。

为了克服这样的缺陷,斯伦贝谢公司首先提出了井控地震资料处理技术,利用测井、VSP等井资料,对地震数据做分析与质控,用于弥补数据处理中的认识不足,满足地质分析与油气开发对地震资料高精度岩性解释的需求,随后国外很多机构和学者对该项技术发展出了井控振幅补偿、井控反褶积、井控反Q补偿等技术[5-7]。在国内各大油田也对该项技术进行了研究,并得到了一定的应用效果[8-9]。

但当前井控处理技术主要是利用井信息对井旁道的数据进行质控,井点与井点的数据无法用同一个标准对比,远离井点的数据也无法进行质控[10]。为了克服这样的缺陷,我们基于当前井质控井旁道的方法,利用多井数据建立地质模型,实现对井间数据振幅恢复效果的质控目的。

1 振幅补偿及井控方法

1.1 振幅恢复方法

1.1.1 球面扩散补偿

地震波被激发后波前面是一个以震源为中心的球面,随着传播距离不断扩大,波前面单位面积的能量密度不断减小,这种现象被称为几何扩散[11]。对于该现象的研究最初是1973年Newman.P.根据地质模型进行分析提出了球面扩散补偿公式,后来陆续有众多学者在此基础上做了进一步的发展[12-14]。球面扩散补偿从方法上主要分为两类:时间速度对补偿方式和指数法球面发散补偿[15]。

1)时间速度对补偿方法:

(1)

其中:A为振幅值;v0为速度初值或水层速度;v为均方根速度;t为样点时间。方法优点为,使用了速度为参数,而地震速度是从速度分析而来,因此速度是一个体数据,在空间上可变,理论上更为合理一些,但速度一旦确定后恢复效果将确定无法改变。

2)指数函数补偿方法:

(2)

其中:A为振幅值;t为样点时间;n为定义补偿函数的指数值。方法优点为恢复效果可以通过参数n来控制浅中深及近中远的振幅相对关系,缺点是只能选择一个参数无法应对复杂的地质情况。

1.1.2 区域振幅补偿因子

现实中因为沉积环境的改变地下岩性在横向是存在一定的变化。而处理过程中使用的地表一致性振幅补偿方法是,基于有效波能量与位置无关的前提,因此在区域岩性存在横向变化时候,会出现目的层反射波振幅与岩性出现背离的情况。针对这样的情况提出了区域振幅补偿因子的概念,在一个区域内提取一个补偿因子,对区域岩性差异带来的差异进行补偿的一种方法[16-17]。补偿方法为在数据中选取一层较为稳定的标志层,在该层上下开取一个适合的时窗,利用振幅能量累加的方法求取能量补偿因子,其中能量补偿因子求取公式为式(3)。

(3)

其中:Ek为第k个补偿因子;i为旅行时;j为道序号;A为振幅;t为窗口时间;N为总道数。

1.2 振幅井控方法

井控振幅技术是在地震资料处理过程中,将测井资料、VSP资料与地震资料相结合,利用井数据得到井点振幅之间相对大小关系(波组特征),并以此为标尺对振幅恢复方法中的参数的正确性进行质控与定量评价,达到对处理参数求取和优化的目的[18]。

1.2.1 单井质控

单井振幅约束是井约束振幅质量控制的第一步,目的是利用井信息对井点位置处的地震数据的浅、中、深振幅趋势进行比较,约束井旁道垂向振幅恢复效果。在地震数据处理过程中,主要使用两种补偿地震波传播能量衰减的方法,①球面扩散补偿方法中速度一经确定恢复效果也就确定将无法改变;②指数函数补偿方法是通过公式(2)中的参数n来控制补偿效果。因此选择使用指数函数补偿方法来调整补偿效果。

1)井震标定。使用目标井的纵波速度、密度求取合成地震记录,根据井上的地质分层和地震数据利用合成地震记录做好时深转换和和层位标定。

2)振幅恢复。使用球面扩散补偿方法搭配指数函数补偿方法,或直接使用指数函数补偿方法对数据振幅进行补偿。

3)振幅能量曲线对比。计算合成地震记录道和井旁道的振幅能量曲线,叠合对比两条曲线的吻合程度,质控能量曲线由浅到深的能量趋势是否补偿到。如果井旁道能量趋势与合成地震记录的能量趋势不一致,测试指数函数补偿方法中的参数n,使得井旁道的浅、中、深的振幅能量趋势与合成地震记录的能量趋势相吻合。

1.2.2 联井质控

单井质控主要是依据合成地震记录的浅、中、深振幅能量趋势质控井旁道垂向能量趋势,但是由于井只能控制一点的信息,远离井位置的数据就无法进行质控;另外,如果有多口井的时候,井与井之间的质控结果出现不一致的时候也无法应对。因此需要在联井方式下质控多井点和井间的振幅恢复效果。

1)地质层位划分。单井的标定结果可以将深度域上的地质层位转换到井点位置的地震剖面上,依据井标定结果将远离井的地震数据中的层位进行解释与追踪,为提高后续模型效果,需要适当的在解释的目标层位之间加密解释一些辅助层位。

2)地质模型建立与模拟。根据质控井位置抽取联井质控剖面,利用井的速度和时深关系将地震剖面上追踪的层位转换到深度域。基于井的速度和密度曲线,以及转换过来的层位数据构建数字模型,对模型模拟得到与联井剖面对应的质控模型剖面。

3)波组特征对比。依据模拟得到的质控模型剖面为标尺,对比地震数据的联井剖面和模型剖面的波组特征和能量趋势,质控联井剖面的振幅恢复效果。

4)振幅补偿。在处理过程中,指数补偿方法的参数n通常在全区中使用一个值。而在多井质控时,往往会出现井与井之间测试得到的n参数不一致。如果使用同一个值对全工区数据进行振幅恢复,将无法保障每口井点位置的恢复效果,同时也不符合沉积是横向变化的实际地质情况。因此依据单井质控的振幅补偿参数值,根据炮点位置与质控井的距离,对n参数乘以距离加权系数求取远离井位置处的振幅补偿参数n值,使n值随着井位置进行空变。

使用空变的补偿参数值对多井数据的垂向振幅的恢复具有合理性,但由于参数的不同会导致深部的振幅的横向异常,对于这样的横向异常需要使用区域振幅补偿方法,计算不同的补偿因子使用公式(3)对目标层位进行补偿消除横向的不一致性。

1.2.3 井控流程

井控流程图见图1。

图1 井控流程图

2 应用实例

为了较好地说明多井约束的数据质量控制过程,选用山西中部某煤层气勘探区块的实际数据为例,对提出的多井质量控制方法进行展示。

2.1 工区概况

勘探区位于吕梁山脉中段,地表为黄土地貌,地表高程620 m～1 030 m。地下构造形态为西南倾向的单斜构造,产状平缓,局部发育宽缓的波状起伏。地层由老至新发育有古生界、中生界和新生界,区内主要含煤地层为本溪组、太原组和山西组,可采煤层有11层,煤层埋深范围在1 200 m～1 700 m之间。

2.2 测井曲线校正

井曲线是作为井控处理过程中的标尺对地震数据的处理效果进行评价,因此井数据的正确性是一切质控的前提。由于区内的钻井和测井的施工时间都不一致,测井仪器、施工队伍和施工人员也不一致,因此受到仪器、井径、施工速度等因素的影响,数据会相对于真实数据有一定的差异,因此在井数据使用前,需要对数据做环境、异常值和归一化等校正,消除数据因非地质因素引起的差异。

2.3 目标井优选

由于测井数据质量参差不齐,如果将有问题的测井或不具有代表性的井引入到井控处理过程中,质控将会起反作用。因此能作为质量控制的井需要以下三个条件进行优选:

1)合成地震记录与井旁道有较高的相关系数。

2)井位于勘探区内部,地震数据具有满覆盖次数。

3)井所在位置的地下构造简单且信噪比较好。

根据井位置、井信息表(表1)、满覆盖次数等基本信息,优选J08和J24井为质控目标井(图2)。

表1 井信息表

图2 井位置及覆盖次数图

2.4 单井质控效果

观察J24的能量曲线(图3)可以看出,根据测井数据计算处的合成地震记录的能量趋势是浅部能量弱,目标层(煤层)附近的能量强,这是因为浅部主要为砂泥岩其反射系数小,煤层与围岩的反射系数大。但井旁道的地震数据能量曲线,浅部能量与深部能量差不多,这是因为在数据处理过程中没有一个客观的判别依据,通常是主观的认为浅、中、深能量区域一致就认为补偿到位,因此出现了过补偿的现象。通过曲线质控结果,减小指数函数补偿方法中的参数n调整振幅,新的质控结果见图3,新数据的井旁道的能量曲线与合成地震记录的能量曲线与基本一致,说明振幅补偿效果合理。

图3 J24井单井振幅质控前后对比

2.5 联井质控效果

从J08与J24的联井剖面(图4(a))可以看出,地层总体构造形态为背斜一翼。使用井的速度和密度曲线,以及拾取的层位数据为基础构建数字模型(图4(b)),对模型模拟得到模型剖面(图4(c))。对比实际数据剖面(图4(a))和模型剖面(图4(c))可以看出,模型构造形态和实际数据基本一致,由于地震数据做过单井质控,井旁道垂向能量趋势得到了校正,但数据中井J24附近的煤层反射能量比井J08附近的能量要弱,这与煤系地层岩性横向缓慢变化的实际情况不符。图4(d)为经过以模型联井剖面为标准对指数补偿方法中参数n和区域振幅补偿因子进行质控后得到的地震数据,从图4(d)中可以看出,补偿后的剖面煤层反射波横向不均匀的现象得到了改善。同样在煤层平面振幅对比图(图5)中可以看出,在原始数据中井J24附近的煤层反射能量要比井J08附近的能量要弱(图5(a)),经过多井振幅质控后,煤层反射振幅横向变化与煤系地层实际情况不符的问题得到了改善(图5(b));从井J28附近的单炮(图6(f)和图6(h))可以看出其能振幅补偿合理,但井J24附近的单炮(图6(b)和图6(d))深部振幅补偿不到位,且其单炮振幅要弱于J28附近的单炮,经过单井质控和联井质控后井J24附近的单炮振幅深部振幅得到了改善,并与J28附近的单炮振幅接近。

图4 联井约束下的振幅补偿质控

图5 联井约束下的煤层振幅平面质控图

图6 联井约束下的单炮振幅质控图

3 结论

1)在质控过程中,井是作为质控判别标尺,目标井的选择与校正是正确质控的前提。首先测井数据经过校正之后才能正确体现数据的纵向振幅趋势;再使用相关系数对将测井数据进行筛选,剔除存在错误的井数据;最后选择位置在构造较为简单井数据,保证参数适用较广。

2)合成地震记录可以客观反映地震数据浅、中、深振幅相对关系,以此为标准对地震处理过程中的球面扩散中的指数函数补偿方法的n参数的补偿效果进行约束,保障近井点地震数据垂向振幅变化趋势的正确性。

3)在单井约束基础之上,利用多井数据和层位数据建立联井地震模型,依据模拟的模型剖面为标准,对远离井点的指数函数补偿方法的n参数和区域振幅因子参数补偿效果进行约束,保障井间地震数据横向振幅相对关系的正确性。