准噶尔高密度地震采集技术应用与效果.doc

准噶尔高密度地震采集技术应用与效果夏建军1 黄永平1 罗文山2 王永明2 郭勇11 北疆经理部 2 研究院处理中心摘要准噶尔盆地开展高密度地震采集技术的研究与推广应用以来，经历了三个阶段，第一个阶段依托红山嘴精细三维证实了高密度地震的技术有效性，第二个阶段通过克拉玛依二次开发三维取得了高密度地震的经济可行性，第三个阶段通过多块高密度三维地震采集的实施达到了推广应用。通过三个阶段的发展，形成了五项技术方法：高密度观测系统的论证分析技术；交替扫描高效采集技术；定量快速评价技术；噪声的一体化压制技术。近年的应用实践，极大改善了地震资料品质，提高了地震勘探精度，增强了对地质目标精细描述的能力，为油气勘探与开发提供了依据。关键词：地震采集 高密度 观测系统 噪声压制 质量评价1 引言地震数据的价值能够提高是显而易见的事实，提高地震数据的价值就是增加地震数据的信息量1 。高密度地震采集是提高地震数据信息量的物探技术之一，采用该技术获得的地震资料较好地解决了压制噪声、提高分辨率和保真度等难题，对勘探与开发中的储层预测和油藏描述极为有利。表面看来高密度地震采集就是增加了炮检点布设密度，但事实上这中间有许多问题需要解决。在烃类油藏的经济生命周期中，与地震数据采集有关的花费是工程中最早的，也是很显著的，通常都有降低地震数据采集费用的压力1，因此，提高空间采样密度后能否提高经济可行性成为高密度地震技术的关键问题。针对经济可行性问题，国际上推出了交替扫描 、高保真、滑动扫描 、远程滑动 、单台远程滑动等一系列高效采集技术2-5，极大地提高了高密度地震的经济可行性。但是，高效采集以牺牲信噪比为代价，给原始资料带来了更多的噪声，因此，数字组合、数据分离、谐波压制 6-10等处理技术在高密度地震资料处理中迅速发展起来。在准噶尔盆地，油气富集潜力区的勘探新突破需求和油田开发区的寻找剩余油需求极大推动了高密度地震采集术的推广和应用。一项新技术在生产应用中能否达到预期的效果，技术的先进性是一个重要因素，如何进行应用把技术的先进性淋漓尽致地发挥出也是一个非常重要的因素，因此有了创新技术后，在生产应用环节也需要有相应的改变。在准噶尔盆地应用高密度地震采集的地区，以往已经进行过一些地震勘探，要通过新技术取得突破，应用中必然也面临对常规做法的改进问题。首先，与以往的采集方案相比，新的采集方案如何设计？是否还需要组合？覆盖密度提高到多少合适？其次，许多地区工业设备设施密集，地表地形复杂，在高效采集作业中应该采取哪些必要的措施最大限度地提高采集效率？第三，高密度地震采集的数据量巨大，如何改变以往人工评价地震数据质量效率低的现状？第四，密集的工业设备设施产生非常强的外界干扰，以往通过警戒减小干扰的做法在高效采集中势必影响采集效率，如何既能保证效率又能压制强外界干扰？第五，高密度空间采样得到的地震资料仍旧是离散波场，存在采样不足的线性噪声，此外，为了保证资料质量和采集效率，大量的炮点和检波点偏离了规则的位置，如何尽可能多地压制非规则采样线性噪声？针对这五个方面的问题，在准噶尔盆地推广应用高密度地震采集技术中做了初步的探讨，本文就近年形成的成果做一些总结。2 高密度地震采集的技术方法通过准噶尔盆地第一块高密度地震现场试验发现探明储量2400万吨，从而证实了高密度地震技术的技术可行性。首次现场试验后，针对高密度地震采集的经济可行性问题，开展了可控震源交替扫描高效采集的应用研究试验，初步掌握了提高采集效率、噪声压制和质量评价的一些基本方法。随后，应用两次试验取得的一些技术方法，在准噶尔盆地和塔里木盆地又完成了七块高密度高效地震采集工程，技术方法进一步完善。通过三个阶段的应用研究，形成五项高密度高效地震采集技术方法。2.1 采集方案的论证分析方法采集方案可通过理和试验资料进行论证分析。在论证分析准噶尔盆地高密度地震采集方案中，形成了一种基于试验资料的互相关函数相似系数论证分析方法。一般情况下，试验资料可以处理出多种采集方案的结果，互相关函数相似系数就是计算多种处理结果品质的定量值，从而有依据地选择有关参数。方法的基本思路是从多种处理结果选定其中一种结果作为标准，该标准是品质最好的或者采集方案最强化的处理结果，然后确定一个分析时窗，将其它各种方案分析时窗中的每一道数据与标准方案分析时窗内对应道的数据做互相关，最后对每种方案互相关的结果做归一化，并计算所有互相关函数零时刻位置区间的相似系数，用相似系数作为采集方案的定量品质因子。若采集方案处理结果品质与标准方案完全一致，则每一道归一化后互相函数在零时刻出现最大值1，相似系数也是最大值1，若采集方案处理结果品质与标准方案不一致，则相似系数小于1。图1是基于准噶尔盆地一条高密度宽线抽取的各种采集方案处理结果的相似系数，横坐标是对数刻度表示的覆盖次数。根据图中采集方案与相似系数的关系，确定一种可接收的相似系数，选择对应采集方案，然后估算所选择方案的采集成本，选择成本最小的作为生产所用的高密度地震采集方案。图1 不同采集方案的相似系数2.2 提高采集效率的措施与方法理想情况下交替扫描的采集效率能够达到每天数千炮，但受各种因素影响很难达到理想状态。从采用交替扫描作业完成的八块采集工程来看，要提高效率，以两个方面的措施与方法必不可少：第一，用自动操作代替手工操作。对比两种方式的采集工程发现，采用DGPS定位和源驱动激发等自动操作比人工至少节省30%的时间；第二，充分做好三项工作，一是采集工程开始前的准备工作，主要有资源的分配、工程实施的顺序、每日最佳的采集时间段选择和影响效率的外界因素预防等工作，这些工作准备越充分，达到最高采集效率所花的时间越少。二是地表障碍物复杂地区的作业预设计工作，包括各组震源每日作业区域的划分、作业顺序和行走路径等，相同的资源配置在有无障碍物的地区采集效率相差30%50%，因此，做好作业预设工作在地表障碍物复杂地区能提高30%的效率。三是采集作的业组织管理工作，做好该项工作能够大幅度减少作业班组之间和作业人员之间衔接脱节浪费的时间。2.3 采集质量的快速定量评价方法采集质量的快速评价通过现场处理系统、应用研究过程中编写的辅助程序和自动评价系统完成，该评价方法分三个步骤。第一步，将每日采集的地震数据输入现场处理系统，利用现场处理系统的属性提出模块和辅助程序提取七种炮集地震数据属性。七种炮集地震数据属性分别为目的层优势频段能量、目的层的最高频率、炮检关系、辅助道、环境噪音、采集中断和磁带数据的完整性，统称为质量属性。第二步，把质量属性输入自动评价系统进行自动评价。在自动评价系统按照不同激发方式、接收方式和地表条件设置不同的评价标准，自动评价程序根据评价标准将非一级品的炮信息以图形或文本方式输出。第三步，质量监控人员根据输出信息，对非一级品的炮做校验，给出当日的生产质量的评价。2.4 强外界噪声的一体化压制技术强外界干扰的频谱颜色呈白色或近似白色，频率成份随时间变化平稳，传播距离短、速度低、波长小、波数大。对其实施一体化压制是指野外采集阶段和室内处理阶段联合压制强外界噪声，野外采集阶段采用小面积组合压制高频，室内处理阶段通过分频压制低频，通过叠加进一步所有频段噪声。图2是一体化压制思路的示意图，图中海蓝色与红色曲线是为强外界噪声的原始特征，黑色曲线为组合接收后噪声特征，天蓝色与暗黄色曲线为100次叠加压制的特征，草绿色为组合接收噪声的100次叠加压制特征。从图中可以看出组合接收随频率增加对强外界噪声压制明显增强，随频率降低明显减弱，叠加对强外界噪声的所有频段都有压制作用，但效果不如组合明显。图2 强外界干扰一体化压制示意图组合除了能够压制强外界干扰外，还有一个很好的优点就是提高接收系统的动态范围，有助于高密度地震采集真实记录高频弱信号。若不采取组合，高频弱信号有可能淹没在强外界噪声中，超出仪器接收系统的动态范围而不能被真实记录下来，即使后续处理中有非常好的压噪和恢复手段，仍旧不能恢复出高频弱信号，因此，通过组合压制强外界噪声和保护高频弱反射信号在外界干扰强的地区是十分必要的。为了防止组合对有效信号的压制，应采用小面积组合接收。小面积组合参数的设计方法见油田区动力干扰波特征及其组合检波压制11。对于组合不能压制的强外界噪声的低频部分，可采用分频压制的方法进行压制，分频压制的方法很多，在准噶尔盆地高密度地震技术应用与研究中采用的是分频自适应检测压制方法12。2.5 非规则采样线性噪声压制技术如果不考虑高密度地震数据中线性噪声空间采样的非规则性和高波数线性噪声的空间采样不足特性，在处理阶段只进行频率波数域的线性噪声压制，高密度地震数据中的线性噪声是很难压制干净，同时受空间假频影响处理结果也不保真，因此需要一套整体的解决方案，该方案应该贯穿于采集和处理的整个过程，不但要包含非规则数据的规则化处理，而且还应该包含增强压制线性噪声效果的辅助措施，比如线性动校正等，当然也包括设计压制残余线性噪声的叠加次数。图3是在准噶尔盆地高密度地震技术应用与研究中形成一套压制方案，该方案除了规则化、三维子集的线性噪声去除和多次叠加压制外，还包含了应该考虑的其它方面主要因素，主要包括静校正、强外界噪声压制和线性动校正。静校正的目的是校正近地表变换引起的时差影响，增加线性噪声的线性特征；压制强外界干扰的目的是防止空间域和波数域变换时把噪声引入到其它空间位置；线性动校正的目的是把地震波的高波数向低波数方向移动，减少高波数的空间假频影响。静校正和强外界噪声压制是常规压制线性噪声之前经常要做的工作，但线性动校正很少做，主要原因是静校正和强外界噪声压制不必再进行逆操作，而线性动校正需要逆操作。图3 非规则采样线性噪声压制流程流程中各种处理方法在处理系统中均有处理方法和模块，而对于压制残余线性噪声所需要的覆盖次数，可以通过基于剩余时差的线性噪声叠加压制次数论证分析方法实现13-14。图4是强外界干扰和线性噪声压制的叠加剖面效果对比，可以看出，分频噪声压制后剖面的信噪比明显提高，同相轴的连续性加强，构造形态更加清楚。线性噪声压制后，有效信号并未受到损伤，叠加剖面资料信噪比和成像质量得到明显提高，为后续高保真、高信噪比、高分辨率处理打下了良好的基础。 噪声压制前 强外界干扰压制效果 强外界干扰与线性噪声效果图4 噪声压制剖面效果对比3 应用效果3.1 采集效果交替扫描高效采集在准噶尔盆地第一块三维地震采集工程应用中，取得平均日效920炮/日和最高日效1550炮/日的采集效率，在最后一块塔里木盆地大宛齐三维地震采集中取得平均日效2053炮/日和最高日效3034炮/日的采集效率。可以看出，从开始应用以来，采集效率较以往提高了35倍以上，并且随着应用水平的不断提升，采集效率逐渐提高。除采集效率外，质量评价也发生改变。表1是准噶尔某工区三维地震采集中对其中2414炮进行的人工与自动评价的对比，人工评价耗时40小时左右，而通过自动评价耗时4小时左右。从表中可以看出，自动评价结果与人工评价大部分吻合，个别不吻合的结果是并且人工评价中有遗漏的二级品，因此，自动评价比人工评价的效率和准确明显提高。表1 某三维工区采集质量的人工评价与自动评价结果对比名称非一级品自动评价结果非一级品人工评价结果自动与人工一致性数量能量193162159延迟时423939采集中断9109炮检关系333最高频率1621201003.2 资料效果从应用高密度高效地震采集技术完成的八块三维地震资料的初步效果来看，在没有资料的地区，取得了资料从无到有的突破，有资料的地区，信噪比和分辨率进一步提高，有效频带拓宽10%20%。图5是以大宛齐三维地震资料为例给出的高密度地震资料效果与以往三维的对比，图中的剖面均为相同位置的叠后偏移剖面。该区从90年代初到2006年，已经开展了三轮三维地震采集，由于以往三维地震采集覆盖密度低，浅层资料缺失，难以对埋深50950m范围的储层进行描述，因此采用高密地三维地震采集技术进行重新采集。从新老剖面的对比可以看出，高密度地震资料果浅层资料信息丰富，信噪比高、断裂清晰，在刻划小断层、断点、断面方面有明显优势。图5 大宛齐三维地震资料新(右)老(左)剖面对比（引自康有元）3.3 油气勘探与开发效果应用高密度高效采集获得较好的地震资料成果，其对油气勘探与开发的作用逐渐显露。下面以最早采集完成得克拉玛依油田二次开发三维地震为例，说明油气勘探与开发效果。克拉玛依油田油气富集，油藏类型多样，开发层系众多，需要通过地震进行区域构造精细研究、寻找产能接替区。该区虽然是开发数十年的老油田，但仍旧有9574万吨剩余可采储量。通过高密度高效采集，在以往资料品质差的断裂下盘斜坡区和过渡的中断阶区，获得了频带宽度为10-80Hz、主频约40Hz的一类资料成果，在以往资料空白的断裂带和上盘山前区，获得了频带宽度为8-75Hz、主频约30Hz的二类资料成果。从目前的资料解释结果来看，资料的断裂带成像清楚，地层反射结构及地震层序特征明显，井震匹配关系变好，断裂特征明显，断面波明显、准确，波组能量关系更自然。通过解释,系统精细刻画了克拉玛依油田断裂体系，对增储建产和井网调整起到应有的作用。在增储建产方面，下盘帽檐区扩边新增石油地质储量1147.65万吨，断块扩边新增含油面积2.29km2, 探明地质储量106.93104t，可采储量29.94104t，岩性扩边新增石油地质储量1677.73万吨，到2010年底新建产能6.27万吨，2011年计划建产能13.85万吨。在指导井网调整方面，根据断裂解释结果对583井区开发井网进行了调整。克拉玛依油田二次开发初步效果表明，高密度地震技术增强了对地质目标精细描述的能力，为老油田油藏精细描述和二次开发部署提供了依据，为提高油气勘探开发成功率提供了技术支持。4 几点认识依托应用研究项目和采集工程的分析得到以下认识：1）基于试验资料的互相关函数相似系数论证分析方法是选择适合地区特点的高密度采集方案的有效方法之一；2）采集效率和自动质量评价是确保高密度地震技术经济可行性和原始资料质量的有效手段；3）采集和处理环节多种措施相结合对强外界噪声和线性干扰具有明显的压制作用；4）发展高密度地震勘探技术是一个系统工程，既要发挥采集、处理和解释一体化的优势，又要解决各个环节面临的技术瓶颈和问题。高密度地震采集技术应用研究形成的五项技术成果对高密度地震技术的推广应用有重要的支撑作用。致谢本文内容均来自于中国石油集团公司和国家重大专项的一部分研究成果，本文的成果有其它项目成员的贡献，他们是唐东磊、苏为民、蔡希玲,于宝利、赵小辉等同志，此外科研项目交流中，钱荣均、王卫华和李培明等专家提出了许多宝贵建议，在此向他们表示衷心感谢。 参考文献1 Steve Roche. 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