地震勘探方法与技术新进展

,地震勘探方法与技术新进展,第四章多波地震勘探第五章井间层析成像,4.1多波地震勘探概述,第四章多波地震勘探,第四章多波地震勘探第一节多波地震勘探概述长期以来，地震勘探是利用单一的纵波进行勘探。多波勘探是指不仅利用纵波、还利用横波、转换波、进行勘探，以提供有关地质、油气藏更多的信息，解决单一纵波勘探所不能解决的问题。近年来，由于勘探目标区的复杂程度大大增加，油田开发的难度也日益增大，国内外都在研究利用多波勘探。多波勘探是近年来发展较快的新方法之一。由于采用的三分量检波器纪录，不仅记录Z分量，同时纪录X分量和Y分量，且震源也可以沿X、Y、Z三个方向激发，这样在地震纪录上就得到了更丰富的信息，不仅可以研究岩性，还可以研究地下介质的裂缝特性，为石油天然气的精细勘探和开发服务。我国从“六五”计划就开始研究横波，“七五”、“八五”均有单位立项研究多波，是国家自然科学基金重大项目的一个二级课题，并取得可喜的理论方法和实验效果。国家“八六三”计划也将多波勘探立为研究项目。本节介绍多波勘探的基本理论、采集、处理方法及多波资料的应用及展望。,4.2多波地震勘探的理论基础概述,第四章多波地震勘探,第二节多波地震勘探的理论基础概述一、纵波、横波、转换波1纵、横波从地震波动力学中已知，地震波在弹性介质中会产生两种波，一种是在介质中质点振动反方与波的传播方向一致的纵波，其传播速度vp=(2)/1/2（4-1）式中为拉梅常数，为切变模量，vp为纵波速度。,地震勘探中多年来是利用纵波进行勘探，由于纵波的特点，只需用一个垂直分量的检波器记录即可（见图4-1（a）；另一种是介质中质点振动的方向与波传播的方向相互垂直的横波，其传播速度vs=(/)1/2（4-2）式中，vs横波速度。有两种横波，一种是在射线平面以内传播的SH横波，一种是垂直于射线平面的SV横波。这两种横波耦合在一起，所以横波具有极化性（见图4-1（b），产生横波的震源，与纵波震源必须具有剪切力。横波有其独特的优点，将在下面阐述。,4.2多波地震勘探的理论基础概述,第四章多波地震勘探,2转换波当存在一个半无限弹性介质的份界面时，入射一个纵波，会产生四种波，即反射纵波、反射横波、透射纵波、透射横波。见图4-2。这时的反射横波不是由横波震源产生的，而是由于入射纵波转换产生的，所以叫转换波。当然同时还会产生各种多次波，这些波具有不同的传播速度、传播规律、偏振特性，振幅特性，可以综合利用。无需用横波震源，利用纵波震源，采用三分量检波器记录，就可以得到转换反射横波，利用这些方法进行勘探叫转换反射法勘探，它大大地节省了野外施工的成本和减少了施工的难度。因为纵波震源比横波震源简易得多。转换波不同于纵波的特点在于其射线路径是不对称的，其处理应有独特的方法。,第四章多波地震勘探,4.2多波地震勘探的理论基础概述,二、地震各向异性多年来应用的地震勘探理论都是建立在各向同性、均匀、完全弹性介质的假设基础上，各相同性是指假设介质的弹性参数与波的传播方向无关。实际上，介质的弹性参数与波的传播方向有关，包括波传播的速度、振幅、偏振特性等，具有这种性质的介质叫各项异性介质。实际介质中存在着广泛的各项异性性质，油气勘探和开发中也是如此。1各项异性分类波的传播速度与与波的传播方向有关，这叫速度各项异性。在各向异性介质中，例如波沿着地层水平方向传播速度与沿着地层垂直方向传播方向传播速度不同。在地震勘探中，常见的各项异性介质可简化为两种，一种是横向各相同性（简称TI介质），它具有一个垂直对称轴，在垂直于对称轴的平面内，介质是各向同性的，见图4-3（a）,例如周期性的保护层就属于此类。另一种是方位各向异性（简称为EDA介质）它是由平行的垂直裂隙或定向的孔隙所引起的，具有水平的无限次旋转轴的介质。见图4-3（b）,还有其它的复杂的各项异性介质，见图4-3（c）、(d)。,第四章多波地震勘探,利用牛顿定理，广义胡克定律和应变位移方程，可以导出各向异性介质中的波动方程，利用这种波动方程，就可以研究各向异性介质中的弹性波的传播规律，先从正演模型来看各向异性情况下波场的特点。TI介质中弹性波数值模拟，在均匀各向同性介质中，在同一时刻波场波前快照是一个圆，表示波的传播速度各方向相同，见图44（a）而在各向异性介质中，波前是一个椭圆，表示波的传播速度各方向不同，见图44（b），表示SH波，它的波前是一个椭圆。,第四章多波地震勘探,4.2多波地震勘探的理论基础概述,EDA介质中的三维弹性波数值模拟。在EDA介质中考虑裂隙是垂直于地面的情况，数值模拟的具体过程这里省略，只看一下一些显著的波长特征，以便直观地了解在各向异性介质情况下波场的复杂性。理论研究表明：平行于裂隙面和垂直于裂隙面波前特征不同。首先，看平行于裂隙面的情况，取某一时刻的快照，见图45（a），有纵波和横波，它们地波前面都是圆；再看垂直于裂隙面的情况，取某一时刻的快照，见图45（b），纵波和一个横波耦合在一起，称为准纵波、准横波，此时准纵波波前为菱形，而准横波为梅花状，另有一个纯横波波前面是椭圆，见图45（c），若既不平行也不垂直裂隙面，则波场更加复杂。,第四章多波地震勘探,4.2多波地震勘探的理论基础概述,2横波双折射一般情况下，横波穿过EDA介质时会发生横波双折射现象，也即横波分裂，见图46，这时出现两种横波，一种是沿平行于裂隙方向传播的S1，一种是沿垂直于裂隙方向传播的S2波，它们各自有对应的速度，前者传播的速度较快，叫快横波，后者传播的速度较慢，叫慢横波，由于传播的速度不同，在各向异性介质中形成快慢横波时差，振幅衰减等，这些都与在各向异性介质中有关（例如，裂隙方位和密度）。因此可根据快、慢波的时差、波形、振幅衰减等反过来研究裂隙的方位和密度。,第四章多波地震勘探,4.2多波地震勘探的理论基础概述,EDA介质中地面地震记录模拟。同样，有关数值模拟的具体过程省略，只看一些明显的模拟结果，见图47。在各向同性介质中，弹性波数值模拟分量只有直达横波和反射横波，在EDA介质中，弹性波数值模拟分量记录了直达横波、直达纵波，转换波，还有横波。这表明波场有更多的信息。EDA介质中弹性波VSP记录模拟。一个三层模型如图48。,第四章多波地震勘探,4.2多波地震勘探的理论基础概述,第一层是各向同性介质，第二层是各向异性介质，第三层是各向同性介质。模拟过程省略，只看模拟结果。VSP记录是在地面放炮，井中检波器接收，上行波是深部检波器先记录到，只看记录横波的情况。在第三层介质中，只有一个横波（介质为各项同性）。当横波传播到第二层介质时，由于第二层介质是各向异性的，横波产生分裂，分裂成两个横波，快波TS1,慢波TS2。它们以不同度速度向上传播，由于传播速度不同，时差逐渐变大，传到第一层介质时（各向同性），两个横波各自以其速度传播，表示为平行的两个同相轴，图中后部表示有多次波和不断地又产生分裂（图49）。,第四章多波地震勘探,3纵波方位各向异性利用三维纵波资料可以研究裂隙的方位，由于三维采集时具有不同的方位，例如平行裂隙走向或垂直于裂隙走向，其振幅特性随不同方位而不同，在一定的炮检距下，当平行裂隙时，振幅出现极大，而垂直裂隙时，振幅出现极小。这样利用纵波不同方位的振幅特性可判断裂隙的走向。正演模拟时，由于当裂缝中含油、气时，实际为双相介质。现在看双相介质各向同性介质情况，不同方位时纵波（实际为快纵波）反射系数变化情况，模拟过程省略。只看模拟结果（见图410）。含气裂隙顶的快纵波反射系数，在一定的入射角下，当平行裂隙时，反射系数增长较快（实线）。而垂直裂隙时反射系数变化平缓，其它含气裂隙底面及含油、含水均有相同规律，只是程度不同。,第四章多波地震勘探,4.3多波地震资料采集,第三节多波地震资料采集多波地震资料采集比单一纵波采集要复杂的多。震源设备、检波器、观测系统均要有特殊的要求。下面分别简要概述。一、采集设备首先要产生纵波、横波的震源设备。纵波震源设备一般比较容易，横波的震源设备一般要产生剪切力，有专门的产生横波的震源设备，设备笨重、昂贵、野外施工困难。三分量检波器。现在有两种三分量检波器，一种是直角坐标系，有X、Y、Z三个分量，Z轴向下，X、Y在地面上（见图411）。一种是54检波器，三个检波器，每个检波器均与中垂线夹角成54角，见图412。,若用54检波器，可用坐标旋转公式转换成直角坐标记录。地面三分量检波器要求一致性良好。三分量检波器比较昂贵，一般不做组合。,第四章多波地震勘探,4.3多波地震资料采集,二、多波采集方式1、九分量采集真正的多波采集勘探是用三个震源（一个纵波、两个横波）激发，三分量检波器接收，见图413。这样可以得到九分量记录。九分量记录见图414。这九分量中每个分量的记录都是纵波、横波耦合在一起，必须经过波场分离，才能得到真正的纵、横波和各类转换波。,第四章多波地震勘探,4.3多波地震资料采集,2四分量记录在已作过纵波勘探的地区，可以采用四分量记录，即两个横波震源，两个横波检波器，见图415。3三分量记录一个纵波震源，三分量检波器，也叫转换波勘探，这样记录到耦合在一起的纵波、转换波，经过波场分离得到纵波、转换横波，大大节省了采集费用和提高了效率。对于海上勘探，由于在海水中，不产生横波，海上勘探要将检波器放在海底，以记录横波，因此要用海底电缆，比陆地多波勘探有较大难度。,第四章多波地震勘探,4.3多波地震资料采集,三、观测系统观测系统设计的主要参数包括最小炮检距、最大炮检距、道间距、覆盖次数和接收参数等。在资料处理中，缺少小跑检距的资料会降低速度分析对反射层的分辨率，而缺少大炮检距的资料会降低速度分析对速度的分辨率，这都不利于确定精确的纵、横波速度比，这在设计观测系统时要加以考虑。最小炮检距。由于转换波在近炮检距的反射能量较弱，一般为偏移距（最小炮检距）应该加大。但是考虑到要接收纵波反射时，一般仍采用纵波观测系统所设计的偏移距。最大炮检距。最大炮检距的选区一般与目的层的深度、目的层的转换波反射系数与有关。由于转换波在大入射角时会有足够的能量，所以，一般情况下，最大炮检距要比纵波勘探的最大炮检距大。其它炮检距、覆盖次数等参数与常规纵波勘探类似。由于转换波频率较低，接受仪器的频率要比接收纵波时低一些。,第四章多波地震勘探,4.4多波地震勘探资料处理,第四节多波地震勘探资料处理多波地震勘探资料处理流程可分两部分内容，一部分是纯纵波、纯横波的处理；另一部分是转换波的处理。一、多波处理1、多波处理流程如图46为多波处理流程框图。从流程看，主要有波场合成和波场分离，九类炮点记录的常规处理和特殊处理。而九类炮点记录又可分成两大类：一类是同类型波，例如P-P、SV-SV、SH-SH波，这类波由于射线途径对称，可用修改后的常规P纵波的处理流程进行处理。另一类时转换波，例如P-SV、SH-P波等等，这类波由于射线途径不对称，要研制新处理程序。,第四章多波地震勘探,4.4多波地震勘探资料处理,第四节多波地震勘探资料处理多波地震勘探资料处理流程可分两部分内容，一部分是纯纵波、纯横波的处理；另一部分是转换波的处理。一、多波处理1、多波处理流程如图46为多波处理流程框图。,第四章多波地震勘探,4.4多波地震勘探资料处理,从流程看，主要有波场合成和波场分离，九类炮点记录的常规处理和特殊处理。而九类炮点记录又可分成两大类：一类是同类型波，例如P-P、SV-SV、SH-SH波，这类波由于射线途径对称，可用修改后的常规P纵波的处理流程进行处理。另一类时转换波，例如P-SV、SH-P波等等，这类波由于射线途径不对称，要研制新的处理程序。,第四章多波地震勘探,4.4多波地震勘探资料处理,2、波场分离多波地震资料记录了丰富的波场信息，但在应用时必须识别各种波场，所以波场分离就是最重要的处理内容，多波的波长分离方法，不同点在于由是要考虑各相异性的影响。首先研究了TI介质中的波场分离，在TI介质中存在三种波，分别是准纵波、准SV波和准SH波，其中SH波是独立的，而P波时和SV波耦合在一起的，必须将其分开。由于是TI介质，必须用各向异性波动方程表示传播规律，采用相应的波场分离方法。理论模型波场分离结果。只看一个分量的情况，分离前，在各向异性合成记录上有耦合的直达波、反射波。分离后只剩下直达纵波、反射纵波，见图417。,第四章多波地震勘探,实际炮点记录分离结果，是用某地三分量炮点记录，见图418(a),只显示W、U量个分量。在W、U分量上是纵波、横波耦合在一起，分离后，见图418(b)，一个分量上主要是纵波，另一个分量上主要是横波。,第四章多波地震勘探,4.4多波地震勘探资料处理,3、横波静校正横波速度通常为纵波速度的1/2或更小，所以横波的静校正量见图419，且受地形起伏、厚度以及低速带的影响，横波静校正量变化也剧烈，做好横波静校正十分重要。但到目前为止，还没有找到更好的办法。有的方法理论记录作的较好，但实际记录未取得好的结果，有待进一步研究。,第四章多波地震勘探,4.4多波地震勘探资料处理,二、转换波处理流程转换波的处理流程主要包括预处理、共转换点（CCP）道集选排，速度分析，共转换点叠加，叠前偏移，叠后偏移等，由于转换波处理有其独特之处，这里介绍一下。1转换波处理流程其特点是分层迭代进行速度分析，实现真正的CCP叠加。见图420。2预处理转换波的预处理基本上与纵波预处理一致，主要包括道编辑、滤波、能量均衡、振幅恢复和叠前去噪等。所有这些预处理均可按常规处理方法来完成。所不同的是，由于转换波主频较低，通常十几赫芝左右，滤波器的低截频一般取的较低。当信噪比较高时，可作反褶积。,第四章多波地震勘探,4.4多波地震勘探资料处理,3共转换点（CCP）道集选排转换波时距方程如图421，有震源产生的下行波P,遇到界面后转换成转换波P-SV；然后上行波传到地面，可以推导出时距方程，见式（43），即使对于水平界面均匀介质，时距曲线也不是对称的双曲线。t=1/vpxp2（zrzs）21/21/vs（xxp）2zr21/2（43）转换点的确定要把纵波的水平疊加技术应用到转换波中，必须找到真正的共转换点，关键是求方程（43）中的xp，可推导公式求出。,共转换点道集的抽取前人一般用近似公式。致使有時共转换点嚴重分散和位移，石油大學地震資料處理室推導出一種新的疊代方法愁求道集算子，经过几次叠代便可得到高精度的结果。而且运算速度也较快，转换点的分散和位移得到改善，见图422。比较两种方法处理实际资料的结果。,4.4多波地震勘探资料处理,第四章多波地震勘探,4.4多波地震勘探资料处理,第四章多波地震勘探,转换波速度分析由于在转换波的处理中，转换点坐标的计算与纵波、横波速度有关，而速度分析又需要转换点道集，因此转换波速度分析又分为两部分内容，先在共中心点道集上作初步速度分析，后在转换点道集上进行精细速度分析，反复叠代可求得高精度的转换横波叠加速度，为了提高处理的效率，采用人工交互解释，大大提高了处理速度，见图423处理流程，图424显示三次速度分析结果。,4.4多波地震勘探资料处理,第四章多波地震勘探,转换波水平叠加由于转换波路径不对称性，如要利用共转换点叠加，则在抽取道集时，要进行地下面元的划分，面元的划分标准应当是在不影响分辨率的情况下，使得各个面元的覆盖次数尽量一致，使各个面元上的炮检距变化范围一致。常规方法是以半个道检距为面元的宽度和面元中心间距来划分面元。实际上转换点的间距一般大于半个道间距，因此以半个道间距来换分娩元，会使得覆盖次数不为常数，是周期性变化，造成叠加小固效果差。为了克服与以上的缺点，石油大學多波处理流程选用一个道间距作为面元宽度，面元中心之间的距离仍为半个道间距，这样处理出来的转换波叠加剖面信噪比高，资料连续性好。同时在各层时窗内分别叠加成像，见图425。,4.4多波地震勘探资料处理,第四章多波地震勘探,对于倾角较大的地层，可作转换波叠加前部分偏移和转换波叠加后偏移。见图426。,4.4多波地震勘探资料处理,第四章多波地震勘探,三、横波双折射分析一般情况下，横波穿过EDA介质会产生横波双折射，即横波分裂现象。通过横波双折射的分析，可以求出裂隙发育的方位，裂隙密度等。横波双折射产生两种横波，快、慢横波，必须将此两种波分离。一般分离快、慢波有两种方法。一种是利用坐标旋转法，一种是偏振分析法，是利用振幅分析分离快、慢波。坐标旋转法当采集坐标系与裂隙弹性结构有关的自然坐标不一致时，在水平两个分量X、Y上接收到的是快、慢横波耦合在一起的干涉波形。由于快、慢波的振幅是满足一定的三角函数关系，所以可以通过适当的坐标变换，将采集坐标中接收到的水平分量，旋转到自然坐标系中，从而可将快、慢波分离。偏振分析法包括矢端曲线法和复分量分析法两种。矢端曲线法是常用方法，它是分别以两个水平分量上的记录到的同一时刻波的振幅和为纵、横坐标，绘出质点在水平面上振动的轨迹图，质点振动方向为快波的偏移方向。见图427。,4.4多波地震勘探资料处理,第四章多波地震勘探,4.5多波地震资料解释和反演,第四章多波地震勘探,第五节多波地震资料解释和反演多波地震资料包括更丰富非地震信息，利用这些信息不仅可以解释岩性，还可以检测油气藏和裂隙参数。一、纵、横波联合反演直接检测对于含水砂岩，纵波、横波均表示弱反射，对含煤砂岩，纵波、横波均为强反射，但对于含气砂岩，纵波为强反射，横波为弱反射，这样就直接检测了油气藏（见图428）。,4.5多波地震资料解释和反演,第四章多波地震勘探,某油田三分量处理剖面的纵波剖面上0.9s出附近（大约1000m），侧线1477桩号有一个亮点，在横波剖面上没有强反射，经验证这里是一个气田（见图429）。,4.5多波地震资料解释和反演,第四章多波地震勘探,多波AVOAVO是指振幅随着炮检距变化。正常情况下，地震波随炮检距的增大而减小，当出现异常时即地震波振幅随着炮检距的增大而增大时，可能表示地下有含气层。因为在含气层界面上波阻抗变化大，反射系数增大，出现强振幅，利用这种异常找其的技术叫AVO技术，利用纵波找气已经取得较好的成绩，但存在严重的陷阱。多波AVO。因为地震波振幅的变化与许多因素有关，多解性很强，如果不仅用纵波，也用横波、转换波，就会大大减少多解性。多波AVO是将纵波和横波的AVO结合起来综合应用，不但可以去伪存真，还可以得到更多的岩石物理参数，并能提高有些参数的精度，从理论上根据Zoeprritz方程，在一定的条件下可以近似求出反射波P-P,横波SV-SV、SH-SH、P-SV的反射系数方程，根据近似方程可一对单一纵波、或纵、横波联合进行AVO岩性参数拟合，理论模型试验表明，两种波的联合似用不仅可以增加拟和参数项目，而且提高了某些参数的精度。目前多波AVO的研究在理论上已有突破，介质的振幅各向异性是影响AVO的重要因数之一，考虑到各向异性、反射系数公式将增加一项，以TI介质为例，如图430。,4.5多波地震资料解释和反演,第四章多波地震勘探,4.5多波地震资料解释和反演,第四章多波地震勘探,二、裂隙参数反演前面提到地震横波入射到各向异性介质中会产生横波双折射，产生快、慢波。当地下存在含裂隙地层时，表现为各向异性，含裂隙油气储层中的裂隙分布控制油气产量，所以研究裂隙的方位、密度对油气田勘探与开发具有重要意义，利用地震波在汉裂隙介质中传播的特征，可反演裂隙的参数。基本方法对三分量地震波进行快、慢波分离，分离出快、慢波。裂隙参数反演。用偏振分析反演出裂隙的倾角、方位等参数。用速度分析反演出各向异性因子和裂隙密度。实例地面记录。上部为快横波剖面，下部为慢横波剖面，分裂成快横波、慢横波，见图431。,4.5多波地震资料解释和反演,第四章多波地震勘探,地震记录的一段奥斯汀灰岩反射，先看快、慢波到达时，S1波剖面上灰岩反射4.85到达，S2波剖面上灰岩反射4.90s到达，晚到了0.5s，表明地下有裂隙存在。在看快、慢波的振幅变化，在中间一段，S1波剖面上是连续的振幅，而在S2波剖面上则是暗点（没有反射），这表明在此一段S2波剖面上平行于裂隙的方向，而S2波剖面上是垂直于裂隙的方向，这所明这一小段灰岩的裂隙很发育。,4.5多波地震资料解释和反演,第四章多波地震勘探,VSP裂隙反演实例，见图432。,4.5多波地震资料解释和反演,第四章多波地震勘探,纵波地震各向异性见图433。,4.5多波地震资料解释和反演,第四章多波地震勘探,三、关于P、SV、SH、S1、S2的关系在各向同性介质中纵波震源激发时，应只记录到纵波P，转换波SV，它们在同一射线平面内，可能耦合在一起。这时记录不到SH波。横波震源激发时，不仅记录到SVP波，也记录到横波SV、SH，它们有的耦合在一起，这时SV、SH波以相同的速度传播，只是偏振特性不同。在各向异性介质中无论纵波震源激发、还是横波震源激发，除了纵波P外，都可能记录到与SV、SH波有关的各种波，这与各向异性介质性质与侧线的方位有关。,SV、SH、与S1、S2SV、SH波是由测线任意确定的，极化与测线方向有关。S1、S2波是由地下的地质特性确定的，极化方向与裂隙方向有关，见图434。由记录到的SV、SH波经波场分离求出SV、SH波，以便于解释。,第五章井间层析成像,5.2层析原理,第五章井间层析成象第一节井间层析成象概述层析技术，通称CT(Computerizedtomography的缩写)技术。它与空间技术、遗传工程、新粒子发现等同列为70年代国际重大科技进展。层析技术经过了漫长的研究过程。W.Rontgen与1985年发现X射线。不久建立诊断医学中的X射线摄影术，开创了技术与医学相结合的新纪元，为人类健康做出了巨大贡献。但是X射线摄影术有一些缺点：首先，影象重叠。X射线装置是把三维物体显示在二维的胶片或荧光屏上，使得深度方向的信息重叠。其次，分辨率低，图象模糊等等。在这个世纪之初，许多放射学家和医生开始了层析技术研究，取得突破性进展是在60年代至70年代。物理学家A.M.Cormack研究了根据物体外测量的射线数据确定物体的吸收系数和正担电子散射物质在传播中的分布问题以及由已知平面区域上的函数沿所有与该区相交直线上的积分确定此函数。他于1963年和1964年发表了“用线性积分表时函数及其在放射学中的一些应用”。奠定了诊断医学图象重建的理论基础。,第五章井间层析成像,5.2层析原理,英国EMI（电器公式司中心研究试验室的G.Hounsfield自1967年进行了X射线断层图象重建过程中的一系列试验，1970年研制出世界上第一台X射线颅脑CT扫描机。1979年G.N.Hounsfield和A.M.Cormack共同获得1979年度生理、医学诺贝尔奖金。X射线CT在世界范围内得到普遍应用，并且不断改进，现在已从第一代CT机发展到第五代CT机。现在层析技术有X射线层析，核磁共振(NMR)层析，正电子发射断层成象，微波层析、超声波层析、地震层析等等，而且还在继续发展中。层析技术首先在诊断医学中应用，逐步推广到非医学领域，诸如石油地震勘探、油气开发、地球物理学、射电天文学、超声学、微波、雷达、结晶学、电子显微技术等等。在石油开发中，作适当改进后的医学CT扫描仪是做岩心测定、岩石机理和油藏工程研究的新的高精度工具。利用CT扫描仪在提高采收率（EOR）方面开展的研究，主要是岩石学和储层分析。核磁共振成象也被用于石油开发，中国石油天然气中总公司渗流力学研究所安装了一台4.7T得47/40型超导核磁共振成象系统。研究均匀地层与非均匀地层模型的油水渗透现象。研究在水驱替、聚合物驱替、复合化学剂驱替过程中油的动态变化。,第五章井间层析成像,5.2层析原理,地球物理层析主要包括井间地震层析和地震层析。井间地震是一种提高采收率的新技术。当今世界各国原油仅能从地下采出2030，大部分储量埋藏在地下。在稠油开发中，使用了注蒸汽、注热水和火烧油层的热采访法。如何确定油层中的高温区和它的前缘位置，这是一个非常重要的问题。斯坦福大学AmosNur等人的室内实验表明，在常压下岩样温度升高100度，地震波纵波速度降低20左右，用现代数字化技术，测定地震波速度的精度可以达到几个百分点，完全可以通过速度的下降判断蒸汽驱的运移空间位置。1983年G.McMachan提出井间地震波层析，很快得到推广。据权威专家推算，井间地震如果得到推广应用，将会提高13的采收率，对全球范围是一个极为壮观的数字。正是这个诱人的前景鼓励着人们进行试验，改善井下装备，降低施工成本。层析技术出用在井间地震之外，还用在三维叠前深度偏移中的速度建模、地层内横向速度变化等方面。石油大学（北京）在地球物理层析和用CT扫描仪在油藏工程研究方面获得了开创性的成果。,第五章井间层析成像,5.2层析原理,第二节层析原理概括地说，层析技术是在物体外部发射物理信号，穿过物体（经过物体内部的反射）测量物体内部信息的信号，利用计算机按图象重建方法，重现物体内部二维或三维清晰图象。该技术最大的特点是在不损坏物体的条件下，探知物体内部结构的几何形态与物理参数（如密度等）的分布。井间地震层析原理来自诊断医学中的X射线层析。这里简要介绍X射线层析原理，可以帮助人们理解井间层析原理以及有关的问题。假设我们已经有了X射线的发射和接收装置。X射线经过物体后，它的强度减弱，这是由两种过程产生的，一种是射线被物体吸收，另一种是被散射，散射改变X射线的方向，于是原方向上强度降低，在X射线层析中，一般忽略散射因素。假设被测物体是均匀的介质，X射线管发出单色X射线穿过物体，已知初始强度为I0，经过x距离后探测管得到强度为I，是衰减系数，有以下关系I=I0e-x（51）若物体由多层介质组成，设每层是均匀的，各层衰减系数分别为1,2，N，相应的厚度分别为x1,x2,xN,X射线穿过N层后，有类似式（51）的关系I=I0e-jjxj（52）,第五章井间层析成像,5.2层析原理,对于非均匀介质的物体在某一平面上，我们引入坐标系（X,Y）,沿任意一射束路径L的衰减系数记为=(x,y)，则I=I0e-L(x,y)ds或L(x,y)ds=-(I/I0)（53）其中线积分沿射束路径L计算。对于一条射线，有以下关系（参见图51）Q(p,)=L(x,y)ds（54）在式（54）中，若固定方向，即一定，改变p大小，平移X射线发射源A和检测器B，得到一组积分值。然后改变方向，旋转一个角，在改变p值，又得到一组积分值。这样没旋转一次增加10，从001800（参看图5-2）。方程（54）是一个线积分它可视为投影，也可看成是拉东变换。把所有的投影值，借助计算机按照拉东反变换，求得方程（54）等式右边积分号下的函数(x,y)，就可的到物（人）体密度分布的清晰图象，医学上称X射线CT图象。,第五章井间层析成像,5.2层析原理,第五章井间层析成像,5.2层析原理,我们强调指出，在X射线层析中，发射源（或射线源）与检测器做同步线性平移，要旋转1800，一般每一度做许多次发射和检测。图53是X射线装置示意图。根据拉东变换原理，把探测器采集到的数据，进行反投影成像，在计算机上重建图象主要有四种方法，：拉东反投影算法、滤波反投影算法、代数重建算法、矩阵反演算法。,第五章井间层析成像,5.2层析原理,井间地震受到X射线扫描装置的启发，在一口井中激发地震波，在另一口井中接收到地震波（示意见图5-4）地震波在不同岩石中传播的速度不同，在接收井中的到达时间不同。利用到达时间，用医学层析法做反投影成象，可以相当精确地显示出地下岩性变化，在油气开发区还可以判断油气运移情况。医学层析，用X射线做发射源，在精密的装置下接收X射线吸收信号。而地震层析则是用震源激发的地震波，在野外用检波器接收透过波的旅行时。相对来说，井间测量误差比较大。医学层析装置可以做到1800旋转投影，井间地震不可能围绕探测目标（如含油地层）做1800的投影。这是井间地震层析产生的主要原因。,第五章井间层析成像,5.3井间地震资料处理,第三节井间地震资料处理井间地震资料处理分为井间层析和井间反射波叠加成象两大类。井间层析，包括纵波层析和横波层析两种。在井间地震记录上应该十分注意消除管波，这一点同VSP方法的处理要求是相同的。其次，精确的初至（续至）波的拾取方法极为重要。在目的层上覆地层和下覆地层地震波速度差不很大（一般要求12以下）时，可用直射线层析。如果速度差比较大（超过12）则要用曲射线层析（地震波在地层中传播从射线理论的观点，地震射线通过界面发生折射，折射角大小准遵守斯奈尔定律）。层析处理的流程图见图55，包括编辑、预处理、波形识别、纵波（横波）初至（续至）波的拾取和层析成象以及必要的图形加工和显示。,第五章井间层析成像,5.3井间地震资料处理,井间反射波叠加成象是利用反射纵波和反射横波成象，它们各自又有上行反射波和下行反射波，所以，井间波场分离就占有重要地位。通常在波数频率域（或拉东域）做波场分离。利用分离后的上行反射纵波（或横波）分别进行类似于地面反射波的水平叠加法，做了东校正之后进行叠加。处理步骤包括预处理（编辑、切除、道平衡、带通滤波）、波场分离（fk方法、中值滤波方法、拉东变换法）对上行和下行波做垂直动校正，然后分别对上行和下行波做叠加。最后将上行和下行波做叠加拼在一起，输出井间反射波叠加图象。处理流程见图56。,第五章井间层析成像,5.4井间地震资料采集,第四节井间地震资料采集井间地震资料采集包括设计和野外施工两部分。一、井间资料采集设计井间资料采集设计必须要考虑装备情况，使用何种井下震源和检波器。并且要收集录井、测井、地质和地震资料，在设计时做参考。根据震源、检波器和接收仪器，并根据井间层析和井间反射波的原理能够达到的分辨率，进行数值模拟。通过室内数值模拟确定射线孔径，计算震源点距和检波点间距。所做出的设计尽可能减小工作量和施工时间。当前，井间采集是制约井间地震技术发展的瓶颈因素，井间采集需要比较合适的井下震源设备。在80年代中期研制出数十种基于各种物理原理的井中震源。美、英、法和加拿大等国都研制了井中震源，大的石油公司，专业地震设备公司，研究机构，大学和美国国家实验室，先后独自研制或有数家联合研制。现有井中震源种类数量超过了几十年间地面地震所用的陆上和海上震源，这是勘探地球物理史上前所未有的。80年代末期对井中震源研制的投入本身反映出当时对井间地震在石油开采中的期望。进入90年代后逐渐降温。据报道，美国能源部仍支持数各单位研究新原理的震源。井中震源的质量直接与获得的经间记录质量有关，还与施工效率和成本有关。震源能量传播距离达，频率高且能产生有效横波和纵波，是人们希望的震源。我国井中震源的研制起步稍晚。辽河油田在浅层井间地震实验中采用普通小药量脉冲震源。胜利油田在草13/4513/451井间实验用的是陆上地面改装的电火花震源。西安石油仪器厂研制井中重锤震源，石油勘探开发科学院机械所研制井下液压可控震源。,第五章井间层析成像,5.4井间地震资料采集,二、井中震源井中震源分为两大类：脉冲型震源和可控型震源。脉冲震源：脉冲型震源由化学炸药脉冲型震源、井下弧光放电脉冲震源、电火花震源、井下重锤、井下空气枪、钻头震源、新型压电换能器、井下爆炸式水枪震源、井下液压锤震源、井下气锤震源、井下磁致伸缩震源、多盘型井下震源和井下取心枪等。可控震源：可控震源有井下三分量可控震源、井下频率扫描震源和充气式横波震源、井下电磁震源、井下电动液压震源、井下谐振频率扫描横波可控震源、井下压电可控震源、井下压电柱形弯棒式换能器，井下单极、偶极和四级地震波发生器等等。三、井中检波器井中检波器有50道压敏检波器串、三分量检波器，压电陶吃瓷圆柱状压敏检波器、四轨检波器，CGG和斯伦贝谢公司实验了多级（8个检波器）锁定检波器串。,第五章井间层析成像,5.4井间地震资料采集,四、野外采集井间地震资料采集就是在一口井中利用