分頻疊前深度偏移技術(shù)在小尺度縫洞體成像中的應(yīng)用

楊江峰,呂秋玲,丁建強(qiáng),朱博華,張 薇,王世星

(1.中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京211103;2.中石化石油工程地球物理有限公司科技研發(fā)中心,江蘇南京211100)

塔河油田位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克庫勒凸起中南部,油氣地質(zhì)儲量在15×108t以上,主要產(chǎn)油層集中在中—下奧陶統(tǒng),埋深均大于5300m,是典型的縫洞型碳酸鹽巖油藏[1],以大型溶洞、溶洞通道和裂縫帶為儲集空間和流動空間[2]。自20世紀(jì)80年代塔河油田被發(fā)現(xiàn)以來,油氣勘探工作者通過持續(xù)的勘探開發(fā)實(shí)踐,建立了一套塔河油田縫洞型儲集體成像和預(yù)測技術(shù)系列,不斷推動著油氣儲量和產(chǎn)量的增長[3]。

塔河油田中—下奧陶系儲集空間形態(tài)多樣、縫洞體尺度變化劇烈。圍繞縫洞儲集體精細(xì)成像和預(yù)測,前人的地震波場正演模擬研究結(jié)果表明,縫洞儲集體具有典型的“串珠”地震反射特征,縫洞大小與“串珠”振幅強(qiáng)弱具有相關(guān)性[4-6];在地震成像方面,前些年主要采用克?；舴虔B前時間偏移成像,近年來逐步開展了逆時偏移(RTM)成像研究,提高了縫洞體空間位置成像的精度[7-9];在縫洞儲層預(yù)測和識別方面,主要利用地震振幅屬性、振幅變化率屬性、古地貌分析、不連續(xù)性檢測、疊前方位各向異性裂縫檢測、三維可視化、AVO分析等技術(shù)預(yù)測縫洞儲層平面分布及縫洞體內(nèi)幕充填物特征,刻畫古河道及縫洞體的空間展布,取得了明顯的效果[10-12];在提高分辨率方面,主要采用小波變換、RGB三原色融合等疊后時頻分析技術(shù)進(jìn)行小尺度縫洞體識別[13-16],近年來提出的基于分頻疊前時間偏移成像的小尺度溶洞體檢測技術(shù),有效提高了小尺度縫洞體邊界、輪廓的描述精度[17-18]。

隨著勘探開發(fā)程度的進(jìn)一步深入,目前基于常規(guī)疊前時間偏移數(shù)據(jù)體部署的開發(fā)井溶洞鉆遇率只有50%左右,酸壓率較高,導(dǎo)致油井建產(chǎn)成本高[19]。如何同時提高縫洞體空間位置成像準(zhǔn)確度和小尺度縫洞成像精度,從而提升鉆井成功率、減少酸壓、降本增效,是目前塔河地區(qū)尚需攻克的難題。

克?；舴虔B前深度偏移和逆時偏移成像提高了縫洞體空間位置成像的準(zhǔn)確度,但是對小尺度縫洞成像精度有待進(jìn)一步提高;疊前時間偏移后分頻技術(shù)能夠提高地震資料的分辨率,但高頻段數(shù)據(jù)體存在明顯的“假頻、波形震蕩”,增加了縫洞體識別的多解性。本文對前人研究技術(shù)流程進(jìn)行了優(yōu)化,提出一種新的技術(shù)流程——分頻疊前深度偏移技術(shù)流程。該流程將疊前分頻和深度偏移有機(jī)結(jié)合,既提高了縫洞體空間位置成像的可靠度,又提高了小尺度縫洞成像的精度。該技術(shù)流程在塔河油田實(shí)際三維地震資料的應(yīng)用中取得了良好的效果。

1 技術(shù)原理及流程

常用的時頻分析技術(shù)有短時傅里葉變換(STFT)、小波變換(CWT)、Gabor變換、匹配追蹤(MP)、S變換(ST)等[14-15]。其中,短時傅里葉變換是較為成熟、穩(wěn)定的分頻方法,正、反變換易實(shí)現(xiàn),運(yùn)行效率高。其它幾種時頻變換方法時頻譜精度高,主要應(yīng)用于時頻分析研究方面。本次分頻處理采用的傅里葉變換時頻分析方法,主要包括如下3個步驟。

1) 利用鉆井資料、儲層厚度分析結(jié)果,結(jié)合原始單炮資料的頻寬范圍,確定所要進(jìn)行分頻成像的頻帶寬度(低截頻和高截頻)[17-18]。在設(shè)計實(shí)際濾波器時,通常對頻譜曲線進(jìn)行鑲邊,克服吉布斯效應(yīng)帶來的間斷點(diǎn)震蕩,本文中通過理想帶通濾波器加上一斜坡,設(shè)計形成梯形濾波器H(ω):

H(ω)=

(1)

式中:ω1為低截頻;ω2為高截頻;ωD為頻帶寬度;ω0為中心頻率[20]。

2)采用傅里葉變換方法進(jìn)行疊前CMP道集分頻處理。假設(shè)地震道為f(t),經(jīng)傅里葉變換后為F(ω),正、反傅里葉變換公式分別為:

(2)

(3)

在分頻處理過程中,將帶通濾波器和傅里葉變換相結(jié)合,形成分頻變換公式:

(4)

利用公式(4)對疊前CMP道集進(jìn)行分頻處理,得到多個分頻后的CMP道集數(shù)據(jù)體。

3) 利用克?；舴虔B前深度偏移技術(shù),對上述分頻CMP道集數(shù)據(jù)體分別進(jìn)行疊前深度偏移成像,從而得到多個分頻疊前深度偏移數(shù)據(jù)體,具體流程見圖1a,與疊前偏移后分頻技術(shù)流程(圖1b)相比,該技術(shù)流程將濾波器置于偏移成像之前,對分頻后的CMP道集再進(jìn)行偏移成像,偏移運(yùn)算量成倍增加。

圖1 技術(shù)流程a 分頻疊前時間/深度偏移; b 疊前時間/深度偏移后分頻

2 模型正演

為了分析不同主頻數(shù)據(jù)對于縫洞成像的精度、疊前時間偏移和疊前深度偏移對于縫洞成像效果的差異,設(shè)計如圖2所示的模型。該模型有3個溶洞,溶洞直徑為40m,左側(cè)的為孤立洞,右側(cè)兩個溶洞間隔為60m,溶洞填充物的速度和密度分別為3600m/s和2.29g/cm3,圍巖的速度和密度分別為6000m/s和2.65g/cm3。

圖2 正演模型

基于該模型,分別利用18Hz和38Hz零相位雷克子波進(jìn)行彈性波正演模擬及偏移成像研究,分析不同頻率的數(shù)據(jù)對溶洞成像精度的差異。圖3為不同主頻子波的克?；舴虔B前深度偏移成像結(jié)果,圖3a 和圖3b分別對應(yīng)子波主頻18Hz和38Hz。由圖3可以看出,38Hz偏移剖面具有較高的分辨能力,“串珠”狀響應(yīng)特征更為收斂。對于右側(cè)兩個間隔較近的溶洞,18Hz偏移剖面由于分辨率較低,橫向上很難區(qū)分出兩個溶洞;在38Hz偏移剖面上,可以較清晰地識別出兩個溶洞,與實(shí)際正演模型更加吻合。由此可見,高頻數(shù)據(jù)的分辨率較高,可以更好地識別小尺度溶洞特征,從而提高溶洞識別的精度。

此外,對子波主頻為18Hz的正演數(shù)據(jù)進(jìn)行疊前時間偏移和疊前深度偏移成像,其結(jié)果示于圖4。圖4 疊合顯示了圖2模型左側(cè)單洞成像成果與溶洞位置,中間紅色圓圈為溶洞位置。由于溶洞上覆地層存在傾斜地層,疊前時間偏移成像結(jié)果對于“串珠”位置的成像有一定的誤差(圖4a),橫向誤差約為25m。利用疊前深度偏移成像方法可以較好地解決由速度模型不準(zhǔn)確而引起的“串珠”成像位置偏差問題,成像結(jié)果與實(shí)際“串珠”位置吻合很好(圖4b)。以上研究結(jié)果表明,與疊前時間偏移相比,疊前深度偏移在溶洞高精度成像、偏移歸位方面的結(jié)果更加可靠,縫洞空間位置的成像更加準(zhǔn)確。

圖3 不同主頻子波的克?；舴虔B前深度偏移成像結(jié)果a 18Hz; b 38Hz

圖4 疊前時間偏移剖面(轉(zhuǎn)換到深度域顯示)(a)和疊前深度偏移剖面(b)

3 應(yīng)用效果分析

由于分頻疊前深度偏移成像運(yùn)算量巨大、運(yùn)算周期較長,為了提高運(yùn)算效率,在參數(shù)測試環(huán)節(jié),本研究通過分頻疊前時間偏移與疊前時間偏移后分頻技術(shù)對比優(yōu)選最佳的頻段,然后再對優(yōu)選后的頻段進(jìn)行分頻疊前深度偏移成像。

3.1 分頻疊前時間偏移和疊前時間偏移后分頻的效果對比

根據(jù)圖1所示的技術(shù)流程開展分頻疊前時間偏移和疊前時間偏移后分頻的技術(shù)測試。圖5為實(shí)際地震資料疊前時間偏移后分頻和分頻疊前時間偏移剖面。圖5a至圖5e為疊前時間偏移后分頻成像剖面,圖5f至圖5j為分頻疊前時間偏移成像剖面,從左至右,頻段分別為8～20,21～30,31～41,42～100,52～120Hz。由圖5可以看出:在30Hz及以下頻段,疊前時間偏移后分頻和分頻疊前時間偏移成像效果相當(dāng),例如,圖5b和圖5g 中“串珠”的大小、形態(tài)基本相當(dāng);但在31Hz以上頻段,兩種方法的成像結(jié)果出現(xiàn)了明顯差別,圖5c中的“串珠”有拉長的現(xiàn)象,原本有一個強(qiáng)波峰的“串珠”,變成了多個強(qiáng)波峰波谷相間的“串珠”,隨著頻段的提高,“串珠”縱向變長更為嚴(yán)重,圖5d中的“串珠”已經(jīng)變成了3～4個強(qiáng)波峰波谷長串,而圖5i中的“串珠”仍然保持較好的形態(tài);將頻帶寬度提升至52～120Hz,可以發(fā)現(xiàn),圖5e中基本上全變成了“波形振蕩”,“串珠”縱向明顯變長,給縫洞儲層識別帶來假象,而圖5j中“串珠”形態(tài)仍然保持較好。由此可見,與疊前時間偏移后分頻相比,分頻疊前時間偏移成像技術(shù)有效降低了高頻段產(chǎn)生的假頻、“串珠”縱向拉長等現(xiàn)象,縫洞成像的“串珠”形態(tài)更為準(zhǔn)確。對比圖5f 至圖5j可以看出,從低頻到高頻的地震剖面中小“串珠”的成像更加清晰、振幅能量更加突出,更加有利于小尺度縫洞體的識別,有效提高了地震資料的縱、橫向分辨率。

3.2 小尺度縫洞成像效果分析

采用常規(guī)全頻帶疊前時間偏移成像技術(shù)可對較大尺度的縫洞體進(jìn)行成像(圖6a)。從地震資料分辨率方面來說,常規(guī)的疊前深度偏移成像剖面(圖6b)與疊前時間偏移剖面(圖6a)效果相當(dāng)。對比圖6a和圖6b可以看出,“串珠”的個數(shù)、大小基本相當(dāng),“串珠”的位置略有不同(將在后文敘述)。

為了進(jìn)一步提高小尺度縫洞體的成像精度,本文選用42～100Hz頻段的分頻疊前深度偏移成像技術(shù)得到高頻段分頻疊前深度偏移數(shù)據(jù)體(圖6c)。對比圖6a、圖6b和圖6c可以看出:圖6a和圖6b中隱約存在的不明顯的“串珠”在圖6c中得以清晰成像;圖6c 整體剖面結(jié)構(gòu)與圖6b保持一致,圖6b中的“串珠”在圖6c中依然存在,但圖6c中“串珠”個數(shù)明顯多于圖6b中的“串珠”個數(shù)。根據(jù)調(diào)諧效應(yīng)原理,大尺度的縫洞產(chǎn)生較大尺度的“串珠”,小尺度的縫洞產(chǎn)生較小尺度的“串珠”,利用這一原理,通過地震數(shù)據(jù)體中“串珠”的大小來預(yù)測縫洞體的規(guī)模。分頻疊前偏移成像技術(shù)得到的高頻段數(shù)據(jù)體有效提高了地震資料的分辨率,小尺度“串珠”更加清晰,為小尺度縫洞體識別奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖6 分頻疊前深度偏移與疊前時間偏移成像剖面對比a 常規(guī)疊前時間偏移成像剖面; b 常規(guī)疊前深度偏移成像剖面(轉(zhuǎn)換到時間域顯示); c 分頻疊前深度偏移成像剖面(頻帶為42～100Hz,轉(zhuǎn)換到時間域顯示)

3.3 縫洞體空間位置成像效果分析

疊前時間偏移成像技術(shù)是基于水平層狀介質(zhì)假設(shè)條件的,而對于非水平層狀的地質(zhì)體,時間偏移成像得到的地質(zhì)體空間位置是不準(zhǔn)確的?？讼；舴虔B前深度偏移技術(shù)考慮了地層產(chǎn)狀的變化,對于地質(zhì)體空間位置成像更為準(zhǔn)確。對比圖7a和圖7b 可以看出,W1井所在“串珠”位置有所不同,在疊前時間偏移剖面(圖7a)上,W1井位于“串珠”的正中央,而在疊前深度偏移剖面(圖7b)上,W1井不在“串珠”正中央。在分頻疊前深度偏移剖面(圖7c)上,W1井未鉆遇“串珠”,而是在“串珠”的邊部。由W1井的實(shí)鉆結(jié)果可知,該井在鉆井過程中未出現(xiàn)放空、漏失現(xiàn)象,測井解釋為干層。W1井的結(jié)果進(jìn)一步證明了分頻疊前深度偏移技術(shù)對縫洞體空間位置的成像更為準(zhǔn)確。

圖7 分頻疊前深度偏移成像與常規(guī)疊前時間偏移成像“串珠”位置對比結(jié)果a 疊前時間偏移剖面; b 疊前深度偏移剖面(轉(zhuǎn)換到時間域顯示); c 疊前分頻深度偏移剖面(頻帶為42～100Hz,轉(zhuǎn)換到時間域顯示)

我們將分頻疊前深度偏移技術(shù)應(yīng)用于塔河地區(qū)80km2的三維地震資料處理。圖8對比了某縫洞儲層預(yù)測平面位置。由圖8可以看出,與常規(guī)疊前時間偏移結(jié)果(圖8a)相比,分頻疊前深度偏移成像(圖8e)縫洞體空間位置整體向東南偏移30～90m,小“串珠”更加豐富;與常規(guī)疊前深度偏移結(jié)果(圖8b) 相比,分頻疊前深度偏移成像縫洞體空間位置一致,但是“串珠”的個數(shù)多。對比圖8c、圖8d和圖8e可以看出:對于同一“串珠”成像,分頻疊前深度偏移成像結(jié)果更加精細(xì);在圖8c中,上部一個隱約的小“串珠”加下部大“串珠”的組合,在圖8e中分離為明顯的兩個“串珠”。

綜上所述,分頻疊前深度偏移技術(shù)一方面提高了地震資料的分辨率,能夠發(fā)現(xiàn)一批常規(guī)疊前時間偏移技術(shù)沒有成像的小“串珠”,為塔河地區(qū)將來的井位部署增添了新的鉆探目標(biāo);另一方面,進(jìn)一步提高了縫洞體空間位置成像的準(zhǔn)確度,為成功鉆遇縫洞體和提高鉆井成功率奠定了良好的資料基礎(chǔ)。

圖8 縫洞儲層預(yù)測平面位置對比a 振幅屬性(藍(lán)色為基于疊前時間偏移的振幅屬性,綠色為基于42～100Hz分頻疊前深度偏移數(shù)據(jù)體的振幅屬性); b 振幅屬性(藍(lán)色為基于常規(guī)疊前深度偏移的振幅屬性,綠色為基于42～100Hz分頻疊前深度偏移數(shù)據(jù)體的振幅屬性);c 疊前時間偏移剖面; d 疊前深度偏移剖面; e 42～100Hz分頻疊前深度偏移剖面

4 結(jié)論

圍繞塔河地區(qū)碳酸鹽巖縫洞體空間位置成像不準(zhǔn)、小尺度縫洞體無法成像的難題,提出了基于分頻疊前深度偏移技術(shù)的縫洞體成像流程,將疊前CMP道集分頻處理和克?；舴虔B前深度偏移成像有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對小尺度縫洞體的精細(xì)成像和空間位置準(zhǔn)確成像。主要得出如下兩點(diǎn)認(rèn)識:

1) 疊前時間偏移后分頻成像在高頻段數(shù)據(jù)體中存在假頻特征,縱向上“串珠”形態(tài)發(fā)生明顯拉長,而分頻疊前時間偏移成像從低頻段到52Hz高頻段數(shù)據(jù)體均具有良好的保幅性,“串珠”形態(tài)真實(shí),同時提高了地震資料分辨率;

2) 分頻疊前深度偏移技術(shù)兼具提高小尺度縫洞體成像精度和提高縫洞體空間位置成像準(zhǔn)確度的兩大優(yōu)勢,為塔河地區(qū)發(fā)現(xiàn)小尺度縫洞體和提高鉆井成功率奠定良好的地震資料基礎(chǔ)。

本文對分頻疊前深度偏移成像技術(shù)在小尺度縫洞體成像精度和空間位置準(zhǔn)確度方面進(jìn)行了初步研究,下一步將利用不同頻段深度偏移數(shù)據(jù)體,開展縫洞體外部形態(tài)、內(nèi)幕結(jié)構(gòu)刻畫等方面研究,進(jìn)一步挖掘該技術(shù)的優(yōu)勢。