寬方位層析建模技術及其在YA高密度三維的應用研究

朱相羽,潘成磊,湯國松,劉立民,熊 燁

(1.中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司勘探管理部,江蘇揚州225000;2.中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司物探研究院,江蘇南京210046;3.中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院,江蘇南京211103)

深度域速度模型的精度決定了深度偏移成像的精度。層析建模技術一般基于偏移距域共成像點道集,利用旅行時信息進行速度更新。層析建模技術具有計算效率高的優(yōu)點,目前仍然是工業(yè)界深度域速度建模的主要手段。最早利用DIX公式將時間域均方根速度轉換成深度域層速度,但是DIX公式存在水平層狀介質(zhì)的假設導致結果往往存在較大誤差。自20世紀70年代以來,地震層析成像技術廣泛應用于深度域速度建模。ENGDAHL[1]提出采用打靶法進行射線追蹤以計算射線路徑和旅行時間,但是在復雜構造區(qū)打靶法往往存在陰影區(qū);JULIAN等[2]提出彎曲射線法,該方法在走時層析應用比較廣泛;LANDA等[3]建立了基于偏移前共中心點數(shù)據(jù)的射線追蹤方法,通過偏移前道集的相干性大小來計算深度域層速度;AL-YAHYA[4]基于偏移后共炮檢距地震數(shù)據(jù)校平的原則建立了基于剩余時差的層析建模方法;STOLK等[5]和STORK等[6]將層析技術應用于疊前深度偏移;隨著寬方位地震受到重視,BUIA等[7]提出了一套基于多方位的層析建模技術流程;段文勝等[8-9]利用寬方位網(wǎng)格層析建模技術進行西部地震資料串珠成像,取得較好效果,但他們研究的是西部全方位地震資料的層析策略,沒有涉及到東部寬方位地震資料的層析策略。蘇北盆地寬方位地震資料橫縱比一般為0.5～0.7,方位角寬度沒有到達全方位的程度。地震資料存在主測線方向覆蓋次數(shù)明顯高于聯(lián)絡線方向覆蓋次數(shù)的問題,會導致剩余曲率拾取的密度和質(zhì)量在不同方位存在較大差異,因而影響寬方位層析反演精度。為了解決這個問題,本文提出一套基于OVT域方位角分組的寬方位層析速度建模技術流程,目的是解決蘇北盆地地震資料聯(lián)絡線方向覆蓋次數(shù)不足影響到剩余曲率拾取的質(zhì)量和密度的問題,實現(xiàn)提高寬方位層析反演精度的目標。

1 寬方位層析建模技術

目前業(yè)內(nèi)深度域速度建模大多采用網(wǎng)格層析建模技術,采用計算效率較高的克希霍夫疊前深度偏移方法得到共偏移距域共成像點道集(ODCIG),以共成像點道集拉平程度作為判斷疊前深度偏移速度場準確程度的標準。如果偏移速度偏高,共成像點道集上同相軸下彎,反之同相軸上翹。因此共成像點道集上不同偏移距同相軸深度的差異提供了速度更新的信息。采用網(wǎng)格層析建模技術實現(xiàn)速度模型更新[10],即:

Δze(x,y,h,mc)=ze(x,y,h,mc)-
zr(x,y,h=0,mc)

(1)

式中:mc代表當前速度場;ze代表共成像點道集上偏移距為h的深度剖面;zr代表零偏移距的深度剖面;Δze代表道集的未校平程度。假設成像點地震道偏移距為0,成像深度接近真實深度,即:

ze(x,y,h=0,mc)≈zd

(2)

式中:zd代表地層真實深度。

方程(1)可近似表達為:

(3)

隨著寬方位地震數(shù)據(jù)越來越受到重視,1988年,VERMEER[11]提出了炮檢距向量片(OVT)的概念。OVT的優(yōu)勢在于保留數(shù)據(jù)的方位角信息,有利于利用方位各向異性信息進行裂縫預測,OVT域技術在裂縫預測等方面取得較大的進展[12-16]。隨著OVT域研究的深入,提出了針對寬(全)方位地震數(shù)據(jù)的速度建模技術[17]。寬方位層析建模過程主要包括以下3個方面。①將地震數(shù)據(jù)由共中心點域分選到OVT域,在一個十字排列內(nèi)按照檢波線距和炮線距將地震數(shù)據(jù)劃分成多個小矩形,每個小矩形代表一個OVT,對每一個OVT進行編號。將整個三維工區(qū)所有的十字排列具有相同OVT編號的地震數(shù)據(jù)集合在一起構成一個OVT片,理論上每一個OVT片是覆蓋整個工區(qū)的單次覆蓋數(shù)據(jù),OVT片個數(shù)等于工區(qū)的覆蓋次數(shù)。同一個OVT片的地震數(shù)據(jù)具有相近的偏移距和方位角。②使用同一個偏移速度對每一個OVT片分別進行疊前偏移得到OVT域共成像點道集(OVG),OVG攜帶共成像點的三維坐標、偏移距和方位角信息。③剩余曲率拾取和寬方位層析反演,一般在不同方位地震道分布比較均勻的全方位地震資料可以直接在OVG上進行剩余曲率(深度時差)拾取和寬方位層析反演。但是,蘇北盆地寬方位地震資料橫縱比一般為0.5～0.7,主測線方向覆蓋次數(shù)是聯(lián)絡線方向覆蓋次數(shù)的2倍左右,存在主測線方向射線密度明顯高于聯(lián)絡線方向射線密度的問題,這會導致剩余曲率拾取的密度和質(zhì)量在不同方位存在較大差異,影響寬方位層析結果。為了解決這個問題,本文根據(jù)蘇北盆地寬方位地震資料方位角分布特點對寬方位層析流程進行優(yōu)化,對OVG進行方位角分組,目的是保證每個方位角組剩余曲率拾取的密度和質(zhì)量基本相當。具體步驟是將OVG按照方位角劃分成幾組。假設每組數(shù)據(jù)對應相同的方位角,將每組的中心方位角作為該組數(shù)據(jù)共同的方位角。對每組數(shù)據(jù)分別進行剩余曲率拾取,盡可能保證每組數(shù)據(jù)剩余曲率拾取的準確性,而不需要考慮不同方位角組之間剩余曲率拾取結果是否相同。分別對每個方位角組進行射線追蹤,然后建立線性方程組。將線性方程組及其對應的方位角作為輸入,進行寬方位網(wǎng)格層析反演,得到一個速度更新量,將此速度更新量加到原速度模型得到更新后的速度模型。圖1展示了常規(guī)層析建模技術(圖1a)與寬方位層析建模技術(圖1b)思路上的差別。

圖1 常規(guī)層析建模技術(a)與寬方位層析建模技術(b)思路

1) 用于偏移的數(shù)據(jù)域不同。常規(guī)層析建模技術多基于共偏移距成像道集,進行共偏移距域克?；舴蛏疃绕?產(chǎn)生的共成像點道集按照偏移距由小到大進行排序。共成像點道集保留偏移距信息,但不保留方位角信息。寬方位層析建模技術基于OVG,OVG保留偏移距和方位角信息。

2) 剩余曲率的拾取模式不同。網(wǎng)格層析建模技術根據(jù)同相軸的校平程度計算速度更新量,因此道集上剩余曲率拾取模式影響層析反演結果。常規(guī)層析建模技術認為共成像點道集上同相軸在偏移距方向上表現(xiàn)為下彎或者上翹反映了速度模型偏高或者偏低。剩余曲率曲線形式上與偏移距有關,與方位角無關(圖2a)。而寬方位層析建模技術認為速度場不準確時,OVG同相軸剩余曲率曲線形式上不僅同偏移距有關,同時還與方位角有關(圖2b)。

圖2 常規(guī)層析剩余曲率拾取(a)和寬方位層析剩余曲率拾取(b)示意

2 應用實例分析

2019年,江蘇油田實施了YA高密度三維地震數(shù)據(jù)采集。YA高密度三維橫縱比為0.72。從方位角寬度來講YA高密度三維屬于寬方位三維。

在對YA高密度三維以復雜小斷塊成像為目標進行處理的過程中,通過井震對比確定Thomsen各向異性參數(shù)場,在此基礎上按照常規(guī)層析建模思路進行了多輪速度迭代(圖1a),應用此速度模型進行OVT域疊前深度域偏移得到OVG,部分OVG上存在一定的同相軸隨方位周期性抖動的現(xiàn)象。以往認為這種現(xiàn)象可能是地下裂縫引起的速度隨方位的變化。但是從YA地區(qū)地質(zhì)情況看,YA地區(qū)目的層三垛組到戴南組是砂泥巖互層沉積,砂巖百分含量為30%～70%,本區(qū)泥巖裂縫普遍不發(fā)育,我們認為這種現(xiàn)象不太可能是由地下裂縫引起的。YA地區(qū)速度場較復雜,地震剖面上顯示中部是HL斷裂帶,阜寧組—戴南組有高角度火成巖侵入,地層傾角變化大,中淺層小斷塊發(fā)育。因此認為OVG上同相軸不能較好校平的主要原因是速度精度不夠。常規(guī)層析建模技術假設所有的地震道方位都是主方位,反演過程中未考慮射線方位信息,導致所建立的速度模型不能滿足所有方位地震數(shù)據(jù)的要求,僅能使某些方位的道校平,另外一些方位的道上翹或者下拉,從而影響斷層成像精度。為了解決上述問題,充分利用YA高密度三維數(shù)據(jù)方位寬的優(yōu)勢,提高復雜小斷層成像精度,本文采用寬方位層析建模技術(圖1b)進行速度建模。

制定寬方位層析建模策略要考慮地震資料方位角特點。YA高密度三維縱向覆蓋次數(shù)為20次,橫向覆蓋次數(shù)為9次,主測線方向射線密度明顯高于聯(lián)絡線方向射線密度,導致主測線方向和聯(lián)絡線方向的剩余曲率拾取密度和質(zhì)量存在較大的差異。為了解決這個問題,將OVG進行方位角分組來達到每個方位角組拾取權重基本相同的目的。方位角分組既要保證每一個方位角組內(nèi)有足夠的覆蓋次數(shù)以確保剩余曲率拾取可靠,又要確保不同方位角組之間覆蓋次數(shù)基本相當,使每個方位角組數(shù)據(jù)在反演過程中共同發(fā)揮作用。如果將地震數(shù)據(jù)方位角按照每組30°等分為6組(圖3),會造成聯(lián)絡線方向的覆蓋次數(shù)(圖3c 和圖3d)明顯低于主測線方向的覆蓋次數(shù)(圖3a 和圖3f)。本文根據(jù)YA高密度三維地震資料方位角特點對方位角分組參數(shù)進行適當調(diào)整,一方面減少主測線方向的方位角寬度,增加聯(lián)絡線方向的方位角寬度,另一方面將方位角組的個數(shù)由6個調(diào)整成5個(圖4)。調(diào)整后,實現(xiàn)了同組內(nèi)覆蓋次數(shù)較高并且不同組之間覆蓋次數(shù)相當?shù)哪康?。將同一個OVG上剩余曲率拾取結果按照方位角組和偏移距兩個關鍵字進行排序顯示(圖5),同一個反射層位不同方位角組拾取的剩余曲率有一定的差異,這反映了同一個成像點上同一地層來自不同方位的射線旅行時的差異。

圖3 偏移后OVT道集按方位角等分6組時覆蓋次數(shù)屬性a 方位角15°覆蓋次數(shù)30次; b 方位角45°覆蓋次數(shù)30次; c 方位角75°覆蓋次數(shù)15次; d 方位角105°覆蓋次數(shù)15次; e方位角135°覆蓋次數(shù)30次; f 方位角165°覆蓋次數(shù)30次

圖4 偏移后OVT道集按方位角分5組時覆蓋次數(shù)屬性a 方位角18°覆蓋次數(shù)40次; b 方位角54°覆蓋次數(shù)40次; c 方位角90°覆蓋次數(shù)40次; d 方位角126°覆蓋次數(shù)40次; e 方位角162°覆蓋次數(shù)40次

圖5 OVG上分5個方位角組分別進行剩余曲率拾取a 中心方位角18°; b 中心方位角54°; c 中心方位角90°; d 中心方位角126°; e 中心方位角162°

采用相同的Thomsen各向異性參數(shù)場、地質(zhì)信息約束條件和反演參數(shù),分別應用常規(guī)層析建模技術(圖6a)和寬方位層析建模技術(圖6b)反演得到各自的速度模型,將各自的速度模型和地震數(shù)據(jù)疊合顯示,寬方位層析建模技術反演速度細節(jié)刻畫更清楚,速度變化趨勢和地震剖面吻合程度更高。寬方位層析建模技術一定程度上消除了OVG上旅行時隨方位周期性抖動的現(xiàn)象(圖7b),提高了同相軸校平程度。說明提高速度模型精度可以較好解決YA高密度三維OVG上出現(xiàn)的旅行時周期性抖動的問題。

圖6 常規(guī)層析建模技術(a)和寬方位層析建模技術(b)反演得到的速度模型對比

圖7 應用常規(guī)層析建模技術(a)和寬方位層析建模技術(b)得到的OVG道集對比(粉紅線代表方位角)

寬方位層析技術反演的速度精度高,提高了同相軸校平質(zhì)量和小斷層成像精度。偏移成果剖面上紅圈內(nèi)HL斷裂帶附近的小斷塊細節(jié)刻畫更清晰(圖8),小斷層的識別精度提高。應用YA高密度三維處理成果資料落實紅圈內(nèi)多個復雜小斷塊(圖9),部署的2口探井獲得平均15t/d以上的高產(chǎn)油流,先后成功實施多口高效開發(fā)井。依托永安高密度三維處理成果資料新增商業(yè)可采儲量占2020年江蘇油田新增商業(yè)可采儲量的16.3%。

圖8 應用常規(guī)層析建模技術(a)和寬方位層析建模技術(b)偏移成像效果對比

圖9 老解釋成果(a)和新解釋成果(b)對比

3 結論與認識

寬方位層析建模技術是針對寬(全)方位地震數(shù)據(jù)的建模技術,與常規(guī)層析建模技術相比,寬方位層析建模技術在反演過程中考慮了方位角信息,所建的速度模型精度更高,可以在一定程度上解決OVG道集上出現(xiàn)的旅行時周期性抖動現(xiàn)象,提高復雜小斷塊成像精度。寬方位層析建模技術在YA高密度三維工區(qū)的應用驗證了該技術在提高寬方位地震資料復雜小斷塊成像精度方面的有效性,可在類似地區(qū)推廣應用。同時需要注意,應用該技術之前需要考慮工區(qū)地質(zhì)特點,如果OVT域道集上的同相軸變化反映的是由地下裂縫存在引起的速度隨方位角的變化,采用本文方法是不合理的。