文昌A油田疊前道集優(yōu)化處理技術研究

隋 波 蘇 云 鄧 盾 徐 偉 李軼彬 唐 娟

(1. 中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057；2. 中國石油化工股份有限公司中原油田分公司物探研究院地震資料處理研究所 河南鄭州 450046)

隨著勘探對象從常規(guī)儲層向復雜儲層拓展，基于疊后地震數(shù)據(jù)的反演技術很難開展復雜儲層精細描述，例如對于深層低孔低滲儲集層，由于儲層與圍巖之間波阻抗差異很小，依據(jù)疊后地震反演技術獲得的波阻抗屬性不易識別有利儲層。針對復雜地質目標，利用疊前地震資料開展儲層識別和流體預測，在油藏描述中的作用日益凸顯，充分挖掘疊前地震資料的有用信息有利于提高儲層預測的精度[1-2]。目前常規(guī)的地震資料處理仍以構造成像為主，常規(guī)地震資料處理后的共反射點道集(簡稱CRP道集)品質較難滿足疊前反演技術應用的需求[3]，因為常規(guī)處理獲得的疊前CRP道集不能真實地揭示地下介質的振幅隨偏移距變化(Amplitude Variation with Offset,簡稱AVO)特征，會嚴重影響疊前反演精度和儲層描述效果[4]。因此在進行AVO分析及疊前彈性參數(shù)反演之前，需要依據(jù)實際地震資料特點以及共反射點道集質量，采取以保持地震波運動學特征為核心的疊前道集優(yōu)化處理[5-7]。

針對疊前CRP道集開展優(yōu)化處理，近年來，國內外學者提出了許多優(yōu)化處理的技術和算法。如對疊前CRP道集中存在的隨機噪聲，許自龍 等[8]提出了基于橫向滑動的時空變小波閾值保真去噪方法，較好地保證了去噪過程中的保真性；針對疊前CRP道集中、遠偏移距存在剩余時差問題，Gulunay N[9]等提出了一種基于道集同相軸橫向追蹤計算時移量的剩余時差校正方法，周鵬 等[10]提出了一種與剩余時差無關的絕對值互相關道集拉平方法，能較好的校平疊前地震道集，Hinkley等[11]提出了自動拉平道集技術，使得疊前道集更加水平，有利于AVO解釋,程玉坤 等[12]采用高密度速度分析技術，實現(xiàn)了CRP道集無時差的疊加，等等[13-14]。劉力輝 等[15]總結出CRP道集與鉆井不吻合的主要因素包括信噪比、分辨率、保真度和寬角度，并提出了“去噪-吸收補償-提頻-拉平校正”的組合方法，熊曉軍 等[16]從提高AVO計算精度的角度出發(fā)，提出了“去噪-拉平-切除”組合優(yōu)化方法。這些組合方法的提出避免了單一優(yōu)化算法的不足，提升了道集優(yōu)化質量。

本文在總結和分析前人研究的基礎上，結合對海上三維疊前地震道集資料特征及其存在問題的認識，提出了有效穩(wěn)定的“去噪-提頻-譜平衡-剩余時差校正”組合的優(yōu)化處理技術，該組合技術能有效解決疊前道集中存在隨機噪聲、分辨率不高、近遠道頻譜不匹配、同相軸剩余時差等問題，并在實際資料的應用取得了良好效果。

1 疊前道集品質分析

文昌A油田位于中國南海北部海域珠江口盆地珠三坳陷的瓊海低凸起末端，構造上整體為一低幅度背斜構造。該區(qū)域儲層橫向變化快，詳細的分布情況目前還不清楚，因此儲層精細描述及刻畫、落實“甜點”儲層，成為制約該油田開發(fā)調整的瓶頸問題。

通過已鉆井地質統(tǒng)計分析，Z組為潮坪沉積，巖性以中細砂巖為主，儲層為中孔低滲類儲集層，儲集層地球物理特征整體表現(xiàn)為高縱波速度、低密度及低阻抗特征，但砂巖與泥巖在縱波速度與縱波阻抗上存在較大范圍重疊，通過精細巖石物理分析，該區(qū)對巖性敏感的地球物理參數(shù)有密度、縱橫波速度比、泊松比等參數(shù)(圖1)，因此利用疊后阻抗及疊后屬性很難對有效砂巖進行精細刻畫，需要開展疊前反演，以獲得對巖性敏感的彈性參數(shù)。

圖1 文昌A油田Z-1段巖石物理分析Fig.1 Petrophysical analysis of Z-1 section in Wenchang A oilfield

該區(qū)1996年進行了三維地震資料采集，采集面元25.0 m×12.5 m，2006年對該資料進行疊前時間偏移重新處理，處理后的地震資料在Z組主頻為35 Hz,頻帶寬度為70 Hz左右。從疊前反演使用的疊前CRP道集上來看(圖2)，疊前道集存在幾個方面的問題：①信噪比問題，CRP道集中雖然沒有明顯的規(guī)則干擾，但存在較強的隨機噪聲；②分辨率問題，通過已知井標定證實，Z-1段整體地震反射特征為“三峰三谷”，但從過井CRP道集上，該段地震反射不清晰，在遠偏移距出現(xiàn)“復波”反射結構(圖2紅色箭頭)；③遠、近道頻率不匹配的問題，在常規(guī)動校正處理中，由于動校拉伸的原因(圖2藍色箭頭)，在遠偏移距處的最大頻率相對于近偏移距處的最大頻率，差異較大；④剩余時差問題，在遠偏移距同相軸出現(xiàn)“抖動”現(xiàn)象(圖2綠色箭頭)。

圖2 文昌A油田過重點探井CRP道集Fig.2 CRP gather through key exploration well in Wenchang A oilfiled

從目的層入射角進行分析認為：文昌A油田CRP道集在Z組最大入射角能達到42°,這為后續(xù)利用廣角反射信息進行反演奠定了基礎(圖3)，那么在盡可能保持遠偏移距信息(保證Z組最大入射角能超過40°)前提下，開展CRP道集優(yōu)化處理成為本次優(yōu)化處理的關鍵。結合CRP道集中存在的問題以及對寬角度的需求，本文提出了“去噪-提頻-譜平衡-時差校正”的組合方法對CRP道集進行優(yōu)化。

圖3 文昌A油田不同構造部位CRP道集Z組入射角分析Fig.3 Analysis of incident angle of CRP gather group Z in different structural parts of Wenchang A oilfield

2 疊前道集優(yōu)化處理及效果

2.1 隨機噪聲衰減

目前存在很多算法能有效去除隨機噪聲，如CRP道集滾動疊加形成超道集去噪、中值濾波、多項式擬合等。本文使用三維隨機噪聲衰減(RNA-3D)方法進行壓制，該技術能在去噪的同時不改變道集振幅相對強弱關系，減少振幅畸變，能保證儲層AVO特征不產生畸變。該方法充分利用地震數(shù)據(jù)在空間和時間上分布的規(guī)律性，在頻率、空間(ω，X)域中，假設地震有效信號是可預測的，而噪聲是不可預測的，利用維納預測濾波方法，獲取有效信號的最小平方近似解。該方法具體步驟是：首先設定某一時窗，應用傅氏變換將地震數(shù)據(jù)從時間域轉換到頻率域，然后在頻率域用RNA-3D對每一個頻率利用維納預測濾波方法，獲得有效信號，當一個時窗內所有頻率計算后，相鄰時窗的數(shù)據(jù)根據(jù)主測線和聯(lián)絡線的重置參數(shù)進行混疊，然后再進行反傅里葉變換，就得到隨機噪聲壓制后的結果[17]。

從處理前、后CRP道集對比來看，經過去噪后，近、遠偏移距中的隨機噪聲得到了較好的壓制，Z-1段反射同相軸更加連續(xù)(圖4b中紅色箭頭)。同時對比Z-1段上部油層頂界面AVO特征曲線(圖5)，去噪后AVO特征曲線(圖5紅色圓點)與擬合的AVO特征曲線(圖5紅色實線)誤差更小，且去噪前、后的AVO曲線特征均表現(xiàn)為振幅隨偏移距增大而減小，這也證實該去噪方法能較好的保持振幅與偏移距的相對關系。

圖4 文昌A油田去噪前、后疊前道集對比Fig.4 Comparison of CRP gathers before and after denoising in Wenchang A oilfield

圖5 文昌A油田去噪前后Z-1段油層頂部AVO曲線Fig.5 AVO curve at the top of Z-1 oil layer before and after denoising in Wenchang A oilfield

2.2 提高分辨率處理

目前提高地震資料分辨率處理技術主要有反褶積法、反Q濾波法、譜白化處理法、分頻補償類方法，這些類方法在不同地區(qū)的地震資料提高分辨率處理中均取得了較好效果[18]。其中譜白化是在假設反射系數(shù)序列在全頻帶內其譜值都是1基礎上，不改變信號相位，將反褶積后的地震道分解成許多頻帶比較窄的分量，再分別對分解后的各個分量的振幅進行均衡處理，通過均衡處理后的每個分量重新組合，從而得到譜白化后的地震道，達到拓展頻帶的目的。其方法簡便高效。但譜白化方法以傅里葉變換為理論基礎，從整體頻率出發(fā)進行補償，因此其無法刻畫時域和頻域的細節(jié)部分，局部的信息得不到有效均衡，難以提高信號局部分辨率?；诖?，本文將時頻分析方法與譜白化方法進行聯(lián)合，首先利用希爾伯特-黃變換對地震數(shù)據(jù)進行分解，獲得不同尺度的固有模態(tài)函數(shù)(IMF)，求取信號的瞬時振幅和瞬時相位，從而得到地震信號的Hilbert時頻譜，然后對不同尺度的IMF分量設計白化濾波器進行譜均衡處理，求得譜白化后的時頻譜，最后由處理后的瞬時振幅和原瞬時相位結合，形成新的固有模態(tài)分量，重構信號以達到提高分辨率的目的，該方法既能整體提升資料頻帶寬度，又能改善信號局部的分辨率。

從處理前、后道集對比來看(圖6)，經過CRP道集提頻后，在Z-1段恢復到“三峰三谷”反射結構特征(圖6b藍色方框內)，與實際鉆井合成記錄完全吻合。此外，從Z組頻譜曲線對比來看，提頻前CRP道集主頻35 Hz，頻寬為3～75 Hz，提頻后CRP道集主頻為43 Hz，頻寬展寬為3～81 Hz，達到了“保持低頻、提高主頻、展寬頻帶”的提高資料分辨率的要求(圖7)。

圖6 文昌A油田提高分辨率處理前、后CRP道集Fig.6 CRP gathers before and after resolution improvement processing in Wenchang A oilfield

圖7 文昌A油田提高分辨率處理前、后Z組頻譜曲線Fig.7 Spectrum curve of group Z before and after resolution improvement processing in Wenchang A oilfield

2.3 譜平衡處理

地震資料動校正處理會使遠偏移距地震波形發(fā)生拉伸，導致遠偏移距主頻偏低，遠、近偏移距之間頻率不匹配[19]?；诖?，本文先對道集進行基于Gabor變換的時頻分析，以近偏移距道集作為標準道，補償遠偏移距道集高頻能量，該方法簡單易操作，也能較好解決遠偏移距由于動校正而產生的拉伸現(xiàn)象，充分保持了大角度信息，提高疊前道集的連續(xù)性及信噪比，同時也并未破壞遠、近偏移距的振幅關系，保持AVO特征。

從譜平衡前、后CRP道集對比來看(圖8)，經過譜平衡處理前、后的道集在信噪比和分辨率上無明顯的改變。同時從目的層不同偏移距最大頻率曲線(不同偏移距地震道在目的層段有效頻寬中的最高頻率)對比來看，未開展譜平衡處理前在偏移距1 400 m處最大頻率開始衰減，到最大偏移距時最大頻率降低到45Hz,經過譜平衡處理后，中、遠偏移距最大頻率值得到提升，最大偏移距的最大頻率提升到55 Hz，降低了與近偏移距最大頻率的差異(圖9)。

圖8 文昌A油田譜平衡處理前、后CRP道集Fig.8 CRP gather before and after spectral balance processing in Wenchang A oilfield

圖9 文昌A油田譜平衡處理前、后CRP道集Z組偏移距與最大頻率曲線Fig.9 Offset versus maximum frequency curve of CRP gather of group Z before and after spectrum balance processing in Wenchang A oilfield

2.4 剩余時差校正

疊前CRP道集出現(xiàn)同相軸不平或“抖動”的主要原因就是道集中存在剩余時差，剩余時差主要來源3個方面，一是動校正方法本身具有一定局限性；二是動校正速度存在誤差；三是薄互調諧及子波拉伸等因素，經分析，速度誤差是造成CRP道集同相軸不平的關鍵因素[20]。目前常見的剩余時差校正方法是波形匹配法，該方法對給定時窗內各疊加道與近中道求相關獲得相對于零偏移距的時移量，并按照剩余時移量理論有選擇的進行修正，從而將道集拉平，該方法不需要速度信息，但可能會導致出現(xiàn)不合理的時移量，造成校正的地震同相軸出現(xiàn)不合理的拉伸或壓縮(圖10b紅色箭頭)?；诖耍疚牟捎昧艘环N移動積分拉平算法進行剩余時差校正。該方法主要包括4個基本步驟：①計算相鄰道拉平量；②生成一個局部拉平疊加道集；③利用局部拉平疊加道集再次計算相鄰道的拉平量；④選擇近道“疊加道”，實施移動積分拉平，拉平整個道集。從應用結果來看,經過移動積分拉平算法剩余時差校正后，Z組頂部標志層同相軸水平，遠偏移距無明顯的剩余時差(圖10c藍色箭頭)，且在中、遠偏移距并未引起振幅的畸變，整體AVO特征保持良好。

圖10 文昌A油田剩余時差校正前前后CRP道集對比Fig.10 Comparison of CRP gathers before and after residual moveout correction in Wenchang A oilfield

2.5 應用效果

針對文昌A油田疊前CRP道集中存在的問題，采用“去噪-提頻-譜平衡-時差校正”的組合方法對CRP道集進行優(yōu)化，獲得了高信噪比、高分辨率、高保真度及中遠偏移距無剩余時差的CRP道集，在此CRP道集基礎上，開展疊前反演，獲得縱橫波速度比參數(shù)，并依據(jù)巖石物理分析結果(圖1)，設定Vp/Vs小于1.73作為砂、泥巖識別的門限值，獲得了該區(qū)重點砂組(圖11，紅-黃色代表中高孔砂巖，藍色代表泥巖)。

該區(qū)鉆井證實A井、B井在該砂組砂體是連通的，均為砂坪沉積環(huán)境沉積時的砂體，但通過原始道集獲得的高孔砂巖平面圖來看，在已鉆井區(qū)砂體橫向連通性較差，呈零星狀分布；而通過道集優(yōu)化處理后獲得的高孔砂巖平面圖來看，砂體橫向連通性較好，這與已鉆井揭示的地質特征相吻合，同時從圖11b中可以看出在斷層F上升盤砂體也較為發(fā)育，與下降盤的砂體屬于同一套砂體，后期鉆井也證實了該結果。

3 結論

1) 常規(guī)處理獲得的CRP道集直接開展疊前反演，其結果與井吻合程度較低，不能滿足精細勘探與開發(fā)的需求，因此提出“去噪-提頻-譜平衡-時差校正”組合的疊前CRP優(yōu)化處理技術，并通過在文昌A油田的實際應用驗證了該組合優(yōu)化處理技術的有效性。

2) 采用RNA-3D隨機噪聲壓制技術能提高CRP道集的分辨率；采用的時頻分析與譜白化融合提頻技術既能整體提升資料頻帶寬度，又能改善信號局部的分辨率；采用的譜平衡技術可以解決動校拉伸引起的中遠偏移距頻率降低的現(xiàn)象；采用的移動積分剩余時差校正技術，能夠有效解決道集同相不平的問題，同時也不會引起振幅畸變，該方法能適應道集不平的各種情況。