提高精細油藏描述精度的Q-land單點高密度地震技術

劉穎 (大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院)

提高精細油藏描述精度的Q-land單點高密度地震技術

劉穎 (大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院)

Q-land技術是 WesternGeco公司于2001年推出的一項先進的高密度地震技術,它采取單點接收室內(nèi)數(shù)字組合技術,通過壓噪及靜校正等特殊處理和油藏建模,達到提高信噪比、分辨率和保真度的目的。近年來,在科威特、阿爾及利亞、利比亞等國家的陸上油田和墨西哥灣海上開展了大量的地震勘探,得到的數(shù)據(jù)質(zhì)量較常規(guī)勘探有很大的提高,為精細油藏描述等工作提供了很好的先決條件。之后,又推出了數(shù)字組合(DGF)室內(nèi)處理方法,應用效果也很好。

Q-land技術 WesternGeco公司 高密度 開發(fā)地震 信噪比 分辨率數(shù)字組合處理

隨著世界對油氣需求的日益增加和石油工業(yè)的不斷發(fā)展,油氣工業(yè)的重點逐漸轉向新、難、深領域。地震油氣勘探的難度和復雜程度不斷增加,對地震勘探精度的要求也越來越高。然而,常規(guī)組合勘探方法中,信號傳輸?shù)篮蜋z波器動態(tài)范圍有限,采集道距較大,組合輸出是對組合內(nèi)每個檢波器輸出的簡單疊加。組合內(nèi)檢波器之間的耦合誤差、定位誤差、敏感度差異等因素都會引起組內(nèi)干擾,導致波形畸變和空間假頻,使組合輸出的質(zhì)量變差,地震勘探的信噪比低,得到的成像結果不能滿足高分辨率勘探甚至是開發(fā)地震的要求。為此,高密度地震勘探技術受到越來越廣泛的關注,尤其是單點高密度地震技術。1973年,Newman和Mahoney提出檢波器組合誤差問題以后,物探界開始尋求解決的辦法。1988年,Burger提出單點小道間距接收、通過處理改善數(shù)據(jù)的思路,但直到2000年萬道地震儀器的誕生,這種愿望才變?yōu)楝F(xiàn)實[1-4]。

1 Q-land技術應用概況

WesternGeco公司于2001年推出了Q-Technology技術系列,Q-land技術采取單點接收室內(nèi)數(shù)字組合技術,其核心思想是單點接收室內(nèi)數(shù)字組合,達到提高信噪比、分辨率和保真度的目的。野外采用數(shù)字檢波器單點、子線觀測系統(tǒng)采集,室內(nèi)進行數(shù)字組合壓噪及靜校正等特殊處理和油藏建模[4]。在科威特Minagish油田、阿爾及利亞 HassiMessaoud油田、利比亞Lehib油田等開展了Q-land地震勘探以及墨西哥灣海上的多次勘探,得到的數(shù)據(jù)質(zhì)量較常規(guī)勘探有很大的提高,為精細油藏描述等工作提供了很好的先決條件;后來又推出了數(shù)字組合 (DGF)室內(nèi)處理方法,應用效果也很好[4]。

2 Q-land相關采集處理方法

2.1 交錯采集[5]

WesternGeco公司通過使用高道數(shù)綜合單點檢波器采集和處理系統(tǒng)清晰地記錄疊前數(shù)據(jù),使交錯采集方法得以成功應用。公司把這個方法稱為Q-land VIVID(Value in Variable Image Density)。這種新方法的優(yōu)點是縮短投資回報周期,減少地震投資。在勘探上,交錯地震采集實際需要的時間大約是幾個星期。貫穿整個油田開發(fā)周期的交錯地震采集能夠逐步改善地震成像效果,延續(xù)應用很多年。

油田初期測量的參數(shù)記錄將滿足整個開發(fā)周期的地震成像需求。保存下來的初期地震數(shù)據(jù),可以用于以后的單點檢波器勘探,對于任何特別的組合道間距或者處理層次都不受約束。也就是說,當把這些初期的地震數(shù)據(jù)再次用于新的交錯測量時,可以使用Q-land技術中的DGF對數(shù)據(jù)進行重新處理,或根據(jù)需要在好的空間采樣間隔上再次生成新組合。

2.2 處理技術

WesternGeco公司在處理技術中使用了一種先進而復雜的算法,稱為數(shù)字組合法 (DGF)。DGF包括三個步驟。

第一步:校正每個地震檢波器排列內(nèi)的干擾,如振幅、高度差別和近地表速度的變化。

第二步:對地震檢波器輸出數(shù)據(jù)進行分類,結果出現(xiàn)一個頻帶寬度與單個軌跡相似的信號,振幅幾乎與單個振幅之和相同。使用數(shù)據(jù)自適應濾波對噪聲進行壓制。

一個理想的濾波算子使所有有效的頻率經(jīng)濾波后不發(fā)生畸變,完全消除鎖定目標以外的所有頻率,叫做阻帶 (stop band)。理想的空間去假頻濾波器響應也是方位各項同性的,這種組合響應對于各個角度到達的能量都是相同的。對于傳統(tǒng)采集數(shù)據(jù)來說,有兩個問題與去假頻濾波器性能有關:阻帶內(nèi)不同方位噪聲的不完整壓制和通過帶內(nèi)平坦地區(qū)的不完整壓制。Q-land技術的采集形式在空間上是垂直的,適合應用3D去假頻濾波。采用的濾波技術以APOCS方法 (凸集交錯映射)為基礎,是一種非常有效的手段。

第三步:在空間上根據(jù)所要求組合的時間間隔對輸出數(shù)據(jù)進行二次采樣。這種排列曾在油田上使用過,但是幾乎沒有采樣間隔的機動空間,而使用數(shù)字組合處理,可以把任何一個采樣放到單點檢波器的狹小空間內(nèi)。

在常規(guī)排列數(shù)據(jù)上用復雜的地質(zhì)學假設不能輸出需要的結果,單點傳感器數(shù)據(jù)證明在信號保真度和頻帶寬度方面得到大大改善。數(shù)據(jù)能夠用于解釋微小地層特征,提高垂向和橫向的地震響應,在以下兩個實例中可以得到證明。

3 Q-land技術應用實例分析

3.1 阿爾及利亞 H assiMessaoud油田應用 Q-land技術提高薄層成像效果[6-7]

2002年,在阿爾及利亞被認為是世界上地震挑戰(zhàn)最大的油田之一的 HassiMessaoud油田首次實施了Q-land勘探。覆蓋面積44 km2,工區(qū)包括HassiMessaoud油田所在的城市,這給勘探作業(yè)安全帶來極大的困難。另外,需要成像的屬于薄層,具有非常低的聲阻抗差異,給此次研究帶來極大的挑戰(zhàn)。由于Q-land帶寬達到6～80 Hz,獲得了地層厚度約為14 m的圖像,垂向分辨率較高,標準勘測的地層厚度為40 m。為設計油井位置提供了非常好的數(shù)據(jù),提高了原油采收率。

3.1.1 地震挑戰(zhàn)

(1)主力產(chǎn)層是一個辮狀河流相體系,砂巖和頁巖分布極不均勻。

(2)油田受多個斷層變形和再生事件的影響,產(chǎn)生了復雜的斷層和裂縫模式,很難在地震上成像。

1948年冬，因家庭生活困難，經(jīng)組織同意，湯甲真停學到家鄉(xiāng)附近的宗一中學（現(xiàn)湖南省寧鄉(xiāng)五中），以教學為掩護，任地下中共湖南省工委直屬宗一特別黨支部組織委員，并兼任地下武裝組織員、農(nóng)運指導員等職，冒著危險做了大量地下工作。

(3)在油藏頂部和儲層單元內(nèi)部速度與密度的對比度很小,一些小層很難發(fā)現(xiàn)。

(4)大量的夾層使地震信號變得模糊不清,儲層上一個蒸發(fā)巖層使高頻信號強烈衰減,致使信噪比很低。

(5)一般來說,目標油藏的最大可用頻率為35～40 Hz,也就是說最大的垂向分辨率為40 m。而儲層單元成像所要求的垂向分辨率至少要在20 m,甚至更低。

3.1.2 實施Q-land技術的效果

(1)在這個低AI值層帶,分辨出相當于厚度大約為14 m的地層。這樣的分辨率在這個地質(zhì)環(huán)境中從來沒有獲得過。

(2)利用 DTF(斷距)屬性,在滲透率和DTF交會圖上進一步證實:越靠近斷層,測井曲線的滲透率越高。在大約70%的井上都觀察到,巖心滲透率和DTF之間呈現(xiàn)反比例關系。

(3)為了解決關于裂縫和小斷層是否提高或者降低了滲透率的問題,提取了在裂縫比較長的斷層附近地區(qū)的網(wǎng)格。結果發(fā)現(xiàn),有的斷層附近區(qū)域,聲阻抗高,原因是裂縫被黃鐵礦或者頁巖膠結,這種區(qū)域建議使用裂縫充當流體阻擋層;有的斷層附近區(qū)域聲阻抗低,這種區(qū)域建議打開裂縫。在區(qū)域構造上的次生裂縫也能夠增加地層的泄油能力。

(5)Q-land采集和處理系統(tǒng)是一種非常好的地震數(shù)據(jù)質(zhì)量和多功能采集形式和處理技術革新方法,將對油田開采期限內(nèi)的勘探、開發(fā)和油藏監(jiān)測帶來很大的影響。

(6)2006年,HassiMessaoud油田根據(jù) Q-land數(shù)據(jù)解釋結果額外又鉆了一些油井。

3.2 利比亞Lehib油田提高單點檢波器地震數(shù)據(jù)的帶寬[8]

從2006年11月到2007年3月,殼牌石油公司在利比亞首次成功地實施了WesternGeco的Q-land單點檢波器地震系統(tǒng)采集。這個項目的目的是測定單點檢波器采集和處理技術是否能夠提高分辨率和頻率成分,建立一個精細的Lehib全油田模型。交付的測量結果與以前的地震數(shù)據(jù)結果相比,改善了目標區(qū)域的信噪比和拓展了帶寬。該項目成功的關鍵是采集形式、震源設計和處理程序的綜合應用。

3.2.1 地球物理目標

新地震測量的首要目標是描述出Lehib油田主要構造上Waha儲集層的范圍和厚度,識別流體界面和確定該構造以外額外潛在的儲量。第二個目標是確定 Gargaf層裂縫密度和裂縫/構造方向。

3.2.2 有效的噪聲衰減

部分測量區(qū)域具有很高的環(huán)境噪聲和一些高振幅的測試信號,特別是地震檢波器靠近震源的地方。單點檢波器對噪聲特別敏感,同時也能實施數(shù)字壓制技術。為了減少這類噪聲,使用了環(huán)境噪聲壓制處理,去除這些不規(guī)則的高振幅,使用的方法是基于頻率的相干法。在DGF后,使用十字排列的FKK濾波器組合技術消除了相干噪聲。

3.2.3 測量結果

Lehib油田的測量是成功的,目標油藏數(shù)據(jù)具有較高信噪比和帶寬。在Q-land數(shù)據(jù)中,增強了的分辨率和頻率能夠與現(xiàn)有井數(shù)據(jù)建立很好的聯(lián)系,更有利于進行地層表征和建立更精確的油田模型。與Lehib油田相鄰的Arshad南部也進行了常規(guī)的地震測量。圖1給出了兩個測量之間的頻率對比結果。可以清楚地看到,通過單傳感器采集和處理,頻率得到有效改善。Lehib油田的Q-land測量與傳統(tǒng)測量相比,帶寬增加了20 Hz,在信號和噪聲之間另外分離12 dB。

圖1 Lehib油田Q-land和Arshad南部常規(guī)3D測量的振幅譜,超過1 000～2 000 ms的雙程旅行時

4 結束語

(1)與常規(guī)組合勘探相比,Q-land單點高密度地震勘探技術具有消除組內(nèi)干擾、提高噪聲壓制的精度、組合方式靈活、提高地震資料的分辨率和成像精度、改善油藏特征描述等優(yōu)勢,可很好地適應日益復雜的勘探形勢的需要。

(2)Q-land單點高密度地震勘探技術向小采集面元、高道數(shù)、寬方位、對稱均勻采樣等方面發(fā)展,相信該技術定會有很好的應用前景。

(3)該技術起步較晚,相應的理論分析以及處理、解釋技術還不成熟。由于存在原始資料信噪比低、數(shù)據(jù)量大、對設備的需求高等特點,其具體實施應用還有很多的爭議。

(4)實際應用時,要針對點激發(fā)/點接收地震勘探的特殊性,根據(jù)實際工區(qū)的情況進行分析研究,確定合適的采集方法,不能盲目使用單點高密度技術;否則不僅得不到期望的處理精度,還會增加成本,造成不必要的浪費。在新探區(qū),要先用常規(guī)組合勘探方法探明整體構造、工區(qū)信噪比等基本情況;然后隨著勘探程度的加深,勘探精度要求越來越高,進入高精度勘探或者油藏描述階段再進行單點高密度勘探。在復雜的老油區(qū)或者需要精細解釋的地區(qū),將單點高密度勘探技術與許多高精度的勘探方法聯(lián)合使用,如多分量勘探、廣角勘探、橫波勘探、4D地震勘探等,得到更詳細準確的油藏信息。

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