随钻地震技术研究进展

在钻井作业中利用地震波传感器对常规地震震源(如气枪、可控震源或炸药震源)或非常规震源(钻头振动)产生的地震波信号进行记录并获取VSP或逆VSP数据的技术被称为随钻地震技术。对该领域国内外研究进展进行了回顾,并对钻头随钻地震、扫频脉冲震击器随钻地震、随钻VSP等3种典型技术的原理、系统组成、功能、商业化应用及其优缺点进行了具体介绍和对比。通过分析,为国内随钻地震的下一步研究发展方向提出了建议。     

利用计算机技术开发VSP在地震勘探中的功能

VSP(Vertical Seismic Profiling)——垂直地震剖面法勘探技术,是80年代发展起来的一种新的地球物理勘探方法。它是在地表设置震源激发地震波,在井中设置检波器接收,即在垂直方向观测人工波场。它的发展首先受到计算机技术的制约,从刚开始的零偏VSP及只能提供出时-深关系和地层速度到目前的非零偏VSP及利用VSP资料提取出真子波、用VSP初至波和上行波关系预测未钻遇地层、用VSP资料中波的传播关系识别地面地震记录上的多次波、利用三分量中的一些特征参数与声波测井和电法测井的资料相结合来研究地下构造及岩性等,都是计算机技术的发展在VSP应用中的体现。     

井下地震震源和检波器的某些进展

垂直地震剖面(VSP)观测是在井下使用紧贴井壁的三分量检波器,接收来自地面的人工地震波。而逆垂直地震剖面(RVSP)观测与常规VSP观测刚好相反,是在井下激发,地面接收地震波。井间VSP则是在一口井中激发,在另一口井中接收,可记录到较高的频率信息,从而具有在钻孔周围产生详细影像的能力。文章介绍井下地震震源(炸药、射孔枪、气枪、水枪、钻头等)和井下地震检波器以及它们的某些进展情况。     

随钻VSP测量中地震波场的数值模拟

随钻VSP技术是油气勘探新区获得突破,老区深入挖潜的关键技术。在不干扰正常钻井的前提下,井下VSP测量工具可接收地面震源激发的地震波信息。为了研究随钻VSP测量中的地震波场,介绍了随钻VSP测量系统组成及各部分功能,分析了其技术特点。利用格子法对一个理论地质体模型进行数值模拟,分别获得地表地震数据和VSP数据。对地表地震数据采用时间偏移算法进行处理,获得时间域地表地震剖面;对VSP数据进行处理获得校验炮时间,根据校验炮时间数据可在地震剖面上有效确定钻头位置。研究结果可为下一步研究相关算法提供重要依据。     

井间地震反射波场分离及应用研究

井间地震反射波场分离可以看成是VSP波场分离的一种延伸。与VSP不同，井间地震波场较为复杂，分离的难度较大。借鉴VSP波场分离技术与常规地面地震处理技术，系统论述了实际井间地震反射波场分离的过程：①建立井间地震反射波场分离的工作流程；②进行井间地震初至波(直达P波)的切除；③运用多域多道滤波技术分离出上、下行一次反射波；①运用VSP-CDP成像技术与初步叠加技术获得类似于地面地震资料的井间地震反射波初叠剖面。实际资料处理表明．运用多域多道滤波技术可以较好地实现井间地震波场的分离。     

利用微测井及VSP资料确定地面地震采集资料的频率

零偏或非零偏VSP测井资料具有在表层低降速带下激发和接收,以及地震波在地层中单程传播的特点,它极大地减少了表层低降速带的吸收、地震波在传播路径中的衰减以及地表各种噪音干扰对有效信号的能量和频率的影响。与地面地震采集资料相比,具有更强能量和更宽的频率成分。因此,综合利用微测井、VSP资料和地面地震资料,对地震波在不同埋深目的层中传播时的振幅和频率进行准确分析和研究,以确定地震采集中能获得的最高频率,这样能更合理地指导野外地震采集试验及评价试验资料效果。     

VSP资料辅助地震勘探观测系统设计方法探讨

在地震采集技术设计中,常常需要参考目的层反射特征和速度变化等情况,利用VSP资料是获得这些信息的重要途径。在苏北某地区地震勘探中,利用VSP资料获得了目的层反射特征、层速度、地震波吸收衰减等情况,并在地震采集技术设计中加以利用,开展了针对性的观测系统设计。最终勘探成果证明,利用VSP资料辅助地震勘探观测系统设计的方法可行,有效提高了费效比。     

一种提高VSP分辨率的反Q滤波方法

由于VSP记录的地震波的衰减程度与地面地震记录的地震波的衰减程度不同,因此对VSP资料进行反Q滤波处理,直接应用地面地震资料的反Q滤波方法是不准确的,需要对其进行改进。本文基于Wang处理地面地震资料的反Q滤波方法,提出一种适用于VSP资料的反Q滤波方法,即先对VSP资料上、下行波场进行分离,然后根据VSP上、下行波各自的波场特点,分别进行反Q滤波补偿。采用此法对模型数据和实际VSP资料分别进行反Q滤波补偿处理,均取得了比较好的效果。     

三维VSP数据的波动方程偏移成像

常规的三维VSP地震数据偏移成像大都使用基于射线理论的Kirchhoff积分方法在共炮点道集中进行，因此对地下速度横向变化大的复杂构造区适应性差、效率很低。基于三维VSP地面激发井中接收观测系统的特殊性，利用地震波场的互易性原理，提出了一种在共接收点道集中进行三维VSP地震数据波动方程偏移成像的方法，不仅极大地提高了三维VSP偏移成像的计算效率，而且还适用于速度横向变化大的复杂构造区。为了利用时间域偏移成像方法对速度模型的相对不敏感特性，在三维VSP偏移成像中，借助于波动方程叠前深度偏移成像算法的概念，还提出了一种可以满足时间域速度模型横向变化要求的波动方程叠前时间偏移成像方法，拓展了波动方程叠前时间偏移成像的应用范围。     

利用VSP提高地震资料处理质量的新途径

为了改善地面地震资料反褶积处理质量,针对地震资料因地面接收干扰严重,衰减和吸收作用较大,难以真正反映地震波在地下各个深度地层传播的地震子波,不能得到精确的反褶积算子的问题,通过利用VSP测井在潜水面以下激发、井下不同深度地层接收的特征,从VSP资料中提取该反褶积算子,并用于叠后地面地震资料反褶积处理中。结果表明,此方法可明显提高叠后处理剖面的分辨率,改善同相轴的连续性,加强波阻特征,并最终使叠后处理剖面质量得到较大的改进。     

VSP速度分析

在地面地震中地震波的速度研究是很重要的,无论是地震资料处理或解释都需要有准确的速度信息。同样,在垂直地震中速度研究也是一个极为重要的课题。本文试图在如何运用VSP资料准确地提取速度及VSP速度的特点方面进行一些探讨,以便推进对VSP的研究和应用。     

泌阳凹陷井地联合3D—VSP采集方法探讨

地面三雏地震勘探和井中VSP测井技术都是相对成熟的勘探技术，两者结合起来形成的井地联合3D—VSP勘探技术，是一项新型的地震勘探方法，它实现了地面三雏地震采集与井中VSP采集的有机结合。通过对井地联合3D—VSP采集设计、论证思路、方法以及井地联合3D—VSP采集资料频谱、信噪比与波场等效果的分析，认为该方法有效的提高了地震剖面的解释精度，为落实构造、扩大和发现新的圈闭、确定油藏类型、油气开发评价等提供依据，在泌阳凹陷深凹区应用该方法，取得了较好的地质效果。     

区域多尺度随机介质模型及其波场分析

常规地震的层状介质理论不适用于高精度地震工作．为此，必须发展复杂非均匀介质中的地震波场理论。利用统计学方法对复杂介质进行描述，研究介质中地震波场特征的随机介质波场理论，是非均匀介质地震波场理论发展的一个方向。为此，发展了常规随机介质模型，提出了一种称为“叠加型”的多尺度随机介质模型和一种“区域多尺度随机介质模型”。利用非均匀介质弹性波波动方程的数值求解，研究了这类随机介质模型中的地震波场特征，得出了一些有意义的结论。     

时延VSP和4D地震储层监测风险分析

我们研制出一种适用于时延VSP和4D地震储层监测的风险分析单,它是1977年Lumley等人推出的风险分析单的增强版。该分析单采取评分、记分方法,记分系统对风险所涉及的各种新参数进行了量化;研究中新增加的与VSP和3D地震采集有关的重要参数包括:垂向和横向分辨率,震源和接收器的可重复性,成像孔径范围等。我们用这项新的分析技术对适用于时延VSP监测的6种储层情况进行了详细的风险分析。这6种情况是:陆上两类碳酸盐岩储层的CO_2注采,陆上两类砂岩储层的蒸汽注采,海上两类砂岩储层的注水开采,这6种情况的目的层都为20ft厚左右。我们对这6种情况分别进行了储层参数和地震参数分析,井将所有参数的最终联合分析结果制成交会图,由此对风险进行了充分的估计。估计结果表明,对于任何一种情况,时延VSP的潜在风险都要比4D地震低得多。只要时延VSP具有高度可重复性,就能获得极好的频率成分、区域覆盖和成像质量。结果还说明,用时延VSP技术进行浅层松软砂岩储层蒸汽驱监测和高气油比(GOR)松软砂岩储层水驱监测是最具代表性和最成功的项目。     

VSP技术在河南油田油气勘探中的应用

垂直地震剖面法(VSP)勘探技术,是地震剖面与地质层位之间的桥梁,能为利用地面地震反射信息进行构造精细解释、储层横向预测和油藏描述提供可靠的资料依据。阐述了VSP技术的基本原理、采集方法和在油气勘探中的作用。介绍了VSP技术在河南油田油气勘探中提供时深参数、层位标定和研究井旁构造方面的应用情况。分析了存在的问题,并提出下步工作的建议。     

基于零偏移距VSP的时变子波反褶积方法

提高地面地震数据分辨率的一种有效方法是从VSP数据中提取反褶积算子并将其应用于地面地震数据,然而,传统的VSP子波反褶积方法通常是在不考虑地震子波时变特性的情况下,提取固定反褶积算子,且由于地震子波是时变的,从VSP中提取一个子波反褶积算子应用于地面地震记录是不准确的,由此提出一种利用VSP数据提取时变子波反褶积算子的方法。该方法将零偏移距VSP数据的下行直达波作为单程VSP地震子波,利用地下介质的衰减函数将单程地震子波的振幅谱转换为双程地震子波的振幅谱,在最小相位的假设下,从时变子波振幅谱中获得时变反褶积算子,然后将算子应用于叠后地面地震数据。理论合成数据和实际地震数据证明了该方法可有效补偿振幅能量并可提高地震记录的分辨率。     

时延VSP和4D地震储层监测风险分析

我们研制出一种适用于时延VSP和4D地震储层监测的风险分析单，它是1977年Lumley等人推出的风险分析单的增强版。该分析单采取评分、记分方法，记分系统对风险所涉及的各种新参数进行了量化；研究中新增加的与VSP和3D地震采集有关的重要参数包括：垂向和横向分辨率，震源和接收器的可重复性，成像孔径范围等。我们用这项新的分析技术对适用于时延VSP监测的6种储层情况进行了详细的风险分析。这6种情况是：陆上两类碳酸盐岩储层的CO2注，陆上两类砂岩储层的蒸汽注采，海上两类砂岩储层的注水开采，这6种情况的目的层都为20ft厚左右。我们对这6种情况分别进行了储层参数和地震参数分析，并将所有参数的最终联合分析结果制成交会图，由此对风险进行了充分的估计。估计结果表明，对于任何一种情况，时延VSP的潜在风险都要比4D地震低得多。只要时延VSP具有高度可重复性，就能获得极好的频率成分、区域覆盖和成像质量。结果还说明，用时延VSP技术进行浅层松软砂岩储层蒸汽驱监测和高气油比（G0R）松软砂岩储层水驱监测具代表性和最成功的项目。     

用菲涅尔理论解释反射地质体边界的理论模型研究

本文从地表地震测量和垂直地震剖面（VSP）的观测系统出发，从理论上分析了反射界面上菲涅尔带分布的特点及其对地震波振幅的影响，并由物理地震模型试验资料，证实了各种观测方式及反射地质体处于不同埋置条件下菲涅尔带半径的可测性，由此总结出用反射能量极大点－半幅点间距来估算第一级菲涅尔带半径的方法，验证了半幅点方法确定反射地质体国边界的可靠性，为地震资料解释提供了理论及方法依据。     

利用VSP提高地面地震资料的分辨率

反Q滤波是地面地震处理中提高成像分辨率的重要方法。影响地震资料分辨率的一个主要原因是地层对地震波的吸收,有效地计算地层品质因子Q值、消除地层吸收对地震信号传播的影响,是提高地震资料分辨率的关键。针对从地面地震资料中难以提取准确Q值的问题,从VSP下行波资料中提取Q值,然后运用一种改进的稳定有效反Q滤波方法对地面叠后资料进行处理。结果表明,此方法有效地补偿了地震资料的中、高频成分,拓宽了地震信号的频带宽度,明显提高了叠后处理剖面的分辨率,更大幅度地改善了地面地震资料的质量。     

地面地震数据到VSP数据的转换

本文介绍一种新方法:通过一个数值过程将地面地震数据转换成拟垂直地震剖面(VSP)。仅仅用一个宏模型生成的拟VSP包含有初始地面地震数据的全部信息。这种方法不同于要求输入地下模型的所有详细参数的VSP正演模拟。文中已给出了正演VSP模拟和拟VSP的比较结果。所用算法对宏地下模型的误差很敏感,这种灵敏性能作为检验地下宏模型正确性的一个新的约束条件。在不同的相交剖面(炮记录、VSP和切片)的多个同相轴的解释中,三维资料的立体表示能起到辅助作用。