四川盆地VSP测井技术进展

刘 飞 秦 俐 邓 兴 戈 理

中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司西南物探分公司

0 引言

VSP（垂直地震剖面）测井技术是油气勘探新区寻找油气资源和老区深入解剖工作的一项重要技术。VSP测井除了可提供精确的速度及进行层位标定外，由于它同时记录上、下行波，信息丰富，能获得井周吸收衰减规律及岩石物理弹性参数，对提升地震资料处理解释成果精度具有重要作用[1-2]。四川盆地VSP勘探历史久远，1956年地震203队在隆昌圣灯山、巴县石油沟、江油海棠铺和龙泉山三大湾等区对15口井进行了地震测井勘探，开启了四川盆地VSP勘探历程。截至2019年底，四川盆地已对430余口井进行了VSP测井资料采集与处理解释，完成了VSP速度分析、层位标定等地质任务。四川盆地不同阶段VSP测井采用设备、方法与地质任务侧重点不同，其中1956—1995年基本全是零井源距VSP测井，主要采用CNC-49型、DS-3型或DJ-8型单分量模拟检波器，VSP测井目的主要是进行速度计算及误差分析；1995—2008年出现了非零井源距测井，主要采用三分量数字检波器，但检波器级数少，该阶段地质任务除速度计算外，增加了层位标定及构造细节描述；2008年至今，在高磨、威远、长宁等区块进行了大量2D、3D VSP测井[3-6]，采用的三分量数字检波器最多达到100级以上，该阶段地质任务包括井控参数计算、弹性参数计算、多次波识别、水平井井轨迹优化、储层精细刻画等。

早些年的VSP都是针对单井评价，随着技术的不断发展，测井手段、处理解释方法都与日俱进，特别是近几年来，针对常规炸药震源施工带来的环境污染问题、VSP测井与常规地震结合不紧密问题等，在四川盆地尝试开展可控震源激发、井中uDAS（分布式光纤传感系统）接收、井地联合采集与处理解释试验与应用，进一步丰富了VSP测井的应用范围与功用，采用VSP可控震源施工效率进一步提高，应用井地联合2DVSP勘探技术，可获得水平井轨迹设计方向上高品质的地震剖面，有效支撑四川盆地页岩气直改平开发方案优化[3]。

1 可控震源VSP测井

1.1 可控震源特点

可控震源在平原地区应用非常广泛[7]，在川渝等交通不便山区使用较少。但随着近年四川页岩气的大力开发，配套的道路交通建设逐渐完善，为可控震源提供了良好的道路条件。同时因生态环境保护加强，以及受地震影响四川省部分地区办理爆炸物品使用和准运证非常困难，促使四川盆地VSP 测井开始采用可控震源替代常规炸药震源的研究，试验成功后可控震源开始在川渝地区VSP测井采集上推广。

四川盆地可控震源VSP测井施工车主要采用BV620LF可控震源，额定振动出力276 kN，重锤质量5 250 kg，扫描频率范围3～250 Hz，根据井场的剩余可用面积大小，施工期间可以采用1～2台可控震源车施工。可控震源所产生的地震信号特性已知，信号频谱和信号幅度在一定范围内可控，从地震信号激发角度而言，改善地震资料品质潜力较大。

1.2 实际资料分析及应用

从2019年初至今，西南物探分公司已在威远、长宁等区块完成了多口井可控震源VSP资料的采集，其中2019年3月是首次在四川盆地（威远区块 W213井）开展采集试验，可控震源单次震动记录1次，同一深度接收点共重复震动记录8次，现场用处理软件进行8次叠加相当于1炮。图1为可控震源采集的原始Z分量记录，可控震源记录干扰较小，信噪比较高，可见多套上行纵波，连续性好，从主频来看，该井可控震源VSP资料主频在19 Hz左右，低于常规炸药震源主频(30～50 Hz)。受检波器级数影响，VSP采集与地面地震一样通过滚动搬家的方式完成全井段的采集，相对于炸药震源而言可控震源受地面激发条件影响相对小，炮间能量相对更加均衡。

图2是从可控震源VSP下行波场中提取的子波记录，从中可以看出子波一致性较好。资料初至时序规则，初至拾取波峰位置可以通过软件自动拾取，相较拾取起跳位置更为精确。因此针对零偏移距VSP测井速度资料、时深关系求取可控震源更有优势。

从目前开展的多口井可控震源VSP测井实际资料计算结果来看，无论在长宁区块还是威远区块，可控震源VSP计算的地层逐点层速度精度都较高。同时可控震源施工中，都采用同一出力值，不同于炸药震源随井深变化炸药药量可能有差异，因此使用可控震源获得的VSP资料炮间能量的一致性较好，Z分量下行直达波的能量随深度的变化更能准确直观地反映地震波在地层中衰减情况，Tar值求取准确度更高（图3）。而炸药震源VSP计算Tar值，受地面激发条件影响，炮间能量不均衡，能量和时间对数拟合局部存在异常值，容易影响Tar值计算的准确性。

图1 可控震源采集原始Z分量记录及频谱图

图2 可控震源VSP资料子波记录图

可控震源VSP采集资料信噪比较高，资料一致性较好，更有利于速度及时深关系准确求取等。除上述优势外，可控震源的优势主要表现在施工效率高、安全环保等方面。在四川盆地零井源距VSP测井施工作业主要采用6级Geochain检波器，级间距20 m，若采用炸药震源施工，一口井深3 500 m左右的井往往需要钻炮井30～40口，钻井施工、测量、表层调查以及采集总共需要约9～10 d，而采用可控震源VSP施工仅仅需要2～3 d时间，施工周期大大缩短，更有利于降低施工成本，而且避免了采用炸药震源带来的安全和环保风险。实践表明，在四川盆地山地区域使用可控震源替代炸药震源进行VSP资料采集，具有其独特的优势，并逐渐成为一种趋势，但是目前可控震源采集的VSP资料频带有限[7]，需要进一步加强研究攻关，提高可控震源采集原始资料的主频，从而拓展其在地层精细刻画等方面的应用。

图3 可控震源下行直达波及Tar值求取展示图

2 uDAS VSP测井

常规井下检波器进行VSP资料采集往往受到诸如高温、裸眼井段、井斜等条件的限制，同时采样率相对低，在高分辨地震勘探以及薄互储层的识别上仍然处在一定的不足，不能完全满足深层、非常规油气藏井中地震勘探的需求，从而促使了uDAS VSP测井技术的发展。

2.1 技术特点

uDAS技术近年成为井中地震技术重要的发展方向[8-10]，采用一次激发可实现全井段接收，作业效率高，成本低，作业风险较常规多级井下检波器分段接收更小；井中uDAS光纤传感器具有耐高温、耐高压、测量精度高、稳定性好、可测量深度大等特点，可在超斜井、小口径油气井等特殊井中使用，适用范围广；uDAS系统时间采样和空间采样间隔更小，该技术的应用有利于识别几米甚至更薄的地层或储层。国外Silixa和Opta-Sense等多家公司已经开始为油田提供成熟的DAS井中技术服务，近几年在SEG、EAGE年会上设立了技术专场，应用实例呈倍增趋势[11-13]，取得了一些较好的效果，成像结果基本可满足地质需求。

2.2 资料分析及应用

目前已在四川盆地双鱼石—中坝构造完成了1口井的零井源距uDAS VSP测井和1口井的uDAS 2D VSP测井作业，Udas VSP资料采集时光纤在井筒内无推靠，采用1 ms时间采样，记录长度8 s，空间采样间隔0.1 m。图4为同一口井不同井源距下共炮点接收道集原始资料的对比，uDAS 2DVSP原始资料下行波清楚，上行波可见，主频较高，部分井段存在耦合干扰，整体信噪比随井源距增加而降低,不同井源距子波差异大且一致性差。

图4 不同井源距uDAS 2DVSP共炮点资料对比图

图5为零井源距VSP检波器和uDAS采集原始单炮记录对比，可见uDAS采集资料初至清晰，反射波可见，整体信噪比一般，与检波器采集Z分量记录基本相当，但因该区构造复杂，两种方式采集的原始资料绕射波均较强，存在多种波场混合，错综复杂。通过对比零井源距VSP检波器和uDAS采集原始资料分别求取的时深关系，二者的时深变化图5规律基本一致。

uDAS技术因自身特点，资料处理的难度主要在于光纤特殊噪声—谐振干扰[8]的去除，信噪比相对低，需用反演噪声去除法及道组合等方式进行保幅去噪，提升uDAS资料信噪比；后续资料处理则与常规检波器资料处理流程基本一致，通过基于零井源距VSP准确的时深关系，结合声波合成记录标定对反射同相轴进行地质层位确认，然后对uDAS 2D VSP测线和地面地震测线成像数据进行层位和断裂的解释和确认，逐层逐线进行精细构造解释，最终可以实现高精度成像。

图6是该井uDAS 2D VSP成像镶嵌地面地震对比图，剖面中间嵌入部分为VSP成像，其左边、右边部面为地面成像。整体上看uDAS 2D VSP成像波组特征活跃，强弱关系分明，目的层（中二叠统茅口组、栖霞组）主要构造形态刻画清晰，深层寒武系反射特征更加清楚，过井地层倾向与钻井实际资料基本吻合，在刻画浅层倒转复杂构造带方面，成像效果较地面地震更好。

从前述uDAS VSP原始资料分析可以看出，不论零井源VSP、2D VSP资料的品质，基本上皆可替代常规检波器获取的资料。uDAS技术采用一次性激发获取整个井段VSP资料，相比常规检波器不需要多次上提检波器串并进行多轮放炮，因此在进行uDAS 2D VSP或3D VSP测井施工时，相比常规检波器采集可以节省多轮炮次，大大节约施工成本，优势明显。

图5 ZVSP检波器与uDAS VSP资料对比图

图6 uDAS 2D VSP成像镶嵌对比图

3 井地联合采集与处理解释

VSP技术经过30余年的发展，应用范围越来越广，效果越来越好。特别是在21世纪初至今，国内外不少仪器厂家在VSP井下接收系统的研制方面取得了重大进步，接收系统级数可高达80级、甚至200级，井下检波器系统耐高温高压性能、灵敏度不断提高。同时VSP资料在提高成像分辨率及其效果等方面能与地面地震勘探的结果形成互补，特别在利用地震信息估算参数方面的互补，诸如各种地层速度、近地表畸变影响、各种异性参数甚至AVO标定等，从而导致井地联合采集和处理越来越受重视[14]。

3.1 方案设计

将地面地震观测系统设计与井中地震观测系统设计相结合，设计以满足地质任务为前提，保证目标层观测资料的完整性。先根据地质、构造、测井及井况等信息建立理论模型，VSP采集观测系统设计从成像范围和覆盖次数两方面论证确定最大井源距范围、炮间距、检波器沉放范围及检波器级间距[15]；地面地震观测系统设计包括偏移距、覆盖次数、道间距、接收排列长度等，同时综合考虑地面和井中两者的观测参数，并结合经济评估，优化关键参数与放炮方式，最终设计出联合勘探的采集观测系统，目前在四川盆地已初步形成了面向地质目标的理论论证、模型论证和实际资料相结合的井地联采观测系统设计融合与优化技术。

3.2 处理流程与特点

2D VSP及3D VSP资料处理主要包括去噪、振幅补偿、静校正、矢量合成、波场分离、速度模型的建立及优化、成像等一系列工作[16]，其中振幅补偿、静校正、波场分离、速度模型建立和成像最为关键。通过VSP资料的处理提取各种地球物理参数（速度、Tar、Q因子、反褶积算子、各向异性等）,从而驱动地面地震资料处理，提高地面地震资料分辨率和对储层的描述能力（图7），采用井地联合处理思路及流程可以为高分辨率、高信噪比、高保真处理发挥重要作用[17-20]。

3.3 处理效果

目前在四川盆地云锦向斜和威远区块开展了3D VSP与地面地震的井地联采先导性试验，而井地联采应用最多的是在页岩气勘探区块采用2D VSP与地面地震联合采集，并进行井震联合处理，从而获得更高品质的地震资料，精准标定层位，提高地震资料解释精度，落实目标层段的倾角、断层、优质页岩发育程度等详细信息，指导水平井轨迹设计和跟踪，为页岩气井的直改平方案提供坚实的技术支撑。采用井震联合处理，其成像结果能提供丰富的井周地震信息，拓展目标层地质描述空间范围，将储层分布特征展现更清晰，断点的刻画更准确。从现场应用成像剖面（图8）来看，井地联合处理的剖面比常规处理剖面频率提高了8～10 Hz，成像质量有明显改善，绕射归位合理，断点清楚、干脆。井地联合采集与处理处理技术为油气藏精细勘探开发提供了手段，是未来井中地震勘探技术发展的主要方向之一[4]。

4 结论

1）可控震源VSP采集资料信噪比较高，资料一致性好，其应用有利于提高施工效率，大大缩短作业周期并降低勘探成本，并可避免炸药震源带来的安全风险和环保风险。但目前四川盆地可控震源VSP采集原始资料主频偏低，分析认为可能与震源吨位偏小等因素相关，提高可控震源VSP采集资料主频，将有利于进一步推动该技术在四川盆地井中地震勘探领域的大规模应用。

2）井地联合地震勘探技术是地面地震和井中VSP技术结合起来的一项立体地震勘探方法，继续优化2D、3D VSP与地面地震联合采集的施工模式，实现井中与地面地震同步采集，并利用VSP资料对地面地震进行井驱处理、进行井地联合反演与解释，可提高地震数据对地质目标的描述能力，对油气田的勘探开发工作具有十分重要的意义。

3）前期uDAS VSP测井试验与应用，都取得了一定的基础成果，但目前四川盆地在uDAS VSP资料采集时未实现光纤与套管的有效耦合，获取的原始资料品质较常规检波器差，且配套处理技术还不完善，建议今后进一步开展光套耦合VSP资料采集等技术的研究，改善原始单炮记录信噪比与品质。

图7 井控地震资料处理技术思路及流程框架图

图8 叠前时间偏移剖面对比图