DAS-VSP 采集技术在四川盆地的应用

刘 飞 秦 俐 陈沅忠 李自龙 刘丽婷

1.中国石油东方地球物理公司新兴物探开发处西南经理部 2.中油奥博（成都）科技有限公司3. 中国石油东方地球物理公司西南物探分公司

0 引言

垂直地震剖面（VSP）技术是油气勘探新区寻找油气资源和老区深入解剖微幅构造的一项重要技术。近年来垂直地震剖面（VSP）技术在四川盆地深层与非常规油气藏的勘探开发中发挥了重要作用[1-4]。井中VSP数据除了提供精确的速度、层位标定外，由于它同时记录上、下行波，信息丰富，能获得井周地震波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[5-11]。经过30余年的发展，VSP技术应用范围越来越广，效果越来越好。目前常规VSP采集主要采用井中三分量检波器阵列进行接收，近年来随着四川盆地油气资源勘探开发向深层与非常规领域推进，采用常规检波器进行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，检波器阵列往往不能下至目的层深度，导致目的层覆盖次数及成像范围受到较大影响。同时川渝地区非常规气藏的开发对地震资料的分辨率和预测精度提出了更高要求，常规检波器VSP资料在指导水平井轨迹跟踪、薄互层的识别方面因空间采样率的限制，仍然不能完全满足非常规油气藏井中地球物理勘探的需求。此外常规检波器阵列采集一口VSP资料需要多次提升井中检波器阵列分段接收，导致VSP资料激发和接收一致性难以保证，一定程度上影响了采集资料品质和成果精度。

因此，针对上述常规检波器VSP资料采集面临的问题，采用耐高温DAS光纤铠装（200℃以上），在四川盆地开展了可控震源激发和井中分布式光纤声波传感接收的DAS-VSP采集试验，对推动四川盆地深层与非常规天然气勘探开发中具有十分重大的意义。

1 工区基本概况

试验工区构造位置处于四川盆地西北角，跨龙门山—米仓山台缘凹陷南缘及川北古中凹陷低缓构造区九龙山至中坝构造群。工区属山地—丘陵地貌，地形起伏大，地表出露白垩系夹关组至三叠系雷口坡组共9套地层，出露岩性涉及石灰岩、砂泥岩、砾岩、河滩砾石等，整体震源地面激发条件较差。

试验井位于双鱼石—中坝构造带柏胜潜伏构造带高点，完钻井深超过7 800 m，钻探目的是为了解双鱼石构造二叠系、石炭系和泥盆系储层发育及其含油气性。受龙门山逆冲推覆断裂作用，工区地腹构造复杂、断裂发育，目的层埋深变化大。为了解决复杂构造成像问题，进一步落实井周深层构造及断层的展布，开展了1次零井源距VSP和1条DAS Walkaway VSP的现场试验，DAS Walkaway VSP测线总长15.06 km，旨在通过发挥井中地震传播路径短的优势，进行井周精细成像与储层刻画，为寻找栖霞组优质白云岩储层提供技术支撑。

2 采集施工情况

零井源距VSP主要采用常规的Geochain 检波器，观测深度95～7 350 m，检波器级间距20 m，主要目的层段7 160～7 350 m采用10m观测点距。DAS Walkaway VSP接收深度0～7 300 m，DAS道间距0.2 m，采用1 ms的时间采样，记录长度8 s，地面炮间距60 m。 经过现场实际踏勘，为保证覆盖次数和激发点布设的均匀性，对过障碍区的部分炮井进行就近偏移恢复处理，对设计大量丢炮的3个村镇采用可控震源进行激发，可控震源炮次50炮，炮井与可控震源总共合计301炮（图1）。

图1 DAS Walkaway VSP激发点实际分布示意图

可控震源在平原地区应用非常广泛[12]，但在川渝等交通不便山区VSP作业中属于前期试验阶段。本次可控震源VSP采集施工车主要采用BV620LF，额定振动出力276 kN，重锤质量5 250 kg，扫描频率范围3～250 Hz。因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，具备改善地震资料品质潜力。该DAS Walkaway VSP施工一方面为了试验DAS-VSP在四川盆地复杂高温深井中的适用性，同时在部分障碍区采用可控震源激发，旨在试验可控震源替代常规炸药震源进行VSP数据采集的可行性，试验成功后有利于可控震源在川渝VSP项目中的大面积推广应用。

3 VSP原始资料特点分析

3.1 检波器VSP原始资料分析

图2是获取的检波器零井源距VSP的Z分量原始记录，可以看出，常规v0震点原始Z分量具有以下特点：下行纵波初至明显，符合时序变化规律，有利于初至时间拾取；可见多套上行纵波反射，多种波场混合存在，错综复杂；存在检波器阵列推靠不好带来的干扰及井筒波干扰；主频较高，在60 Hz左右，有效带宽在10～85 Hz之间。

受检波器级数影响，检波器零井源距VSP采集需要多次提升检波器阵列完成全井段的采集，涉及生产炮共计73炮，将检波器零井源距VSP原始Z分量记录放大后观察，个别单炮之间接收一致性存在差异，初至所在同相轴存在少许错位。此外采用多次炸药震源激发采集的VSP数据计算Tar值，受地面激发条件变化的影响，能量和时间对数拟合局部存在异常值，球面扩散Tar因子曲线存在分段现象，容易影响Tar值计算的准确性。

3.2 DAS-VSP原始资料分析

图3中左图为DAS-VSP采集炸药震源v0点原始单炮记录，整体上看下行纵波初至明显，上行纵波能量偏弱，部分道存在铠装光缆耦合程度不好产生的局部性 “振铃噪声”[13-14]；原始记录主频较高，在60 Hz左右，有效带宽在4～95 Hz之间。图3中右图为DAS-VSP采集可控震源零井源距VSP原始单炮记录，整体面貌与炸药震源零井源距DASVSP 原始单炮记录相当，仍然存在因光纤耦合不好产生的 “振铃噪声”，由于炸药激发能量比可控震源激发能量相对较强，同源距采集到的信号强度普遍高于可控震源，可控震源采集的数据的初至不如炸药震源采集的清晰，且高频成分信息不如炸药震源丰富。可控震源本身激发能量相对较弱，高频成分信息衰减较快，从目前四川盆地非常规气井采用常规检波器获取的VSP原始资料频谱分析看，同样存在可控震源VSP资料主频低于常规炸药震源主频的现象。

不同于检波器零井源距记录，DAS 零井源距VSP采用1次激发全井段接收，接收一致性更好，同时不存在炮与炮之间的能量差异问题，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因子曲线不存在分段现象（图4）；同时通过DAS-VSP初至拾取计算的地层逐点层速度精度较高，与测井速度变化趋势吻合性较好。此外采用可控震源VSP作业施工周期可大大缩短，有利于减少占井时间，降低作业成本，而且避免了采用炸药震源带来的安全和环保风险，在四川盆地井中地震勘探领域有较大的推广应用前景。

图5为不同井源距下共炮点接收道集原始资料的对比，DAS Walkaway VSP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, DAS Walkaway VSP可控震源与炸药震源采集资料相比，可控震源的信噪比更易受井源距影响，远井源距可控震源激发的资料信噪比明显偏低。因地面激发条件差异较大，不同井源距炸药震源子波一致性存在较大差异。

4 DAS-VSP资料处理重点与难点

DAS-VSP技术近年开始成为井中地震技术重要的发展方向[13-15]，国外Silixa和OptaSense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[16-18]，但井中DAS-VSP技术因自身采集方式的原因，采集的原始资料存在较强的特殊耦合噪声干扰、谐振干扰等[13]，原始资料信噪比相对较低，资料处理难度主要在于光纤特殊噪声去除，同时DAS Walkaway VSP炮间子波差异较大，子波一致性处理要求高；加之试验工区地下构造复杂，DAS Walkaway VSP数据具有波型多、波场复杂，波场分离困难、成像难度较大等特点。下面重点介绍保幅去噪与资料一致性处理，其余处理则与常规井中检波器阵列资料的处理方法基本一致。

4.1 噪音压制

原始资料分析表明，DAS-VSP数据中的光纤耦合噪声有不同的频率范围，具有多频性质，且与有效信号的频带重叠，如15.6 Hz、23 Hz、27 Hz、33.5 Hz、47 Hz、54 Hz、67 Hz、73 Hz、86.5 Hz 等，光纤耦合噪声作为套管内光纤采集特有的噪声，具有干扰能量大、规律性强等特点，在通过分析其不同频段规律特点后，针对性地提出了噪音检测与衰减技术，运用基于时频分析的S变化法，能较好地适应非平稳信号频率不规律变化的特点，可有效去除该类噪声，保证了在压制噪音时低损伤其他有效信号，剔除噪声后单炮品质明显提高。图6中右图是DAS-VSP资料去除噪声后的记录，与同井源距检波器VSP记录Z分量对比，两者的面貌较为一致，初至清晰，光纤耦合“振铃噪声”在得到有效压制后，反射波信息相对增强，资料信噪比提高，为井驱参数求取和后期资料处理奠定了良好的基础。

图6 同井源距检波器Z分量记录和去噪后DAS-VSP资料对比图

4.2 一致性处理

子波一致性处理对初至拾取、道组合、波场分离、成像等后续处理都起着极大的影响。通过前面采集资料分析可知，该工区DAS Walkaway VSP采集资料单炮间子波一致性较差，主要表现在炮集数据的能量和频率变化、检波集不同深度数据的能量和频率变化两个方面。该子波一致性处理主要是在炮集、检波集、炮间进行的，主要包含一致性振幅补偿与一致性反褶积，质控手段采用一致性前后记录对比及自相关。几何扩散补偿后，依据全区炮记录的能量分布范围，统计出能量均衡参量；计算时窗范围内每一炮的能量平均值并保存；逐炮计算后，分析不同炮的振幅空间变化趋势；按照炮集道数将能量调整到固定的能量级别上，从而有效消除炮间的能量差异。频率一致性处理则采用了统计子波反褶积技术，通过调整选取子波的起始频率和终了频率可以改变期望输出子波的形态，并适应DAS-VSP数据有效的频率特点，经过子波反褶积后，激发子波的一致性增强，改善了由于激发原因造成的炮间频率非正常变化。通过子波一致性处理前后对比，可见子波一致性处理后记录显示道间能量明显趋于一致，通过自相关进行质控发现子波旁瓣明显收敛（图 7）。

图7 不同井源距DAS Walkaway VSP子波一致性处理前、后对比图

4.3 波场分离及成像

波场分离是VSP资料成像的前提，是VSP处理中的关键一步。DAS Walkaway VSP原始记录波场信息丰富，需要逐一进行衰减，采用的波场分离方法主要为中值滤波，中值滤波是利用有效信号与干扰信号在时间—空间域的视速度差异，以误差绝对值之和来确定滤波器的输出响应。其具体思路是：利用纵波初至将下行纵波拉平，用中值滤波法将拉平的下行纵波视为干扰分离。将剥离下行纵波、转换波、套管波等干扰后的单程时间记录进行静态时移及波场分离，最终得到上行（反射）纵波记录。通过上述波场分离后的上行纵波波组特征较清楚，同相轴连续，可用于后续的成像。

纵波成像需要预知其速度模型，速度模型与实际地层速度越接近，所得成像结果越可靠。但由于走时拾取误差和速度反演方法误差的存在，建立的速度模型不够准确，则所得CDP道集的同相轴不能展平，各道之间存在一定量的剩余深度差或时差，从而影响成像效果[2]。本次成像通过拾取直达波和反射波走时，联合反演纵波初始速度模型，基于射线追踪轨迹转换成像，抽出CDP道集后在CDP道集上拾取剩余深度差更新速度模型，依据成像结果反复优化VSP成像速度模型，最终进行CDP叠加得到最终的成像剖面。基于射线追踪的反射纵波成像，避免了VSP波动方程偏移划弧，不仅提高信噪比，还能保持VSP的高分辨率（图8）。

图8 DAS Walkaway VSP波场分离前后、对比图

图9是该井DAS Walkaway VSP成像镶嵌地面地震对比图，整体上看DAS Walkaway VSP成像波阻特征活跃，强弱关系分明，目的层主要构造形态刻画清晰，过井地层倾向与钻井实际资料基本吻合，在刻画浅层成像效果上较地面地震更好，且目的层和深层反射特征更加清晰。

图9 DAS Walkaway VSP成像镶嵌对比图

5 结论

1）铠装光缆首次成功实现了在四川盆地高温深井中的DAS Walkaway VSP数据采集试验，原始资料初至清晰明显，并在一定程度上避免采用常规检波器分段多次接收产生的单炮一致性问题，获取的原始资料品质可满足后续的处理解释需要，进一步验证了DAS-VSP技术在深层油气勘探中的适应性，具有巨大的应用前景。

2）DAS-VSP技术是未来井中物探主要发展方向之一，目前使用μDAS®调制解调仪器采集的DAS-VSP原始资料品质较常规检波器略差一点，配套处理技术还需进一步完善，建议今后加强套内磁吸附方式采集 DAS-VSP资料的研究[19-20]，改善原始单炮信噪比与品质，并在川渝地区开展推广应用，提升施工作业效率，预期将会取得较好的经济效益。