宽方位层析建模技术及其在YA高密度三维的应用研究

朱相羽,潘成磊,汤国松,刘立民,熊 烨

(1.中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司勘探管理部,江苏扬州225000;2.中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司物探研究院,江苏南京210046;3.中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院,江苏南京211103)

深度域速度模型的精度决定了深度偏移成像的精度。层析建模技术一般基于偏移距域共成像点道集,利用旅行时信息进行速度更新。层析建模技术具有计算效率高的优点,目前仍然是工业界深度域速度建模的主要手段。最早利用DIX公式将时间域均方根速度转换成深度域层速度,但是DIX公式存在水平层状介质的假设导致结果往往存在较大误差。自20世纪70年代以来,地震层析成像技术广泛应用于深度域速度建模。ENGDAHL[1]提出采用打靶法进行射线追踪以计算射线路径和旅行时间,但是在复杂构造区打靶法往往存在阴影区;JULIAN等[2]提出弯曲射线法,该方法在走时层析应用比较广泛;LANDA等[3]建立了基于偏移前共中心点数据的射线追踪方法,通过偏移前道集的相干性大小来计算深度域层速度;AL-YAHYA[4]基于偏移后共炮检距地震数据校平的原则建立了基于剩余时差的层析建模方法;STOLK等[5]和STORK等[6]将层析技术应用于叠前深度偏移;随着宽方位地震受到重视,BUIA等[7]提出了一套基于多方位的层析建模技术流程;段文胜等[8-9]利用宽方位网格层析建模技术进行西部地震资料串珠成像,取得较好效果,但他们研究的是西部全方位地震资料的层析策略,没有涉及到东部宽方位地震资料的层析策略。苏北盆地宽方位地震资料横纵比一般为0.5～0.7,方位角宽度没有到达全方位的程度。地震资料存在主测线方向覆盖次数明显高于联络线方向覆盖次数的问题,会导致剩余曲率拾取的密度和质量在不同方位存在较大差异,因而影响宽方位层析反演精度。为了解决这个问题,本文提出一套基于OVT域方位角分组的宽方位层析速度建模技术流程,目的是解决苏北盆地地震资料联络线方向覆盖次数不足影响到剩余曲率拾取的质量和密度的问题,实现提高宽方位层析反演精度的目标。

1 宽方位层析建模技术

目前业内深度域速度建模大多采用网格层析建模技术,采用计算效率较高的克希霍夫叠前深度偏移方法得到共偏移距域共成像点道集(ODCIG),以共成像点道集拉平程度作为判断叠前深度偏移速度场准确程度的标准。如果偏移速度偏高,共成像点道集上同相轴下弯,反之同相轴上翘。因此共成像点道集上不同偏移距同相轴深度的差异提供了速度更新的信息。采用网格层析建模技术实现速度模型更新[10],即:

Δze(x,y,h,mc)=ze(x,y,h,mc)-
zr(x,y,h=0,mc)

(1)

式中:mc代表当前速度场;ze代表共成像点道集上偏移距为h的深度剖面;zr代表零偏移距的深度剖面;Δze代表道集的未校平程度。假设成像点地震道偏移距为0,成像深度接近真实深度,即:

ze(x,y,h=0,mc)≈zd

(2)

式中:zd代表地层真实深度。

方程(1)可近似表达为:

(3)

随着宽方位地震数据越来越受到重视,1988年,VERMEER[11]提出了炮检距向量片(OVT)的概念。OVT的优势在于保留数据的方位角信息,有利于利用方位各向异性信息进行裂缝预测,OVT域技术在裂缝预测等方面取得较大的进展[12-16]。随着OVT域研究的深入,提出了针对宽(全)方位地震数据的速度建模技术[17]。宽方位层析建模过程主要包括以下3个方面。①将地震数据由共中心点域分选到OVT域,在一个十字排列内按照检波线距和炮线距将地震数据划分成多个小矩形,每个小矩形代表一个OVT,对每一个OVT进行编号。将整个三维工区所有的十字排列具有相同OVT编号的地震数据集合在一起构成一个OVT片,理论上每一个OVT片是覆盖整个工区的单次覆盖数据,OVT片个数等于工区的覆盖次数。同一个OVT片的地震数据具有相近的偏移距和方位角。②使用同一个偏移速度对每一个OVT片分别进行叠前偏移得到OVT域共成像点道集(OVG),OVG携带共成像点的三维坐标、偏移距和方位角信息。③剩余曲率拾取和宽方位层析反演,一般在不同方位地震道分布比较均匀的全方位地震资料可以直接在OVG上进行剩余曲率(深度时差)拾取和宽方位层析反演。但是,苏北盆地宽方位地震资料横纵比一般为0.5～0.7,主测线方向覆盖次数是联络线方向覆盖次数的2倍左右,存在主测线方向射线密度明显高于联络线方向射线密度的问题,这会导致剩余曲率拾取的密度和质量在不同方位存在较大差异,影响宽方位层析结果。为了解决这个问题,本文根据苏北盆地宽方位地震资料方位角分布特点对宽方位层析流程进行优化,对OVG进行方位角分组,目的是保证每个方位角组剩余曲率拾取的密度和质量基本相当。具体步骤是将OVG按照方位角划分成几组。假设每组数据对应相同的方位角,将每组的中心方位角作为该组数据共同的方位角。对每组数据分别进行剩余曲率拾取,尽可能保证每组数据剩余曲率拾取的准确性,而不需要考虑不同方位角组之间剩余曲率拾取结果是否相同。分别对每个方位角组进行射线追踪,然后建立线性方程组。将线性方程组及其对应的方位角作为输入,进行宽方位网格层析反演,得到一个速度更新量,将此速度更新量加到原速度模型得到更新后的速度模型。图1展示了常规层析建模技术(图1a)与宽方位层析建模技术(图1b)思路上的差别。

图1 常规层析建模技术(a)与宽方位层析建模技术(b)思路

1) 用于偏移的数据域不同。常规层析建模技术多基于共偏移距成像道集,进行共偏移距域克希霍夫深度偏移,产生的共成像点道集按照偏移距由小到大进行排序。共成像点道集保留偏移距信息,但不保留方位角信息。宽方位层析建模技术基于OVG,OVG保留偏移距和方位角信息。

2) 剩余曲率的拾取模式不同。网格层析建模技术根据同相轴的校平程度计算速度更新量,因此道集上剩余曲率拾取模式影响层析反演结果。常规层析建模技术认为共成像点道集上同相轴在偏移距方向上表现为下弯或者上翘反映了速度模型偏高或者偏低。剩余曲率曲线形式上与偏移距有关,与方位角无关(图2a)。而宽方位层析建模技术认为速度场不准确时,OVG同相轴剩余曲率曲线形式上不仅同偏移距有关,同时还与方位角有关(图2b)。

图2 常规层析剩余曲率拾取(a)和宽方位层析剩余曲率拾取(b)示意

2 应用实例分析

2019年,江苏油田实施了YA高密度三维地震数据采集。YA高密度三维横纵比为0.72。从方位角宽度来讲YA高密度三维属于宽方位三维。

在对YA高密度三维以复杂小断块成像为目标进行处理的过程中,通过井震对比确定Thomsen各向异性参数场,在此基础上按照常规层析建模思路进行了多轮速度迭代(图1a),应用此速度模型进行OVT域叠前深度域偏移得到OVG,部分OVG上存在一定的同相轴随方位周期性抖动的现象。以往认为这种现象可能是地下裂缝引起的速度随方位的变化。但是从YA地区地质情况看,YA地区目的层三垛组到戴南组是砂泥岩互层沉积,砂岩百分含量为30%～70%,本区泥岩裂缝普遍不发育,我们认为这种现象不太可能是由地下裂缝引起的。YA地区速度场较复杂,地震剖面上显示中部是HL断裂带,阜宁组—戴南组有高角度火成岩侵入,地层倾角变化大,中浅层小断块发育。因此认为OVG上同相轴不能较好校平的主要原因是速度精度不够。常规层析建模技术假设所有的地震道方位都是主方位,反演过程中未考虑射线方位信息,导致所建立的速度模型不能满足所有方位地震数据的要求,仅能使某些方位的道校平,另外一些方位的道上翘或者下拉,从而影响断层成像精度。为了解决上述问题,充分利用YA高密度三维数据方位宽的优势,提高复杂小断层成像精度,本文采用宽方位层析建模技术(图1b)进行速度建模。

制定宽方位层析建模策略要考虑地震资料方位角特点。YA高密度三维纵向覆盖次数为20次,横向覆盖次数为9次,主测线方向射线密度明显高于联络线方向射线密度,导致主测线方向和联络线方向的剩余曲率拾取密度和质量存在较大的差异。为了解决这个问题,将OVG进行方位角分组来达到每个方位角组拾取权重基本相同的目的。方位角分组既要保证每一个方位角组内有足够的覆盖次数以确保剩余曲率拾取可靠,又要确保不同方位角组之间覆盖次数基本相当,使每个方位角组数据在反演过程中共同发挥作用。如果将地震数据方位角按照每组30°等分为6组(图3),会造成联络线方向的覆盖次数(图3c 和图3d)明显低于主测线方向的覆盖次数(图3a 和图3f)。本文根据YA高密度三维地震资料方位角特点对方位角分组参数进行适当调整,一方面减少主测线方向的方位角宽度,增加联络线方向的方位角宽度,另一方面将方位角组的个数由6个调整成5个(图4)。调整后,实现了同组内覆盖次数较高并且不同组之间覆盖次数相当的目的。将同一个OVG上剩余曲率拾取结果按照方位角组和偏移距两个关键字进行排序显示(图5),同一个反射层位不同方位角组拾取的剩余曲率有一定的差异,这反映了同一个成像点上同一地层来自不同方位的射线旅行时的差异。

图3 偏移后OVT道集按方位角等分6组时覆盖次数属性a 方位角15°覆盖次数30次; b 方位角45°覆盖次数30次; c 方位角75°覆盖次数15次; d 方位角105°覆盖次数15次; e方位角135°覆盖次数30次; f 方位角165°覆盖次数30次

图4 偏移后OVT道集按方位角分5组时覆盖次数属性a 方位角18°覆盖次数40次; b 方位角54°覆盖次数40次; c 方位角90°覆盖次数40次; d 方位角126°覆盖次数40次; e 方位角162°覆盖次数40次

图5 OVG上分5个方位角组分别进行剩余曲率拾取a 中心方位角18°; b 中心方位角54°; c 中心方位角90°; d 中心方位角126°; e 中心方位角162°

采用相同的Thomsen各向异性参数场、地质信息约束条件和反演参数,分别应用常规层析建模技术(图6a)和宽方位层析建模技术(图6b)反演得到各自的速度模型,将各自的速度模型和地震数据叠合显示,宽方位层析建模技术反演速度细节刻画更清楚,速度变化趋势和地震剖面吻合程度更高。宽方位层析建模技术一定程度上消除了OVG上旅行时随方位周期性抖动的现象(图7b),提高了同相轴校平程度。说明提高速度模型精度可以较好解决YA高密度三维OVG上出现的旅行时周期性抖动的问题。

图6 常规层析建模技术(a)和宽方位层析建模技术(b)反演得到的速度模型对比

图7 应用常规层析建模技术(a)和宽方位层析建模技术(b)得到的OVG道集对比(粉红线代表方位角)

宽方位层析技术反演的速度精度高,提高了同相轴校平质量和小断层成像精度。偏移成果剖面上红圈内HL断裂带附近的小断块细节刻画更清晰(图8),小断层的识别精度提高。应用YA高密度三维处理成果资料落实红圈内多个复杂小断块(图9),部署的2口探井获得平均15t/d以上的高产油流,先后成功实施多口高效开发井。依托永安高密度三维处理成果资料新增商业可采储量占2020年江苏油田新增商业可采储量的16.3%。

图8 应用常规层析建模技术(a)和宽方位层析建模技术(b)偏移成像效果对比

图9 老解释成果(a)和新解释成果(b)对比

3 结论与认识

宽方位层析建模技术是针对宽(全)方位地震数据的建模技术,与常规层析建模技术相比,宽方位层析建模技术在反演过程中考虑了方位角信息,所建的速度模型精度更高,可以在一定程度上解决OVG道集上出现的旅行时周期性抖动现象,提高复杂小断块成像精度。宽方位层析建模技术在YA高密度三维工区的应用验证了该技术在提高宽方位地震资料复杂小断块成像精度方面的有效性,可在类似地区推广应用。同时需要注意,应用该技术之前需要考虑工区地质特点,如果OVT域道集上的同相轴变化反映的是由地下裂缝存在引起的速度随方位角的变化,采用本文方法是不合理的。