VSP地震勘探技术及应用

VSP地震勘探技术及应用2015.6.10主要成员及工作任务组员主要调研内容段美恒国内外VSP发展现状及VSP工作原理邱莎莎VSP信息采集侯佳丽三维三分量VSP应用01国内外VSP技术发展现状02VSP测井原理03VSP资料采集技术04三维三分量VSP简介主要内容一国内外VSP技术发展现状1.1VSP(垂直地震剖面)简介VSP(垂直地震剖面):在地表设置震源激发地震波，在井内安置检波器接受地震波，即在垂直方向观测人工场，然后对所测得到的资料经过校正、叠加、滤波等处理，得到垂直地震剖面。VSP观测系统及时深曲线一国内外VSP技术发展现状垂直地震剖面定义：（检波器置于深井中,在地面激发）深井中不同深度的检波器依次接收后,便得到深度-时间剖面图。垂直地震剖面是相对于常规水平地面地震而言的。常规地面地震勘探：检波器在地表，水平走向摆放。井眼VSP地震勘探：检波器置于井中，呈垂直方向放置。VSP法与地震测井区别VSP类似于以速度调查为目的的地震测井技术，然而，VSP又不同于地震测井，表现在以下几个方面：地震测井VSP利用初至波利用初至波、续至波观测点距通常较大（100m～数百m）观测点距很小（典型的是10～25m）利用震源在井口附近的零偏移距观测系统观测系统多种多样。主要有：零偏VSP、非零偏VSP、变偏（移动震源）VSP、多方位变偏VSP、逆VSP、随钻VSP等；目的主要是测定速度目的主要是研究井旁地层剖面及在实际地层介质中研究波的形成和传播规律从原理上来说是很简单的已远远超出了地震测井原来的范围，而发展成为一套完整的独立的观测方法。一国内外VSP技术发展现状常规地面观测a与VSP观测b的比较(a)（b）图中，布置在地下深处的检波器对上行和下行地震波都有反应，而在地面的检波器只能记录到地震反射波。在地面地震勘探中，震源和检波器都布置在地面上VSP中，检波器是布置在与震源垂直方向上，一国内外VSP技术发展现状（2）可记录研究对象的“单一”地震波。由于VSP的测井检波器置于井中，检波器可直接记录由震源产生而传播到所研究对象的“单一”地震波。（1）接收点分布在介质内部。VSP法可用接收点的垂直方向分布形式来研究地质剖面的垂向变化，所以，能更明显、更直接地反映波的运动学和动力学特征。（3）干扰因素少。VSP在井中观测可以避免或减少地面以上的自然干扰。（4）可记录上行波和下行波。VSP在井中观测，即可记录到来自观测点下方的上行波（如反射波），又可以记录到来自观测点上方的下行波（如直达波）。VSP法具有的特点：与地面地震相比，VSP由于有这些“先天性”的优点，所以得到日益广泛的应用。一国内外VSP技术发展现状一国内外VSP技术发展现状时间人物进展1917年Fessenden首提利用井中震源和检波器探测矿体位置1959年加尔比林（苏联）首提VSP技术1986年AGIP采集了第一块三维VSP资料1993年Sleefe发布了最新的需要推靠的多级三分量高频检波器，频率超过1000Hz2000年LudmilaAdam发表一篇论述井中VSP设计与模拟方法的论文，其对委内瑞拉西部某区块的模拟指导了VSP方法的选择2002年KeivinD等人利用有限差分法模型的道德合成记录，研究不同炮间距、最大井源距和检波器的对应的位置与成像效果的影响表1国外VSP技术发展历程1.2国内外发展现状VSP技术发展了30多年的今天,其实用性越来越宽广,效果也逐渐被人们认同,特别在VSP勘探技术的领域,其发展势头更被人们看好。一VSP国内外技术发展现状时间人物进展1998年高景华等将工程地质勘查中常遇到的地质模型进行VSP正演模拟，发现正演模型与实际采集的VSP具有很好的相关性2007年何正勤将VSP技术应用于调整地面地震反射剖面的处理参数，提高了时深转换精度和对断层构造的分辨能力。在我国，VSP技术研究起步晚，整体技术与国际水平有一定差距。但近几年取得了质的飞跃：Walkaway-VSP技术基本实现了工业化生产；3D-VSP资料成像处理技术有了较大进步，目前正在着重发展井地联合勘探技术。对VSP技术的研究有待加强,提高其主要勘探技术,势必会对油气藏的开发和研究提供很大的帮助。表2国内VSP技术应用发展历程点(零井源距)面(非零并源距和WalkawayVSP)体(三维VSP)随着油气勘探开发进程的深人和井中地震技术(软、硬件)的不断完善,三维VSP测量技术的研究和应用也得到了快速发展。但是其中三维三分量VSP的观测系统比较特殊,其数据处理方法既不同于常规的非零井源距多分量VSP数据处理方法,也有别于地面多分量地震方法,因此三维三分量VSP数据处理成了当前发展三维VSP技术的瓶颈。VSP的技术发展轨迹一VSP国内外技术发展现状01国内外VSP发展现状02VSP测井基本原理03VSP信息采集技术04三维三分量VSP简介二VSP测井基本原理2.1VSP中的主要波动从波的类型来分：（1）直达初至波（2）一次反射波（3）多次反射波从波传播到接受点的方向来分：（1）下行波，来自接收点上方的下行波；（2）上行波，反之。d1为直达波；d1'为下行多次波；u1为一次反射波；u1'为上行多次波2.2VSP时距曲线分析（1）均匀介质情形下的直达波时距曲线时距曲线是双曲线，但当d很小时，时距曲线是直线，且随d增大，视速度增大，同相轴变为双曲线。2.2VSP时距曲线分析（2）均匀介质情形下的一个平反射界面的上行波时距曲线上倾方向激发（+）下倾方向激发（-）：2.2VSP时距曲线分析从时距曲线方程可看出反射波旅行时与接收点位置、激发点位置、地层倾角和速度有关。当界面水平时：时距方程为当d=0时，时距曲线为直线；（随着检波器沉放深度h增大，走时t变小；当d≠0时，双曲线。反射波视速度：当检波器的沉放深度为H时（在反射界面处），直达波与一次反射波的传播时间相等，视速度相等，但符号相反。2.2VSP时距曲线分析从直达波和反射波时距曲线和视速度公式可见，当检波器沉放在界面上时，两者具有相同的传播时间。在界面处，直达波和反射波的视速度分别为从上式可见：直达波与反射波视速度数值相等，符号相反，两者以相反的视速度相交，当d=0时，v*f=-v，v*d=v。2.2VSP时距曲线分析2.2VSP时距曲线分析（3）均匀介质情形下的一个平反射界面的二次下行波时距曲线上倾方向激发（+）下倾方向激发（-）下式中下行二次波的射线路径2.2VSP时距曲线分析当界面水平时：时距方程和视速度分别为当d=0时，二次下行波反射波同相轴近似为直线；当d≠0时，二次下行波反射波同相轴双曲线。视速度为正值。2.2VSP时距曲线分析2.2VSP时距曲线分析（4）均匀介质情形下的一个水平反射界面的二次上行多次波时距曲线上次多次波的射线路径与一次上行波平行，但不与直达波相交。与上行波相比，同样具有随观测点深度时间变小和负视速度的性质，它和上行的一次波有平行的同相轴，而不和直达波相交。01国内外VSP技术发展现状02VSP测井基本原理03VSP信息采集技术04VSP的应用及优势三VSP信息采集技术三、VSP信息采集技术常规VSP采集三维VSP3.1常规采集技术VSP采集装备包括：井口震源、井下检波器、记录仪器、电缆、参考波器。3.1常规采集技术3.1.1震源对震源的要求：震源频带宽，具有丰富的高频成分；具有足够的为测量地下目标层所需的能量；具有良好且稳定的震源子波，即震源子波的一致性要好；与震源有关的干扰尽量少；震源类型、组合方式及各种参数选取要合理。3.1常规资料采集VSP震源种类：炸药震源：采用可重复性的炸药震源，井需支架、套管、井壁与套管间固有水泥、小药包(0.1-0.5kg)、潜水面以下激发。空气枪、蒸汽枪、水枪震源：用于海洋，操作简便，但能量较弱，常采用组合或叠加方法。电火花震源：利用在液体中瞬间放电方法产生高温高压脉冲，适用于陆地、海洋、沙漠等不同的激发环境。可控震源：节省人力物力，提高生产效力，是理想的VSP震源。目前陆上使用的多为可控震源。3.1常规采集技术3.1.2井下检波器参考检波器（近场检波器）作用：子波处理及监视震源子波近场，在海上是指不超过单个气枪水泡后单个弹性变形带的1-2m，在陆地上是指不超过以震源子波的波长为半径的范围。近场检波器埋藏于地下监视震源子波，要求它尽可能与井中检波器的性能相同，它可以为子波处理提供依据。3.1常规采集技术井中检波器井中检波器是VSP主要设备，它应具有以下特点：（1）可伸缩的推靠臂，当检波器沉放到某一观测点时，要求检波器推靠在套管上，保证良好的接触；（2）检波器具有较宽的通频带，有可调的动态增益；（3）形状影视两端尖直径小，以防止管道波的产生；（4）是三分量检波器，同时接受纵横波资料；（5）耐高温高压3.1常规采集技术井中检波器是VSP技术中的关键设备，用来接收VSP资料。3.1常规采集技术检波器点距要求相邻检波器点距满足采样定理。点距应为最小有效波长的1/2，点距小，对应界面上反射点的间距也越小，资料精度高，有利于小构造解释。检波器点距：小于波长一半（6-15m）3.1常规采集技术3.1.3地面记录仪要求记录仪器动态大于120db,采用浮点放大系统，15位模数转换。1/2ms采样，具有足够的地震道（一般为24道），以及准确的记录格式3.2三维VSP技术长排列三维VSP采集技术长排列组合的优势是一次激发多道接收，可以降低成本，并有助于提高资料质量，改善三维成像效果。多道接收记录的高频资料3.2三维VSP技术长排列VSP采集到的高分辨率率资料3.2三维VSP技术三维VSP与三维地震数据联合采集技术在进行三维地震数据采集的同时进行三维VSP观测，是提高观测时效和降低成本的有效途径之一，并可增强资料的可对比性。3.3VSP观测系统所谓的观测系统是指炮点与接收点的相对位置关系按井源距不同可分为：固定井源距、移动井源距、多变井源距、井间观测系统按井下检波器布设间距不同分为：等间距、不等间距、大间距观测系统按震源、检波器和井三者空间位置组合关系分为：零井源距、固定非零井源距、变井源距、井间VSP特殊VSP观测方法：斜井、浅井、连井VSP观测系统、地面地下联合观测、多次叠加采集、VSP面积观测等3.3VSP观测系统3.3.1零井源距VSP观测系统零偏移距：激发点与井口的水平距离小于150米。零井源距观测系统作用：求取地层速度、进行波场分析、制作VSP地震道、预告未钻遇层位、联结地面地震、测井曲线及地质剖面、为地面地震提供子波、处理与解释的各种参数等。一维数据3.3VSP观测系统3.3.2固定非零偏VSP观测系统非零偏井源距VSP：激发点与井口的水平距离d较大（大于150米）。d固定称为固定非零井源距VSP观测系统,它要根据钻井或地震资料，初步确定油气储层后，为了圈定其分布范围而设计的。可根据预测模型来确定观测系统的相关参数(如图)。凡是使用固定井源距观测系统的都要设置近场子波检波器。3.3VSP观测系统3.3.3Walkaway（边走边测）VSP观测系统该观测系统有两类：(1)地面震源与井下检波器都在移动。(2)移动震源的观测系统—测井检波器固定在观测井的某一深度，而震源则以一定间距向远方移动。该观测系统有利于揭示目的层的细节和复杂地质特征3.3VSP观测系统3.3.43DVSP观测系统3DVSP三维观测系统是指在地面设置多条震源线，在井中不同位置接收的观测方式。3.3VSP观测系统3.3.5随钻VSP观测系统（SWD）边钻边测,钻头振动作为震源具有资料应用的实时性，可以对钻前地层进行预测。01国内外VSP技术发展现状02VSP测井原理03VSP资料采集技术04三维三分量VSP简介四三维三分量VSP简介提取速度、振幅、频率等特征，从下行波中提取比较理想的子波。进行波场分离，VSP的下行波比上行波强，应该分离出上行波，并加以应用。这一点是与地面地震所不同的。数据成像。压制噪声，增强信号，提高信噪比。VSP数据处理目的4.1三维三分量VSP