CN102162859A

CN102162859A - 一种斜井井间地震波场的成像方法

Info

Publication number: CN102162859A
Application number: CN2011100038096A
Authority: CN
Inventors: 李绪宣; 孙渊; 胡光义; 金其虎; 范廷恩; 马德堂; 高云峰; 李辉峰; 张良; 李敬功; 董建华; 王玉贵
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; Changan University; CNOOC Research Center
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; Changan University; CNOOC Research Center
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明涉及一种斜井井间地震波场的成像方法，其包括以下步骤：1)将相邻两斜井井间的空间区域离散网格化，并且将每一网格节点都看作为一个二次源点；2)采用初至波旅行时非线性插值射线追踪方法计算震源S传播到每一个网格节点所需的时间TSD；3)通过接收点将实际记录到的波场作为源，采用速度-应力一阶微分方程交错网格有限差分法将波场在每一个网格节点上逆时间外推到TSD时刻，此时刻的波场就是该网格节点的像；4)当波场传播到介质边界时，由于边界波阻抗差异较大，采用完全匹配层吸收边界，即PML层，将波场吸收衰减掉，而不至于在反射回介质内部，形成干扰。

Description

一种斜井井间地震波场的成像方法

技术领域

本发明涉及能源勘探开发领域，特别是关于一种海上斜井井间地震波场的成像方法。

背景技术

目前，井间地震成像方法从射线理论发展到了弹性波动理论，从直井向斜井成像方法方向发展。井间地震波场复杂丰富，既有上行反射波场，也有下行反射波场，波场分离难度大。特别是在海上斜井的情况下，分离难度就更加明显。现有大多数基于射线理论的常规井间地震叠加成像方法，成像结果的保真性和保幅性较差。常规的反射波叠加成像方法，如VSP-CDP叠加成像要求输入为单波场，往往由于波场分离不干净而导致成像效果不理想。对于开发多年的油层，井间储层变化相对较大，各向异性问题较突出，常规波场成像方法始终存在一定问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种斜井井间地震波场的成像方法，其可实现全波场成像，即不需要波场分离，既可以实现上行和下行的反射波、透射波，以及转换波的同时成像，也可以使用单一波场成像，同时适应较复杂介质和复杂波场。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种斜井井间地震波场的成像方法，其包括以下步骤：1)将相邻两斜井井间的空间区域离散网格化，并且将每一网格节点都看作为一个二次源点；2)采用初至波旅行时非线性插值射线追踪方法计算震源S传播到每一个网格节点所需的时间TSD；3)通过接收点将实际记录到的波场作为源，采用速度-应力一阶微分方程交错网格有限差分法将波场在每一个网格节点上逆时间外推到TSD时刻，此时刻的波场就是该网格节点的像；4)当波场传播到介质边界时，由于边界波阻抗差异较大，采用完全匹配层吸收边界，即PML层，将波场吸收衰减掉，而不至于在反射回介质内部，形成干扰。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的计算方法采用弹性波动方程交错网格有限差分算法，网格可剖分任意大小，提高了成像精度，同时保持了波场的运动学和动力学特征。2、本发明的成像条件采用初至波旅行时非线性插值射线追踪方法进行计算，可适应各向同性介质和横向各向同性介质，该方法计算速度快，计算精度高。3、本发明边界处理采用完全匹配层吸收边界条件，它是一种吸收效果近乎完美的吸收边界条件，能较好地衰减成像时的边界反射问题。4、本发明方法与常规基于射线理论的成像方法相比，较好地保持了波场的运动学和动力学特征，可适应复杂构造地层以及各向异性和横向各向同性介质，总体成像精度高于常规成像方法。5、本发明方法可实现全波场成像，避免了井间地震波场分离的困难，同时也可实现单波场成像，适应性较广。6、本发明成像结果的精度和可靠性要高于常规方法，其保幅性是常规方法做不到的。

附图说明

图1是本发明总体方法流程示意图

图2是本发明激发点经绕射点到接收点的绕射路线示意图

图3是本发明为克服边界效应所采用的完全匹配层吸收边界模型示意图

图4是本发明采用完全匹配层吸收边界条件下完全弹性模型正演波场记录

图5是本发明与图3模型正演初至波波场记录对应的振幅衰减曲线

图6是本发明依据表1和表2建立的斜井井间断层模型及观测系统示意图

图7是本发明依据图6模型和观测系统进行正演模拟的结果示意图，左图为WL井激发WR井接收的正演地震记录垂直分量示意图；右图为WR井激发WL井接收的正演地震记录垂直分量示意图

图8是本发明依据图7正演波场记录进行逆时偏移成像结果示意图，左图为水平分量波场深度剖面示意图，右图为垂直分量波场深度剖面示意图

图9是本发明实际资料分别于V2井激发V7井接收(左)和V7井激发V2井接收(右)所得到的地震波场Z分量记录示意图

图10是本发明依据图9提供的井间实际地震资料叠前逆时深度偏移成像剖面示意图(左-水平分量成像剖面，右-垂直分量成像剖面)

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明方法包括两部分：初至射线追踪和逆时偏移成像。初至射线追踪主要是通过输入的离散化的模型和观测系统计算炮点(震源S)到每一个网格节点的初至时间，作为逆时偏移成像的成像条件；逆时偏移成像主要是通过输入的离散化的模型和观测系统以及叠前全波场或单波场记录，并运用初至时间作为逆时偏移成像的成像条件，将波场沿逆时间方向外推成像，达到逆时偏移成像的目的。

如图2所示，相邻两个斜井，定义左边的为左井，右边的为右井。震源S位于左井上，地震波由震源S发出，传播到绕射点D。地震波由震源S传播到绕射点D所需的时间为TSD；地震波在绕射点D将发生绕射，一部分地震波将由绕射点D直接到达右井上的接收点，另一部分将经过地层反射后再传播至右井上的接收点。

本发明采用叠前深度逆时偏移成像方法，通过接收点接收到的地震记录来计算绕射点D处开始发生绕射时的波形，即绕射点D在TSD时刻的波形。本发明方法具体包括以下步骤：

1)假设相邻两斜井井间的介质是二维的，将该空间区域离散网格化，并且将每一网格节点都看作为一个绕射点D(二次源点)。这些绕射点D(二次源点)是由震源S发出的地震波传播到该网格节点所激发产生的。

2)采用初至波旅行时非线性插值射线追踪方法计算震源S传播到每一个绕射点D(二次源点)所需的时间TSD，作为成像条件。

3)通过接收点接收到的地震记录逆时间波场外推计算绕射点D处开始发生绕射时的波形，即绕射点D在TSD时刻的波形。

具体做法是将实际记录到的波场作为源，采用速度-应力一阶微分方程交错网格有限差分计算方法将波场逆时间外推，若空间上某点已符合成像条件(这些点已处于二次源点的激发时刻上)，外推到该点上的波场在时间上空间上是与二次源点同相位的，因此可将其成像。也就是，在每一个网格节点上外推到TSD时刻，此时刻的波场就是该网格节点的像。这样，每外推一步，就使空间上符合成像条件的点成像，直到时间外推到零时刻，此时，空间上的所有点也随之全部成像。

4)当波场传播到介质边界时，由于边界波阻抗差异较大，采用完全匹配层吸收边界(PML边界)，将波场吸收衰减掉，而不至于在反射回介质内部，形成干扰。对于人工边界，采用完全匹配层吸收边界条件来克服偏移中的边界波场衰减问题。对于常规的吸收边界条件，只是在边界处采用含吸收衰减项的波动方程对波场能量吸收衰减。

PML是在计算区域的边界上引入吸收材料，当弹性波进入PML层中时，因波阻抗保持不变而无反射发生，当弹性波到达PML的最外层时，其幅度近似衰减为零。PML能做到与其相接触的模型真正的匹配，并且只需很少的网格点数就能有效地衰减边界反射而不会对数值模拟及偏移成像结果产生干扰。就目前来说它是一种吸收效果较完美的吸收边界条件。

如图3所示，为克服边界效应所设计和采用的完全匹配层吸收边界模型示意图，为了量化PML的吸收衰减效果，在模型四周布设厚度为300m的PML层。模型区域的纵深和横宽均为2100m，模型的纵波速度为2685m/s，横波速度为1475m/s，密度为2440kg/m^3。炮点设置在模型中心，检波点设在深度1050m，横向范围-295m～2395m处，点距10m，共270道，前30道与后30道均处于PML区域内，如3图中，中线所示。为了考察弹性波在PML域中的衰减情况，使用爆炸震源对此模型进行数值模拟，模拟的空间采样间隔为10.0m×10.0m，时间采样间隔为0.5ms，震源采用雷克子波，主频为60HZ。为量化PML的衰减特性，抽取正演模拟的前50道(横向范围从-295m至195m)及后50道(横向范围从1905m至2395m)地震记录，考察地震记录振幅衰减情况。如图4即为抽取的地震记录；

如图4所示，为采用完全匹配层吸收边界条件下完全弹性模型正演波场记录，对于前50道地震记录，从第30道起振幅开始衰减，27～20道为振幅衰减最快的区域，当波场由第30道传播到第17道时，振幅基本衰减为零。对于后50道来说，它与前50道有对应的关系，当波场由第241道传播到255道时，振幅基本衰减为零。即当弹性波场进入PML区域内时，振幅很快就会衰减为零，可见加边界处理后正演模拟波场结果是正确的；

如图5所示，为图4对应的振幅衰减曲线，从图中可知当波场进入PML区域内后，其振幅很快就会衰减为零，进一步证明了加边界处理后正演模拟结果的正确性和有效性；

如图6所示，为斜井观测系统和模型，斜井轨迹见表1，模型参数见表2。如表1所示，给出WL井(左井)和WR井(右井)的x坐标和深度dep坐标(x、dep是个二维平面，x代表x坐标；dep代表深度z)；如表2所示，给出模型物性参数(模型是指有大小、有层结构及层参数的一组数据，模型物性参数即模型参数，各向同性介质用纵波速度Vp、横波速度Vs和密度Den可以充分描述)。

表1 斜井井斜坐标

表2 模型物性参数表

	Vp(m/s)	Vs(m/s)	Den(g/gm^3)
				第一层	3000.00	1732.05	2.300
第二层	3500.00	2020.73	2.400
				第三层	4098.78	2366.43	2.500
第四层	4626.43	2671.07	2.600

如图7所示，依据图6所示的模型和观测系统进行正演模拟的结果，其中左图为WL井激发WR井接收的正演地震记录垂直分量；右图为WR井激发WL井接收的正演地震记录垂直分量。从图中可知，井间地震波场复杂，既有上行反射，也有下行反射；既有纵波波场，也有转换波波场，波场模拟结果正确；

如图8所示，依据图7正演波场记录进行逆时偏移成像结果，其中左图为水平分量波场深度剖面，右图为垂直分量波场深度剖面，从最终成像剖面上可以看出断点得到了准确的归位，断层上下盘的反射界面成像较清晰，位置准确，偏移成像效果好；

如图9所示，实际资料分别于V2井激发V7井接收(左)和V7井激发V2井接收(右)所得到的地震波场Z分量记录，由图可知波场复杂，既有纵波，也有横波，横波能量强。此外记录信噪比较低，成像较困难；

如图10所示，依据图9提供的井间实际地震资料叠前逆时深度偏移成像剖面(左-水平分量成像剖面，右-垂直分量成像剖面)，从成像剖面看，剖面较真实，信噪比较高。

上述各实例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种斜井井间地震波场的成像方法，其包括以下步骤：

1)将相邻两斜井井间的空间区域离散网格化，并且将每一网格节点都看作为一个二次源点；

2)采用初至波旅行时非线性插值射线追踪方法计算震源S传播到每一个网格节点所需的时间TSD；

3)通过接收点将实际记录到的波场作为源，采用速度-应力一阶微分方程交错网格有限差分法将波场在每一个网格节点上逆时间外推到TSD时刻，此时刻的波场就是该网格节点的像；

4)当波场传播到介质边界时，由于边界波阻抗差异较大，采用完全匹配层吸收边界，即PML层，将波场吸收衰减掉，而不至于在反射回介质内部，形成干扰。