CN103123398A - 用于使p波反虚反射的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使P波反虚反射的设备和方法。用于从所记录的P波确定主分量和虚反射分量的计算设备和方法。该方法包括接收关于P波的地震数据(R,V)，其中地震数据包括采用掩埋的两分量接收器所记录的垂直分量和径向分量；使用处理器从垂直分量和径向分量计算主分量(P)和虚反射分量(G)；以及基于主分量和虚反射分量(P,G)计算地表下的图像。P波形成平面波。

Description

用于使P波反虚反射的设备和方法

相关申请的交叉引用

该申请要求了2011年11月17日提交的题为“P-Wave RefractionDeghosting on Buried 3C Land Data”的临时专利申请No.61/560,895的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本文中公开的主题的实施例一般涉及用于使地震数据反虚反射的方法和系统，以及更具体地涉及用于使地震数据反虚反射的机构和技术，该地震数据采用地下掩埋的多分量地震接收器记录。

背景技术

在过去几年中，对监测石油和/或天然气的储量的兴趣在增加。石油生产领域的时移（或4D）地震监测是一种用于最优化油田开发和产品回收的可接受的方法，在回收率和节约钻井成本方面提供了显著改善。

时移地震油藏监测是在两个或多个时间点的3D地震勘测的比较。时移油藏监测还具有提高使油井之间的流体运动成像的能力的潜力。用于实现4D地震监测的传统配置在图1中示出。图1示出了用于采集地震数据的系统10。系统10包括定位在将被勘探的地表下的区域12a之上并且与地面的表面14接触的多个接收器12。多个震动震源16也位于区域16a的表面14上，区域16a在接收器12的区域12a附近。记录设备18连接至多个接收器12并且例如位于站车20中。每个源16可由通常在1和5之间的可变数量的振动器组成，并且可包括本地控制器22。替代地，源可以是浅掩埋的炸药包或用于产生震源的其他已知设备，例如，放置在地面上并用锤子锤打的金属盘。可提供中央控制器24以调整源16的爆破时间。GPS系统26可用于将源16和接收机12时间相关联。

根据这样的配置，源16被控制以产生地震波，以及多个接收器12记录由石油和/或天然气储藏和其他结构所反射的波。地震勘测可以以各种时间间隔重复（例如，相距数月或数年）以确定储藏中的变化。虽然源和接收器位置的可重复性一般易于在陆上实现，但是由近表面中的变化引起的改变可比储藏流体位移大得多，使得时移4D地震采集和可重复性具有挑战。因此，在近表面的地震速度的改变是影响4D勘测的可重复性的因素。

因此，储藏监测的目的是通过测量折射的波的第一到达时间的小差异来测量地表下的速度改变。这些到达时间的变化通常使用由近表面层中的速度变化来偏置的互相关来测量。当使用浅掩埋的记录系统时，到达记录器的波（上行能量）不通过在上面的岩石中的速度变化偏置。但是，从地球表面反射回地球的波受到影响。通常两个波场都在时间上非常接近地被记录，且它们的信号相干扰。这使得难以提取由上行能量所提供的未偏置的信息。当两个波场被分离时，有可能测量接收器之下的层中的不受掩埋的接收器之上的近表面层中的速度变化的影响的速度变化。

因此，上行和下行能量可被用于监测储藏。用于分离上行和下行能量的各种算法是已知的。然而，在掩埋的接收器的情况下，这些算法受到地球表面和接收器的掩埋水平线之间的层中的虚反射的速度的影响。速度随空间和/或随时间的变化影响虚反射的延迟时间，且因而可能给“选择”第一到达时间的算法造成问题。

因此，需要开发一种用于更好地使所记录的地震能量反虚反射的设备和方法。

发明内容

根据一个示例性实施例，存在一种用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法。该方法包括接收关于P波的地震数据(R,V)的步骤，其中地震数据包括采用掩埋的两分量接收器所记录的垂直分量和径向分量；使用处理器从垂直分量和径向分量计算主分量(P)和虚反射分量(G)的步骤；以及基于主分量和虚反射分量(P,G)计算地表下的图像的步骤。P波形成平面波。

根据另一个示例性实施例，存在一种用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的计算设备。计算设备包括被配置为接收关于P波的地震数据的接口和连接至接口的处理器，其中地震数据包括采用掩埋的三分量接收器所记录的垂直分量和径向分量。处理器被配置为从垂直分量和径向分量计算主分量和虚反射分量并且还基于主分量和虚反射分量计算地表下的图像。其中P波形成平面波。

根据另一个示例性实施例，存在一种用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法。该方法包括接收关于P波的地震数据的步骤，其中地震数据包括采用掩埋的三分量接收器所记录的垂直分量和径向分量；使用处理器从垂直分量和径向分量计算主分量和虚反射分量的步骤；以及基于主分量和虚反射分量计算地表下的图像的步骤。P波形成平面波，以及近表面环境描述了掩埋的三分量接收器和地球表面之间的地表下的部分。

根据又一示例性实施例，存在一种包括计算机可执行指令的计算机可读介质，其中当通过处理器执行指令时，所述指令执行上述提到的方法。

附图说明

被包括在说明书中且构成说明书一部分的附图示出了一个或多个实施例，并且和说明书一起解释这些实施例。在附图中：

图1是传统的陆上地震数据采集系统的示意图；

图2是设置在地球表面上的源和多个地震接收器的示意图；

图3示出了各种到达的地震剖面；

图4示出了使用用于收集地震数据的掩埋的多分量接收器的系统；

图5A和5B示出了各种到达的垂直分量和径向分量的地震剖面；

图6A和6B示出了根据示例性实施例的主分量和虚反射分量的地震剖面；

图7是根据示例性实施例的采用掩埋的多分量接收器所记录的主分量和虚反射分量的示意图；

图8是示出了根据示例性实施例的垂直分量和径向分量以及主分量和虚反射分量的示意图；

图9是根据示例性实施例的用于使采用掩埋的多分量接收器所记录的P波反虚反射的方法的流程图；以及

图10是计算设备的示意图。

具体实施方式

以下描述的示例性实施例涉及附图。在不同附图中的相同的附图标记标识相同或类似元件。以下详细描述不限制本发明。反而，本发明的范围通过所附权利要求限定。为简单起见，以下实施例讨论关于具有记录折射P波的掩埋的三分量接收器的地震系统的术语和结构。然而，接下来将被讨论的实施例不限于折射P波和/或掩埋的三分量接收器。

在本说明书通篇中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中的各种位置中短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定指的是同一实施例。而且，特定特征、结构、或特性可按照任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。

根据示例性实施例，存在一种用于分离主分量和虚反射分量的方法。该方法包括接收采用掩埋的三分量接收器所记录的地震数据的步骤。地震数据包括径向分量和垂直分量。该方法包括将径向分量和垂直分量转换为主分量和虚反射分量（或能量）的步骤。该方法进一步包括使用处理器从垂直分量和径向分量计算主分量(P)和虚反射分量(G)的步骤。可选地，该方法基于主分量和虚反射分量(P,G)计算地表下的图像。P波形成平面波。

在介绍新算法之前，认为是为了讨论折射土地勘测的基础。图2示意性地示出了具有分布在地球表面206上的震源202和多个地震接收器204的地震系统200。震源202将能量发射到地表下208中。能量通过两个P波210和212示出。接收器204是垂直取向的接收器（即，一分量接收器）。

P波210传播通过第一界面214并在第二界面216处折射。P波遵循斯涅尔定律并且在某些点处折射的角度使波如由波210A所示水平(临界角)传播。这样的水平波被称为首波或折射波。它将能量在出射角发射回表面206，出射角等于临界角。图2示出了发送回表面206并且通过接收器204记录的多个波210B。类似地，P波212进入地表下208并且在第一界面214处折射。折射波212A沿着第一界面214传播并将多个波212B发送至表面。这些波也通过接收器204记录。

波212B形成波前212C以及波210B形成波前210C。这些波前在图2中被示出。图2还示出了沿着地球表面从源202传播至接收器204的直达波220。直达波和折射波212B、210B组成记录在如图3所示的地震剖面上的直达、第一地震到达和第二地震到达。

掩埋的多分量折射系统400在图4中被示出并与图2的地震系统200不同，至少因为接收器被掩埋在地球表面之下且接收器是三分量的，即记录在互相垂直的方向（例如，垂直(V)、径向(R)和横向(T)）中的地震能量。由于横向方向不应当包括折射能量，因此以下忽略横向方向。

系统400与系统200有许多相似之处，因此，两个系统中的相同的元件在附图标记中具有相同的最后两位数字。但是，系统400的接收器404（3C接收器）记录两次折射波场。接收器404记录上行波场410B和412B，以及下降波场（在地球表面406处折射）410D和412D。下行波场分别形成波前410E和412E。

上行波场410B和/或412B被称为主分量，而下行波场410D和/或412D被称为虚反射分量。将通过系统400记录的垂直分量（垂直地震检波器）的折射剖面在图5A中被示出，以及径向分量（径向地震检波器）的相同剖面在图5B中被示出。关于图5A中所示出的垂直分量，第一折射波到达的虚反射500A和第二折射波到达的虚反射500B具有与它们的主折射相同的极性。然而，关于图5B中所示的径向分量，虚反射502A和502B具有相对于它们的主折射的相反的极性。由于源是在接收器之上垂直定位的，因此在这种情况下直达没有虚反射。

对于10-20米量级的P波和接收器深度，主折射和虚反射之间的到达时间差异通常很小，例如10到15ms。随着折射数量的增加，到达时间差异减少。因此，第一折射的虚反射延迟大于第二和接下来的折射的虚反射延迟。

接下来讨论的新算法的目的是如图6A和6B所示意性示出的从虚反射到达分离主到达（反虚反射）。以下假设每个单独的折射或部分可以被近似为平面波。

根据上面指出的框架，认为图7中所示的设置用于开发新算法。图7示出了被掩埋在地球表面704之下给定距离D的地下的多个3C接收器702。主波前706和虚反射波前708在相同的接收器中被记录，但是具有不同到达时间和不同极化（polarization）710和712。主波场714、虚反射波场716和反射角θ也在该图中被示出。

图8示出了包括垂直分量800和径向分量802的参考框架。主极化（polarization）710和虚反射极化（polarization）712相对于垂直分量和径向分量表示。

利用这些符号，在掩埋的接收器的垂直分量(V)和径向分量(R)上所记录的P波折射能量可按照主能量(P)、虚反射能量(G)和射线角θ（从垂直测量）如下写出：

$\left[\begin{array}{c}V\\ R\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}-\cos \left(\mathrm{\θ}\right)& -\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\θ}\right)& -\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}P\\ G\end{array}\right]\⇔d=\mathrm{Am}.---\left(1\right)$

等式（1）涉及坐标系统，其中垂直轴从源向下指向以及径向方向远离源指向。注意，V和R被测量、A矩阵可被估计，以及P和G分量需要被确定，因此P和G分量基于等式（1）计算。通过对A矩阵求逆可实现折射P波的上下分离，产生上行折射P波和下行折射P波的真振幅表达式。这被表示为：

$A^{-1}=\frac{1}{\sin \left(2\mathrm{\θ}\right)}\left[\begin{array}{cc}-\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& \cos \left(\mathrm{\θ}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& -\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right],---\left(2\right)$

其中，项1/sin(2θ)是比例因子。注意，不针对θ=0（垂直入射或零偏移）和θ=90（水平入射）定义A^-1。然而，对于折射波，这两种情况不应当发生。可通过使用图8中所示出的轴A1和A2来分离P和G分量。注意，在轴A1上的P和G分量的投影没有主能量，只有虚反射能量，而对轴A2来说情况恰好相反。在轴A1上的P和G分量的投影由下式给出：

以及在轴A2上的P和G分量的投影由下式给出：

这些投影指向在大致方向上与径向分量R的相反。这将导致P和G的估计和最初记录在径向分量R上的数据之间的极性反转。为了改正这一点，有可能将等式(3)和(4)乘以-1并获得：

以及

基于射线角θ执行网格搜索以查找能够实现最佳分离为上行能量和下行能量的方向。该步骤结果是θ角度约为30°。然而，该角度依赖于本地地质并且在其他实验中该角度可具有不同的值。在理论上，角度θ可具有0°和90°之间的任何值，但在实践中，预期为10°和45°之间的角度。注意，随着该算法被应用于另一地表下，该角度可改变。因此，该新方法是用从掩埋的接收器所获得的测量值来分离和估计主分量和虚反射分量。具有主分量和虚反射分量，有可能计算各种需要的量，例如，所勘测的地表下的图像、地表下的速度模型等。进一步，注意，基于采用地下的接收器所记录的陆地上地震数据来分离主分量和虚反射分量的该方法的优点与时移益处有关，即，由于该信号是通过可以在天气层之下掩埋的接收器记录，上行（主）波场不受近表面中的时移变化的影响。因此，从上行波场测得的任何时移变化可归因于更深的层而不归因于近表面。这是超过采用在表面上的接收器的传统的时移采集的一个优势。新方法的另一优势与许多传统方法需要掩埋的接收器或多或少在相同的深度这一事实相关。新方法可以进行与掩埋深度的变化无关的分离。新方法的另一优点与用于地震勘测的源的类型有关，即，P波源比S波源更为经济且易于获得。

现参照图9讨论示出了用于使地震数据反虚反射的方法的流程图。在步骤900，接收地震数据。采用掩埋的3C接收器记录地震数据。在步骤902中，如上面参照图7和8以及基于等式(3)和(4)所讨论的，处理数据以将它从径向分量和垂直分量转换为主分量和虚反射分量。然后，例如使用主分量和虚反射分量以在步骤904中产生所勘测的地表下的图像。这样的步骤可在计算设备中执行。

虽然以上实施例已参照三分量接收器讨论，但是注意两分量接收器也可用于确定主分量和虚反射分量。两分量接收器具有(i)沿垂直线取向并配置为记录垂直分量的第一单独接收器，以及(ii)沿在源和两分量接收器之间延伸的线取向并配置为记录径向分量的第二单独接收器。也有可能用水用检波器代替径向分量。进一步，也有可能使用掩埋的、垂直水用检波器和3C+水用检波器接收器。

为了说明目的而非限制，在图10中示出了能够根据示例性实施例进行计算的代表性计算设备的实例。硬件、固件、软件或它们的组合可被用以执行本文所描述的各种步骤和运算。

适用于执行示例性实施例中所描述的活动的示例性的计算设备1000可包括服务器1001。这样的服务器1001可包括连接至随机存取存储器（RAM）1004和连接至只读存储器（ROM）1006的中央处理器（CPU）1002。ROM1006还可以是其他类型的存储介质（例如，可编程ROM（PROM）、可擦除的PROM（EPROM）等）以存储程序。处理器1002可通过输入/输出（I/O）电路1008和总线1010与其他外部和内部部件通信以提供控制信号等。处理器1002执行本领域已知的由软件和/或固件指令命令的多种功能。

服务器1001还可包括一个或多个数据存储设备，数据存储设备包括硬盘驱动1012、CD-ROM驱动1014和例如DVD等的能够读取和/或存储信息的其他硬件。在一个实施例中，用于执行上面所讨论的步骤的软件可被存储和分布在CD-ROM1016、便携式介质1018或能够便携存储信息的其他形式的介质上。这些存储介质可被插入诸如D-ROM驱动1014、磁盘驱动1012等的设备并通过这些设备读取。服务器1001可连接至显示器1020，显示器1020可以是诸如LCD、LED显示器、等离子显示器、阴极射线管（CRT）等的任何类型的已知显示或演示屏幕。提供包括一个或多个用户接口机构（诸如鼠标、键盘、话筒、触摸板、触摸屏、声音识别系统等）的用户输入接口1022。

服务器1001可经由网络连接至例如固定电话终端和/或无线终端的其他计算设备。服务器可以是如在全球区域网络（GAN）（例如因特网1028）中的较大的网络配置的一部分，这允许到各个固定电话和/或移动客户端/观察设备的最终连接。

公开的示例性实施例提供用于基于采用掩埋的地震3C记录器所记录的地震数据来计算主分量和虚反射分量的系统和方法。应当理解，该说明书不旨在限制本发明。相反，示例性实施例旨在覆盖包括在由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围中的替代方案、修改、等价方案。进一步，在示例性实施例的具体描述中，陈述了多个具体细节以提供对所要求保护的本发明的全面理解。然而，本领域的技术人员将理解，可在没有这些具体细节的情况下实施各种实施例。

虽然在实施例中以特定组合描述了本示例性实施例的特征和元件，每个特征或元件可单独使用而不需要实施例的其他特征和元件或以需要或不需要本文中所公开的特征和元件的各种组合。

该书面说明书使用所公开的主题的实例使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何所结合的方法。主题的可取得专利的范围由权利要求限定并且可包括本领域技术人员能想到的其他实例。此类其他实例旨在落在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法，所述方法包括：

接收关于P波的地震数据R,V，其中地震数据包括采用掩埋的两分量接收器（406）所记录的垂直分量和径向分量；

使用处理器从垂直分量和径向分量计算主分量P和虚反射分量G；

基于主分量和虚反射分量P,G计算地表下的图像，

其中P波形成平面波。

2.如权利要求1所述的用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法，其中，近表面环境描述位于掩埋的两分量接收器之上的地面的性质。

3.如权利要求1所述的用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法，其中，P波从地表下中的结构折射。

4.如权利要求1所述的用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法，其中，P波是折射波。

5.如权利要求1所述的用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法，其中，主分量P由下式给出：

$P=\frac{1}{\sin \left(2\mathrm{\θ}\right)}(V\sin \left(\mathrm{\θ}\right)-R\cos \left(\mathrm{\θ}\right)),$

其中，θ是主分量P相对于地球表面的法线的入射角。

6.如权利要求1所述的用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法，其中，虚反射分量G由下式给出：

$G=\frac{1}{\sin \left(2\mathrm{\θ}\right)}(V\sin \left(\mathrm{\θ}\right)+R\cos \left(\mathrm{\θ}\right)),$

其中，θ是主分量P相对于地球表面的法线的入射角。

7.如权利要求1所述的用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法，其中，两分量接收器具有沿垂直线取向并配置为记录垂直分量的第一单独接收器，以及沿在源和两分量接收器之间的线取向并配置为记录径向分量的第二单独接收器。

8.一种用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的计算设备，所述计算设备包括：

接口，被配置为接收关于P波的地震数据，其中地震数据包括采用掩埋的三分量接收器所记录的垂直分量和径向分量；以及

处理器，连接至所述接口并被配置为，

从垂直分量和径向分量计算主分量和虚反射分量；以及

基于主分量和虚反射分量计算地表下的图像，

其中P波形成平面波。

9.如权利要求8所述的用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的计算设备，其中，

近表面环境描述位于掩埋的三分量接收器之上的地面的性质，

其中，P波从地表下中的结构折射，

其中主分量P由下式给出：

$P=\frac{1}{\sin \left(2\mathrm{\θ}\right)}(V\sin \left(\mathrm{\θ}\right)-R\cos \left(\mathrm{\θ}\right)),$

其中，θ是主分量P相对于地球表面的法线的入射角，以及

其中虚反射分量G由下式给出：

$G=\frac{1}{\sin \left(2\mathrm{\θ}\right)}(V\sin \left(\mathrm{\θ}\right)+R\cos \left(\mathrm{\θ}\right)).$

10.一种用于从在近表面环境下所记录的P波确定主分量和虚反射分量的方法，所述方法包括：

接收关于P波的地震数据，其中地震数据包括采用掩埋的三分量接收器所记录的垂直分量和径向分量；

使用处理器从垂直分量和径向分量计算主分量和虚反射分量；

基于主分量和虚反射分量计算地表下的图像，

其中P波形成平面波，以及

所述近表面环境描述掩埋的三分量接收器和地球表面之间的地表下的部分。

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