CN104316960A - 一种基于vsp的储层裂缝预测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于VSP的储层裂缝预测方法及系统。所述方法包括：建立观测系统并设定所述观测系统的参数；通过所述观测系统获取每个激发点对应的VSP数据；对同一深度层的每个激发点对应的第一分量和第二分量按照预设条件进行水平旋转定向，得到定向角度序列；将所述的定向角度序列中每一个定向角度减去对应的激发点方位角，得到极化角度序列；将所述得到的极化角度序列求平均值，并将每一个极化角度减去所述平均值，得到残余角度序列；将所述的残余角度序列转换为地震玫瑰图。本申请实施例提供的基于VSP的储层裂缝预测方法及系统利用地震玫瑰图的形式直观地显示出裂缝的方位及强度，提高了对储层裂缝的预测精度。

Description

一种基于VSP的储层裂缝预测方法及系统

技术领域

本申请涉及石油勘探领域，特别涉及一种基于VSP的储层裂缝预测方法及系统。

背景技术

随着石油天然气资源的开发利用，常规孔隙性油气藏储量日益减少，开发难度逐渐增大，石油与天然气勘探方向已经逐渐由常规油气藏转向特殊油气藏。特殊油气藏中的裂缝性油气藏分布范围广，遍历各个地质历史时期，在勘探开发中占有重要地位。裂缝性油气藏勘探开发的难点在于如何预测储层岩体中裂缝的方位及发育程度。目前基于垂直地震剖面(VSP，Vertical Seismic Profiling)预测储层裂缝的方法越来越多地受到关注。VSP属于一种井中地震观测技术，它在井口附近的地表上布置激发点产生地震波，通过沿井孔不同深度布置的一些多级多分量的检波点观测井附近地质剖面的垂直变化。

近年来，VSP设备和技术均得到持续、快速的发展。斯伦贝谢和BP公司联合开展利用多方位变井源距VSP(Walkaway-VSP)预测储层裂缝的研究，通过对各向异性正演模型的射线追踪方法，反演出了目的层裂缝方位；杨飚等利用多方位等井源距VSP(Walkaround-VSP)数据计算纵横波射线的平均速度比，并基于该比值进行了裂缝评估。

在实施本申请过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：

上述Walkway-VSP基于正演射线追踪理论时差分析，受到模型精度和上覆地层累积效应的影响，同时激发点相对稀少，不利于统计计算，因而预测储层裂缝的精度不高；上述Walkaround-VSP适用于对井旁地层裂缝发育情况的粗略预测，受到静校正、时距曲线拾取精度、上覆地层速度的累积效应等诸多因素制约，预测储层裂缝的精度也不高。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于VSP的储层裂缝预测方法及系统，以提高对储层裂缝的预测精度。

本申请提供的一种基于VSP的储层裂缝预测方法是这样实现的：

一种基于VSP的储层裂缝预测方法，包括：

S1：建立观测系统并设定所述观测系统的参数，所述观测系统包括激发点和检波点，所述激发点以井口为中心，呈圆形等角间距分布在地面上；所述检波点等间距垂直分布于井中；

S2：通过所述观测系统获取每个激发点对应的VSP数据，所述VSP数据包括第一分量，第二分量以及第三分量，所述第一分量、第二分量以及第三分量在空间上互为正交关系；

S3：对同一深度层的每个激发点对应的第一分量和第二分量按照预设条件进行水平旋转定向，得到定向角度序列；

S4：将所述的定向角度序列中每一个定向角度减去对应的激发点方位角，得到极化角度序列；

S5：将所述得到的极化角度序列求平均值，并将每一个极化角度减去所述平均值，得到残余角度序列；

S6：将所述的残余角度序列转换为地震玫瑰图；

S7：对每个深度层重复S3至S6步骤，得到全部深度层的储层裂缝预测结果。

本申请还提供一种基于VSP的储层裂缝预测系统，包括：激发点设置模块，检波点设置模块，VSP数据获取模块，定向角度序列处理模块，极化角度序列处理模块，残余角度序列处理模块，地震玫瑰图转换模块，其中：

所述激发点设置模块，用来设置激发点的激发角间距和激发距离；

所述检波点设置模块，用来设置检波点的检波点间距和检波点级数；

所述VSP数据获取模块，用来获取VSP数据，所述VSP数据包括第一分量，第二分量以及第三分量，所述第一分量、第二分量以及第三分量在空间上互为正交关系；

所述定向角度序列处理模块，用来对同一深度层的每个激发点对应的第一分量和第二分量按照预设条件进行水平旋转定向，得到定向角度序列；

所述极化角度序列处理模块，用来将所述的定向角度序列中每一个定向角度减去对应的激发点方位角，得到极化角度序列；

所述残余角度序列处理模块，用来将所述得到的极化角度序列求平均值，并将每一个极化角度减去所述平均值，得到残余角度序列；

所述地震玫瑰图转换模块，用来将所述的残余角度序列转换为地震玫瑰图。

本申请实施例提供的一种基于VSP的储层裂缝预测方法及系统，对每一深度层的VSP数据进行单独处理，避免了上覆地层累积效应，最终可以利用地震玫瑰图的形式直观地显示出储层裂缝的方位及强度，提高了对储层裂缝的预测精度。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的一种基于VSP的储层裂缝预测方法的流程图；

图2a为本申请一实施例中观测系统的俯视图；

图2b为本申请一实施例中观测系统的侧视图；

图3为本申请一实施例建立的观测系统的工作原理图；

图4a为本申请一实施例采集到的VSP三分量原始数据中的Z分量图；

图4b为本申请一实施例采集到的VSP三分量原始数据中的X分量图；

图4c为本申请一实施例采集到的VSP三分量原始数据中的Y分量图；

图5为本申请一实施例中同一深度层残余角度随激发点编号变化的示意图；

图6为本申请一实施例中的地震玫瑰图；

图7a为本申请一实施例中位于3210米深度生成的地震玫瑰图；

图7b为本申请一实施例中位于1210米深度生成的地震玫瑰图；

图8为本申请一实施例提供的基于VSP的储层裂缝预测系统的功能模块图；

图9为本申请一实施例提供的基于VSP的储层裂缝预测系统中地震玫瑰图转换模块的功能模块图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1是本申请一实施例提供的一种基于VSP的储层裂缝预测方法的流程图。如图1所示，所述方法包括：

S1：建立观测系统并设定所述观测系统的参数。

图2a和图2b分别为所述观测系统的俯视图和侧视图。如图2a与图2b所示，所述观测系统包括激发点和检波点。如图2a所示，所述激发点以井口为中心，呈圆形等角间距分布在地面上。相邻激发点之间的角度间隔为激发角间距，用α表示；激发点到井口的距离为激发距离，用L表示。如图2b所示，所述检波点等间距垂直分布于井中。相邻检波点之间的间距为检波点间距，用Δh表示；检波点的个数为检波点级数，用N表示。

在利用该观测系统进行储层裂缝预测之前，需要对上述的激发角间距，激发距离，检波点间距，检波点级数这四个参数进行设置。

(1)激发角间距设置：激发角间距α表示相邻两个激发点之间的方位角度差。本申请实施例中，激发角间距能够决定储层裂缝方位的计算精度。为了满足地质分析对储层裂缝方位精度的需求，本申请实施例将激发角间距α设置为：0<α≤10°。

(2)激发距离设置：依据VSP行业标准，最大激发距离不大于预测目的层深度的三分之二。对于最小激发距离，本申请实施例后续是基于直达波的两个水平分量进行计算的。激发点发出的直达波需要保持一定的入射角度，保证检波点能够获取足够的水平分量，这也要求最小激发距离不宜过小；另外最小激发距离直接决定了该观测系统的成像范围，为了保证经济效益最大化，也要求最小激发距离不宜过小。因此本申请实施例中增加了对最小激发距离的限制，要求不小于500米。最终将激发距离设置为：500≤L≤2h/3，其中，h为预测目的层深度。

(3)检波点间距设计：检波点间距决定地层裂缝的分辨能力。由于本申请实施例中不直接利用地震波反射信息，因此不适用于垂直地震行业标准中检波器间距与地震波主频之间的计算关系。为了保证获得最薄预测目的层的裂缝信息，将检波器的间距设置为：Δh≤d_min，其中，Δh为检波点间距，d_min为井旁预测目的层的最小厚度。

(4)检波点级数设计：投入更多的检波点级数，有利于得到一致性更好的VSP记录数据。因此在作业环境和硬件条件许可的范围内，要求尽可能多的投入检波点级数。本申请实施例将检波点级数设置为：N>50。

S2：通过所述观测系统获取每个激发点对应的VSP数据。

图3为本申请实施例建立的观测系统的工作原理图。如图3所示，位于激发点的炮点从地面发射直达波，该直达波穿过地层到达检波点，被位于检波点的三分量检波器接收。三分量检波器接收到的数据包括水平分量：第一分量和第二分量，在图3中分别对应X分量和Y分量；垂直分量：第三分量，在图3中对应Z分量。如图3所示，X，Y，Z三个分量在空间中互为正交关系。X分量与Y分量决定的平面与地面平行，Z分量垂直于X分量与Y分量决定的平面。直达波在X分量与Y分量决定的平面中的投影为H方向。

图4a，图4b和图4c是本申请的一个实施例采集到的VSP三分量原始数据图，分别对应着Z分量，X分量和Y分量。如图4a，图4b和图4c所示，三个分量截取相同的时间段炮集记录，横坐标为野外采集的炮集号(FFID)，每个炮集中不同地震道对应不同的记录深度，纵坐标为地震记录时间

S3：对同一深度层的每个激发点对应的第一分量和第二分量按照预设条件进行水平旋转定向，得到定向角度序列。

井中三分量检波器的水平分量接收方向是固定的。三分量检波器接收到的每个激发点对应的水平分量需要经过一个共同的标准进行重新定位，才能够判断位于不同激发点的炮点发出的直达波在穿过地层时，是否受到了储层裂缝的影响。本申请实施例可以将三分量检波器接收到的水平分量按照一定的准则进行水平旋转，确定出定位角度β。通过对该定位角度进行处理，间接地反映出地层裂缝的方位和强度。如图3所示，将三分量检波器接收到的X分量和Y分量进行水平旋转，旋转到虚线位置处X分量与H方向的夹角就为定位角度β。该定向角度β的求取过程如下所述：

将水平分量X分量和Y分量在H方向上进行投影，得到H方向的分量R为：

R＝Xcosβ+Ysinβ

根据能量准则，随着β的不同，H方向上分量的能量也会不同，当能量达到最大值时取得的β就是定向角度。根据能量表达式为：

$E\left(\mathrm{\&beta;}\right)=\underset{j}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(X_j\cos \mathrm{\&beta;}+Y_j\sin \mathrm{\&beta;})}^2$

其中，N为分量的时窗长度，j的取值从时窗的起点到终点。

当E(β)达到最大值时，

$\frac{\&PartialD;E\left(\mathrm{\&beta;}\right)}{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}=0$

求得定位角度β值为：

$\mathrm{\&beta;}=\frac{1}{2}\arctan \frac{2{\mathrm{\&Sigma;}}_j^N{X}_j{Y}_j}{{\mathrm{\&Sigma;}}_j^N(X_j^2-Y_j^2)}$

对每个激发点对应的第一分量和第二分量都按照上述的操作步骤对定位角度进行求解，最终便可以得到所有激发点对应的定向角度序列β_i，i＝0,2,3,…n-1。其中，i为激发点编号，n-1为最大激发点的编号。所述激发点可以从正北方向开始，按顺时针方向进行编号，第一个激发点的编号为0。

S4：将所述的定向角度序列中每一个定向角度减去对应的激发点方位角，得到极化角度序列。

由于所述观测系统中的激发点呈环状分布，因此对于同一深度层的检波点来说，每个激发点对应的初始方位角是不同的。为了消除这种初始方位角不同所带来的定向角度差异，需要将步骤S3中得出的定向角度序列中的每一个定向角度减去相对应的激发点方位角，得出一个新的角度序列：极化角度序列，具体表示为：

β′_i＝β_i-i·α，i＝0,2,3,…n-1

其中，β′_i为极化角度序列，β_i为定向角度序列，α为激发角间距，i为激发点编号，n-1为最大激发点的编号，i·α为激发点方位角；

S5：将所述得到的极化角度序列求平均值，并将每一个极化角度减去所述平均值，得到残余角度序列。

如果本申请实施例建立的观测系统地层下方没有储层裂缝，那么按照步骤S4得到的极化角度序列中每一个极化角度都应该是相同的确定值；如果申请实施例建立的观测系统地层下方存在储层裂缝，那么按照步骤S4得到的极化角度序列中会存在不同的极化角度。为了更加直观地反应这种极化角度的差异，本申请实施例将所述得到的极化角度序列求平均值，并将每一个极化角度减去所述平均值，得到一个新的角度序列：残余角度序列，具体表示为：

$\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&beta;}}_i^{\&prime;}={\mathrm{\&beta;}}_i^{\&prime;}-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}}^{\&prime;},i=\mathrm{0,2,3},...n-1$

其中：Δβ′_i为残余角度，β′_i为极化角度序列，为极化角度平均值，该平均值具体表现为：

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}}^{\&prime;}=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_i^{n-1}{\mathrm{\&beta;}}_i^{\&prime;}}{n},i=\mathrm{0,2,3},...n-1$

举个例子，当地层下方没有储层裂缝时，每个激发点对应的极化角度都是相同的，那么根据本步骤的方法，得到的残余角度序列中每个残余角度都是0，反映到直角坐标系中就是一条直线；如果地层下方存在储层裂缝，那么根据本步骤的方法，得到的残余角度序列反映到直角坐标系中会呈现出一条起伏的曲线。残余角度的大小反映储层裂缝对极化角度的影响：裂缝密度越大，地层各向异性越强，不同方位激发点所对应的极化角度与平均极化角度的差异越大。

在本申请的一个优选实施例中，将激发角间距设置为2.5°，那么激发点的个数就为144个，编号从0至143。图5是同一深度层残余角度随激发点编号变化的示意图。残余角度由储层裂缝引起，在图5中呈双峰曲线形态，其峰值位置对应储层裂缝发育最强的方位。如图5所示，第一、第二个峰值分别位于编号为25和97的炮点位置，乘以该实例的炮点间距2.5°，计算出其裂缝方位是62.5度和242.5度。

S6：将所述的残余角度序列转换为地震玫瑰图。

地震玫瑰图的显示方式是地震勘探行业内表述裂缝的主流显示方式。在该显示方式下，储层裂缝的发育方位表现直观：地震玫瑰图中的极角对应着储层裂缝的方位，极径对应着储层裂缝的强度。将步骤S5中得出的残余角度序列转换为地震玫瑰图分为以下步骤：

S601：将所述残余角度序列转换为极坐标系数据。

步骤S5中，若以激发点编号i为横坐标，以残余角度序列为纵坐标，便可以得到直角坐标系下的残余角度序列数据。为了更加直观地显示储层裂缝的方位以及强度，可以将得到的直角坐标下的残余角度数据转换到极坐标系下，转换方法具体表示为：

D(i,Δβ′_i)→P(i·α,Δβ′_i)，i＝0,2,3,…n-1

其中，D(i,Δβ′_i)为直角坐标系下残余角度序列数据，i为横轴，代表激发点的编号，Δβ′_i为纵轴，代表残余角度序列；P(i·α,Δβ′_i)为极坐标系数据，i·α为极角，代表激发点的方位角，Δβ′_i为极径，代表残余角度序列。

S602：将所述极坐标系数据进行插值计算，转换为地震玫瑰图。

进一步地，可以以一个新的单位角度θ对S601步骤中得到的极坐标系下的数据进行插值计算，重新划分单元，并以θ表示新的极角，γ表示新的极径，新数据记为P(θ_j,γ_j)，其中，j为插值计算后的数据个数，范围从1至M，即地震玫瑰图的“花瓣”数目为M个。

此时，新极径γ_j需要进行插值计算来确定，本申请实施例可以选用拉格朗日插值进行计算，如下所示：

γ_j＝Language(i·α,Δβ′_i,θ_j)，i＝0,2,3,…n-1；j＝1,2,3,…M

进一步地，可以将所得到的极径γ_j进行最小值归零计算，得到γ′_i，如下所示：

γ′_j＝γ_j-min(γ_j)，j＝1,2,3,…M

最后利用地震玫瑰图的方式显示数据P(θ_j,γ′_j)，此时地震玫瑰图图中的极角θ_j代表储层裂缝的方位，极径γ′_j的大小反映储层裂缝的强度。

在本申请优选的一个实施例中，将激发角间距设置为2.5°，那么激发点的个数就为144个，编号从0至143；将新的极角θ设置为15°，那么“花瓣”数目M就为24，得到的地震玫瑰图如图6所示。从图6中可以直观地看到：位于300°至315°存在强度最大的储层裂缝，位于120°至135°的储层裂缝强度次之。

S7：对每个深度层重复S3至S6步骤，得到全部深度层的储层裂缝预测结果。

上述步骤S3至S6都是针对同一深度层的数据进行处理的，若要等到全部深度层的储层裂缝预测结果，则需要对位于不同深度层的三分量检波器采集到的数据进行同样的处理，这里便不再赘述。图7a，图7b分别为位于3210米和1210米深度生成的地震玫瑰图。

本申请实施例还提供一种基于VSP的储层裂缝预测系统。图8是所述基于VSP的储层裂缝预测系统的功能模块图。如图8所示，所述系统包括：

激发点设置模块1，用来设置激发点的激发角间距和激发距离；

检波点设置模块2，用来设置检波点的检波点间距和检波点级数；

VSP数据获取模块3，用来获取VSP数据，所述VSP数据包括第一分量，第二分量以及第三分量，所述第一分量、第二分量以及第三分量在空间上互为正交关系；

定向角度序列处理模块4，用来对同一深度层的每个激发点对应的第一分量和第二分量按照预设条件进行水平旋转定向，得到定向角度序列；

极化角度序列处理模块5，用来将所述的定向角度序列中每一个定向角度减去对应的激发点方位角，得到极化角度序列；

残余角度序列处理模块6，用来将所述得到的极化角度序列求平均值，并将每一个极化角度减去所述平均值，得到残余角度序列；

地震玫瑰图转换模块7，用来将所述的残余角度序列转换为地震玫瑰图。

进一步地，所述VSP数据获取模块具体包括三分量检波器。

进一步地，图9是本申请一种基于VSP的储层裂缝预测系统中所述地震玫瑰图转换模块的功能模块图。如图9所示，所述地震玫瑰图转换模块7具体包括：

极坐标系数据转换模块701，用来将所述残余角度序列转换为极坐标系数据；

插值计算模块702，用来将所述极坐标系数据进行插值计算，转换为地震玫瑰图。

进一步地，所述插值计算模块中运用的插值计算方法为拉格朗日插值法。

从上述本申请的实施例可以看出，本申请实施例提供的一种基于VSP的储层裂缝预测方法及系统，对每一深度层的VSP数据进行单独处理，避免了上覆地层累积效应；最终可以利用地震玫瑰图的形式直观地显示出储层裂缝的方位及强度，提高了对储层裂缝的预测精度。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来。该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

Claims (10)

1.一种基于VSP的储层裂缝预测方法，其特征在于，包括：

S1：建立观测系统并设定所述观测系统的参数，所述观测系统包括激发点和检波点，所述激发点以井口为中心，呈圆形等角间距分布在地面上，所述检波点等间距垂直分布于井中；

S2：通过所述观测系统获取每个激发点对应的VSP数据，所述VSP数据包括第一分量，第二分量以及第三分量，所述第一分量、第二分量以及第三分量在空间上互为正交关系；

S3：对同一深度层的每个激发点对应的第一分量和第二分量按照预设条件进行水平旋转定向，得到定向角度序列；

S4：将所述的定向角度序列中每一个定向角度减去对应的激发点方位角，得到极化角度序列；

S5：将所述得到的极化角度序列求平均值，并将每一个极化角度减去所述平均值，得到残余角度序列；

S6：将所述的残余角度序列转换为地震玫瑰图；

S7：对每个深度层重复S3至S6步骤，得到全部深度层的储层裂缝预测结果。

2.如权利要求1所述的一种基于VSP的储层裂缝预测方法，其特征在于，所述S1步骤中所述观测系统的参数包括：激发角间距，激发距离，检波点间距，检波点级数。

3.如权利要求1所述的一种基于VSP的储层裂缝预测方法，其特征在于，所述步骤S2中的VSP数据由三分量检波器获取。

4.如权利要求1所述的一种基于VSP的储层裂缝预测方法，其特征在于，所述S4步骤中所述的激发点方位角具体表示为：

其中，为激发点方位角，i为激发点编号，α为激发角间距，所述激发点从正北方向开始，按顺时针方向进行编号，第一个激发点的编号为0。

5.如权利要求1所述的一种基于VSP的储层裂缝预测方法，其特征在于，所述S6步骤具体包括：

S601：将所述残余角度序列转换为极坐标系数据；

S602：将所述极坐标系数据进行插值计算，转换为地震玫瑰图。

6.如权利要求5所述的一种基于VSP的储层裂缝预测方法，其特征在于，所述S602步骤中的插值计算方法为拉格朗日插值法。

7.一种基于VSP的储层裂缝预测系统，其特征在于，包括：激发点设置模块，检波点设置模块，VSP数据获取模块，定向角度序列处理模块，极化角度序列处理模块，残余角度序列处理模块，地震玫瑰图转换模块，其中：

所述激发点设置模块，用来设置激发点的激发角间距和激发距离；

所述检波点设置模块，用来设置检波点的检波点间距和检波点级数；

所述VSP数据获取模块，用来获取VSP数据，所述VSP数据包括第一分量，第二分量以及第三分量，所述第一分量、第二分量以及第三分量在空间上互为正交关系；

所述定向角度序列处理模块，用来对同一深度层的每个激发点对应的第一分量和第二分量按照预设条件进行水平旋转定向，得到定向角度序列；

所述极化角度序列处理模块，用来将所述的定向角度序列中每一个定向角度减去对应的激发点方位角，得到极化角度序列；

所述残余角度序列处理模块，用来将所述得到的极化角度序列求平均值，并将每一个极化角度减去所述平均值，得到残余角度序列；

所述地震玫瑰图转换模块，用来将所述的残余角度序列转换为地震玫瑰图。

8.如权利要求7所述的一种基于VSP的储层裂缝预测系统，其特征在于，所述VSP数据获取模块具体包括三分量检波器。

9.如权利要求7所述的一种基于VSP的储层裂缝预测系统，其特征在于，所述地震玫瑰图转换模块具体包括：

极坐标系数据转换模块，用来将所述残余角度序列转换为极坐标系数据；

插值计算模块，用来将所述极坐标系数据进行插值计算，转换为地震玫瑰图。

10.如权利要求9所述的一种基于VSP的储层裂缝预测系统，其特征在于，所述插值计算模块中运用的插值计算方法为拉格朗日插值法。