CN104316965B - 一种裂缝方位和强度的预测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种裂缝方位和强度的预测方法及系统。所述方法包括：对三维地震资料进行处理，得到叠前纵波资料；根据所述叠前纵波资料建立速度‑深度地质模型；根据检波点到炮点的方位角将地震道划分为至少一个方位区域；对所述方位区域内的地震道进行叠前偏移处理，生成偏移距离CRP道集；根据所述速度‑深度地质模型和所述偏移距离CRP道集，生成入射角度域CRP道集；将所述生成的入射角度域CRP道集划分为至少一个角度区域；计算出各个所述方位区域中的各个所述角度区域对应的波阻抗数据；根据裂缝参数和所述波阻抗数据的关系，得到裂缝的方位和强度。本申请提供的裂缝方位和强度的预测方法及系统考虑了入射角对预测结果的影响，提高了预测精度。

Description

一种裂缝方位和强度的预测方法及系统

技术领域

本申请涉及地球物理勘探领域，尤其涉及一种微裂缝方位和强度的预测方法及系统。

背景技术

随着世界各国经济发展对能源需求的不断攀升，储量大、容易勘探开采的常规能源越来越少。近20年来，随着勘探和开发技术的不断提高，非常规能源资源逐渐进入人们的视野。例如，美国页岩气的大规模开发，对提高美国能源安全、降低对外依存度、缓解天然气供应不足等起到了积极作用。我国非常规页岩气资源潜力巨大，勘探开发一旦突破并形成产能，就可以缓解中国油气资源紧张的压力。

研究显示，非常规页岩气开发除了与地层含气量有关外，还与裂缝发育程度有关。国外非常规页岩气开采经验表明，在裂缝发育程度强的储层中进行压裂开采，获得高产的机会要大的多。此外，垂直于裂缝发育方向的水平开发井组要比平行于裂缝方向的水平开发井组采收率高的多。因此，研究储层裂缝发育方位和强度，对于非常规能源资源的开发将有着非常重要的意义。

目前对裂缝方位和强度的预测方法包括：曲寿利在《全方位P波属性裂缝检测方法》(石油地球物理勘探，2001，36(4)：390-397)一文中提出了用波阻抗随着方位角变化的近似方程预测裂缝发育；甘其刚等人在《振幅随方位角变化裂缝检测技术及其应用》(石油物探，2004，43(4)：373-376)一文中，利用振幅随方位角的变化关系预测了川西凹陷须家河组须二段储层的裂缝发育特征；张明等人《多分量地震裂缝预测技术进展》(天然气地球科学，2007，18(2)：293-297)一文中，提出了利用横波双折射现象检测裂缝的密度和角度。

综上所述，目前裂缝方位和强度的预测方法主要包括以下两种：一是通过波阻抗或振幅与方位角的近似关系预测裂缝方位和强度；二是利用横波的双折射现象预测裂缝方位和强度。

在实施本申请的过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：

通过波阻抗或振幅与方位角的近似关系预测裂缝方位和强度的方法忽略了地震波的入射角。实际地震波并非垂直入射，且由于震源干扰，近偏道信号信噪比较低，往往中等入射角度(5度-30度)的地震资料信噪比较高，资料较可靠；此外，目前非常规油气勘探多采用宽方位、大偏移距离的采集观测系统，地震记录中存在大入射角度(30度以上)的资料。因此忽略地震波的入射角会给裂缝预测结果带来影响；利用横波的双折射现象预测裂缝方位和强度的方法在实际应用中存在很多困难：一方面是横波资料的数据信噪比和分辨率要比纵波低，难以获得有效资料；另一方面是横波资料获取的成本要比纵波的高的多。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种裂缝方位和强度的预测方法及系统，在考虑地震波入射角的情况下，利用纵波资料对裂缝的方位和强度进行预测。

本申请实施例提供的一种裂缝方位和强度的预测方法是这样实现的：

一种裂缝方位和强度的预测方法，包括：

对三维地震资料进行处理，得到叠前纵波资料；

根据所述叠前纵波资料建立速度-深度地质模型；

根据检波点到炮点的方位角将地震道划分为至少一个方位区域；

根据所述速度-深度地质模型，对所述方位区域内的地震道进行叠前偏移处理，生成偏移距离CRP道集；

根据所述速度-深度地质模型和所述偏移距离CRP道集，生成入射角度域CRP道集；

将所述生成的入射角度域CRP道集划分为至少一个角度区域；

计算出各个所述方位区域中的各个所述角度区域对应的波阻抗数据；

根据裂缝参数和所述波阻抗数据的关系，得到裂缝的方位和强度。

本申请实施例还提供一种裂缝方位和强度的预测系统，包括：预处理模块，速度-深度地质模型建立模块，方位区域划分模块，偏移距离CRP道集生成模块，入射角度域CRP道集生成模块，角度区域划分模块，波阻抗数据计算模块，裂缝参数获取模块，其中：

所述预处理模块，用来三维地震资料进行处理，得到叠前纵波资料；

所述速度-深度地质模型建立模块，用来根据所述叠前纵波资料建立速度-深度地质模型；

所述方位区域划分模块，用来根据检波点到炮点的方位角将地震道划分为至少一个方位区域；

所述偏移距离CRP道集生成模块，用来根据所述速度-深度地质模型，对所述方位区域内的地震道进行叠前偏移处理，生成偏移距离CRP道集；

所述入射角度域CRP道集生成模块，用来根据所述速度-深度地质模型和偏移距离CRP道集，生成入射角度域CRP道集；

所述角度区域划分模块，将所述生成的入射角度域CRP道集划分为至少一个角度区域；

所述波阻抗数据计算模块，用来计算出各个所述方位区域中的各个所述角度区域对应的波阻抗数据；

所述裂缝参数获取模块，用来根据裂缝参数和所述波阻抗数据的关系，得到裂缝的方位和强度。

本申请实施例提供的一种裂缝方位和强度的预测方法及系统中利用的纵波资料与横波资料相比：一方面纵波资料容易获取，成本较低；另一方面纵波资料的品质较高，可以使得预测结果更加准确。另外，本申请实施例提供的一种裂缝方位和强度的预测方法及系统考虑了地震波的入射角对预测结果的影响，能够准确地预测裂缝的方位和强度。

附图说明

图1是本申请提供的一种裂缝方位和强度的预测方法的一个实施例的流程图；

图2是实际资料速度-深度地质模型示意图；

图3是本申请一实施例中地震道方位区域划分的示意图；

图4是利用射线正演方法计算入射角度的示意图；

图5是本申请一实施例中入射角随时间变化的入射角度域道集的示意图；

图6是本申请一实施例中裂缝方位与强度的平面示意图；

图7是本申请一实施例提供的一种裂缝方位和强度的预测系统的模块功能图；

图8是本申请一实施例提供的一种裂缝方位和强度的预测系统中预处理模块的功能模块图。

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是本申请提供的一种裂缝方位和强度的预测方法的一个实施例的流程图。如图1所示，所述方法包括：

S1：对三维地震资料进行处理，得到叠前纵波资料。

三维地震资料处理是油气勘探过程中比较重要的基础工作，其处理成果的质量可以影响勘探的全过程。三维地震资料处理可以包括：去噪处理、提高分辨率处理以及振幅保真处理。其中，提高分辨率可以通过一些常见的手段来实现，例如小波变换分频重构、广义S变换、反Q滤波等；振幅保真可以通过真振幅恢复技术或相对保幅技术来实现。对三维地震资料进行处理后，可以等到叠前纵波资料。所述叠前纵波资料可以在后续步骤中用来进行叠前偏移处理。

S2：根据所述叠前纵波资料建立速度-深度地质模型。

速度-深度地质模型是叠前偏移处理的基础。一般来说，地层速度模型可以通过层速度相干反演、叠加速度反演或均方根速度转换等方法进行求取。用地层速度模型对时间层位进行射线偏移，就可以得到该层的深度，即深度界面模型。这样，从浅到深逐层分析得到各层的层速度，再将深度界面用层速度内插到深度域，就可以得到速度-深度的地质模型。图2为实际资料速度-深度地质模型示意图。如图2所示，地层速度会随着垂直深度的变化而改变，同样也可以随着水平距离的改变而改变。

S3：根据检波点到炮点的方位角将地震道划分为至少一个方位区域。

图3为本申请一实施例中地震道方位区域划分的示意图。如图3所示，例如，所有的地震道被划分为6个方位区域。其中，五角星代表一个地震道，圆形代表反射面元中心，以正北方向为基准来计算各个方位区域的方位角。例如，方位区域A的方位角为0°到50°，方位区域B的方位角为50°到100°，以此类推，方位区域F的方位角为310°到360°。

对地震道划分方位区域后，可以给每个方位区域分别设置一个方位角。所述方位角可以设置为方为区域的中间位置。例如，可以将方位区域A的方位角设置为25°，可以将方位区域B的方位角设置为75°，以此类推，可以将方位区域F的方位角设置为335°。这样，便可以将一个方位区域内所有的地震道统一看成位于该方位角的地震道。例如，将0°到50°方位区域内的所有地震道统一可以看成位于25°方位角的地震道，将50°到100°方位区域内的所有地震道统一可以看成位于75°方位角的地震道，以此类推，将310°到360°方位区域内的所有地震道统一可以看成位于335°方位角的地震道。经过上述划分方位区域处理，整个区域内就相当于只有6个方位存在地震道，所有的地震道便可以集中到所述6个方位上。这样将某一方位区域限定到一个特定的方位可以提高该方位地震道的品质。同时，将一个方位范围限定到一个确定的方位角度，便于后续步骤进行处理。

步骤S3中，将地震道划分为方位区域时应当注意：

划分的方位区域个数以4-6个为宜，因为方位划分太多会减少方位区域内的地震道数量，从而无法保证限定方位后的地震道的品质；

划分方位区域时应当要保证各个方为区域内地震道数量基本相同，并且最大和最小炮检距分布应当比较均匀。

S4：根据所述速度-深度地质模型，对所述方位区域内的地震道进行叠前偏移处理，生成偏移距离CRP道集。

继续以S3中的例子进行说明。经过步骤S3，地震道可以被划分为6个方位区域，并且这6个方位区域分别可以被指定一个特定的方位角，得到6个方位。最终，所有的地震道便可以集中到所述6个方位上。现在基于步骤S2所述建立的速度-深度地质模型，分别对这6个方位的地震道进行叠前偏移处理，其中，所述的叠前偏移处理可以是叠前深度偏移处理，也可以是叠前时间偏移处理。经过叠前偏移处理后，便可以得到偏移距离CRP道集，所述偏移距离CRP道集中包括每个地震道的偏移距离信息。最终，可以对所述偏移距离CRP道集进行消除多次波，较平同相轴，提高信噪比等常规优化处理后，进行后续处理。

S5：根据所述速度-深度地质模型和所述偏移距离CRP道集，生成入射角度域CRP道集。

本申请实施例利用射线正演方法，可以将每个地震道的偏移距离转换为对应的入射角度，这样便可以由所述的偏移距离CRP道集中的偏移距离信息，生成入射角度域的CRP道集。图4为利用射线正演方法计算入射角度的示意图。如图4所示，炮点到对应检波点的距离即为偏移距离，该偏移距离包含在所述的偏移距离CRP道集中。利用射线正演方法，可以得到从炮点到反射点的射线路径。以反射界面1为例，利用射线正演方法，可以得到炮点1到反射点1的射线路径L1。射线路径与垂直方向的夹角即为入射角。入射角1和偏移距离1及射线路径L1的三角函数关系为：

最终偏移距离1对应的入射角1为：

这样便可以得到不同偏移距离对应的入射角。根据步骤S2中所述的建立的速度-深度地质模型，可以得到第一深度的地层速度为v1，射线路径与第一深度地层速度的比值即为射线时间，具体表示为：

t1＝L1/v1

其中，t1为炮点1至反射点1的射线时间，L1为炮点1到反射点的射线路径，v1为第一深度的地层速度。

如图4所示，在反射界面2上进行反射时，利用射线正演方法同样可以得到炮点1到反射点2的射线路径，只不过此时的射线路径不再沿直线传播。射线穿过反射界面1时，由于地层速度发生变化，根据折射原理，射线会在反射界面1上发生折射。最终，根据射线正演方法得到的炮点1至反射点2的路径为L2+L3；根据折射原理和三角函数关系，可以得到最终的入射角3具体为：

其中，v1为第一深度的地层速度，v2为第二深度的地层速度，L2为炮点1至反射界面1的射线路径，L3为反射界面1至反射界面2的射线路径。通过分段计算射线时间，便可以得到从炮点1至反射点2的射线时间为：

t2＝L2/v1+L3/v2

其中，t2为炮点1至反射点2的射线时间，v1为第一深度的地层速度，v2为第二深度的地层速度，L2为炮点1至反射界面1的射线路径，L3为反射界面1至反射界面2的射线路径。以此类推，可以得到不同深度的反射点对应的入射角和射线时间。

经过步骤S5的处理，便可以得到不同时刻，不同偏移距离对应的入射角度，从而可以将偏移距离CRP道集转换为入射角度域CRP道集。图5是本申请一实施例中入射角随时间变化的入射角度域道集的示意图。

S6：将所述生成的入射角度域CRP道集划分为至少一个角度区域。

与步骤S3类似，S6将生成的入射角度域CRP道集同样进行区域划分。如图5所示，例如，入射角度域CRP道集被划分为3个区域，分别为0°到15°，10°到25°以及20°到35°。与步骤S2不同的是，步骤S6中入射角度域CRP道集划分的3个区域中，相邻的角度区域可以有部分角度重叠。例如，0°到15°与10°到25°两个角度区域中，重叠的部分为10°到15°；10°到25°和20°到35°两个角度区域中，重叠的部分为20°到25°。将入射角度域CRP道集划分角度区域后，还可以给每个角度区域分别设置一个特定的角度，所述特定的角度可以为每个角度区域的中间位置。例如，可以将7.5°设置为0°到15°角度区域的特定角度；可以将17.5°设置为10°到25°角度区域的特定角度；可以将22.5°设置为20°到35°角度区域的特定角度。最后，可以将每个角度区域中的地震道都统一看成入射角为特定角度的地震道。例如，可以将0°到15°角度区域内的地震道统一看成入射角为7.5°的地震道；可以将10°到25°角度区域内的地震道统一看成入射角为17.5°的地震道；可以将20°到35°角度区域内的地震道统一看成入射角为22.5°的地震道。采用相邻角度区域可以有部分角度重叠的划分方法的目的在于，可以增强相邻角度区域之间的关联性，使最终设置的特定角度之间有一定的相关性。将每个角度区域内的地震道统一看成入射角为特定角度的地震道的目的在于，可以提高以该特定角度为入射角的地震道的品质，便于后续处理。

步骤S6中，将地震道划分为角度区域时应当注意：

划分的方位区域个数以2-5个为宜，因为角度划分太多会减少角度区域内的地震道数量，从而无法保证限定入射角后的地震道的品质；

划分角度区域时应当要保证各个角度区域内地震道数量基本相同，每相邻的两个角度区域中间应该有一定数量的重复的角度。

S7：计算出各个所述方位区域中的各个所述角度区域对应的波阻抗数据。

利用常规的波阻抗反演方法或者常规的波阻抗反演软件，可以计算出各个所述方位区域中的各个所述角度区域对应的波阻抗数据。

S8：根据裂缝参数和所述波阻抗数据的关系，得到裂缝的方位和强度。

应用基于裂缝参数的各向异性反射系数方程，建立所述波阻抗数据域裂缝参数、地震道方位和入射角度的方程组，用最小二乘法对方程组进行反演，可以求出裂缝的方位和强度，具体如下所述：

基于裂缝参数的各向异性反射系数方程具体为：

其中，R_p为波阻抗数据，θ为地震道的入射角度，所述入射角度可以为步骤S6中设置的特定入射角度，为地震道的方位角，所述方位角可以为步骤S3中设置的特定方位角，β为裂缝的方位角，所述方位角用来确定裂缝的方位，I、G₁、G₂为待求解的参数，所述待求解的参数可以表示出裂缝的强度，具体如下所示：

对上述基于裂缝参数的各向异性反射系数方程作如下处理：

令：

那么可以将基于裂缝参数的各向异性反射系数方程改写为：

现在假设经过步骤S3和S6，分别确定出4个方位区域和2个角度区域，其中可以用和分别代表4个方位区域的方位角，可以用θ₁和θ₂分别代表2个角度区域的入射角，则可以建立如下的方程组：

利用最小二乘法求解上述方程组，便可求出参数A、B、C、D，再由求解出的A、B、C、D便可以求出I、G₁、G₂以及β，最终裂缝的方位和强度具体表示为：

最后，可以将裂缝方位与强度共同展示在平面图上。图6为本申请一实施例中裂缝方位与强度的平面示意图。如图6所示，黑线方向表示裂缝方位，黑线长度表示裂缝强度。图5中的椭圆区域内裂缝强度较大，表示为裂缝发育区域。

本申请实施例还提供一种裂缝方位和强度的预测系统。图7为本申请一实施例提供的一种裂缝方位和强度的预测系统的模块功能图。如图7所示，所述系统包括：预处理模块1，速度-深度地质模型建立模块2，方位区域划分模块3，偏移距离CRP道集生成模块4，入射角度域CRP道集生成模块5，角度区域划分模块6，波阻抗数据计算模块7，裂缝参数获取模块8，其中：

所述预处理模块1，用来三维地震资料进行处理，得到叠前纵波资料；

所述速度-深度地质模型建立模块2，用来根据所述叠前纵波资料建立速度-深度地质模型；

所述方位区域划分模块3，用来根据检波点到炮点的方位角将地震道划分为至少一个方位区域；

所述偏移距离CRP道集生成模块4，用来根据所述速度-深度地质模型，对所述方位区域内的地震道进行叠前偏移处理，生成偏移距离CRP道集；

所述入射角度域CRP道集生成模块5，用来根据所述速度-深度地质模型和偏移距离CRP道集，生成入射角度域CRP道集；

所述角度区域划分模块6，将所述生成的入射角度域CRP道集划分为至少一个角度区域；

所述波阻抗数据计算模块7，用来计算出各个所述方位区域中的各个所述角度区域对应的波阻抗数据；

所述裂缝参数获取模块8，用来根据裂缝参数和所述波阻抗数据的关系，得到裂缝的方位和强度。

进一步地，所述一种裂缝方位和强度的预测装置还包括：

方位角设置模块9，用来给每个所述的方位区域分别设置一个方位角；

角度设置模块10，用来给每个所述的角度区域分别设置一个角度。

进一步地，图8为所述预处理模块的功能模块图。如图8所示，所述预处理模块1具体包括：

去噪处理模块101，用来对三维地震资料进行去噪处理；

提高分辨率处理模块102，用来对三维地震资料进行提高分辨率处理；

振幅保真处理103，用来三维地震资料进行振幅保真处理模块。

通过上述本申请实施例可见，本申请提供的一种裂缝方位和强度的预测方法及系统，利用成本较低、品质较高的纵波资料，通过将偏移距离CRP道集转换为入射角度域CRP道集，进行划分方位区域和角度区域，考虑了地震波的入射角对裂缝预测结果的影响，能够准确地预测裂缝的方位和强度。

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 (9)

1.一种裂缝方位和强度的预测方法，其特征在于，包括：

对三维地震资料进行处理，得到叠前纵波资料；

根据所述叠前纵波资料建立速度-深度地质模型；

根据检波点到炮点的方位角将地震道划分为至少一个方位区域；

根据所述速度-深度地质模型，对所述方位区域内的地震道进行叠前偏移处理，生成偏移距离CRP道集；

根据所述速度-深度地质模型和所述偏移距离CRP道集，生成入射角度域CRP道集；

将所述生成的入射角度域CRP道集划分为至少一个角度区域；

计算出各个所述方位区域中的各个所述角度区域对应的波阻抗数据；

根据裂缝参数和所述波阻抗数据的关系，得到裂缝的方位和强度。

2.如权利要求1所述的一种裂缝方位和强度的预测方法，其特征在于，所述对三维地震资料进行处理包括：对三维地震资料进行提高分辨率处理。

3.如权利要求1所述的一种裂缝方位和强度的预测方法，其特征在于，所述根据检波点到炮点的方位角将地震道划分为至少一个方位区域步骤之后还包括：

给每个所述的方位区域分别设置一个方位角。

4.如权利要求1所述的一种裂缝方位和强度的预测方法，其特征在于，所述叠前偏移处理包括：叠前深度偏移处理和叠前时间偏移处理。

5.如权利要求1所述的一种裂缝方位和强度的预测方法，其特征在于，所述将所述生成的入射角度域CRP道集划分为至少一个角度区域步骤之后还包括：

给每个所述的角度区域分别设置一个角度。

6.如权利要求1所述的一种裂缝方位和强度的预测方法，其特征在于，所述裂缝参数包括：裂缝方位和裂缝强度。

7.一种裂缝方位和强度的预测系统，其特征在于，包括：预处理模块，速度-深度地质模型建立模块，方位区域划分模块，偏移距离CRP道集生成模块，入射角度域CRP道集生成模块，角度区域划分模块，波阻抗数据计算模块，裂缝参数获取模块，其中：

所述预处理模块，用来对三维地震资料进行处理，得到叠前纵波资料；

所述速度-深度地质模型建立模块，用来根据所述叠前纵波资料建立速度-深度地质模型；

所述方位区域划分模块，用来根据检波点到炮点的方位角将地震道划分为至少一个方位区域；

所述偏移距离CRP道集生成模块，用来根据所述速度-深度地质模型，对所述方位区域内的地震道进行叠前偏移处理，生成偏移距离CRP道集；

所述入射角度域CRP道集生成模块，用来根据所述速度-深度地质模型和偏移距离CRP道集，生成入射角度域CRP道集；

所述角度区域划分模块，将所述生成的入射角度域CRP道集划分为至少一个角度区域；

所述波阻抗数据计算模块，用来计算出各个所述方位区域中的各个所述角度区域对应的波阻抗数据；

所述裂缝参数获取模块，用来根据裂缝参数和所述波阻抗数据的关系，得到裂缝的方位和强度。

8.如权利要求7所述的一种裂缝方位和强度的预测系统，其特征在于，还包括：

方位角设置模块，用来给每个所述的方位区域分别设置一个方位角；

角度设置模块，用来给每个所述的角度区域分别设置一个角度。

9.如权利要求7所述的一种裂缝方位和强度的预测系统，其特征在于，所述预处理模块具体包括：

提高分辨率处理模块，用来对三维地震资料进行提高分辨率处理。