CN104330823A - 确定垂直地震剖面观测参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种确定垂直地震剖面观测参数的方法，所述方法包括：输入工区垂直剖面的上、下行波的速度谱信息；在输入的速度谱信息中选取待勘探的目标矩形区域；基于目标矩形区域中的速度谱信息，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数。

Description

确定垂直地震剖面观测参数的方法

技术领域

本申请涉及石油勘探技术，尤其涉及一种在垂直地震剖面观测系统中确定观测参数的方法。

背景技术

目前，在垂直地震剖面(Vertical seismic profile，简称VSP)观测系统的设计中，主要采用以下两种方法确定观测参数：一种是在没有速度模型的情况下，利用经验公式来计算炮检距、检波器沉降深度等观测系统布设参数，用基于均匀介质的覆盖次数计算方法来大致获得目的层的覆盖次数，检验观测系统的布设是否使覆盖次数达到要求，但是，这种方法需要人工反复手动设置参数进行校验，效率很低。另一种是当存在层状速度模型时，非零偏VSP炮检距、变井源距VSP(或者三维VSP)最大炮检距的选择主要通过人为给定单一界面速度、密度等参数的AVO(Amplitude Versus Offset，振幅随偏移距的变化)分析确定，但是，这种方法受主观因素影响较大，勘探目标有可能得不到预期覆盖次数。另外，现有的方法只知道井下检波器应避免沉放到跨速度突变的观测井段，但并不清楚地震波的速度多大才算突变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定垂直地震剖面观测参数的方法。

根据本发明的一方面，提供一种确定观测参数的方法，所述方法包括：输入工区垂直剖面的上、下行波的速度谱信息；在输入的速度谱信息中选取待勘探的目标矩形区域；基于目标矩形区域中的速度谱信息，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数。

优选地，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：根据输入的速度谱信息中的共深度点网格间距，确定目标矩形区域中的成像网格及成像网格点；以目标矩形区域中的成像网格点为成像点，利用动校正和垂直地震剖面-共深度点叠加技术对输入的速度谱信息中的上、下行波进行成像；基于成像的结果，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数。

优选地，当确定的观测参数为最大炮检距时，以目标矩形区域上顶点对应的成像网格点为成像点、接收井中的各个检波点为接收点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时符合预设动校正拉伸量的地表激发点；将确定的激发点到接收井之间的距离确定为用于对目标矩形区域进行勘探的最大炮检距。

优选地，当确定的观测参数为接收井段时，以目标矩形区域中的各个成像网格点为成像点、最大炮检距在地表处的炮点为激发点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时受限于预设动校正拉伸量的接收井中的接收点；从确定的接收点中选取出最浅接收点和最深接收点；将选取的最浅接收点到选取的最深接收点之间的距离确定为用于对目标矩形区域进行勘探的接收井段。

优选地，所述方法还包括：如果确定的接收井段与预设的施工接收井段之间存在公共井段，则将所述公共井段确定为用于对目标矩形区域进行勘探的接收井段；如果确定的接收井段与预设的施工接收井段之间不存在公共井段，则将预设的施工接收井段确定为用于对目标矩形区域进行勘探的接收井段。

优选地，当确定的观测参数为检波器级距时，以目标矩形区域上边界处的距离接收井最远的相邻两个的成像网格点为成像点、最大炮检距在地表处的炮点为激发点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时在接收井中对应的两个接收点；将确定的两个接收点之间的距离确定为用于对目标矩形区域进行勘探的检波器级距。

优选地，所述方法还包括：如果确定的检波器级距超过实际接收设备之间的级距，则将实际接收设备之间的级距确定为用于对目标矩形区域进行勘探的检波器级距。

优选地，当确定的观测参数为炮间距时，以目标矩形区域中的各个成像网格点为成像点、地表处的各个炮点为激发点、接收井中的各个检波点为接收点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时受限于预设动校正拉伸量的目标矩形区域中的各个成像点的覆盖次数；如果确定的覆盖次数未超过预设的最小覆盖次数，则减半炮间距，以便重新执行上述步骤直至确定的覆盖次数超过预设的最小覆盖次数；将覆盖次数超过预设的最小覆盖次数时的炮间距确定为用于对目标矩形区域进行勘探的炮间距。

优选地，所述速度谱信息为均方根速度模型。

优选地，预设动校正拉伸量为地震波能够在目标矩形区域内反射成像的阈值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明无需人工干预和设置，即可自动确定出垂直地震剖面观测系统中的各种观测参数，这不仅为石油勘探过程提供了可靠的观测依据，还进一步提高了勘探的效率。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的确定垂直地震剖面观测参数的方法的流程图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的垂直地震剖面的射线路径示意图；

图3是示出根据本发明的示例性实施例的在垂直剖面中选取目标矩形区域的示意图；

图4是示出根据本发明的示例性实施例的工区的均方根速度模型；

图5是示出根据本发明的示例性实施例的垂直地震剖面的覆盖次数图。

具体实施方式

通常，通过垂直地震剖面-共深度点(VSP-CDP)叠加，将有偏垂直地震剖面记录的上行波数据中每个深度道的每个样点从深度-时间域(Z，t)变换到成像点的偏移距及对应于深度的双程垂直时间域(X，T)的这种处理过程叫做动校正(Normal Moveout，简称NMO)。将变换后的(X，T)空间按ΔX和ΔT划分成网格，把属于某个共深度点(Common Depth Point，简称CDP)附近的样点进行叠加，作为该点的输出，并在每个格网点上重复这种处理，最后可以得到叠加剖面。

以下，将参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1示出了本发明一种确定垂直地震剖面观测参数的方法的优选实施例的流程图。

参照图1中，在步骤110中，输入工区垂直剖面的上、下行波的速度谱信息。

具体实施时，可通过导入工区的均方根速度模型，获取工区上、下行波的速度谱信息以及观测系统中的共深度点号范围、共深度点网格间距、速度谱的时间参数(例如，采样的起止时间、采样间隔等)。

图4示出了本发明中的工区的均方根速度模型。

在图4所示的垂直剖面中，横轴代表偏移距，纵轴代表采样时间，右侧色标标识不同的地震波速度值。例如，在偏移距为2000m、时间为1000ms处的速度为5000m/s。

在步骤120中，在输入的速度谱信息中选取待勘探的目标矩形区域。

图3示出了本发明中的在垂直剖面中选取目标矩形区域的示意图。图中所示的O1O2O3O4为在工区垂直剖面中选取的待勘探的目标矩形区域，Well为接收井，Receiver1、Receiver2、Receiver3分别为接收井中的接收点，ScdpStart、Shot1分别为设置在地表处的激发点。

具体实施时，可通过确定目标矩形区域在速度谱信息中的起始以及终止共深度点号、目标矩形区域的起始以及终止的采样时间，来选取目标矩形区域。此外，为了对计算的观测参数进行比对，还可设置目标矩形区域的预设动校正拉伸量(即，地震波能够在目标矩形区域内反射成像的阈值)、接收井野外布设检波器能到达到的最小和最大深度、井下检波器级距、接收井位置等观测参数。

在步骤130中，基于目标矩形区域中的速度谱信息，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数。

在一个可选的实施例中，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：根据输入的速度谱信息中的共深度点网格间距，确定目标矩形区域中的成像网格及成像网格点；以目标矩形区域中的成像网格点为成像点，利用动校正和垂直地震剖面-共深度点叠加技术对输入的速度谱信息中的上、下行波进行成像；基于成像的结果，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数。

根据本发明的一个示例性实施例，当确定的观测参数为最大炮检距时，以目标矩形区域上顶点对应的成像网格点为成像点、接收井中的各个检波点为接收点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时符合预设动校正拉伸量的地表激发点；将确定的激发点到接收井之间的距离确定为用于对目标矩形区域进行勘探的最大炮检距。

以下结合附图2，对本发明作进一步的说明。

图2出了本发明中的垂直地震剖面的射线路径示意图。

图中所示Shot为设置在地表处的激发点，Well为接收井，假设激发点Shot处激发的地震波在成像点O₁处反射，则O₁处的地震波反射路径应满足如下斯涅尔定理：

$\frac{\mathrm{SinA}}{v_d}=\frac{\mathrm{SinB}}{v_u}---\left(1.1\right)$

其中，A为地震波在成像点O₁处的入射角，B为地震波在成像点O₁处的反射角，v_d为地震波在成像点O₁处的入射波速度，v_u为地震波在成像点O1处的反射波速度。

另外，接收点Receiver1与成像点O₁之间的垂向距离还满足如下关系：

$h_r=\frac{x_r}{\tan B}---\left(1.2\right)$

其中，x_r为成像点与接收点之间的垂向距离，h_r为接收点与成像点之间的垂向距离，v_u为反射波速度。

从图中可知：

h_r＝z-z_w   (1.3)

其中，z_w为接收点Receiver1的深度，Z为成像点O₁的深度。

另外，从图中还可知：

$\mathrm{SinB}=\frac{x_s}{\sqrt{z^2+x_s^2}}---\left(1.4\right)$

其中，x_s为激发点Shot与成像点O₁之间的水平距离。

可见，在成像点、接收点可以获知的情况下，可以通过射线追踪上的几何计算关系，确定出地表激发点的位置，继而确定出观测时的最大炮检距。

以下仍结合附图2，对确定动校正拉伸量的过程作进一步的说明。

从图中可知，当激发点Shot处激发的地震波在O₁处成像时，其相应的地震波反射路径的入射波(下行波)旅行时t_d满足如下计算公式：

$t_d=\frac{\sqrt{z^2+x_s^2}}{v_d}---\left(2.1\right)$

其中，x_s为激发点Shot与成像点O₁之间的水平距离，z为成像点O₁的地下深度，v_d为入射波速度。

相应的，反射波(上行波)旅行时t_u满足如下计算公式：

$t_u=\frac{\sqrt{h_r^2+x_r^2}}{v_u}---\left(2.2\right)$

其中，h_r为接收点Receiver1和成像点O₁之间的垂直距离，x_r为接收点Receiver1和成像点O₁之间的水平距离，v_u为反射波速度。

由于地震波反射路径的动校正时间t_nmo为：

t_nmo＝t_d+t_u   (2.3)

地震波在O₁处的自激自收时间t₀为：

$t_0=\frac{2z}{v_d}---\left(2.4\right)$

因此，地震波反射路径的动校正拉伸量t_nmo：

$\mathrm{stretchPer}=\frac{t_{\mathrm{nmo}}-t_0}{t_0}---\left(2.5\right)$

从上述公式可知，根据激发点、成像点以及接收点的位置，可以确定出地震波在O₁处成像时的动校正拉伸量。

通过上述分析可知，基于目标矩形区域在均方根速度模型中的速度信息，可通过垂直地震剖面-共深度点叠加技术，计算并确定出针对目标矩形区域进行勘探的最大炮检距。

以下结合附图3，对确定最大炮检距的具体实施过程作进一步的说明。

参照图3，在目标矩形区域O1O2O3O4中，假设起始炮点(激发点)位置设为ScdpStart。对于成像点O1点，可按照检波点从接收井的地表位置开始逐步加深，同时计算出对应的炮点位置。当检波点在地表时，动校正拉伸量stretchPer最大；检波点变深时，动校正拉伸量stretchPer逐渐变小，当迭代至预设动校正拉伸量(即，地震波能够在目标矩形区域内反射成像的阈值)时，则停止迭代，对应地可以求出O1点对应的最远炮点位置为Shot1；同理，终止炮点位置ScdpEnd(图中未示出)可由O3点决定。

根据本发明的另一示例性实施例，当确定的观测参数为接收井段时，以目标矩形区域中的各个成像网格点为成像点、最大炮检距在地表处的炮点为激发点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时受限于(即，不小于)预设动校正拉伸量的接收井中的接收点；从确定的接收点中选取出最浅接收点和最深接收点；将选取的最浅接收点到选取的最深接收点之间的距离确定为用于对目标矩形区域进行勘探的接收井段。

需要指出的是，这里的最大炮检距可以是预设的，也可以是采用前面所述的确定最大炮检距的方法计算来获得的，对此本发明不作限制。

从前面所述的公式可知，在成像点、激发点可以获知的情况下，可以通过射线追踪上的几何计算关系，对应地确定出受限于预设动校正拉伸量条件下的接收井中的各个接收点的位置，继而确定出观测时的最浅接收点和最深接收点。

以下结合附图3，对确定接收井段的具体实施过程作进一步的说明。

参照图3，检波点最小沉降深度WdepthStart与最大深度WdepthEnd分别由炮点在ScdpStart与ScdpEnd激发、在目标勘探区域O1O2O3O4内成像时对应的检波点深度决定，通过遍历目标区域各个成像点所对应的深度值(前提是满足动校拉伸限制)后取并集得到观测井段。

此外，考虑到理论计算的接收井段不一定满足施工需求，因此需要将通过上述实施过程确定的接收井段预设的初始参数进行比对，从而得出最佳的接收井段。具体实施时，如果确定的接收井段与预设的施工接收井段之间存在公共井段，则将所述公共井段确定为用于对目标矩形区域进行勘探的接收井段；如果确定的接收井段与预设的施工接收井段之间不存在公共井段，则将预设的施工接收井段确定为用于对目标矩形区域进行勘探的接收井段。

根据本发明的另一示例性实施例，当确定的观测参数为检波器级距时，以目标矩形区域上边界处的距离接收井最远的相邻两个的成像网格点为成像点、最大炮检距在地表处的炮点为激发点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时在接收井中对应的两个接收点；将确定的两个接收点之间的距离确定为用于对目标矩形区域进行勘探的检波器级距。

需要指出的是，这里的最大炮检距同样可以是预设的，也可以是采用前面所述的确定最大炮检距的方法计算来获得的，对此本发明也不作限制。

从前面所述的公式可知，在成像点、激发点可以获知的情况下，可以通过射线追踪上的几何计算关系，对应地确定出接收井中对应的两个接收点。

以下结合附图2，对确定接收井段的具体实施过程作进一步的说明。

参照图2，检波器级距由目标层离井最远的成像点O₁和O₂间距决定，其中，O₁和O₂间距为共深度点的面元长度(即，成像网格间距)；O₁为附图3所示目标矩形区域O1O2O3O4的最靠边的成像点；O₁和O₂对应的接收点分别为Receiver1和Receiver2，Receiver1和Receiver2之间的间距为最小的检波器级距。

一般情况下，检波器级距由垂直地震剖面井中的接收设备的级距决定，如果确定的检波器级距超过实际接收设备之间的级距，则将实际接收设备之间的级距确定为用于对目标矩形区域进行勘探的检波器级距。

根据本发明的另一示例性实施例，当确定的观测参数为炮间距时，以目标矩形区域中的各个成像网格点为成像点、地表处的各个炮点为激发点、接收井中的各个检波点为接收点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时受限于预设动校正拉伸量的目标矩形区域中的各个成像点的覆盖次数；如果确定的覆盖次数未超过预设的最小覆盖次数，则减半炮间距，以便重新执行上述步骤直至确定的覆盖次数超过预设的最小覆盖次数；将覆盖次数超过预设的最小覆盖次数时的炮间距确定为用于对目标矩形区域进行勘探的炮间距。

需要说明的是，这里的最大炮检距、接收井中的接收井段以及检波器级距可以是预设的，也可以是采用前面所述的各种方法计算获得，对此本发明不作限制。

具体实施时，可由稀至密试验放炮，采用动校正及垂直地震剖面-共深度点叠加技术，统计目标矩形区域的成像范围及覆盖次数。

完整的叠加流程如下：

1)输入上、下行波的均方根速度谱信息。

2)根据速度谱信息，确定共深度点成像网格。其中，速度谱为偏移距-时间域(X，T)，按速度谱中的ΔX和ΔT划分成像网格。

3)根据共深度点网格编号，依次寻找对应的接收点。

4)根据反射角确定检波点与反射点之间的垂向距离。

5)确定检波点深度。

6)计算动校正旅行时t_nmo，读取该检波点t_nmo时间的振幅值(此时设为1)“搬家”到成像网格点对应的自激自收时间t₀上，并进行叠加。

7)迭代不同的成像网格点完成垂直地震剖面-共深度点叠加。并在振幅“搬家”的过程中，需要考虑拉伸切除因素。

若动校正拉伸量stretchPer大于输入的精度(即，预设的最小覆盖次数)要求，则放弃该振幅的“搬家”。将“搬家”的振幅换成数字1；若搬家1次到某个成像网格点上，覆盖次数就叠加1次，当搬家n次到这个成像网格点上，就加n，这样可以得到每个成像网格点的覆盖次数，把属于某个成像网格点附近(1个成像网格范围，例如25米)的所有成像点的覆盖次数进行叠加，作为该点的输出，最终可以统计出每个成像网格上的覆盖次数。

8)若覆盖次数满足要求，则输出覆盖次数文件；若不满足，则将炮间距ScdpIncre除以2，重新进行迭代；当覆盖次数满足要求时迭代停止，输出根据自动优选的参数生成的覆盖次数图。

图5是示出了发明中的垂直地震剖面的覆盖次数图。

由此可见，本发明无需人工干预和设置，即可自动确定出垂直地震剖面观测系统中的各种观测参数，这不仅为石油勘探过程提供了可靠的观测依据，还进一步提高了勘探的效率。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤拆分为更多步骤，也可将两个或多个步骤或者步骤的部分操作组合成新的步骤，以实现本发明的目的。

上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。

尽管已参照优选实施例为和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (10)

1.一种确定垂直地震剖面观测参数的方法，其特征在于，包括：

输入工区垂直剖面的上、下行波的速度谱信息；

在输入的速度谱信息中选取待勘探的目标矩形区域；

基于目标矩形区域中的速度谱信息，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：

根据输入的速度谱信息中的共深度点网格间距，确定目标矩形区域中的成像网格及成像网格点；

以目标矩形区域中的成像网格点为成像点，利用动校正和垂直地震剖面-共深度点叠加技术对输入的速度谱信息中的上、下行波进行成像；

基于成像的结果，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当确定的观测参数为最大炮检距时，以目标矩形区域上顶点对应的成像网格点为成像点、接收井中的各个检波点为接收点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：

通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时符合预设动校正拉伸量的地表激发点；

将确定的激发点到接收井之间的距离确定为用于对目标矩形区域进行勘探的最大炮检距。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当确定的观测参数为接收井段时，以目标矩形区域中的各个成像网格点为成像点、最大炮检距在地表处的炮点为激发点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：

通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时受限于预设动校正拉伸量的接收井中的接收点；

从确定的接收点中选取出最浅接收点和最深接收点；

将选取的最浅接收点到选取的最深接收点之间的距离确定为用于对目标矩形区域进行勘探的接收井段。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

如果确定的接收井段与预设的施工接收井段之间存在公共井段，则将所述公共井段确定为用于对目标矩形区域进行勘探的接收井段；

如果确定的接收井段与预设的施工接收井段之间不存在公共井段，则将预设的施工接收井段确定为用于对目标矩形区域进行勘探的接收井段。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当确定的观测参数为检波器级距时，以目标矩形区域上边界处的距离接收井最远的相邻两个的成像网格点为成像点、最大炮检距在地表处的炮点为激发点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：

通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时在接收井中对应的两个接收点；

将确定的两个接收点之间的距离确定为用于对目标矩形区域进行勘探的检波器级距。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

如果确定的检波器级距超过实际接收设备之间的级距，则将实际接收设备之间的级距确定为用于对目标矩形区域进行勘探的检波器级距。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当确定的观测参数为炮间距时，以目标矩形区域中的各个成像网格点为成像点、地表处的各个炮点为激发点、接收井中的各个检波点为接收点，确定用于对目标矩形区域进行勘探的观测参数的步骤包括：

通过射线追踪、斯涅尔定理，确定成像时受限于预设动校正拉伸量的目标矩形区域中的各个成像点的覆盖次数；

如果确定的覆盖次数未超过预设的最小覆盖次数，则减半炮间距，以便重新执行上述步骤直至确定的覆盖次数超过预设的最小覆盖次数；

将覆盖次数超过预设的最小覆盖次数时的炮间距确定为用于对目标矩形区域进行勘探的炮间距。

9.如权利要求1～8任一项所述的方法，其特征在于，所述速度谱信息为均方根速度模型。

10.如权利要求3、4、8任一项所述的方法，其特征在于，预设动校正拉伸量为地震波能够在目标矩形区域内反射成像的阈值。