CN104516013A - 一种利用垂直地震数据进行时频分析与油气检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于非常规油气地震勘探中利用垂直地震数据进行时频分析与油气检测方法，处理获得相对保频的垂直地震正常动校正数据，计算VSP层速度，选择数据道，对获得数据进行WV分布计算，得到时间与频率关系进行时频分析，找到对应油层、气层、水层、干层等的频率衰减响应规律，并利用规律对该区内的单井进行油气检测。本发明VSP数据的频率、信噪比优势较明显，在VSP观测方式中检波器更接近目的层，受到外界的噪声干扰相对较少，数据保持了主频较高、频带较宽特点，因此对于检测目的层油气频率响应的效果较好，是一种低成本、无破坏、即时性强、可靠性高、可同时进行油气检测及储层预测的地球物理方法。

Description

一种利用垂直地震数据进行时频分析与油气检测的方法

技术领域

本发明属于非常规油气地震勘探领域，具体是一种利用垂直地震数据进行时频分析与油气检测方法。

背景技术

地面地震中常用短时傅立叶变换、小波变换、S变换等方法进行时频分析，2001年，石万忠等利用小波变换原理进行地震波时频分析，并利用小波变换的时频分析结论判识砂体的性质；2008年，杨林等将S变换方法应用于碳酸盐岩缝洞储层地震反射波的时频分析中，并通过分析离散频率能量体的变化特征，检测了钻遇储层发育及其含油气性情况；2009年，郑令等通过分析时间和频率分辨率，证明了利用小波变换进行时频分析优于短时傅立叶变换时频分析的结论；近年来以美国加利福尼亚州地震工程实验室（EarthquakeEngineering Research Laboratory）为代表的一些机构和学者，持续对利用Wigner-Ville分布（简称为WV分布）进行地面地震数据的时频分析方法研究；2009年底，胡明顺等利用模拟数据和实际地震数据对傅立叶变换、小波变换、S变换和WV分布等方法进行了综合对比，证明WV时频分布对线性调频信号具有最高的时频聚性，并提出减少干扰项的方法。随着基于地面地震数据时频分析方法的持续发展，已在油气检测方面和储层预测的应用方面取得了一定效果。

然而，目前的方法都是基于地面地震的时频分析。与垂直地震（VSP）数据相对比，地面地震数据频率衰减较严重、深度定位不准确，这是地面地震采集方式下所获得信号的先天不足，基于地面地震时频分析的任何时频分析方法均未考虑这个问题，因此目前的油气检测、储层预测方法都不可避免的受到不良影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、无破坏、即时性强、可靠性高、可同时进行油气检测及储层预测的利用垂直地震数据进行时频分析与油气检测的方法。

本发明采用以下步骤实现：

1）采集得到零井源距垂直地震（VSP）数据；

2）通过常规处理获得相对保频的垂直地震（VSP）正常动校正（NMO）数据；

所述的相对保频的NMO数据是在处理中不采同深度叠加、带通滤波、道均衡、FK滤波或Q补偿处理得到的数据。

3）计算VSP层速度；

4）按照以下方式选择数据道：

（1）在第2）步骤中得到的相对保频的NMO数据上选取；

（2）确定所在目的层的深度，选择接近目的层但比目的层稍浅的地震道；

所述稍浅的地震道是指在目的层上方，距目的层约200米至500米的地震道。

（3）将所选择的稍浅的地震道单道数据去掉卷头、道头信息，保留只有采样点值的数据部分；

5）对步骤4）获得数据进行WV分布计算，得到时间与频率关系；

所述WV分布为Wigner和Ville提出对非平稳信号进行时频分析的函数，计算得到地震道上任意时刻的时间与频率关系。

6）利用步骤5）VSP数据的时频关系，进行时频分析；

所述的时频分析是：在数据目的层位置，依据频率随时间衰减速度不同而确定不同储层的特征。

7）重复步骤1）-6），分析工区内多口井VSP的WV分布时频特征，找到对应油层、气层、水层、干层等的频率衰减响应规律，并利用规律对该区内的单井进行油气检测；

8）利用步骤7）频率衰减响应规律对于未钻遇地层进行储层预测。

所述储层预测方法是：利用已知深度预测结果计算目的层距井底的距离；将步骤4）中稍浅地震道更改为VSP最深地震道，然后重复步骤4）-6），得到该目的层的时频属性，进而利用步骤7）所得到的频率响应规律进行储层预测。

本发明的有益效果为：相对地面地震数据，VSP数据的频率、信噪比优势较明显，在VSP观测方式中检波器更接近目的层，受到外界的噪声干扰相对较少，数据保持了主频较高、频带较宽等特点，因此对于检测目的层油气频率响应的效果较好，该方法在区块30余口井的油气检测以及区域内几口井的储层预测实验中取得了良好效果，证明是一种低成本、无破坏、即时性强、可靠性高、可同时进行油气检测及储层预测的地球物理方法。

附图说明

图1VSP数据WV时频分析的处理流程；

图2原始的VSP数据（左）、处理得到NMO数据（中）、地震单道的选择（右）；图中横轴为VSP测深；左图纵轴为VSP单程时间、中图和左图为VSP双程时间；

图3VSP数据与WV时频分析，上图为地震单道数据，下图为时频分析结果；

图4VSP的WV时频分析与油气属性的对应关系实例，自左至右，依次为：气层、油层、水层、干层所对应的WV时频分析结果。

具体实施方式

本发明依照图1所示流程实现，具体过程包括以下步骤：

1）利用现有装备采集得到零井源距VSP数据，这里的VSP数据指整理好的的、SEGY格式的原始VSP数据，如图2中左图所示。

2）经过常规VSP处理，获得相对保频的VSP正常动校正（NMO）数据。

具体流程如图1中第1-8环节所示，利用VSP常规处理手段获得NMO数据，该阶段流程比一般的VSP处理流程简单，其中回避使用同深度叠加、带通滤波、FK滤波、Q补偿等对频率信息破坏较严重的环节，从而可以获得相对保频的NMO数据。

该步骤所得到的VSP数据，如图2（中图）所示，它的每一道数据不仅仅包含了地震的时间和频率信息，还精确的对应着一个地层深度；其信号的频带和信噪比均优于同一地区的地面地震，对VSP数据进行时频分析，敏感而准确。

3）计算VSP层速度，图1中第4环节；并利用现有技术得到钻前深度预测结果，图1中第9环节；该步骤中所得到的预测深度是为后期储层预测做准备。

VSP深度预测具体操作是：利用时距关系曲线向深层延伸，并与目的层同相轴的延长线相交，交点处所对应深度即为预测深度，该方法为公知技术。

4）按照以下方式选择数据道：

（1）在步骤2）所得到的相对保频的NMO数据上选取。

（2）确定所在目的层的深度，选择接近目的层但比目的层稍浅的地震道。

所述的稍浅的地震道是指在目的层上方，距目的层约200米至500米之间的地震道，如图2中右图所示。之所以要选择稍浅的地震道，这里有三层含义：第一，稍浅的地震道可以回避由分析时窗引起的边界效应；第二，选择稍浅的地震道，可以避开VSP剖面中距初至最近的区域，这一部分受到下行波波场影响较严重，波场分离过程对原始波场的信息改造较大；第三，选择的地震道不能过浅，距目的层过大时，其上行波反射能量、频率等信息变弱，并且受到地层倾角、井斜等影响，其深度定位也不准确。

（3）将所选择的地震道单道数据去掉卷头、道头信息，保留只有采样点值的数据部分。具体为操作为，利用任何一种可进行数据处理的软件将地震数据前3600字节切去，保留余下数据即为纯数值部分。该步骤的意义在于将地震数据转换为数字串，便于下一步计算。

5）对步骤4）所获得数据进行WV分布计算，得到时间与频率关系。

所述的WV分布为Wigner（1932）和Ville（1948）提出对非平稳信号进行时频分析的函数，通过该分布可以计算得到地震道上任意时间的地震频率。其公式如（1）式所示，对于一个信号S(t)，其解析表达式为x(t)，则WV分布函数WVD_x(t，f)定义如下：

$D_x(t,f)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}x(t+\frac{\mathrm{\τ}}{2})x^{*}(t-\frac{\mathrm{\τ}}{2})e^{-i\·2\mathrm{\π\τf}}\mathrm{d\τ}---\left(1\right)$

其中t为数据上任一时间，τ为该时间所在的滑动时窗，f为该时窗频率。

该式为时间t和频率f的联合函数，用它来表示每一个单位时间和每一个单位频率的能量；对τ为滑动时窗，为对称型的双线性变换，它更能反应出非平稳信号的一些某要特征（“非平稳信号分析与处理”，张贤达等，2011年），因此被引入了地震信号的时频分析之中；Bradford,S.C.等学者则对于地面地震信号的时频分析进行了仿真与模型试验，证明了该方法的可靠性。

时频计算方法举例：首先定义了时窗τ（例如100毫秒），以任一时间τ为中心的、τ时间段内傅立叶变换得到频率f，再将t和f代入依据（1）式，得到二维分布（这里的二维分布即为WV分布）的时频分析结果，如图3所示。

6）利用步骤5）VSP数据的时频关系，进行时频分析；

所述的时频分析是：根据数据储层位置的频率变化确定油气层特征。

例如：气层特征是高频随时间快速衰减。

7）重复步骤1）-6），分析某一区域内多口井VSP的WV分布时频特征，找到对应油层、气层、水层、干层等的频率衰减响应规律，并利用规律对该区域内的单井（多为新钻井）进行油气检测。

图1中第11-14环节是VSP时频分析与油气属性的结合，通过对区域内VSP时频特征的统计分析，找到对应油层、气层、水层、干层等的频率响应规律。

本发明在多个区块数百个试油试气层进行了实验，时频分析与油气特征对比，得到VSP时频属性与储层对应关系，如图4所示的，统计结果如表1所示。

表1VSP时频属性与储层对应关系

依据该表格，可以对各类型钻井的VSP采集数据进行无损的井旁储层物性检测，其检测结果深度准确、可靠性高，可作为油田开发过程中试油试气作业前的一项重要参考。

8）利用步骤7）频率衰减响应规律对于未钻遇地层进行储层预测，如图1中第15环节。

所述预测方法是：利用3）步骤中深度预测结果计算目的层距井底的距离；将步骤4）中稍浅地震道，更改为VSP最深地震道，然后重复步骤4）—6），得到该目的层的时频属性，并根据步骤7）频率衰减响应规律进行储层预测。

这里更改步骤4）中稍浅地震道为VSP最深地震道原因在于：一是最深地震道不再受到下行波的影响；二是最深地震道是最接近目的层的数据，所反应的时频信息也是最可靠的。

未钻遇地层的储层预测可靠性说明：一是与油气检测原理相同，该方法通过已钻遇井段进行了有效性验证。二是VSP检波器深入井下，相对接近目的层，其WV时频特征在钻头前方一定距离内的变化不大。三是，VSP深度预测精度较高是被广泛认可的。因此基于WV分布的VSP时频分析是一种十分有效的储层预测方法。

Claims (6)

1.一种利用垂直地震数据进行时频分析与油气检测的方法，特点是采用以下步骤实现：

1）采集得到零井源距垂直地震数据；

2）通过常规处理获得相对保频的垂直地震正常动校正数据；

3）计算垂直地震层速度；

4）按照以下方式选择数据道：

（1）在第2）步骤中得到的相对保频的正常动校正数据上选取；

（2）确定所在目的层的深度，选择接近目的层但比目的层稍浅的地震道；

（3）将所选择的稍浅的地震道单道数据去掉卷头、道头信息，保留只有采样点值的数据部分；

5）对步骤4）获得数据进行WV分布计算，得到时间与频率关系；

6）利用步骤5）垂直地震数据的时频关系，进行时频分析；

7）重复步骤1）—6），分析工区内多口井垂直地震的时频分析函数分布时频特征，找到对应油层、气层、水层、干层等的频率衰减响应规律，并利用规律对该区内的单井进行油气检测；

8）利用步骤7）频率衰减响应规律对于未钻遇地层进行储层预测。

2.根据权利要求1的方法，特点是步骤1）所述的相对保频的正常动校正数据是在处理中不采同深度叠加、带通滤波、道均衡、FK滤波和Q补偿处理得到的数据。

3.根据权利要求1的方法，特点是步骤4）所述稍浅的地震道是指在目的层上方，距目的层约200米至500米的地震道。

4.根据权利要求1的方法，特点是步骤4）所述时频分析函数布为Wigner和Ville提出对非平稳信号进行时频分析的函数，计算得到地震道上任意时刻的时间与频率关系。

5.根据权利要求1的方法，特点是步骤6）所述的时频分析是：在数据目的层位置，依据频率随时间衰减速度不同而确定不同储层的特征。

6.根据权利要求1的方法，特点是步骤8）所述储层预测方法是：利用已知深度预测结果计算目的层距井底的距离；将步骤4）中稍浅地震道更改为垂直地震最深地震道，然后重复步骤4）-6），得到该目的层的时频属性，进而利用步骤7）所得到的频率响应规律进行储层预测。