CN108037526B - 基于全波波场vsp/rvsp地震资料的逆时偏移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气勘探地震资料处理领域,是基于地面、井间、井中多种地震资料的联合成像方法,是实现地震高分辨率高保真度成像的重要内容,具体涉及一种基于全波波场VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法,基于VSP/RVSP观测系统采集的地震数据,把优化后的最佳有限差分系数应用于变网格的有限差分算法,进行波场延拓,利用延拓后的震源波场得到模拟的所有边界接收的震源炮记录,然后利用这些震源炮记录重建震源波场,并与反向延拓后的检波波场做相关成像。全波波动方程无须做预先的波场分离,因此波场计算更为合理和精确。
Description
技术领域
本发明属于油气勘探地震资料处理领域,是基于地面、井间、井中多种地震资料的联合成像方法,是实现地震高分辨率高保真度成像的重要内容,具体涉及一种基于全波波场VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法。
背景技术
VSP(Vertical Seismic Profiling)技术是以研究井为中心按设计的观测系统在地表激发地震波,在目的层段沿井孔不同深度进行地震信号采集的一种物探方法。与地面地震相比,避免了表层衰减和地表性干扰。可以获得较高精度的井旁三维成像资料,为精细刻划井周复杂的构造、储层和流体的空间展布特征等研究提供有价值的信息。国外在3DVSP技术研究方面一直领先于国内。
1、在仪器设备方面:井中接收系统已高达400级,级间距从3-15m不等,国内最高采集级数为80级。
2、在3DVSP处理软件开发方面:美国的VSFusion和GeoTomo合作开发了VS33DVSP处理系统,挪威的Read公司和俄罗斯的Univers公司、CGG等也相继开发了3DVSP处理系统。
3、在应用方面:国外石油公司在研究地层的各向异性,裂隙型油藏特性的描述、高速屏蔽层下地层成像、与三维地面地震联合采集以及时延VSP技术监测气驱前缘等方面进行了更深入的研究和尝试,取得了一些应用成果。
常规VSP成像方法直接借鉴地面地震成像方法。首先对VSP数据进行上下行波场分离,然后对上行反射波进行成像;王珺(2006)等利用高斯束柯西霍夫偏移算法,实现对P波和S波多波资料成像,提高了VSP资料成像精度。孙文博和孙赞东(2010)开展了VSP资料伪谱法逆时偏移研究,对比了全波场偏移和分离后偏移成像效果;近年来,地震干涉成像方法得到地球物理学界的广泛关注,能够较好地对VSP自由表面多次波进行成像,大大扩大了VSP资料的成像范围,改善了VSP成像效果,得到高陡倾角构造的准确成像。但是,地震干涉仍旧难以处理VSP层间多次波,而且对VSP波场分离精度要求较高。另外,吴世萍(2011)等通过估计VSP虚源子波,提高了地震干涉成像对薄层的分辨能力;刘守伟、王华忠(2012)等提出了VSP上下行反射波联合成像方法,不需要进行VSP上下行反射波场分离,能够同时对VSP资料中的一次反射波、自由表面多次波、层间多次波进行成像,比常规成像剖面具有更宽的成像范围和更好的成像效果。
RVSP技术是将震源置于井中、检波器固定在地面进行接收。地面布设检波器,采集道数可以达到上万道。因此,与常规VSP相比,RVSP可以具有以下技术优势:(1)由于地面可以大量布设检波器,使全三维记录数据成为可能,RVSP可以获取井周精细构造信息;(2)改变了激发环境,使地震波直接靠近目的层进行激发,大大降低了能量的衰减,提高了地震波的高频成分。
目前,R-VSP技术正由2D向3D的方向发展。利用R-VSP地震技术,通过实时采集到的数据对钻井过程进行分析对比,可以完善和优化钻井工艺技术。由于RVSP资料与VSP资料有很大相似之处,可以借鉴VSP资料处理方法来进行RVSP资料成像,但也需要根据观测系统差别而有所区别。朱龙生(2003)实现了多方位角逆VSP层析成像,求取了更准确的表层速度;近几年来,对于VSP逆时偏移成像方法的研究越来越引起广泛关注,何兵寿(2010)实现了非零井源距VSP多分量地震资料逆时偏移,李渊(2013)利用高阶交错网格有限差分法精确模拟VSP地震波场,同时加上完全匹配层边界(即PML)吸收边界反射。然后分别对VSP全波波场以及上行波场进行逆时外推。最后根据成像条件进行成像。提高了成像精度。
偏移能够使地下主要构造正确成像,但由于近地表影响使得地面地震资料的主频较低,有效频带较窄,分辨率受到了一定的限制。在目前的精细勘探开发阶段如何解决构造更加复杂、储层更薄、油藏更为隐蔽等问题具有重要的意义。将井中激发或接收的高信噪比地震资料用于偏移成像,不仅可以提高偏移剖面的分辨率,还能发挥VSP/VSP观测系统在照明度方面的优势。因此,在精细勘探开发阶段,有必要进行VSP/RVSP地震资料的逆时偏移。
发明内容
在VSP/RVSP地震资料处理中,考虑其全波波场的延拓和成像是本发明的主要目的。根据这个目的,本发明设计了一种基于全波波场VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法。本发明所述的
本发明所述的一种基于全波波场VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法,通过以下过程来实现:
(1)VSP/RVSP地震资料的观测系统变换;
(2)有限差分算法求解波动方程;
(3)依据速度场分布情况对VSP/RVSP逆时偏移的计算区域进行变网格剖分;
(4)利用高阶有限差分算法对网格化的计算区域进行波动方程求解,实现对震源波场的正向延拓和检波波场的反向延拓;
(5)对延拓后的波场应用成像条件;
(6)在所有数据处理完后,进行最终的偏移叠加,并利用拉普拉斯滤波或带通滤波方法做叠后去噪,得出最终的VSP/RVSP成像剖面。
其中,优选方案如下:
所述的过程(1)具体为:在逆时偏移前需要对数据进行道头编辑;基于射线路径可逆原理,进行炮检置换和道集重排,得到适用于逆时偏移的共炮点道集。
所述的过程(2)具体为:
1)时间-空间域的波动方程,经过差分后,利用有限差分法进行数值求解,其中,任意阶差分精度的全波波动方程如下:
2)对上式进行傅里叶变换,得到频空域的形式:
3)确定波场外推计算的时间步长,即需要满足的稳定性条件:
Dt<h/(2.0*Vmax)
其中,h表示网格剖分后最大的网格间距;Vmax表示速度模型中最大速度值;Dt表示波场外推计算的最大时间步长。
所述的过程(3)中根据地下地质构造的形态,偏移速度场的分布情况,合理进行计算区域的网格化,在保证计算精度的前提下,尽可能减少网格数量,降低计算成本。在频域中,一个子波长度内取两个样点就足以描述该子波。然而由于数值频散的原因,二阶差分情况下,每个子波范围内要取8到10个样点才能覆盖最大频率范围。因此,本专利所依据的标准就是保证网格尺寸满足以下公式,从而波场计算不会产生频散:
h<Vmin/(10.0*Fmax)
其中,h表示网格剖分后最大的网格间距;Vmin表示速度模型中最小速度值;Fmax表示地震子波的最大频率。
本专利所使用的成像条件是考虑照明度的影响,根据下式
对震源波场求取其能量分布,以此对成像的相干值进行规则化。具体计算过程是:首先利用波动方程正向外推计算出震源波场;其次利用波动方程反向外推计算出检波波场;最后将两波场值带入以上的公式计算出照明补偿后的成像值。经试验,该成像条件能够有效地补偿能量随照明度变化引起的差异,最终实现偏移剖面的振幅均衡,达到高分辨率高保真度成像的目的。
本发明的优点在于:基于VSP/RVSP观测系统采集的地震数据,把优化后的最佳有限差分系数应用于变网格的有限差分算法,进行波场延拓,利用延拓后的震源波场得到模拟的所有边界接收的震源炮记录,然后利用这些震源炮记录重建震源波场,并与反向延拓后的检波波场做相关成像。全波波动方程无须做预先的波场分离,因此波场计算更为合理和精确。
附图说明
图1为本发明的VSP/RVSP地震资料的逆时偏移技术流程图;
图2(a)为地面地震数据的逆时偏移结果;图2(b)为VSP/RVSP数据的逆时偏移结果;
图3(a)某探区的地面地震逆时偏移剖面;图3(b)为应用基于全波波场的VSP/RVSP地震资料的逆时偏移的剖面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解,附图的提供仅为了更好地理解本发明,它们不应该理解成对本发明的限制。
实施例1:
一种基于全波波场VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法,通过以下过程来实现:
(1)VSP/RVSP地震资料的观测系统变换;
在逆时偏移前需要对数据进行道头编辑;基于射线路径可逆原理,进行炮检置换和道集重排,得到适用于逆时偏移的共炮点道集。
(2)有限差分算法求解波动方程;
1)时间-空间域的波动方程,经过差分后,利用有限差分法进行数值求解,其中,任意阶差分精度的全波波动方程如下:
2)对上式进行傅里叶变换,得到频空域的形式:
3)确定波场外推计算的时间步长,即需要满足的稳定性条件:
Dt<h/(2.0*Vmax)
其中,h表示网格剖分后最大的网格间距;Vmax表示速度模型中最大速度值;Dt表示波场外推计算的最大时间步长。
(3)依据速度场分布情况对VSP/RVSP逆时偏移的计算区域进行变网格剖分;
根据地下地质构造的形态,偏移速度场的分布情况,合理进行计算区域的网格化,在保证计算精度的前提下,尽可能减少网格数量,降低计算成本。在频域中,一个子波长度内取两个样点就足以描述该子波。然而由于数值频散的原因,二阶差分情况下,每个子波范围内要取8到10个样点才能覆盖最大频率范围。因此,本专利所依据的标准就是保证网格尺寸满足以下公式,从而波场计算不会产生频散:
h<Vmin/(10.0*Fmax)
其中,h表示网格剖分后最大的网格间距;Vmin表示速度模型中最小速度值;Fmax表示地震子波的最大频率。
(4)利用高阶有限差分算法对网格化的计算区域进行波动方程求解,实现对震源波场的正向延拓和检波波场的反向延拓;
(5)对延拓后的波场应用成像条件;
成像条件是考虑照明度的影响,根据下式
对震源波场求取其能量分布,以此对成像的相干值进行规则化。经试验,该成像条件能够有效地补偿能量随照明度变化引起的差异,最终实现偏移剖面的振幅均衡,达到高分辨率高保真度成像的目的。
(6)在所有数据处理完后,进行最终的偏移叠加,并利用拉普拉斯滤波或带通滤波方法做叠后去噪,得出最终的VSP/RVSP成像剖面。
实施例2:
为了验证实施例1所述方法的应用效果,本实施例以某探区的VSP/RVSP地震资料为基础,应用实施例1所述方法对该资料进行处理,以验证该方法的效果,采用图1中所述的流程图。
相对于地面地震逆时偏移方法,基于全波波场的VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法具有更高的精度和偏移成像质量。为了证明该方法的应用效果,我们采用薄互层模型的模拟数据进行逆时偏移对比试验。在井中地震中,炮点埋置在近地表处。而检波器放置于井下,以一定深度间隔依次排列。记录的数据主要包括下行直达波、初至波、层间多次波、绕射波和透射波。这些主要由上下行波场及其转换波场组成。正演模拟中,采用了60HZ主频的子波,这一点与地面地震模拟不同。对换炮点检波点我们可以得到VSP/RVSP的正演模拟数据。数据主频是60HZ,可以看到其偏移成像质量是很高的。图2(a)显示了地面地震数据的逆时偏移结果;图2(b)显示了VSP/RVSP数据的逆时偏移结果。从两图的对比可以看出,地面地震成像分辨率有限,在薄互层的描述方面,不如VSP/RVSP偏移精度高。而且由于观测系统受限,地面地震的照明度与VSP/RVSP地震的照明度相比,在断层刻画方面能力不够。这些都体现出了基于全波波场的VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法的优越性。
为了进一步验证本专利方法的实际应用效果,对某探区实际资料进行基于全波波场的VSP/RVSP地震资料的逆时偏移处理。图3(a)该探区的地面地震逆时偏移剖面,图3(b)为应用基于全波波场的VSP/RVSP地震资料的逆时偏移的剖面。要实现细微构造、隐蔽储层等地质目标的极为精细的成像,VSP/RVSP地震资料的逆时偏移其中及其重要的作用。对比图3(a)和图3(b)可以明显看到,在后者的成像剖面上能够分辨出更多的薄互储层、尖灭、不整合等地质构造,从而对分析油藏的封堵性、流通性有更好的指导作用。
从图中可以看出,采用本专利所提出的VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法可以有效地提高地震成像的分辨率和精度,从而更好地为后续油藏描述和开发服务。
上述各实施例仅用于说明本发明,其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的,凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进,均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (3)
1.一种基于全波波场VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法,其特征在于通过以下过程来实现:
(1)VSP/RVSP地震资料的观测系统变换;
(2)有限差分算法求解波动方程,具体如下:
1)时间-空间域的波动方程,经过差分后,利用有限差分法进行数值求解,其中,任意阶差分精度的全波波动方程如下:
2)对上式进行傅里叶变换,得到频空域的形式:
3)确定波场外推计算的时间步长,即需要满足的稳定性条件:
Dt<h/(2.0*Vmax)
其中,h表示网格剖分后最大的网格间距,Vmax表示速度模型中最大速度值,Dt表示波场外推计算的最大时间步长;
(3)依据速度场分布情况对VSP/RVSP逆时偏移的计算区域进行变网格剖分;
(4)利用高阶有限差分算法对网格化的计算区域进行波动方程求解,实现对震源波场的正向延拓和检波波场的反向延拓;
(5)对延拓后的波场应用成像条件,该成像条件是考虑照明度的影响,根据下式
对震源波场求取其能量分布,以此对成像的相干值进行规则化;
(6)在所有数据处理完后,进行最终的偏移叠加,并利用拉普拉斯滤波或带通滤波方法做叠后去噪,得出最终的VSP/RVSP成像剖面。
2.根据权利要求1所述的基于全波波场VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法,其特征在于所述的过程(1)具体为:在逆时偏移前需要对数据进行道头编辑;基于射线路径可逆原理,进行炮检置换和道集重排,得到适用于逆时偏移的共炮点道集。
3.根据权利要求1所述的基于全波波场VSP/RVSP地震资料的逆时偏移方法,其特征在于所述的过程(3)中根据地下地质构造的形态,偏移速度场的分布情况,合理进行计算区域的网格化,保证网格尺寸满足以下公式,从而波场计算不会产生频散:
h<Vmin/(10.0*Fmax)
其中,h表示网格剖分后最大的网格间距;Vmin表示速度模型中最小速度值;Fmax表示地震子波的最大频率。
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