CN1611964A - 一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油勘探中确定地下速度结构的方法，是能够预测地下速度结构，确定油气藏的埋藏位置和深度的方法：是以在各检波点拾取的由各炮点所激发产生的地震记录为基准的前提下，依次进行扫描步骤、数据处理步骤、反射波速度参数的拾取步骤和拟合外推输出步骤的方法。本发明可以提高地震波速度精度及速度分析效率，减少人为因素的干扰，克服现有速度分析方法只适用炮检距与深度之比较小的条件限制，达到逐点拾取、快速、人工干预少、精度高的目的。

Description

一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法

技术领域：

本发明属于地球科学领域中的油气勘探地球物理学领域，尤其涉及一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法。本发明能够预测地下速度结构，是确定油气藏的埋藏位置和深度的系统及方法。

背景技术：

石油地震勘探是由激发点(炮点)震动，由接收点(检波点)记录地下返回波的技术。地震波在地下传播距离与传播时间之比为地震波的平均传播速度，拾取地震波速度是石油勘探中最重要的步骤之一，现有的地震波速度拾取方法效率不高、精度低。

由地震资料进行速度分析的常见方法主要有如下几种：

A)速度谱法

由陆基孟主编、石油工业出版社出版的《地震勘探原理》的P212-229页对速度谱法进行了介绍。该方法将地下介质假想成水平层状，然后把多层水平层状介质看成某种假想的均匀介质，用双曲线的时距曲线关系代替实际的非双曲线的时距方程而引出均方根速度。这种简化方法只有在炮检距较小(炮检距与深度之比小于0.5)的情况下成立，同时，速度谱的人工解释中亦包含着许多主观因素和随机性，降低了速度分析的精度。若作高密度的速度分析工作，人工解释速度谱的工作量是巨大的。速度谱法精度不高，效率低，人工拾取工作量大，已不能满足对速度精度越来越高的要求。

B)层析成像反演法。该方法计算工作量巨大、效率低，不适用大批量的地震资料处理。

该方法首先设计一个初始模型，通过正演模拟计算，分析正演数据与实际数据的残差，修正初始速度模型，再比较修正后的模型的正演数据与原始地震数据，二者基本吻合者即为所求的最终速度模型。

C)地震偏移方法用于速度分析。该方法计算工作量巨大、效率低。

利用叠前深度偏移的结果来修改用于偏移的初始速度模型，是一个反复迭代的过程。

现有技术中水平多层介质的反射波时距曲线方程为

$t=2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_i}{v_i\sqrt{1-p^2{v}_i^2}}$

t为走时，n为反射界面数，h_i、v_i分别为第i层厚度和层速度，p为射线参数。当pv_i较小，即射线入射角较小时，略去pv_i的高次项得 $t=t_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i{p}^2{v}_i^2,$ t₀为自激自收时间。

引入炮检距参数x，通过略去pv_i的高次项并消去p，可得 $t^2={t_0}^2+\frac{x^2}{{v_r}^2}$

其中 $V_r={\left[\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i{v_i}^2}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i}\right]}^{1/2}$ 称为均方根速度，

均方根速度是在水平多层介质的情况下，用双曲线的时距曲线关系代替实际的非双曲线的时距方程而引出的。当地震波在非均匀介质中传播时，沿不同的射线路径有不同的传播速度，地震波速度既是地震波旅行时间的函数又是射线参数p的函数。相对于自激自收射线速度，随着偏移距的加大，射线平均速度增大。理论分析表明：当偏移距与目的层深度之比为1时，最大炮检距射线速度与零偏移距射线速度误差达到4％，当偏移距继续增加时，误差更大。要得到精确的地震波速度，常规速度拾取方法已不适应。

本发明的目的是为了提高地震波速度的精度及速度分析效率，减少人为因素的干扰，克服现有速度分析方法只适用炮检距与深度之比较小的条件限制，达到逐点拾取、快速、人工干预少、精度高的目的。

为了解决以上的技术问题，本发明应用了以下的技术方案：

一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法，所述方法是以在各检波点记录的由各炮点所激发产生的地震记录为基准，进行确定地下速度结构的方法，其特征在于：

A扫描步骤：输入地震记录后，对小范围偏移距地震资料以不同斜率进行线性扫描：即从0秒到地震记录结束时间，在炮点道集及检波点道集中各取3-11道地震数据，以地震记录采样间隔为步长向下滑动，扫描地震记录；

B数据处理步骤：在时间t处，炮点及检波点相邻道的时间增量Δs、Δg分别取为地震记录采样间隔的整数倍，同相轴斜率从-n到+n变化，增量取为0.01ms/m，并将相对应的3-11道地震数据求和，并比较求和结果，求和值的最大值对应的斜率即为炮点射线参数和检波点射线参数；

C反射波速度参数的拾取步骤：通过所述的扫描步骤和数据处理步骤后，利用炮点射线参数、检波点射线参数、旅行时间、炮点位置和检波点位置参数获得每个扫描点的反射波速度参数；

D拟合外推步骤：对通过步骤C获得的每个扫描点的反射波速度参数进行拟合外推操作：进行速度拟合得到零偏地震波速度参数。

在实际的应用中，所述方法中还包括一输出步骤，即将零偏地震波速度参数绘图输出的过程。

在实际的应用中，所述方法中的拟合外推步骤为对于一反射时间t，以每道速度参数为y坐标值，以每道的位置为x坐标值，进行速度拟合外推得到x＝0时的速度值；根据拟合方差的大小，选择使用线性公式或更高阶多项式进行速度拟合得到零偏地震波速度参数。

在实际的应用中，所述的数据处理步骤中同相轴斜率从-n到+n变化，其中n＝0.8ms/m，增量取为0.01ms/m。

在实际的应用中，在所述的扫描步骤中各选取炮点道集及检波点道集中的5-7道地震数据。

在实际的应用中，在所述的扫描步骤中的以地震记录采样间隔为步长向下滑动扫描地震记录中，其中滑动步长可取为采样间隔的1-3倍。

在实际的应用中在所述的数据处理步骤中的在时间t处炮点及检波点相邻道的时间增量取为地震记录采样间隔的整数倍：1-2倍。

根据以上的技术方案，本发明所能达到的技术效果是：

本发明确定地下速度结构的方法：地面地震拟零偏地震波速度拾取方法是逐点拾取的过程，经济快速高效率、精度高。常规射线方法进行两点射线追踪，需要追踪许多射线，才能找到一条在指定两点之间旅行的射线，本发明确定地下速度结构的方法利用炮点射线参数、检波点射线参数、旅行时、炮点位置、检波点位置等五个参数，只需追踪一条射线，即可拾取不同偏移距道上波峰时间处的反射波速度，这种方法比常规的射线追踪节省许多机时。拟零偏地震速度与VSP速度对比见表1，从表中可以看出两者误差较小。

表1  拟零偏地震速度与VSP速度对比表

层位    T0(ms      VSP    速     拟 零 偏 速   速度误差(％

                   (m/s)           (m/s)

T3      1802            2760        2709        1.8

T4      2700            3325        3300        0.8

T5      3220            3390        3371        0.5

附图说明：

图1为石油勘探中确定地下速度结构方法的流程图

图2为理论模型图

图3为速度提取方法拾取的一个道集的速度图

图4为速度提取方法拾取的实际资料速度剖面图

图5为本发明拾取地面地震拟零偏地震波速度与VSP速度对比图

具体实施方式：

本发明的具体方法为：

I.炮点射线参数、检波点射线参数扫描拾取：

对小范围偏移距地震资料以不同斜率进行线性扫描，拾取炮点射线参数、检波点射线参数、旅行时间、炮点位置、检波点位置参数。

具体步骤为：

输入地震记录，在炮点道集及检波点道集中各取5-7道地震数据，从0秒到地震记录结束时间，以地震记录采样间隔(如1毫秒或2毫秒)为步长向下滑动，扫描地震记录，在某一时间t处，炮点及检波点相邻道的时间增量Δs、Δg分别取为地震记录采样间隔的整数倍，同相轴斜率从-n到+n变化，n＝0.8ms/m，增量取为0.01ms/m。然后，将对应的5-7道地震数据求和，当扫描求和值为最大时，输出炮点射线参数、检波点射线参数、旅行时间、炮点位置、检波点位置参数，公式为式(1)、式(2)。

$\mathrm{ag}(m,t)=\underset{k=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}S(i+k)(t+\mathrm{mk\Δg})---\left(1\right)$

$\mathrm{as}(m,t)=\underset{k=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}S(i+k)(t+\mathrm{mk\Δs})---\left(2\right)$

其中l为偏移距，即炮点到检波点的距离，t为地震波旅行时间，v为经过炮点到反射点再到检波点射线的速度，S为地震记录，ag为检波点道集扫描求和值，as为炮点道集扫描求和值，Δs、Δg分别为给定的炮点及检波点相邻道的时间增量。

II.零偏移距地震波速度拾取及处理流程

当获得炮点射线参数、检波点射线参数、旅行时间、炮点位置、检波点位置参数之后，利用上述五个参数得到每个扫描点的反射波速度(公式(3))，因为每个扫描点都落在每道波峰时间处，因此，也就获得了每道波峰时间处的反射波速度。为了提高地震波速度精度及速度分析效率，减少人为干扰，克服现有速度分析方法只适用于炮检距与深度之比较小的条件限制，达到逐点拾取、经济快速、人工干预少、精度高的目的，对道集内各道速度采用低阶多项式拟合外推的方法得到零偏移距的地震波速度值，在由徐士良主编，清华大学出版社出版的《常用算法程序集》的P280-306页中对拟合外推方法进行了介绍。

步骤为：对于某一反射时间t，以每道速度参数为y坐标值，以每道的位置为x坐标值，进行速度拟合外推得到x＝0时(也就是偏移距为零)的速度值。根据拟合方差的大小，选择使用线性公式或更高阶多项式进行速度拟合得到零偏地震波速度值。

下面是针对具体的地震数据应用本发明的方法进行操作和分析过程。

(1)速度获取方法的理论模型计算

数学模型参数为：网格密度DX＝10米、DY＝10米，节点数NX＝2500、NY＝501。观测系统为：道间距50米，炮间距100米，120道/炮，记录长度4秒，采样间隔1毫秒，共采集170炮。以正演炮点记录为输入数据，通过速度拾取，得到的层速度模型与实际模型相吻合。图2为理论模型，图3为基于发明技术获得的一个道集的速度图。

(2)速度获取方法的实际资料处理

用上述方法对实际地震资料进行了处理。采集参数：96道记录，24次叠加，道间距25米，炮间距50米，最小偏移距离250米，最大偏移距2625米，记录长度6秒，采样间隔2毫秒。图4为本发明方法拾取的均方根速度和层速度剖面图。

(3)速度获取的精度分析

考虑到VSP速度质量和精度的准确性，开展了发明技术速度获取方法与VSP速度的对比分析工作。图5是两种速度对比曲线，图中两种速度的曲线特征基本一致，确定地下速度结构的方法获取的速度具有较高的精度。拟零偏地震速度与VSP速度对比见表1，从表中可以看出两者误差较小。

Claims (8)

1，一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法，所述方法是以在各检波点记录的由各炮点所激发产生的地震记录为基准，进行确定地下速度结构的方法，其特征在于：

A扫描步骤：输入地震记录后，对小范围偏移距地震资料以不同斜率进行线性扫描：即从0秒到地震记录结束时间，在炮点道集及检波点道集中各取3-11道地震数据，以地震记录采样间隔为步长向下滑动，扫描地震记录；

B数据处理步骤：在时间t处，炮点及检波点相邻道的时间增量Δs、Δg分别取为地震记录采样间隔的整数倍，同相轴斜率从-n到+n变化，并将相对应的3-11道地震数据求和，并比较求和结果，求和值的最大值对应的斜率即为炮点射线参数和检波点射线参数；

C反射波速度参数的拾取步骤：通过所述的扫描步骤和数据处理步骤后，利用炮点射线参数、检波点射线参数、旅行时间、炮点位置和检波点位置参数获得每个扫描点的反射波速度参数；

D拟合外推步骤：对通过步骤C获得的每个扫描点的反射波速度参数进行拟合外推操作，进行速度拟合得到零偏地震波速度参数。

2，如权利要求1所述的一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法，其特征在于：所述方法中还包括一输出步骤，即将零偏地震波速度参数绘图输出的过程。

3，如权利要求1所述的一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法，其特征在于：所述方法中的拟合外推步骤为对于一反射时间t，以每道速度参数为y坐标值，以每道的位置为x坐标值，进行速度拟合外推操作，得到x＝0时的速度值；根据拟合方差的大小，选择使用线性公式或更高阶多项式进行速度拟合得到零偏地震波速度参数。

4，如权利要求1所述的一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法，其特征在于：在所述的数据处理步骤中同相轴斜率从-n到+n变化，其中n＝0.8毫秒/米，增量取为0.01毫秒/米。

5，如权利要求1所述的一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法，其特征在于：在所述的扫描步骤中各选取炮点道集及检波点道集中的5-7道地震数据。

6，如权利要求1所述的一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法，其特征在于：在所述的扫描步骤中的以地震记录采样间隔为步长向下滑动扫描地震记录中，其中滑动步长为采样间隔的1-3倍。

7，如权利要求1或5所述的一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法，其特征在于：在所述的数据处理步骤中的在时间t处炮点及检波点相邻道的时间增量取为地震记录采样间隔的整数倍：即1-2倍。

8，如权利要求1所述的一种用于石油勘探中确定地下速度结构的方法，其特征在于：

所述方法中还包括一个将零偏地震波速度参数绘图输出的步骤；

所述方法中的拟合外推步骤为对于一反射时间t，以每道速度参数为y坐标值，以每道的位置为x坐标值，进行速度拟合外推得到x＝0时的速度值；根据拟合方差的大小，选择使用线性公式或更高阶多项式进行速度拟合得到零偏地震波速度参数；

所述的数据处理步骤中同相轴斜率从-n到+n变化，其中n＝0.8毫秒/米，增量取为0.01毫秒/米

所述方法中的扫描步骤中各选取炮点道集及检波点道集中的5-7道地震数据；

所述方法中的数据处理步骤中的在时间t处炮点及检波点相邻道的时间增量取为地震记录采样间隔的整数倍：即1-2倍。

Images