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1、,VSP地震勘探技术及应用,2015.6.10,主要成员及工作任务,01,国内外VSP技术发展现状,02,VSP测井原理,03,VSP资料采集技术,04,三维三分量VSP简介,主要内容,一 国内外VSP技术发展现状,1.1 VSP(垂直地震剖面)简介 VSP(垂直地震剖面):在地表设置震源激发地震波，在井内安置检波器接受地震波，即在垂直方向观测人工场，然后对所测得到的资料经过校正、叠加、滤波等处理，得到垂直地震剖面。,VSP观测系统及时深曲线,一 国内外VSP技术发展现状,垂直地震剖面定义：（检波器置于深井中,在地面激发）深井中不同深度的检波器依次接收后,便得到深度-时间剖面图。垂直地震剖面是
2、相对于常规水平地面地震而言的。,常规地面地震勘探：检波器在地表，水平走向摆放。,井眼VSP地震勘探：检波器置于井中，呈垂直方向放置。,VSP法与地震测井区别 VSP 类似于以速度调查为目的的地震测井技术，然而，VSP 又不同于地震测井，表现在以下几个方面：,一 国内外VSP技术发展现状,常规地面观测a与VSP观测b的比较,(a)（b）,图中，布置在地下深处的检波器对上行和下行地震波都有反应，而在地面的检波器只能记录到地震反射波。,一 国内外VSP技术发展现状,（2）可记录研究对象的“单一”地震波。由于 VSP 的测井检波器置于井中，检波器可直接记录由震源产生而传播到所研究对象的“单一”地震波。
3、,（1）接收点分布在介质内部。VSP 法可用接收点的垂直方向分布形式来研究地质剖面的垂向变化，所以，能更明显、更直接地反映波的运动学和动力学特征。,（3）干扰因素少。VSP 在井中观测可以避免或减少地面以上的自然干扰。,（4）可记录上行波和下行波。VSP 在井中观测，即可记录到来自观测点下方的上行波（如反射波），又可以记录到来自观测点上方的下行波（如直达波）。,VSP 法具有的特点：,与地面地震相比，,VSP 由于有这些“先天性”的优点，所以得到日益广泛的应用。,一 国内外VSP技术发展现状,一 国内外VSP技术发展现状,表1 国外VSP技术发展历程,1.2 国内外发展现状 VSP技术发展了
4、30多年的今天,其实用性越来越宽广,效果也逐渐被人们认同,特别在VSP勘探技术的领域,其发展势头更被人们看好。,一 VSP国内外技术发展现状,表2 国内VSP技术应用发展历程,点(零井源距),面(非零并源距和Walkaway VSP),体(三维VSP),随着油气勘探开发进程的深人和井中地震技术(软、硬件)的不断完善,三维VSP测量技术的研究和应用也得到了快速发展。但是其中三维三分量VSP的观测系统比较特殊,其数据处理方法既不同于常规的非零井源距多分量VSP数据处理方法,也有别于地面多分量地震方法,因此三维三分量VSP数据处理成了当前发展三维VSP技术的瓶颈。,VSP的技术发展轨迹,一 VSP国
5、内外技术发展现状,01,国内外VSP发展现状,02,VSP测井基本原理,03,VSP信息采集技术,04,三维三分量VSP简介,二 VSP测井基本原理,2.1 VSP中的主要波动,从波的类型来分：（1）直达初至波（2）一次反射波（3）多次反射波 从波传播到接受点的方向来分：（1）下行波，来自接收点上方的下行波；（2）上行波，反之。,d1为直达波；d1为下行多次波；u1为一次反射波；u1为上行多次波,2.2 VSP时距曲线分析,（1）均匀介质情形下的直达波时距曲线,时距曲线是双曲线，但当d很小时，时距曲线是直线，且随d增大，视速度增大，同相轴变为双曲线。,2.2 VSP时距曲线分析,（2）均匀介质
6、情形下的一个平反射界面的上行波时距曲线 上倾方向激发（+）下倾方向激发（-）：,2.2 VSP时距曲线分析,从时距曲线方程可看出反射波旅行时与接收点位置、激发点位置、地层倾角和速度有关。当界面水平时：时距方程为 当d=0时，时距曲线为直线；（随着检波器沉放深度h增大，走时t变小；当d0时，双曲线。反射波视速度：当检波器的沉放深度为H时（在反射界面处），直达波与一次反射波的传播时间相等，视速度相等，但符号相反。,2.2 VSP时距曲线分析,从直达波和反射波时距曲线和视速度公式可见，当检波器沉放在界面上时，两者具有相同的传播时间。在界面处，直达波和反射波的视速度分别为 从上式可见：直达波与反射波视
7、速度数值相等，符号相反，两者以相反的视速度相交，当d=0时，v*f=-v，v*d=v。,2.2 VSP时距曲线分析,2.2 VSP时距曲线分析,（3）均匀介质情形下的一个平反射界面的二次下行波时距曲线,上倾方向激发（+）下倾方向激发（-）下式中,下行二次波的射线路径,2.2 VSP时距曲线分析,当界面水平时：时距方程和视速度分别为 当d=0时，二次下行波反射波同相轴近似为直线；当d0时，二次下行波反射波同相轴双曲线。视速度为正值。,2.2 VSP时距曲线分析,2.2 VSP时距曲线分析（4）均匀介质情形下的一个水平反射界面的二次上行多次波时距曲线,上次多次波的射线路径,与一次上行波平行，但不与
8、直达波相交。与上行波相比，同样具有随观测点深度时间变小和负视速度的性质，它和上行的一次波有平行的同相轴，而不和直达波相交。,01,国内外VSP技术发展现状,02,VSP测井基本原理,03,VSP信息采集技术,04,VSP的应用及优势,三 VSP信息采集技术,三、VSP信息采集技术,常规VSP采集,三维VSP,3.1 常规采集技术,VSP采集装备包括：井口震源、井下检波器、记录仪器、电缆、参考波器。,3.1 常规采集技术,3.1.1 震源 对震源的要求：震源频带宽，具有丰富的高频成分；具有足够的为测量地下目标层所需的能量；具有良好且稳定的震源子波，即震源子波的一致性要好；与震源有关的干扰尽量少；
9、震源类型、组合方式及各种参数选取要合理。,3.1 常规资料采集,VSP震源种类：炸药震源：采用可重复性的炸药震源，井需支架、套管、井壁与套管间固有水泥、小药包(0.1-0.5 kg)、潜水面以下激发。空气枪、蒸汽枪、水枪震源：用于海洋，操作简便，但能量较弱，常采用组合或叠加方法。电火花震源：利用在液体中瞬间放电方法产生高温高压脉冲，适用于陆地、海洋、沙漠等不同的激发环境。可控震源：节省人力物力，提高生产效力，是理想的VSP震源。,目前陆上使用的多为可控震源。,3.1 常规采集技术,3.1.2 井下检波器 参考检波器（近场检波器）作用：子波处理及监视震源子波近场，在海上是指不超过单个气枪水泡后单
10、个弹性变形带的1-2m，在陆地上是指不超过以震源子波的波长为半径的范围。近场检波器埋藏于地下监视震源子波，要求它尽可能与井中检波器的性能相同，它可以为子波处理提供依据。,3.1 常规采集技术,井中检波器井中检波器是VSP主要设备，它应具有以下特点：（1）可伸缩的推靠臂，当检波器沉放到某一观测点时，要求检波器推靠在套管上，保证良好的接触；（2）检波器具有较宽的通频带，有可调的动态增益；（3）形状影视两端尖直径小，以防止管道波的产生；（4）是三分量检波器，同时接受纵横波资料；（5）耐高温高压,3.1 常规采集技术,井中检波器,是VSP技术中的关键设备，用来接收VSP资料。,3.1 常规采集技术,检
11、波器点距 要求相邻检波器点距满足采样定理。点距应为最小有效波长的1/2，点距小，对应界面上反射点的间距也越小，资料精度高，有利于小构造解释。,检波器点距：小于波长一半（6-15m）,3.1 常规采集技术,3.1.3 地面记录仪,要求记录仪器动态大于120db,采用浮点放大系统，15位模数转换。1/2ms采样，具有足够的地震道（一般为24道），以及准确的记录格式,3.2 三维VSP技术,长排列三维VSP采集技术长排列组合的优势是一次激发多道接收，可以降低成本，并有助于提高资料质量，改善三维成像效果。,多道接收记录的高频资料,3.2 三维VSP技术,长排列VSP采集到的高分辨率率资料,3.2 三维
12、VSP技术,三维VSP与三维地震数据联合采集技术 在进行三维地震数据采集的同时进行三维VSP观测，是提高观测时效和降低成本的有效途径之一，并可增强资料的可对比性。,3.3 VSP 观测系统,所谓的观测系统是指炮点与接收点的相对位置关系,按井源距不同可分为：固定井源距、移动井源距、多变井源距、井间观测系统,按井下检波器布设间距不同分为：等间距、不等间距、大间距观测系统,按震源、检波器和井三者空间位置组合关系分为：零井源距、固定非零井源距、变井源距、井间VSP观测系统,特殊VSP观测方法：斜井、浅井、连井VSP观测系统、地面地下联合观测、多次叠加采集、VSP面积观测等,3.3 VSP观测系统,3.
13、3.1零井源距VSP观测系统零偏移距：激发点与井口的水平距离小于150米。零井源距观测系统作用：求取地层速度、进行波场分析、制作VSP地震道、预告未钻遇层位、联结地面地震、测井曲线及地质剖面、为地面地震提供子波、处理与解释的各种参数等。,一维数据,3.3 VSP 观测系统,3.3.2 固定非零偏VSP观测系统,非零偏井源距VSP：激发点与井口的水平距离d较大（大于150米）。d固定称为固定非零井源距VSP观测系统,它要根据钻井或地震资料，初步确定油气储层后，为了圈定其分布范围而设计的。可根据预测模型来确定观测系统的相关参数(如图)。凡是使用固定井源距观测系统的都要设置近场子波检波器。,3.3
14、VSP 观测系统,3.3.3 Walkaway（边走边测）VSP观测系统该观测系统有两类：(1)地面震源与井下检波器都在移动。(2)移动震源的观测系统测井检波器固定在观测井的某一深度，而震源则以一定间距向远方移动。该观测系统有利于揭示目的层的细节和复杂地质特征,3.3 VSP 观测系统,3.3.4 3D VSP观测系统 3D VSP三维观测系统是指在地面设置多条震源线，在井中不同位置接收的观测方式。,3.3 VSP 观测系统,3.3.5 随钻VSP观测系统（SWD）,边钻边测,钻头振动作为震源,具有资料应用的实时性，可以对钻前地层进行预测。,01,国内外VSP技术发展现状,02,VSP测井原理
15、,03,VSP资料采集技术,04,三维三分量VSP简介,四 三维三分量VSP简介,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,提取速度、振幅、频率等特征，从下行波中提取比较理想的子波。,进行波场分离，VSP的下行波比上行波强，应该分离出上行波，并加以应用。这一点是与地面地震所不同的。,数据成像。,压制噪声，增强信号，提高信噪比。,VSP数据处理目的,4.1三维三分量VSP数据处理方法研究,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,三维三分量VSP数据处理方法研究,数据预处理,波场分离,速度分析,偏移成像,数据预处理,数据分选,坐标系的确定,成 像坐标系,偏振分析坐标系
16、,用一正交坐标系(R,N,T)表示,主要用于波场分析。在通常情况下,用R表示P波的质点振动方向,N表示SH波的质点偏振方向,T表示SV波的质点偏振方向。,选用笛卡尔正交坐标系(X,Y,Z),以便于在有关成像的研究中进行共反射面元设计和网格计算。,分选方式主要有共炮点道集分选和共接收点道集分选。对于多级井下接收系统的数据可采用前者;对于目前只有较少级数采集的数据采用共接收点道集比较合适。,4.1三维三分量VSP数据处理方法研究,2 波场分离针对井下接收级数较少的情况,制定了综合不同井源距段、不同波场偏振特性以及视速度大小、方向等差异进行分离的对策。具体实施过程如下：,(l)按不同井源距段进行数据
17、分选分段的准则是保证在共接收点中待分离信号的波场特征具有明显的分选性。(2)充分利用波场的偏振特性进行波场分离。(3)根据不同波场的视速度特征差异,利用拉冬变换进行波场分离众所周知,无论是线性变换、双曲线或抛物线变换在地震数据处理中都得到了广泛的应用。对于三维VSP波场分离来说,在共接收点道集上,下行P波、P-SV波、上行P波以及上行P-SV波同相轴可以近似为双曲线,因而可以用双曲拉冬变换(HRT),再根据各种波型的r和P值,即可将不同波型分离出来；在共炮点道集上,各类波型同相轴表现为线性,因而可以根据视速度的不同来分离各类波场。,4.1三维三分量VSP数据处理方法研究,3 速度分析4 偏移成
18、像（1）根据速度分析结果进行三维城乡网络设计，确保目的层具有一定的覆盖次数。（2）建立三维纵波和转换波速度场。（3）根据实际观测系统和经波场分离得到的数据，再设计的网络中实现射线追踪偏移成像。（4）按Inline 和 Crossline 方向提取剖面或沿垂向（深度或时间）提取切片进行解释分析。,4.1三维三分量VSP数据处理方法研究,川西坳陷陆相沉积领域深层须家河组气藏具有“四超二复杂”，即超深、超致密和低孔渗、超晚期构造、超高压及复杂的气水关系、复杂的储层非均质性的特点，常规地震勘探技术预测和识别如此复杂的储层和裂缝系统面临重大挑战，特别是裂缝预测成为川西须家河组地震勘探面临的最大难题。,图
19、1 新场气田须二段孔隙度、渗透率分布直方图,4.2 三维三分量VSP技术在致密砂岩裂缝预测中的应用以川西新场气田为例,裂缝发育程度与气井产能关系密切，裂缝尤其是高角度裂缝对气藏产出起控制作用。实钻揭示X851和X856产层中次生矿物发育，常规及全波列测井较清晰地反映出了储层的裂缝特征，裂缝段表现为侧向曲线的正幅度差、尖刺状下降，声波指状增高或跳波，全波列曲线纵波衰减明显，成像测井高角度裂缝发育(图2)，获50104m3/d以上高产工业气流。而裂缝欠发育或不发育的钻井，只能获低产工业气流或干井。,图2 新场气田x851和x856井须二段裂缝发育特征,4.2 三维三分量VSP技术在致密砂岩裂缝预测
20、中的应用以川西新场气田为例,图3 新场气田三维三分量P波T51反射层相干切片,4.2 三维三分量VSP技术在致密砂岩裂缝预测中的应用以川西新场气田为例,图3在相干切片上除了能分辨出主要断裂的分布情况外，一些常规构造解释难以发现的小断层以及断层附近岩层的破裂程度也清晰可见。,高产井X851,X856,X2井等均在裂缝发育密度较高区域,但未落在预测的裂缝密度最高值区。这可能是由于这3口井均在目的层段发育网状裂缝,而在理论上单纯振幅各向异性方法较难真实反映网状裂缝发育情况的缘故。,图4 新场气田须二段Tx24P波AVAz裂缝检测平面图,4.2 三维三分量VSP技术在致密砂岩裂缝预测中的应用以川西新场
21、气田为例,图5 依据HIT介质速度各向异性解释模板,图6 新场气田须二段Tx24P波VVAZ裂缝检测平面图,从图6中可以看出，红色长线段代表单组裂缝发育区，蓝色长线段代表裂缝不发育区，蓝色短线段代表网状裂缝发育区。预测结果与实钻的X856和X851井网状缝发育十分吻合。,4.2 三维三分量VSP技术在致密砂岩裂缝预测中的应用以川西新场气田为例,从图中可以看出,R分量记录在储层段传播时间和振幅随方位有明显的变化。传播时间最小的道对应的方位就是裂缝发育的方位。T分量分方位叠加的方位道集可见T分量在目的层部位有较强的能量,且每隔90“有明显的极性反转,极性反转点指示裂缝的大致方向。这表明新场地区地层
22、中各向异性严重,裂缝十分发育。理论上,如果无裂缝发育,T分量的能量应为零或很弱。因此,只要T分量有较强能量,表明裂缝一定存在。,图7 新场气田三维三分量R分量(左)、T分量(右)分方位叠加道集,4.2 三维三分量VSP技术在致密砂岩裂缝预测中的应用以川西新场气田为例,图8中颜色部分为横波分裂预测结果，暗色线条代表相干属性，橙色区、蓝色区、低相干区为裂缝较发育区，蓝色代表东西向裂缝分布，橙色为南北向裂缝分布区，颜色越蓝代表东西向裂缝越发育，颜色越红代表南北向裂缝越发育，灰色区域主要代表无裂缝区域。,图8 新场气田三维三分量横波分裂须二段目的层预测平面图,4.2 三维三分量VSP技术在致密砂岩裂缝预测中的应用以川西新场气田为例,结论,当今勘探和开发工作面临的挑战需要高精度、高清晰度和高可信度的技术，VSP技术是可供选择的方法之一。应用VSP资料的准确信息可以进行速度分析、避免钻井偏靶漏靶事件的发生。本文仅是粗略的谈论了VSP技术的原理、信息采集以及三维三分量vsp技术的应用。我们相信，虽然其成本较高，然而随着井下接受系统的研究开发和引进，VSP技术的应用前景将越来越高。,谢谢大家！,
