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油气地球物理技术进展(一):高效地震采集技术

发布时间:2019-06-04 04:28 来源:未知 编辑:admin

  油气地球物理技术的新进展主要体现在高效地震采集、偏移反演技术、定量地震解释、物探理论研究及岩石物理实验、自动化智能化物探技术等方面。《石油物探技术信息》微信公众号对油气地球物理技术进展进行了梳理,将分四期进行连续报道。

  近年来,地震采集技术在采集理念、观测方式、观测资料数量和质量上发生了巨大而深刻的变化。可控震源装备和激发方式、多源地震、无线采集、高密度地震、百万道地震采集系统、随机稀疏采样等技术取得较大进展,实现了长久以来的诸多设想,这部分得益于采样理论、电磁控制等相关学科技术新成果的引入。宽频、宽(全)方位、高密度采集成为主流,采集资料质量的提高为提高资料处理解释质量、提高地震的精度和分辨率打下了良好的基础。

  地震采集理念正在更新,由传统的注重覆盖次数转向以波场为中心,争取全面地反映波场,并出现了按需采集等新的尝试,用更合理的代价实现地质、工程目标。新的可控震源装备及激发技术是多源地震等高效地震采集新技术的基础,缩短了采集周期,增加的信息冗余有利于提高地震资料质量。采集理念的变化推动了“两宽一高”地震技术的发展。分布式震源组合代表了下一代地震采集技术的方向。节点地震技术与可控源高效激发、稀疏采集技术相结合,能够提高采集效率、降低采集成本。

  地震采集技术的进步,是在可控震源技术的发展的带动下取得的。可控震源具有震源信号可记录和可重复,信号频带、相位、出力易调整,激发效率高,更加安全、绿色环保等优势,是炸药震源的比较理想的替代者。不仅在在人口和建筑物稠密等、自然保护区条件不允许使用炸药震源的特殊情况下,可控震源在国内外的地震采集中已经成为常规使用的震源,海上主动源采集已全部使用可控震源。

  可控震源装备向着两个方向发展,一是大型宽频、大出力震源,二是灵活方便的小型、窄带震源。前者能提高储层分辨率,改善深部成像、盐下成像以及火成岩地表下的地质目标成像。后者更能适应复杂施工环境,布置和使用更加方便,也更适合分布震源组合(DSA)采集的需求。可控震源的发展正在实现宽频数据采集,推动“两宽一高”地震采集快速发展,

  从可控震源参数上看,低频震源已逐渐成为主流趋势,最低激发频率已达到0.5Hz。

  随着可控震源设备的不断改进,可控震源激发技术获得较大进展。目前可控震源激发技术主要有:滑动扫描(Slip-Sweep)、可控震源高保真采集(HFVS)、独立同步扫描(ISS)、分组同步扫描采集技术(DSSS)和伪随机扫描同时源技术(SPST)等。这些技术大大提高了地震采集的效率,同时显著降低了采集费用,并且在采集施工中实行了实时质量控制。

  可控震源激发技术的进步,促使高效采集技术,采集的效率、数据量都呈数量级提高,频带宽度、方位角-偏移距分布了也得到改善。

  光纤分布式声波传感器(DAS)是一项发展迅速的技术,最早应用于军事、通讯、工程领域。目前在油藏监测方面,在3D VSP中已经开展成功的应用。QinetiQ、壳牌、斯伦贝谢公司均推出了光纤DAS产品。DAS技术不需要任何电力而且将来价格低廉,在地震领域的应用前景广阔。

  光纤DAS的原理是采用激光脉冲激发,在光纤中采用Rayleigh反散射的无源光纤传感方法测量应变。DAS系统主要包括激发单元、处理单元和使用界面。

  DAS目前主要用于井中地震观测。例如,将光纤DAS电缆埋置于水平井眼中,从而采用稀疏的观测系统降低成本。由于DAS布置到水平井中,离要探测的目标更近,因此,在检测目标体的地震异常方面具有天然的优势。

  光纤DAS具有以下优点:(1)不需要单独的传感器,降低成本;(2)传感光缆不需要任何电缆,成本低;(3)由于无地面电缆,无需专门钻检波器井眼,从而最大限度地减少检波器的地面采集脚印;(4)提供很密的线m),通过加密采集可减少震源点数,降低成本。

  也存在一些不足,通常只能测量平行于光纤方向的应变,在垂直于电缆方向不灵敏,因而不适合在地表采用水平电缆接收反射地震信号。为此,壳牌公司研发了宽幅灵敏的光纤DAS螺旋缠绕电缆(HelicallyWound Cable)。现场试验表明,螺旋缠绕电缆在各个方向都比较灵敏,从而使在地表采用水平光纤DAS电缆采集地震反射数据成为可能。

  目前,DAS较多应用于VSP及时延VSP、地震监测、水力压裂微地震监测等领域。国内也开展了光纤地震传感器的研究。

  可控震源高效激发技术带来了采集技术的突破,以往的逐炮采集发展成多震源同时激发、检波器连续记录多炮的叠加波场的多源地震采集,在相同的时间内能够记录到更多的地震数据。数据的冗余有利于降低假频,提高资料质量。

  多源地震的优势是每个震源的效率提高,多个震源同时工作。多源地震减小炮线上的炮距、共偏移距域中的道距,与宽频、宽方位、高密度采集相结合,缩短了采集工期,能够降低地震成本。

  陆地多源地震在目前都是用可控震源将前述激发方式编码后进行采集的。海上多源采集形式多样,根据震源船、拖缆船的不同组合以及震源船上的震源配备,形成了环形、双环形、多环形多船地震采集技术。海洋多源地震还可与双缆、斜缆等技术结合,提高采集质量。

  公司在非洲加蓬海域进行了多源长偏移距双方位角采集,用第二个方位采集来补充第一次采集数据,后者垂直于第一次采集的方向,通过额外的偏移距获得更佳的效果。长偏移距、多方位采样增加了照明度,改进了复杂区域如河道、盐体陡倾侧翼的成像质量和分辨能力。CGG公司还借鉴陆上采集技术,用双船、多源实现了海上中间放炮拖缆采集技术,弥补了环形采集等海洋地震采集方法缺失零偏移距数据的不足,该技术已用于解决挪威巴伦支海域的高速层问题。

  多震源混叠采集得到的地震数据有两种处理方式:1、数据分离,得到单炮记录,然后采用与常规单炮处理方式一样的处理流程。炮分离可以通过滤波、反演等进行。2、直接处理超级炮,有多源偏移、最小二乘偏移、最小二乘反演、多源全波形反演等技术。

  多源地震面临着不同采集方式的选择和改进、海量资料的处理等技术难题。通过下列手段能够进一步提高多源地震的效能:改进可控震源,缩短震源激发所需的预备时间,降低在炮点间移动所需要的时间,以缩短震源激发周期,在相同的施工时间内激发出更多的炮;选择合适的震源激发方式,设计合理的混叠编码,提高震源激发效率;研究混叠数据的解混叠方法,使得炮分离结果尽可能地消除或减轻道间串扰的影响。

  多源地震代表了地震采集的方向,无疑将成为下一代地震采集方式——“分布震源组合”(DSA)的主流。

  节点采集技术是从海洋地震发展而来的,具有可以在钻井平台密集或有其他障碍物的地方实施采集、观测点位置准确、采集的可重复性高、减少环境的干扰、易于消除鬼波、适于高密度布设等优点。深水勘探、油藏动态监测中,节点采集技术的优势更为明显,很多油田用节点技术取代了拖缆采集。陆上节点采集则可以减轻复杂地表条件下的采集施工难度,提高效率。从技术发展角度看,随着集成电路、实时无线网络通讯、传感器、大容量电池等技术的发展,节点设备有一体化和微型化的趋势。

  以墨西哥湾深水勘探为例,节点采集技术显著提高了施工效率,观测资料改善了复杂盐下成像。南美安第斯山前陆盆地复杂地表区的节点采集、阿拉斯加北坡两个区块的3D多源地震采集等陆地节点地震都取得了较高的采集效率和较好的资料。

  水下节点的布设方法不断改进,由遥控水下飞行器(ROV)等水下机器人发展到“飞行节点”技术,节点布设和回收效率、定位精度和能够布设的检波点密度都更高。

  随着电源技术小型化、无线网络通讯技术实时化、采集系统一体化的发展,节点地震技术仍具有很大的发展前景,与可控源高效激发技术、稀疏采集技术相结合,能够大大提高采集效率、降低采集成本。

  基于信号稀疏性的采样理论的压缩感知(Compressed Sensing,CS)在图像压缩、无线通信、模式识别和医疗成像等领域得到广泛应用。

  压缩感知技术利用信号的稀疏结构对其进行非规则采样,或对信号进行优化无失真重建。CS突破了Shannon-Nyquist采样定理的限制,减少了数据表达和处理的工作量。在油气地球物理领域,在满足CS要求的前提下,可以用它进行缺失数据的恢复和数据插值加密,还可以降低资料采集的成本,成为提高地震勘探效率的重要方法。

  在地震采集中,CS与多震源激发相结合,可以提高在两个或多个采样方向的采样效率,降低采集成本,因此受到了行业内的关注。目前,压缩感知理论在油气地球物理领域的应用已从数据恢复和加密向稀疏观测系统设计、地震数据处理方向发展。

  多源地震提高了地震采集的效率,充分利用该优势,将目前使用的宽(全)频带震源改为窄带或单频震源,出现了DSA采集的思路。经过模拟,全频带震源信号可由不同位置、不同频率(带)的多个窄(单)频震源的组合得到。窄(单)频震源的便利性、经济性更好,可提高采集效率。

  的显著特点有三个:单频或窄带震源(易于实现,且轻便化)的分布式组合,宽频检波器(记录宽(全)频段地震数据),源、检的随机分布(减轻布设和回收的工作量)和连续采集(在获得巨量数据的同时提高采集效率)。数值模拟表明,在DSA中,采用不同频带范围内的单频或窄频震源进行分布式组合,其响应与宽频震源相似,地震记录的频谱范围很宽,但采集成本要小很多,效率也高,特别有利于重复采集。DSA资料处理的方法也在讨论中。

  中需要解决的主要问题有:震源组合及激发设计,宽频、能长时间记录和运行的检波器(如光纤等),随机采样方法,空间、时间上的随机采样巨量资料的数据处理。

  将大大提高地震的经济性,通过数据的冗余,提高地震资料反映地质情况的能力。DSA可能是新一代地震采集方法的代表,目前的多源地震可以认为是DSA的初步实现形式。

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