劉 飛 秦 俐 陳沅忠 李自龍 劉麗婷

1.中國(guó)石油東方地球物理公司新興物探開發(fā)處西南經(jīng)理部 2.中油奧博（成都）科技有限公司3. 中國(guó)石油東方地球物理公司西南物探分公司

0 引言

垂直地震剖面（VSP）技術(shù)是油氣勘探新區(qū)尋找油氣資源和老區(qū)深入解剖微幅構(gòu)造的一項(xiàng)重要技術(shù)。近年來垂直地震剖面（VSP）技術(shù)在四川盆地深層與非常規(guī)油氣藏的勘探開發(fā)中發(fā)揮了重要作用[1-4]。井中VSP數(shù)據(jù)除了提供精確的速度、層位標(biāo)定外，由于它同時(shí)記錄上、下行波，信息豐富，能獲得井周地震波吸收衰減規(guī)律及巖石物理彈性參數(shù)，對(duì)提升地震資料處理解釋成果精度具有重要作用[5-11]。經(jīng)過30余年的發(fā)展，VSP技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣，效果越來越好。目前常規(guī)VSP采集主要采用井中三分量檢波器陣列進(jìn)行接收，近年來隨著四川盆地油氣資源勘探開發(fā)向深層與非常規(guī)領(lǐng)域推進(jìn)，采用常規(guī)檢波器進(jìn)行VSP資料采集往往受到諸如高溫、裸眼井段、井斜等條件的限制，檢波器陣列往往不能下至目的層深度，導(dǎo)致目的層覆蓋次數(shù)及成像范圍受到較大影響。同時(shí)川渝地區(qū)非常規(guī)氣藏的開發(fā)對(duì)地震資料的分辨率和預(yù)測(cè)精度提出了更高要求，常規(guī)檢波器VSP資料在指導(dǎo)水平井軌跡跟蹤、薄互層的識(shí)別方面因空間采樣率的限制，仍然不能完全滿足非常規(guī)油氣藏井中地球物理勘探的需求。此外常規(guī)檢波器陣列采集一口VSP資料需要多次提升井中檢波器陣列分段接收，導(dǎo)致VSP資料激發(fā)和接收一致性難以保證，一定程度上影響了采集資料品質(zhì)和成果精度。

因此，針對(duì)上述常規(guī)檢波器VSP資料采集面臨的問題，采用耐高溫DAS光纖鎧裝（200℃以上），在四川盆地開展了可控震源激發(fā)和井中分布式光纖聲波傳感接收的DAS-VSP采集試驗(yàn)，對(duì)推動(dòng)四川盆地深層與非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)中具有十分重大的意義。

1 工區(qū)基本概況

試驗(yàn)工區(qū)構(gòu)造位置處于四川盆地西北角，跨龍門山—米倉山臺(tái)緣凹陷南緣及川北古中凹陷低緩構(gòu)造區(qū)九龍山至中壩構(gòu)造群。工區(qū)屬山地—丘陵地貌，地形起伏大，地表出露白堊系夾關(guān)組至三疊系雷口坡組共9套地層，出露巖性涉及石灰?guī)r、砂泥巖、礫巖、河灘礫石等，整體震源地面激發(fā)條件較差。

試驗(yàn)井位于雙魚石—中壩構(gòu)造帶柏勝潛伏構(gòu)造帶高點(diǎn)，完鉆井深超過7 800 m，鉆探目的是為了解雙魚石構(gòu)造二疊系、石炭系和泥盆系儲(chǔ)層發(fā)育及其含油氣性。受龍門山逆沖推覆斷裂作用，工區(qū)地腹構(gòu)造復(fù)雜、斷裂發(fā)育，目的層埋深變化大。為了解決復(fù)雜構(gòu)造成像問題，進(jìn)一步落實(shí)井周深層構(gòu)造及斷層的展布，開展了1次零井源距VSP和1條DAS Walkaway VSP的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，DAS Walkaway VSP測(cè)線總長(zhǎng)15.06 km，旨在通過發(fā)揮井中地震傳播路徑短的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行井周精細(xì)成像與儲(chǔ)層刻畫，為尋找棲霞組優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層提供技術(shù)支撐。

2 采集施工情況

零井源距VSP主要采用常規(guī)的Geochain 檢波器，觀測(cè)深度95～7 350 m，檢波器級(jí)間距20 m，主要目的層段7 160～7 350 m采用10m觀測(cè)點(diǎn)距。DAS Walkaway VSP接收深度0～7 300 m，DAS道間距0.2 m，采用1 ms的時(shí)間采樣，記錄長(zhǎng)度8 s，地面炮間距60 m。 經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際踏勘，為保證覆蓋次數(shù)和激發(fā)點(diǎn)布設(shè)的均勻性，對(duì)過障礙區(qū)的部分炮井進(jìn)行就近偏移恢復(fù)處理，對(duì)設(shè)計(jì)大量丟炮的3個(gè)村鎮(zhèn)采用可控震源進(jìn)行激發(fā)，可控震源炮次50炮，炮井與可控震源總共合計(jì)301炮（圖1）。

圖1 DAS Walkaway VSP激發(fā)點(diǎn)實(shí)際分布示意圖

可控震源在平原地區(qū)應(yīng)用非常廣泛[12]，但在川渝等交通不便山區(qū)VSP作業(yè)中屬于前期試驗(yàn)階段。本次可控震源VSP采集施工車主要采用BV620LF，額定振動(dòng)出力276 kN，重錘質(zhì)量5 250 kg，掃描頻率范圍3～250 Hz。因可控震源所產(chǎn)生的地震信號(hào)特性已知，信號(hào)頻譜和信號(hào)幅度在一定范圍內(nèi)可控，從地震信號(hào)激發(fā)角度而言，具備改善地震資料品質(zhì)潛力。該DAS Walkaway VSP施工一方面為了試驗(yàn)DAS-VSP在四川盆地復(fù)雜高溫深井中的適用性，同時(shí)在部分障礙區(qū)采用可控震源激發(fā)，旨在試驗(yàn)可控震源替代常規(guī)炸藥震源進(jìn)行VSP數(shù)據(jù)采集的可行性，試驗(yàn)成功后有利于可控震源在川渝VSP項(xiàng)目中的大面積推廣應(yīng)用。

3 VSP原始資料特點(diǎn)分析

3.1 檢波器VSP原始資料分析

圖2是獲取的檢波器零井源距VSP的Z分量原始記錄，可以看出，常規(guī)v0震點(diǎn)原始Z分量具有以下特點(diǎn)：下行縱波初至明顯，符合時(shí)序變化規(guī)律，有利于初至?xí)r間拾?。豢梢姸嗵咨闲锌v波反射，多種波場(chǎng)混合存在，錯(cuò)綜復(fù)雜；存在檢波器陣列推靠不好帶來的干擾及井筒波干擾；主頻較高，在60 Hz左右，有效帶寬在10～85 Hz之間。

受檢波器級(jí)數(shù)影響，檢波器零井源距VSP采集需要多次提升檢波器陣列完成全井段的采集，涉及生產(chǎn)炮共計(jì)73炮，將檢波器零井源距VSP原始Z分量記錄放大后觀察，個(gè)別單炮之間接收一致性存在差異，初至所在同相軸存在少許錯(cuò)位。此外采用多次炸藥震源激發(fā)采集的VSP數(shù)據(jù)計(jì)算Tar值，受地面激發(fā)條件變化的影響，能量和時(shí)間對(duì)數(shù)擬合局部存在異常值，球面擴(kuò)散Tar因子曲線存在分段現(xiàn)象，容易影響Tar值計(jì)算的準(zhǔn)確性。

3.2 DAS-VSP原始資料分析

圖3中左圖為DAS-VSP采集炸藥震源v0點(diǎn)原始單炮記錄，整體上看下行縱波初至明顯，上行縱波能量偏弱，部分道存在鎧裝光纜耦合程度不好產(chǎn)生的局部性 “振鈴噪聲”[13-14]；原始記錄主頻較高，在60 Hz左右，有效帶寬在4～95 Hz之間。圖3中右圖為DAS-VSP采集可控震源零井源距VSP原始單炮記錄，整體面貌與炸藥震源零井源距DASVSP 原始單炮記錄相當(dāng)，仍然存在因光纖耦合不好產(chǎn)生的 “振鈴噪聲”，由于炸藥激發(fā)能量比可控震源激發(fā)能量相對(duì)較強(qiáng)，同源距采集到的信號(hào)強(qiáng)度普遍高于可控震源，可控震源采集的數(shù)據(jù)的初至不如炸藥震源采集的清晰，且高頻成分信息不如炸藥震源豐富?？煽卣鹪幢旧砑ぐl(fā)能量相對(duì)較弱，高頻成分信息衰減較快，從目前四川盆地非常規(guī)氣井采用常規(guī)檢波器獲取的VSP原始資料頻譜分析看，同樣存在可控震源VSP資料主頻低于常規(guī)炸藥震源主頻的現(xiàn)象。

不同于檢波器零井源距記錄，DAS 零井源距VSP采用1次激發(fā)全井段接收，接收一致性更好，同時(shí)不存在炮與炮之間的能量差異問題，下行直達(dá)波的能量隨深度的變化更能準(zhǔn)確直觀地反映地震波在地層中衰減情況，Tar因子曲線不存在分段現(xiàn)象（圖4）；同時(shí)通過DAS-VSP初至拾取計(jì)算的地層逐點(diǎn)層速度精度較高，與測(cè)井速度變化趨勢(shì)吻合性較好。此外采用可控震源VSP作業(yè)施工周期可大大縮短，有利于減少占井時(shí)間，降低作業(yè)成本，而且避免了采用炸藥震源帶來的安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，在四川盆地井中地震勘探領(lǐng)域有較大的推廣應(yīng)用前景。

圖5為不同井源距下共炮點(diǎn)接收道集原始資料的對(duì)比，DAS Walkaway VSP原始資料下行波清楚，上行波可見，主頻較高，部分井段存在耦合干擾，整體信噪比隨井源距增加而降低, DAS Walkaway VSP可控震源與炸藥震源采集資料相比，可控震源的信噪比更易受井源距影響，遠(yuǎn)井源距可控震源激發(fā)的資料信噪比明顯偏低。因地面激發(fā)條件差異較大，不同井源距炸藥震源子波一致性存在較大差異。

4 DAS-VSP資料處理重點(diǎn)與難點(diǎn)

DAS-VSP技術(shù)近年開始成為井中地震技術(shù)重要的發(fā)展方向[13-15]，國(guó)外Silixa和OptaSense等多家公司已經(jīng)開始為油田提供成熟的DAS井中技術(shù)服務(wù)，近幾年在SEG、EAGE年會(huì)上設(shè)立了技術(shù)專場(chǎng)，應(yīng)用實(shí)例呈倍增趨勢(shì)[16-18]，但井中DAS-VSP技術(shù)因自身采集方式的原因，采集的原始資料存在較強(qiáng)的特殊耦合噪聲干擾、諧振干擾等[13]，原始資料信噪比相對(duì)較低，資料處理難度主要在于光纖特殊噪聲去除，同時(shí)DAS Walkaway VSP炮間子波差異較大，子波一致性處理要求高；加之試驗(yàn)工區(qū)地下構(gòu)造復(fù)雜，DAS Walkaway VSP數(shù)據(jù)具有波型多、波場(chǎng)復(fù)雜，波場(chǎng)分離困難、成像難度較大等特點(diǎn)。下面重點(diǎn)介紹保幅去噪與資料一致性處理，其余處理則與常規(guī)井中檢波器陣列資料的處理方法基本一致。

4.1 噪音壓制

原始資料分析表明，DAS-VSP數(shù)據(jù)中的光纖耦合噪聲有不同的頻率范圍，具有多頻性質(zhì)，且與有效信號(hào)的頻帶重疊，如15.6 Hz、23 Hz、27 Hz、33.5 Hz、47 Hz、54 Hz、67 Hz、73 Hz、86.5 Hz 等，光纖耦合噪聲作為套管內(nèi)光纖采集特有的噪聲，具有干擾能量大、規(guī)律性強(qiáng)等特點(diǎn)，在通過分析其不同頻段規(guī)律特點(diǎn)后，針對(duì)性地提出了噪音檢測(cè)與衰減技術(shù)，運(yùn)用基于時(shí)頻分析的S變化法，能較好地適應(yīng)非平穩(wěn)信號(hào)頻率不規(guī)律變化的特點(diǎn)，可有效去除該類噪聲，保證了在壓制噪音時(shí)低損傷其他有效信號(hào)，剔除噪聲后單炮品質(zhì)明顯提高。圖6中右圖是DAS-VSP資料去除噪聲后的記錄，與同井源距檢波器VSP記錄Z分量對(duì)比，兩者的面貌較為一致，初至清晰，光纖耦合“振鈴噪聲”在得到有效壓制后，反射波信息相對(duì)增強(qiáng)，資料信噪比提高，為井驅(qū)參數(shù)求取和后期資料處理奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖6 同井源距檢波器Z分量記錄和去噪后DAS-VSP資料對(duì)比圖

4.2 一致性處理

子波一致性處理對(duì)初至拾取、道組合、波場(chǎng)分離、成像等后續(xù)處理都起著極大的影響。通過前面采集資料分析可知，該工區(qū)DAS Walkaway VSP采集資料單炮間子波一致性較差，主要表現(xiàn)在炮集數(shù)據(jù)的能量和頻率變化、檢波集不同深度數(shù)據(jù)的能量和頻率變化兩個(gè)方面。該子波一致性處理主要是在炮集、檢波集、炮間進(jìn)行的，主要包含一致性振幅補(bǔ)償與一致性反褶積，質(zhì)控手段采用一致性前后記錄對(duì)比及自相關(guān)。幾何擴(kuò)散補(bǔ)償后，依據(jù)全區(qū)炮記錄的能量分布范圍，統(tǒng)計(jì)出能量均衡參量；計(jì)算時(shí)窗范圍內(nèi)每一炮的能量平均值并保存；逐炮計(jì)算后，分析不同炮的振幅空間變化趨勢(shì)；按照炮集道數(shù)將能量調(diào)整到固定的能量級(jí)別上，從而有效消除炮間的能量差異。頻率一致性處理則采用了統(tǒng)計(jì)子波反褶積技術(shù)，通過調(diào)整選取子波的起始頻率和終了頻率可以改變期望輸出子波的形態(tài)，并適應(yīng)DAS-VSP數(shù)據(jù)有效的頻率特點(diǎn)，經(jīng)過子波反褶積后，激發(fā)子波的一致性增強(qiáng)，改善了由于激發(fā)原因造成的炮間頻率非正常變化。通過子波一致性處理前后對(duì)比，可見子波一致性處理后記錄顯示道間能量明顯趨于一致，通過自相關(guān)進(jìn)行質(zhì)控發(fā)現(xiàn)子波旁瓣明顯收斂（圖 7）。

圖7 不同井源距DAS Walkaway VSP子波一致性處理前、后對(duì)比圖

4.3 波場(chǎng)分離及成像

波場(chǎng)分離是VSP資料成像的前提，是VSP處理中的關(guān)鍵一步。DAS Walkaway VSP原始記錄波場(chǎng)信息豐富，需要逐一進(jìn)行衰減，采用的波場(chǎng)分離方法主要為中值濾波，中值濾波是利用有效信號(hào)與干擾信號(hào)在時(shí)間—空間域的視速度差異，以誤差絕對(duì)值之和來確定濾波器的輸出響應(yīng)。其具體思路是：利用縱波初至將下行縱波拉平，用中值濾波法將拉平的下行縱波視為干擾分離。將剝離下行縱波、轉(zhuǎn)換波、套管波等干擾后的單程時(shí)間記錄進(jìn)行靜態(tài)時(shí)移及波場(chǎng)分離，最終得到上行（反射）縱波記錄。通過上述波場(chǎng)分離后的上行縱波波組特征較清楚，同相軸連續(xù)，可用于后續(xù)的成像。

縱波成像需要預(yù)知其速度模型，速度模型與實(shí)際地層速度越接近，所得成像結(jié)果越可靠。但由于走時(shí)拾取誤差和速度反演方法誤差的存在，建立的速度模型不夠準(zhǔn)確，則所得CDP道集的同相軸不能展平，各道之間存在一定量的剩余深度差或時(shí)差，從而影響成像效果[2]。本次成像通過拾取直達(dá)波和反射波走時(shí)，聯(lián)合反演縱波初始速度模型，基于射線追蹤軌跡轉(zhuǎn)換成像，抽出CDP道集后在CDP道集上拾取剩余深度差更新速度模型，依據(jù)成像結(jié)果反復(fù)優(yōu)化VSP成像速度模型，最終進(jìn)行CDP疊加得到最終的成像剖面?；谏渚€追蹤的反射縱波成像，避免了VSP波動(dòng)方程偏移劃弧，不僅提高信噪比，還能保持VSP的高分辨率（圖8）。

圖8 DAS Walkaway VSP波場(chǎng)分離前后、對(duì)比圖

圖9是該井DAS Walkaway VSP成像鑲嵌地面地震對(duì)比圖，整體上看DAS Walkaway VSP成像波阻特征活躍，強(qiáng)弱關(guān)系分明，目的層主要構(gòu)造形態(tài)刻畫清晰，過井地層傾向與鉆井實(shí)際資料基本吻合，在刻畫淺層成像效果上較地面地震更好，且目的層和深層反射特征更加清晰。

圖9 DAS Walkaway VSP成像鑲嵌對(duì)比圖

5 結(jié)論

1）鎧裝光纜首次成功實(shí)現(xiàn)了在四川盆地高溫深井中的DAS Walkaway VSP數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)，原始資料初至清晰明顯，并在一定程度上避免采用常規(guī)檢波器分段多次接收產(chǎn)生的單炮一致性問題，獲取的原始資料品質(zhì)可滿足后續(xù)的處理解釋需要，進(jìn)一步驗(yàn)證了DAS-VSP技術(shù)在深層油氣勘探中的適應(yīng)性，具有巨大的應(yīng)用前景。

2）DAS-VSP技術(shù)是未來井中物探主要發(fā)展方向之一，目前使用μDAS?調(diào)制解調(diào)儀器采集的DAS-VSP原始資料品質(zhì)較常規(guī)檢波器略差一點(diǎn)，配套處理技術(shù)還需進(jìn)一步完善，建議今后加強(qiáng)套內(nèi)磁吸附方式采集 DAS-VSP資料的研究[19-20]，改善原始單炮信噪比與品質(zhì)，并在川渝地區(qū)開展推廣應(yīng)用，提升施工作業(yè)效率，預(yù)期將會(huì)取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。