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三维地震勘探部署与设计分析

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摘要:

为提高三维地震勘探策划与部署、设计与采集的能效,从勘探部署、地震采集工程设计、勘探经济效率等方面入手,对三维地震勘探设计的多项指标及其经济性进行研究。结果表明,三维地震采集的满覆盖区域面积必须占地震资料面积的60%以上,且目标层越深,则勘探部署区域面积应越大。勘探部署区域设计时尽可能减少区域拐点数,既有利于与相邻勘探区块的对接,又能减少成本;采集参数相同的情况下,布设区域的纵横比大于1时,地震资料面积、未满覆盖区域面积逐渐减小,勘探效果较好。且三维地震测线应尽量沿部署区域的长边方向布设,减少接收线的条数,提高采集效率。做三维地震滚动勘探部署的整体规划设计时,在边缘处理中应尽量接纳相邻工区和以往的炮点、检波点数据,减少重复采集、消除地震资料空白区,降低勘探费用。

关键词:

三维地震;部署区域面积;覆盖次数;采集指标;勘探效能

随着石油地质研究的不断深入[1-3],为了进一步搞清地下构造特征及断裂分布规律,精细刻画小断块和低幅度构造圈闭[4],有必要部署三维地震。此外,为了满足开发储层横向预测[5-7],也需要部署三维地震勘探。从长远发展趋势来看,三维地震勘探获取的地震信息量更大,也变得更经济[8],是未来解决复杂地质问题的主要手段。地震采集工程设计,一方面要满足地质设计的要求,另一方面要考虑采集成本[9]。如果地震采集费用超出了成本预算,再好的设计方法也很难实施。对于勘探投资,勘探方(业主)按照地质设计以单位面积(km2)为成本核算,最关心的是叠前、叠后满覆盖次数的面积和地震资料的品质;勘探施工方(乙方)按照采集参数核算成本费用时,最关心施工的总炮点数、总检波点数及激发方式(可控震源或井炮)等这些显性的实际费用。对于勘探面积设计问题,同样的采集参数要完成等量的部署区域面积,其总炮点数和总检波点数相差较大,对这些隐性的实际费用,目前尚未给予过多的关注。

从某油田早期的三维地震勘探部署来看(图1),其具有如下几个缺点:①勘探区域根据地下构造单元进行划分,按不同年度分别进行地震采集设计与施工,由于不同年份部署区域的方位有差异,必然出现不同程度的地震资料重合与空白,如1996年布设的区域与其他年度布设的区域;②勘探区域之间没有很好的衔接,如2003年、2007年布设的三维勘探,虽然勘探区域面积的方位角保持一致,但区域的边界重复布设太多;③勘探区域面积的大小、形状不同,如1996年布设最小的勘探面积(45.960km2),2007年布设最大的勘探面积(286.580km2),2009年布设多边形的区域面积,矩形面积的拐点多于4个。上述布设勘探区域的布设方式不利于地震资料的连片处理及地质解释[10],因为覆盖次数、方位角、炮检距等分布的不均匀性[11-12]会造成地震属性的差异[13-14]。对勘探部署设计而言,为了完成特定的地质目标,经常会出现各种形状、大小、方向不同的勘探区域,从勘探费用考虑,其设计无可厚非;对地震勘探的采集而言,依据地质条件进行三维地震设计①时,为满足勘探区域边界的满覆盖地震资料,在未覆盖区域面积内需部署数量不等的炮点、检波点,数量的多少取决于勘探面积的布设方式,如勘探面积大小、形状、方向及其与相邻勘探区域的衔接等。勘探面积越小、拐点越多,则地震采集所需的总检波点数、总炮点数就越多,直接导致采集成本增加,使投入与获取的资料面积不成比例,降低了勘探能效。此外,处理部署区域的边界问题时无法利用老资料[15-17],从而增加了采集成本。主要针对勘探区域面积的边缘处理,三维地震勘探由观测系统将不同炮点、检波点联系在一起,对于一个特定的检波点,每接收一次地震信号,就认为其被“激活”一次,区域边界的检波点被“激活”的次数不断减少,要达到相同的覆盖次数,根据面积的大小及形状变化,必须增加不同数量的炮点,数量的多少取决于部署区域面积,直接影响勘探费用。

分析内容:①在三维地震观测系统一定的情况下,部署区域面积的大小如何影响满覆盖区域面积、未满覆盖区域面积及地震资料面积的变化;②在三维地震勘探部署区域面积一定的情况下,区域面积的拐点数量如何影响满覆盖区域面积、未满覆盖区域面积及地震资料面积的变化;③在三维地震勘探部署区域面积一定的情况下,区域面积的纵横比如何影响满覆盖区域面积、未满覆盖区域面积及地震资料面积的变化;④三维地震滚动勘探开发中[15-17],各勘探区域衔接对满覆盖区域面积、未满覆盖区域面积及地震资料面积变化的影响。

在进行三维地震部署与设计的指标分析之前,先阐述两个概念:(1)三维地震资料面积:在不考虑偏移孔径[6](为了使任意倾斜同相轴能正确成像,而加到勘探部署区域外的宽度)的情况下,三维地震资料面积一般指两个区域面积之和(图2),即三维地震资料的满覆盖区域(中部)和未满覆盖区域(外部),勘探部署区域(内部)认为是满覆盖区域。勘探部署区域是勘探方(业主)部署的勘探面积,其面积为偏移前的满覆盖面积,勘探方按照面积支付给乙方勘探费用。未满覆盖区域是覆盖次数渐减带区域,设计者在此区域内布设炮点、检波点,以保证满覆盖区域边界处达到满覆盖次数,最大的炮点、检波点面积为施工面积。(2)平均覆盖次数:将获取三维地震资料的区域面积按照网格(面元)进行划分,如地震采集的观测方式为6L×4S×120,每放一炮共计720个地震道接收,每接收一道地震信息,获取地下地震反射一次,即覆盖次数为一次。(地震采集总炮数×每炮的地震道接收总数)÷网格(面元)数,得到每个面元内的射线数目,即为平均覆盖次数。地震资料面积内的平均覆盖次数越高,则未满覆盖区域面积占总资料面积的比值越小,勘探能效越高。

1部署区域面积大小与采集指标分析

根据三维地震特定观测系统,地震勘探部署区域按照微型、中型、大型的矩形面积进行数据采集(表1),满覆盖区域面积、未满覆盖区域面积、地震资料面积表现出各自的变化规律,满覆盖区域面积与其占地震资料面积百分比的变化规律为对数函数(图3),满覆盖区域面积相对于地震资料面积而言,其变化规律为二次函数(图4)。若满覆盖区域面积为12.32km2,未满覆盖区域面积为54.88km2,勘探满覆盖区域面积占未满覆盖区域面积的22.45%;当满覆盖区域面积扩大到214.32km2,未满覆盖区域面积为118.98km2,勘探满覆盖区域面积占未满覆盖区域面积的180.13%。因此,当满覆盖区域面积逐渐增大时,未满覆盖区域面积也随之缓慢增大,但满覆盖区域面占未满覆盖区域面积的百分比提高更快,相对于满覆盖区域面积而言,未满覆盖区域面积逐渐缩小,在区域面积内不必部署更多的炮点、检波点数,从而可以提高地震勘探的能效。对于特定的勘探部署区域面积,由勘探目标层深度选择观测系统的最大排列长度(最大偏移距),在炮点距、接收道间距、炮线距、接收线距相同的情况下,由满覆盖区域面积占地震资料面积的百分比变化关系①(图5)可知,目标层深度越深,则最大排列长度越长(一般最大排列长度Xmax≈目标层深度),未满覆盖区域面积及未满覆盖区域面积的长度(边长)增大,一般接收线方向(纵向)上的未满覆盖区域面积及长度比炮线方向(横向)增长较快,当最大排列长度为3000m时,满覆盖区域面积占地震资料面积的百分比越低,在未满覆盖区域面积内需要部署更多的炮点、检波点,使得采集成本越高。

2部署区域形状与采集指标分析

图6a是“口”形布设区域,为了分析不同区域形状对采集指标的影响,在保证区域面积相同的前提下,将3个小矩形区域(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)沿纵向、横向移动,放置在特定区域(ⅰ、ⅱ、ⅲ),将原先的“口”形区域重新组合成面积相同、形状各异的部署区域(图6b、c),此时勘探区域面积的拐点(图6中的字母为拐点)由4个增加到8个,分别对其进行三维地震数据采集,三维地震部署区域与采集参数、工作量对照如表2所示。在采集参数相同的情况下,不同区域形状的未满覆盖区域面积、地震资料面积、满覆盖区域面积与地震资料面积的比值各不相同,布设区域拐点数越少,则地震资料面积、未满覆盖区域面积越小,在未满覆盖区域内部署的炮点、检波点数目越少,提高了勘探能效;反之,布设区域形状拐点数越多(图6b、c),未满覆盖区域面积越大,CMP面元内的平均覆盖次数越低,在未满覆盖区域内需要部署更多的炮点、检波点数,从而降低了勘探能效。其次,在勘探部署区域面积相同的情况下,垂直地震测线方向增加区域面积(图6c),需要增加额外的接收线,使得地震采集的区域边界问题更加突出,在未满覆盖区域面积内需要部署较多的炮点、检波点,勘探能效更低。第三,炮密度差异与拐点没有直接关系,主要差异由纵横向的炮点距(横向炮点距为50m,纵向炮点距为200m)不对称造成的,同时,炮密度的高低间接地反映了勘探能效。

3勘探面积纵横比与采集指标分析

将地震勘探的满覆盖区域分解成面积相同、纵横比不同的矩形(表3),在采集参数相同的情况下,矩形面积的纵横比大于1时,地震资料面积、未满覆盖区域面积逐渐减小,并趋于稳定(地震资料面积在6~7km2之间变化,未满覆盖区域面积在3~4km2之间变化);矩形面积的纵横比小于1时,地震资料面积、未满覆盖区域面积逐渐增大(地震资料面积在7~12km2之间变化,未覆盖区域面积在4~8km2之间变化)。纵横比越小,其差异越明显(图7),为了使勘探区域边界达到满覆盖,在未满覆盖区域面积内需要布设更多的炮点、检波点,会增高成本。因此,对于特定的勘探区域面积,地震采集工程设计应尽量在勘探区域较长边长方向布设测线,减少接收测线的条数,以提高勘探能效。

4勘探区块衔接与采集指标分析

以某油田三维地震勘探为例(图8),A工区和B工区为不同年度施工的相邻三维地震勘探区域,从勘探部署设计及采集参数来看,相邻勘探区域的测线方位角保持一致,且观测方式(8L×8S/360砖墙式)、面元尺寸(15m×30m)、覆盖次数(72次)基本相同。由于在相邻区域的边界处理时没有更多地考虑工程设计的衔接问题,为保证边界满覆盖次数,在未满覆盖区域内各自都布设了炮点、检波点,采用甩道施工,使得重复区域的炮密度增加了一倍(图8a),覆盖次数由A、B工区的72次逐渐过渡到重复区域最高达136次(图8b)。按照上述设计进行地震采集,对于经济、技术一体化的勘探模式存在以下几点不足:首先造成采集成本的直接增加,A工区满覆盖资料面积为201.132km2,设计炮点数为16856炮;B工区满覆盖资料面积为240.000km2,设计炮点数为21480炮。重复面积达91.58km2,以炮密度为56.92炮/km2进行计算,炮点重复5212炮,占A工区总炮点数的30.9%,占B工区总炮点数的24.26%。其次增加的覆盖次数(重复区域)主要在相邻区块的边界,对主体构造的地震资料信噪比没有任何改善[18-19]。第三,尽管重复区域面元内的覆盖次数比设计要高,但受两套观测系统影响,炮点、检波点连通性差,高斯—赛德尔迭代法计算延迟时[19],仍然按照各自的观测系统进行计算,边界效应引起的静校正量误差较大,容易产生不同勘探工区(地震剖面)的闭合问题[20]。

5结论与建议

通过三维地震勘探部署设计与经济指标分析,从勘探部署、地震采集工程设计、勘探经济效率等方面进行综合分析,提出如下建议:(1)从部署区域面积大小与采集能效考虑,地震采集的满覆盖区域面积占地震资料面积的百分比必须提高到60%以上,对于深度在3000m以下的勘探目标层,勘探部署区域面积至少在200km2以上,目标层越深,则勘探部署区域面积应越大,勘探能效越高。(2)勘探部署区域面积尽可能减少拐点数,既有利于提高地震采集能效,又有利于相邻勘探区块的对接。(3)部署区域面积的纵横比为0.7~1.5时,勘探能效较高。三维地震测线尽量沿部署区域的长边方向布设,减少接收线的条数,提高地震采集效率。(4)做好三维地震滚动勘探部署的整体规划设计,保持各相邻区块的衔接方向,在边缘处理时,尽量接纳相邻工区和以往的炮点、检波点数据,一方面减少地震资料的重复采集或消除地震资料的空白区,另一方面降低勘探费用。(5)目前,油田三维地震勘探进入二次滚动开发阶段,以往的三维地震勘探受采集设备、技术的限制,剖面满足不了精细地质解释的要求。在二次勘探设计时,采用部署、技术(采集、处理、解释)、经济一体化的勘探模式,在不增加勘探费用的前提下,通过观测系统的融合来充分利用老地震资料,有利于勘探效率的提高和目标的落实。

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作者:罗岐峰 马立新 张立军 于宝华 吴永国 杨领军 单位:东方地球物理公司青海物探处采集方法研究所

三维地震勘探部署与设计分析责任编辑:杨雪    阅读:人次