VSP地震勘探技术

VSP地震勘探技术宁日亮2014年3月主要内容一、VSP简介二、VSP资料采集三、VSP原理四、VSP资料处理五、VSP资料的应用六、VSP资料野外采集监督VSP（VerticalSeismicProfiling）–垂直地震剖面垂直地震剖面（VSP）技术定义：在地表设置震源激发地震波，在井内安置检波器接收地震波，即在垂直方向观测人工场，然后对所观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。一、VSP简介常规地面地震勘探：检波器地表水平走向摆放井眼VSP地震勘探：检波器井中垂直方向放置垂直地震剖面是相对于常规水平地面地震而言。VSP是在地震测井基础上发展起来的，1980年代前后，国外推广使用VSP，促进了VSP进入实用阶段，主要是零偏移距VSP和非零偏移距VSP。此后出现了一些新的方法，如多震源、多方位和多偏移距VSP，三维VSP、井间VSP、多分量VSP、逆VSP、随钻VSP。VSP技术提供了地下地层结构同测量参数之间最直接的对应关系，可以为地震资料处理解释提供精确的时深转换及速度模型，为地震子波分析提供支持。VSP相对地面地震有以下优点（1）VSP是在井中观测、研究地质剖面的垂直变化，同地面地震勘探相比较，地震波运动学和动力学特征明显。（2）VSP有较高的信躁比。在井中观测，波前扩散、地层的吸收、低速带等波的影响和改造作用小（VSP资料只一次经过表层），波的畸变小，干扰少。（3）地面地震的接收点离要探测的界面远，而垂直地震剖面的接收点就在界面上或界面附近，因而可直接记录到与界面有关的较纯的子波波形；另外，VSP资料只一次经过表层，主频衰减小，有较高的分辨率。（4）地面地震不能记录下行波场，而VSP可同时记录上、下行波，便于对地震波的方向特性进行研究。（5）利用三分量观测，除了纵波之外，还可以接收横波资料，通过定量分析，有利于地层岩性的研究；通过观测质点的运动方向，利用“空间偏振”特性，研究波的性质。（6）从VSP中提取的速度参数、振幅信息、岩性参数等比地面地震容易、真实，有较高的保真度。VSP相对地面地震有以下缺点（1）VSP野外采集远比地面地震采集工艺复杂。它需要井孔、电缆、电缆车、井下检波器安置及重复性好的震源，比地面地震勘探工作环节多且繁琐。（2）最大的缺点是它的测量范围有限。这一点远不能与地面地震太空相比。（3）特殊复杂设计的VSP占用井场时间长，经费开支大。与地面地震相比检波器组合级数少，叠加次数低。VSP野外采集装备包括：井口震源、井下检波器、记录仪器、电缆、参考检波器（近场检波器）二、VSP资料采集（一）、VSP野外采集装备VSP震源类型：炸药震源、可控震源、气枪、电火花等。VSP震源选择的一般原则（1）、VSP所用的震源最好与VSP井旁地面地震剖面所用的震源一致。VSP资料的应用之一就是帮助地面地震资料的解释。当两者所用的震源一致时，同样的震源子波表现出的反射特征也是一样，这就容易实现地表资料和VSP资料的统一解释。很多情况下，VSP的震源不可能与地表地震剖面所用震源一致，这时只有通过资料处理，例如子波互等化反褶积等使两者子波等价。（2）、VSP各次激发的震源子波应具有高度的一致性和重复性。为了以较小的深度间隔在整个井或一段井上进行观测，就需要在地表同一位置激发数十次到数百次。这些多次激发，先后在各个深度观测，最后拼成的VSP地震记录，只有当震源子波互相一致时才便于对比。1、VSP震源（3）、VSP震源输出的强度应该适中。垂直地震剖面的下行波通常比上行波强的多。但是VSP资料的大部分应用都涉及到对这些上行波的分析和解释。除此之外，随着震源强度的增加，浅部交混回响也明显增加，因而引起下行波数目增多和振幅增强，上行波被这些下行波“淹没”所带来的坏处或许比上行波本身能量增强的影响更大，因此应该选择适中的震源为宜。注：但应具有足够的为测量地下地质目标层所需的能量。（4）、激发频谱应尽可能的宽，以便提高分辨率。除此之外，激发的干扰波能量应该相对较小或者易与压制。注：海上气枪激发应考虑“气泡效应”，可采用组合枪阵激发。2、接收检波器（1）参考检波器（近场检波器）：用于子波处理及监视震源子波。要求它尽可能与井中检波器的性能相同。（2）井下检波器：井下检波器是VSP工作中的关键设备，用于接收VSP资料。（3）为了提高施工效率，一次激发，井下多个检波器（按一定间隔排列）同时接收。这样每上提一次电缆，空间移动距离加大。BA-1300GM3-C,gimballed,hightemp.Single-LevelReceiver(SLR)—单级BA99212ooMulti-LevelReceiver(MLR)—多级1Level(SLR)5Level(MLR)9or13Level(MLR)SampleRate:1/4,1/2,1,2msTemperatureRating:200CPressureRating:20,000psiMax.WirelineLength30,000ft.15&20mInterconnects井下检波器应具条件：（1）两端呈流线型尖端—避免管道波产生；（2）直径要小—避免井筒波，适应性更强；（3)配备可伸张的推靠臂—便于检波器在井中移动；保证与井壁具有良好的耦合；避免电缆波的产生。耦合形式有弓型弹簧耦合、伸张臂式和推靠式耦合；耦合力来源有液压型、电动型和机械型；(4)长度短、重量轻—既达到同相运动又不致于引起外部耦合效应；(5)三分量检波器的分量应可标定—便于根据不同目标选择向量分布方式；(6)具有方位测量系统—由于电缆的旋转，导致井下检波器方位的变化，必须用定向系统作标定;(7)三分量检波器应具各自的放大系统—设计有可调增益的前置放大器，便于接收强弱不均的地震信号；(8)耐高温高压—温度高达2000C，压力高达150MPa；(9)配备井下数字化系统和多道检波系统—便于一根缆芯多路传输，提高工作效率；(10)具有可靠的连接头—井下检波器与电缆间的可靠连接。为了恰当地记录VSP资料，用于VSP的地面记录系统应着重考虑下面两个技术参数：仪器的分辨率和仪器的动态增益范围。（1）仪器的分辨率这里指的是记录信号所用的二进制位数。当位数太少时，可能使信号的细致特征丧失，出现所谓的“剪平”现象。对于VSP，一般要求至少12位以上二进制数字化，目前大多采用24位。（2）仪器增益与动态范围：在VSP信号记录中包括井下仪器增益和地面仪器增益两类。井下仪器增益是固定增益，常在井下仪器控制面板上调节，其最大可调节范围应达40或50分贝，目的是使馈送到电缆中的信号电平适中，在浅深度记录时，不会因为直达波能量特别强而超格。地面记录仪器增益是动态增益，其动态范围应大于或等于54分贝，有能力保存强直达波后面的弱同相轴。（3）仪器低截的应用。应用原则，当高频信号高于仪器瞬时动态范围的限制（即第二死亡线）时才需考虑用低截前置放大器平衡高低频信号。应用效果，应用仪器低截可以使野外地震记录上突出高频，高频背景出现越靠后说明得到的高频能量越强。因此在野外不需要对记录作分频扫描就可以很直观地对地震记录作出评价。使用的低截越高，高频背景出现的越靠后说明得到的高频成份越高。应用仪器低截可以突出记录上的缺陷，如感应、微震干扰等，便于现场及时排除。（4）现场监视系统—监控采集质量。3、VSP记录仪器（二）、VSP采集自身产生的干扰波VSP采集时产生的干扰波：电缆波、套管波、井筒波、井下仪器耦合不良的噪声和其他噪声等。1、井筒波（管道波）充满泥浆的井柱流体（套管与围岩之间）与围岩形成一个明显的波阻抗界面，由震源产生的面波传播到此界面时，好象一个新的震源，产生了沿井柱流体传播的波。井筒波的基本特征：强度高，振幅不随深度衰减；频谱宽，在高频范围内观测时，沿流体柱方向有波散；速度低（1400-1460），在记录上与横波记录区重叠；可以有入射、反射等多种类型。几种压制方法：降低液面高度，增加震源偏离观测井的距离，压制高频低速波等。2、电缆波:电缆振动引起检波器振动电缆波是一种因电缆振动引起的噪声。电缆波的速度与电缆结构有关。电缆波在记录浅部可以成为初至波，如果错误的将电缆波识别为下行直达波，会使速度分析的结果弄错。电缆波也可以是续至波，在VSP记录上它将掩盖正常的地层反射。引起电缆振动的原因包括：地表井场附近的机械振动；风摇动井架；地滚波扫过井口等。通常的办法是：先把井下检波器组牢靠的推靠在井壁上，而后放松电缆观测，一般松缆长2-4米。当检波器没有推靠在井壁上时，电缆波会成为初至波的情况，推靠以后这种电缆波就会消失；当检波器推靠以后，但是没有松缆，电缆波容易在续至波中出现。3、套管波:沿套管传播的波套管波是套管和地层胶结不良而引起的一种干扰。当套管与井壁胶结良好时，下行波波形特征没有没有明显的变化，上行反射波可以清晰地辨别。当套管之间或套管与地层之间没有胶结或胶结不良时，这些多层套管将引起高振幅的鸣震（振幅变化异常）。上部胶结良好的单层套管和下部是裸眼井段，其下行子波波形以及信噪比特征从浅到深都是一致的，不因是否裸眼井段而明显变化。4、井下仪器与地层耦合不良引起的噪声5、其它方面引起的噪声（1）交流电感应这是由高压输电线路和井场发电机对VSP观测回路引起的感应而产生的。在记录上表现为固定周期的连续背景。野外采集时，利用电子滤波器或者处理时采用数字滤波可以很好的消除这类噪声。（2）柴油机等机械振动柴油机和空气压缩机强烈的震动，引起钻井井台振动，也会使记录上产生一种连续的背景，他们出现在震源激发开始时刻之前或之后，如果设备离井台稍远，噪声会明显减弱。（3）随机振动。VSP原始Z分量记录显示下行直达波井筒波井筒波上行一次波下行多次波上行多次波检波器与井壁耦合不好造成的干扰套管波（三）、VSP观测系统选择VSP观测系统象选择地表剖面观测系统一样，要根据调查地区的地质结构和所要解决的问题来确定。根据VSP观测系统的主要特点可分为以下几类：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。激发点与井口的水平距离d小于150米的称之为零偏井源距VSP。所谓的观测系统是指炮点与接收点的相对位置关系.每激发一次井下检波器由井底向上提升一次。零井源距观测系统的作用：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。零偏井源距的选取应满足：零偏井源距≤观测井深/20(1)零井源距观测系统（零偏）d(2)固定非零井源距观测系统（非零偏）激发点与井口的水平距离d较大（大于150米）的称之为非零偏井源距VSP。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。dGeophoneWESTERNATLASWESTERNATLASWESTERNATLASWESTERNATLASSourceRecordingWirelineSourceSource(3)WalkawayVSP观测系统—变井源距边走边测变(移动)井源距观测系统有两类：(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，而震源则以一定的间距向远方(观测井的一边或两边)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。(4)斜井VSP观测系统斜井VSP观测系统比直井的复杂，除了观测系统设计和计算处理归位的难度大外，还要考虑检波器安置及防止电缆磨损等施工中的具体技术。(如图)(5)3DVSP观测系统3DVSP三维观测系统是指