疊前地震保真高分辨率處理技術在西南某地頁巖氣微幅裂縫中的應用實踐

徐明華,付建元,何良盛

(中國石油 川慶鉆探工程公司地質勘探開發研究院,成都 610056)

0 引言

研究區頁巖氣區塊位于川西南古中斜坡低陡褶帶,西北高東南低,屬深水陸棚相沉積。區塊內龍馬溪組頁巖儲層分布穩定、厚度大,頁巖儲層品質優、參數好,保存條件較好;目標層龍一11小層的層理極其發育且厚度薄,導致優質儲層鉆遇率偏低;水平井的靶窗小(3 m～8 m)且橫向變化大,井眼軌跡控制難度大;龍馬溪組地層雖然無大型斷層,但存在地層上傾、小斷層等異常地質構造,地質導向鉆井隨鉆測井解釋結果與前期地震資料存在差異,造成井眼軌跡頻繁調整,易造成脫靶,且還存在套變等異常工程問題。因此,迫切需要保真高分辨率地震數據進行薄層精細解釋、儲層精細描述、天然裂縫預測等,為水平井軌跡設計、鉆井地質導向等工程服務[1-5]。目前針對頁巖氣地震資料處理沒有特殊的手段和流程,更強調是OVT域偏移,更多注重構造恢復及裂縫響應,本次研究注重于在常規處理基礎上保真保幅提高地震資料分辨率。

1 原地震數據存在的主要問題

研究區巖氣區塊目前的地震數據主頻低、帶寬窄(目的層主頻25 Hz),地震分辨率難以滿足薄層精細解釋、裂縫識別和儲層甜點預測的要求;同時CRP道集數據還存在著振幅異常、剩余時差、剩余多次波等問題[6-9]。

1.1 原偏移地震數據分辨率較低

總體來看,原偏移地震數據品質較好,頻率信息豐富,有效高頻達到80 Hz以上。由于地層吸收作用,地震子波在傳播過程中高頻衰減較大,根據褶積模型原理,地震信號是反射系數頻譜同子波頻譜的乘積,導致地震信號高頻成分被壓制,但目的層分辨率較低,目的層基本上包含在一個同相軸內,不能區分頁巖氣小層,難以滿足小層解釋和精細儲層描述的要求(圖1)。亟需在保真相對保幅的前提下提升地震子波高頻成分,提高地震數據的分辨率。

從頻譜特征上看(圖2),原偏移道集疊加,主頻20 Hz～25 Hz左右,有效地震頻帶較寬,但受數據中包含的地震子波影響,高頻振幅能量較弱,影響了地震資料的分辨率,這也為高分辨率處理提供了很大的潛力。

圖2 原偏移道集疊加目的層頻譜

1.2 道集存在較大剩余時差及振幅異常

原偏移疊前道集受偏移速度精度和地層各向異性影響普遍存在 15 ms剩余動校正時差(圖3),導致同相軸非同相疊加,破壞了地震資料的疊加關系(如波峰同波谷疊加),影響著地震資料的疊加效果。同時原偏移疊前道集受采集覆蓋次數不均勻影響,存在AVA振幅異常,圖3中箭頭指示位置,AVA振幅呈現“紡錘狀”異常。另外,原偏移疊前道集在處理中使用拉東變換壓制多次波,對近道小傾角多次波效果不理想,導致還存在剩余多次波。

圖3 原處理的偏移道集

2 疊前保真高分辨率地震處理關鍵技術

針對研究區頁巖氣目的層儲層薄、響應特征不清的難題,利用保真高分辨率地震處理技術,提高疊前地震道集的分辨率、信噪比、保真度和儲層預測的精度及可靠性[10-14]。保真高分辨率地震處理技術核心技術包括疊前譜藍化頻譜校準技術(提高疊前地震道集分辨率)、AVA(Amplitude Variation with Incident Angle)振幅校準技術(提高道集的保真度)、道集剩余噪音衰減技術(提高道集信噪比)、剩余時差校正技術(提高道集的保真度)、疊前剩余多次波壓制技術(提高道集的保真度)和井震對比、定量質控技術(提高道集的可靠性)等。該套技術(圖4)能夠系統地解決研究區頁巖氣儲層預測中存在的一系列地震問題,提高疊前地震道集的分辨率、信噪比、保真度和儲層預測的精度及可靠性。與常規處理相比,重點在于頻譜、振幅校準技術,與井資料對比質控。

圖4 疊前保真高分辨率處理技術流程

2.1 道集保頻噪音壓制技術

從褶積模型s(t)=r(t)*w(t)+n(t)公式可以看出,道集中存在噪聲時,會影響道集提頻處理效果,需要進行疊前道集去噪處理。筆者采用道集內相干方法進行去噪,不降低橫向分辨率,去噪的同時注重保護高頻信息。同道間去噪如超道集去噪等方法不同,道內去噪不降低橫向分辨率;如果道集沒有對齊,道內去噪也損害高頻信息,在去噪前拉平道集,并采用分頻去噪方法保護高頻。從圖5可知,去除的噪聲主要是隨機噪音,去噪后道集信噪比明顯高于輸入道集。

圖5 道集去噪前后及噪音剖面對比

2.2 譜藍化頻譜校準處理技術

Walden等[15]認為反射系數序列頻譜的整體趨勢應該是偏藍的,即頻率越高,振幅越強,具有該特征的頻譜稱為“藍譜”。Blache-Fraser和Barnse等[16-17]提出譜藍化技術可以提高疊后地震資料的分辨率,這一方法被稱為“疊后譜藍化”提頻技術。受“疊后譜藍化”提頻技術的啟發,筆者開發了“疊前譜藍化頻譜校準技術”。疊前譜藍化頻譜校正技術的基本思路為:測井曲線計算的反射系數頻譜特征表明頻率與振幅為正相關(圖6),表現出的是“藍譜”特征,即更高的頻率對應更高的能量。疊前譜藍化頻譜校正技術正是以測井頻譜趨勢為基礎,恢復地震數據中嚴重衰減的高頻部分,利用處理后地震數據與測井數據中的反射系數相匹配,從而提高原始地震的分辨率及與井之間的相關度,為疊前彈性參數反演提供高分辨率、高信噪比、高保真度的疊前道集。

圖6 測井反射系數帶通頻譜

譜藍化頻譜校準采用疊前自適應子波反褶積,在地震有效頻帶范圍內優化地震頻譜,避免產生假頻,提高分辨率,同時保護低頻信息,提高地震垂向分辨率及井震對比相關系數。

譜藍化頻譜校準參數較多,包括目標頻帶范圍、反褶積因子長度、有效頻帶門檻、低頻保護頻帶、頻率隨時間變化Q等,手工調參很難確定參數。采用超參數自動優化方法,如圖11所示,以高分辨率井震對比相關系數為目標,通過萬次自動調參,得到優化后的處理參數組合。

從圖7可知,輸入道集頻譜(紅色)與正演模型頻譜(黑色)不一致,高頻部分有待改善;從圖7(e)可知,譜藍化校準后頻譜(紅色)與正演模型頻譜(黑色)及趨勢基本一致;從圖7(f)可知,高頻部分得到提高,與正演模型頻譜趨勢吻合。譜藍化校準提高了地震分辨率,主頻由22 Hz提高到60 Hz,同時,井震關系更加吻合,全井段井震相關系數從0.70 提高到0.86,說明本文方法是可靠的。

圖7 譜藍化校準分辨率提高情況

2.3 道集剩余時差校正

在地震數據處理中,疊加處理是一種有效的去噪方法。但在實際地震數據處理中,由于動校正速度是基于平層假設的NMO算法,而且是離散點的插值速度,難以精確計算。此外,當地震射線路徑中存在非均勻體時,甚至疊前時間偏移算法都不能獲得拉平的道集。因此在動校正后的資料上都會存在一定的剩余動校正量,在做同相疊加時會降低疊加剖面的分辨率。將道集中各道同近道進行相關計算剩余時差計算,相關窗口等處理參數采用超參數自動優化方法確定(圖11),并用計算的剩余時差對道集數據進行拉平校正處理,同相軸拉平的同時,確保沒有拉伸畸變。由圖8可見,拉平后道集能量聚焦,校正量合理無畸變。

圖8 剩余動校正處理效果

2.4 AVA振幅背景校準

在常規處理流程的基礎上,結合測井巖石物理分析結果,利用正演模型振幅背景趨勢進行振幅校準。即首先進行道集正演模型制作,并計算振幅背景曲線;再計算各道集的振幅背景曲線,并同模型振幅背景曲線進行比較,求取校正系數,進行AVA振幅校正。AVA振幅校正解決斷層陰影、淺層異常等引起的振幅問題。校準后的數據振幅背景趨勢與正演模型一致,突出巖性流體異常的反射特征,滿足疊前反演需求。

本工區目前沒有橫波測井數據,6口關鍵井采樣巖石物理模型估算橫波,進行正演道集,振幅背景趨勢基本相同,這同工區范圍內的目的層的地質背景是一致的。估算橫波具有一定的不確定性,建議采集橫波測井數據進行振幅校正。

圖9為道集AVA振幅背景校準過程,從圖9(d)可知,輸入道集振幅趨勢(紅色)與正演模型振幅趨勢(黑色)不一致;由圖9(f)可知,疊前振幅校正后振幅趨勢(紅色)與正演模型振幅趨勢(黑色)一致。

圖9 AVA疊前振幅校正技術

3 應用效果分析

3.1 頻譜特征分析

對目的層段資料進行頻譜分析,檢查振幅譜的頻寬和低頻保護結果,同時注意頻譜的合理性。圖10是新、老地震目的層段的頻譜對比。從最終成果的目的層段的頻譜對比可以看出:新資料低頻保護較好,主頻提高,有效頻帶得到了很大的拓寬,而且處理后的頻譜趨勢同測井反射系數頻譜一致呈藍譜趨勢,說明地震子波相當于零相位帶通子波,處理后的地震剖面更接近地層反射系數剖面。

圖10 保真高分辨率處理前后地震頻譜比較

通過分析,保真高分辨率處理的地震資料實現了頻譜在空間上一致性,同時更接近于實測的鉆井資料。頻譜分析表明保真高分辨率地震優勢頻帶為5 Hz～85 Hz,主頻為55 Hz左右。

3.2 井震對比相關系數分析

在處理過程中每個環節都采用與井對比定量質控的方法開展分析,圖11是保真高分辨率處理過程中參數自動調優與定量質控界面,可以實現相關系數最優。

圖11 保真高分辨率地震處理流程優化和處理參數優選

表1為對比質控表,在每個步驟,相關系數得到逐步提高,從原資料的0.757提高到0.884,提高了16.8%。

表1 處理過程井震相關系數定量質控表

3.3 頻譜掃描分析

對目的層段保真高分辨率地震資料進行頻譜掃描(圖12),頻帶范圍依次為0 Hz～200 Hz(全頻帶)、15 Hz～200 Hz、35 Hz～200 Hz、55 Hz～200 Hz、75 Hz～200 Hz、95 Hz～200 Hz、115 Hz～200 Hz、135 Hz～200 Hz、155 Hz～200 Hz、175 Hz～250 Hz、195 Hz～250 Hz和215 Hz～250 Hz。從圖12中可以看出,135 Hz以上仍然有有效地震信號,150 Hz以上基本為噪音,表明研究區保真高分辨率地震有效頻率高達140 Hz左右,這在國內、外實際地震數據中是十分罕見的,說明研究區三維地震無論在采集、偏移處理、還是保真高分辨率處理,都做到了非常精細。

圖12 保真高分辨率地震疊加頻率掃描質控

3.4 疊加剖面評價

圖13是過W204井剖面保真高分辨率處理前后比較,表明保真高分辨率處理后不僅分辨率得到很大提高,主頻由25 Hz提高到55 Hz,提高了1.2倍,而且保真度也有較大提升,井震相關系數由原來的0.752提高到0.920,提高了22%左右。保真高分辨率處理的資料縱向薄互層刻畫更精細、分辨能力更強;橫向上低頻得到保護,小微斷層、尖滅點更加清晰,地質信息更加豐富。

圖13 過W204井剖面保真高分辨率處理前后比較

3.5 龍馬溪組微幅斷裂檢測效果

通過對原始偏移數據和保真高分辨率處理數據進行參數一致的微幅裂縫檢測,提取龍11層段的平均屬性值得到兩種數據的平面分布圖(圖14和圖15),新資料裂縫明顯較老資料多,圖15中38口水平井均是測試產量大于20×104m3/d,工程和地質分析表明水平井高產主要與裂縫發育強度密切相關,鉆井和壓裂證實這些井裂縫發育,從裂縫預測成果分析老資料吻合率只有73%,新資料吻合率到達95%,說明新處理的高分辨率數據裂縫異常探測效果優于原始資料,老資料對裂縫異常大于0.4以上反映明顯,而新資料不但對0.4以上得裂縫異常反映明顯,并對次一級的裂縫異常0.2～0.3的反映也明顯。2021年通過新資料在北部部署的42平臺、45平臺等平臺,經鉆井證實為高產帶,打開了北部開發的空間,為研究區頁巖氣持續高效開發提供可靠的資料。

圖14 原偏移地震L11層段微幅裂縫檢測平面圖

圖15 保真高分辨率地震L11層段微幅裂縫檢測平面圖

4 結論與認識

1)筆者展開保真高分辨率地震處理技術研究,有效地提高了工區地震資料的分辨率,解決了薄層識別不清,地層尖滅點位置不清晰等問題。進一步,通過總結提煉,形成了一套研究區頁巖氣高分辨率高保真度的地震處理技術體系,為其高效開發提供了更加優質的地震數據基礎。

2)針對研究區頁巖氣儲層特點和開發需求,優化設計了保真高分辨率處理關鍵技術流程。包括:道集正演模型;井震對比、定量質控;射線角道集轉換;道集剩余噪音壓制;道集相位校準;譜藍化校正提頻;剩時差校正;剩余多次波壓制;AVA振幅背景校準;處理參數優化。形成了針對其儲層的高分辨率、高保真度地震處理技術體系。有效提高了地震分辨率、井震相關系、資料信噪比,提升了地震數據可靠性和可信度,改善了成像質量、AVA處理結果。滿足疊前反演和甜點預測的要求,有助于預測頁巖氣藏的空間分布,進而提高頁巖氣藏評價精度。

3)當前常規處理普遍存在類似的地震問題,通過高精度高分辨率處理,地震數據大有潛力可挖,這也是隨著地質勘探要求的提高,地震勘探處理技術手段也必須創新完善,既節省投資,又提高勘探開發的效率,是值得推廣的一項地震處理技術。