井控能量補償文獻調(diào)研

1、疊前處理部分：目前，將井資料與地震數(shù)據(jù)結(jié)合，來提高地面地震數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量的方法大都基于疊后地震數(shù)據(jù)來開展，具體包括井(VSP)控的Q補償方法，井(聲波、密度)約束的脈沖反褶積方法，井(聲波)約束的小波變換提高分辨率方法，井約束的零相位化處理等。國內(nèi)文獻調(diào)研：1井約束的能量補償方法研究1.1 球面擴散補償?shù)卣鸩ㄔ诘叵陆橘|(zhì)中傳播時，由于球面擴散和地層吸收衰減，振幅減弱，在地震資料處理中，須對其進行補償，這是地震數(shù)據(jù)處理中的必要工作。真振幅恢復(fù)是從地面檢波器記錄到的振幅中消除波前擴散的影響，使其恢復(fù)到僅與地下反射界面的反射系數(shù)大小有關(guān)的真振幅值。真振幅的恢復(fù)是基于球面波傳播假設(shè)，利用時變增益進行恢復(fù)

2、， 即： （1）其中：a為球面擴散因子，t為記錄時間，t0為每個記錄道的初至?xí)r間?？紤]到球面擴散和透射損失，利用指數(shù)增益可以模擬球面波場。井控處理真振幅恢復(fù)的方法是：用零井源距VSP資料求取球面擴散補償因子（Tar因子），然后對地震資料進行真振幅恢復(fù)。圖1 (a)球面擴散補償前單炮記錄 (b)球面擴散補償后單炮記錄如圖1所示，應(yīng)用該方法后淺、中、深層均得到較好的補償，低、中、高頻能量總體均衡。1.2 Q補償方法地震波在地下介質(zhì)中傳播時，由于球面擴散和地層吸收衰減，振幅減弱。球面擴散補償是根據(jù)經(jīng)驗和試驗給定補償參數(shù)，地層衰減的補償則是利用疊加(或偏移)速度進行轉(zhuǎn)換，得到Q補償參數(shù)，這樣補償精度取

3、決于處理人員的經(jīng)驗和疊加速度的精度。利用井(VSP)資料求取Q補償因子，并在獲得的Q值附近進行掃描，然后將做過不同Q補償?shù)钠破拭媾c井資料進行匹配分析，最終獲得精確的Q值。這樣的井控地震處理技術(shù)最大程度地利用已有井的測井或 VSP等資料，將井點數(shù)據(jù)和地面地震數(shù)據(jù)進行匹配，從而生成一系列的匹配屬性(包括基于頻率的可信度、可預(yù)測度、測井資料的固有子波和地震子波的傳遞函數(shù)、零相位算子等等)，然后用這些屬性來檢驗地震資料與井資料的匹配程度以達到最佳匹配，最終便可得到高保真、高分辨率的地震資料。VSP采集到的下行波場數(shù)據(jù)是進行Q分析的理想數(shù)據(jù)。一般情況下，我們選取一定長度的時窗 (一般包含直達縱波即可)

4、，利用速度濾波提取下行直達縱波，然后對時窗內(nèi)的直達縱波數(shù)據(jù)進行Q分析，利用譜比法來計算Q值。具體來說是針對某頻率范圍內(nèi)的VSP數(shù)據(jù)，分析頻率隨深度的變化，從而得到一系列不同深度點的 Q值，然后統(tǒng)計出一個全局Q值作為該深度段的Q值。假設(shè)VSP記錄中某深度層段，有兩個時間點t1和t2，這兩點位置分別做短時傅里葉變換，得到兩點的振幅譜，S1(w)，S2 (w)，有： （2）對q() 做直線擬合，求取斜率可得： （3）就是底層等效吸收系數(shù)，t2-t1為選取的兩個時段的中心時間差，因此進一步可以求得品質(zhì)因子： （4）在分析Q值的過程中，我們一方面利用 VSP資料來估計井眼周圍的Q因子，同時也利用了地面地

5、震資料在VSP資料提取出的Q值附近掃描，并將以不同Q補償?shù)玫降钠破拭媾c井資料(VSP )進行匹配分析，達到最佳匹配的就是精確的Q值。關(guān)于Q值的可預(yù)測度、可信度及匹配度分別定義如下:可預(yù)測度P定義： （5）其中為某一定義的時窗范圍內(nèi)的井數(shù)據(jù)的自相關(guān)，為某一定義的時窗范圍內(nèi)地震資料的自相關(guān)。為井數(shù)據(jù)和地震資料的互相關(guān)?？尚哦榷x： （6）匹配度定義： （7）其中為地震數(shù)據(jù)和子波的褶積，為井數(shù)據(jù)和子波的褶積。對于以上所定義的可預(yù)測度、可信度及匹配度，其值越大，則表示相應(yīng)的Q值越佳。Q補償即反Q濾波是基于波場延拓理論進行的，表達式如下： （9） （10）式中：U（T，）為合成信號廣義S變換的時頻譜；

6、u（T+T）為廣義S變換的反變換。圖2 Q補償前(左)與Q補償后(右)的疊前時間偏移剖面對比從Q補償前與Q補償后的疊前時間偏移對比結(jié)果可以看出(如圖2)，補償后比補償前的疊前時間偏移剖面在信噪比和分辨率方面有了較大程度的提高，同相軸變得豐富。1.3井約束小波變換提高分辨率地震資料分辨率的降低是由于地層對其中傳播的地震波的吸收所致。地層的吸收作用一方面表現(xiàn)為能量隨傳播時間衰減，另一方面由于吸收頻率的選擇性，表現(xiàn)為由于波形的延長而導(dǎo)致記錄分辨率的降低。而且由于地層巖性的變化、吸收頻率的選擇性不一致，使記錄在各時間的分辨率也不同。在真振幅恢復(fù)中，雖然能量隨時間的衰減已得到了某種補償，但是依賴頻率的衰

7、減依然存在。小波變換是尺度因子a和時移因子b的二元函數(shù)。即a與頻率相對應(yīng),b與時間相對應(yīng),因此可以把小波變換看成頻率和時間的二元函數(shù),這就為我們在小波變換域內(nèi)按不同的時間對衰減了的頻率進行補償提供了思路。根據(jù)測井數(shù)據(jù)綜合分析知：由于實際地層的反射系數(shù)隨頻率增高，因而振幅能量呈線性增強趨勢，在小波變換域按這一規(guī)律對實際記錄進行處理，可以提高分辨率。圖3 聲波測井曲線（a），該測井曲線的反射系數(shù)（b），該測井曲線30Hz合成記錄（c），該測井曲線50Hz合成記錄（d），經(jīng)小波變換處理后提高分辨率的結(jié)果（e）圖3是理論聲波測井曲線經(jīng)小波變換處理后提高分辨率的結(jié)果與50Hz的合成記錄與經(jīng)小波變換處理提

8、高分辨率后的記錄相比十分相近，只是在某些細節(jié)上略有差異,但從總體上看,已經(jīng)吻合得很好了。這樣就可以利用井合成記錄取得小波處理參數(shù),進而將其應(yīng)用于地震剖面處理中。為了將主頻為40Hz的地震剖面經(jīng)小波變換處理后，主頻提高60Hz，要先對井聲波曲線進行一系列處理；為了做到這一點，首先在井合成記錄上取得合理的處理參數(shù)，然后將該參數(shù)應(yīng)用于地震剖面中，便得到了提高分辨率處理后的剖面，如圖4所示。圖4（a）二維測線與40Hz合成記錄的對比圖圖4（b）經(jīng)小波變換處理后分辨率增加的結(jié)果與60Hz合成記錄的對比圖 從圖可以看出，地震剖面與井合成記錄吻合的相當好，從而進一步說明，在井聲波測井曲線的約束下，經(jīng)小波變換

9、處理后地震剖面的增幅可以得到合理的控制，使處理結(jié)果的可信度大大增加。1.4 基于EMD分解的地震數(shù)據(jù)自動增益方法希爾伯特-黃變換( HHT) 是由Huang 等于1998年提出的，其核心思想是將時間序列資料通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解( EMD) 分解成數(shù)個固有模態(tài)函數(shù)( IMF)，然后利用希爾伯特變換構(gòu)造解析信號，得出資料的瞬時頻率和振幅， 進而得到希爾伯特譜。地震波在非完全彈性介質(zhì)( 巖性介質(zhì)) 內(nèi)從激發(fā)點向外傳播時， 將引起地震波的球面發(fā)散和吸收衰減。常規(guī)處理軟件是通過時間域振幅衰減分析和頻譜域振幅分析來近似描述實際球面發(fā)散與吸收衰減特性， 但該類分析方法只能提供隨時間或頻率變化的振幅衰減特性。這種

10、單一的時間域、頻率域分析難以給出實際大地球面發(fā)散與吸收衰減的整體直觀信息， 加之近地表干擾波的影響及單道、單時窗計算中的誤差， 使得難以達到分析球面發(fā)散與吸收衰減函數(shù)的目的。從已發(fā)表的文章和實際應(yīng)用分析軟件來看， 至今仍沒有見到十分有效的從地面采集地震數(shù)據(jù)求取球面發(fā)散與吸收衰減的分析方法。HHT振幅頻率恢復(fù)處理技術(shù)從實際地震數(shù)據(jù)本身出發(fā)，從多尺度時頻域角度， 在多道統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上得到實際反射波的球面發(fā)散與吸收衰減的相對變化特性。以實際地震數(shù)據(jù)作為驅(qū)動， 避免了以往常規(guī)思路中由于地下介質(zhì)特性未知， 振幅補償結(jié)果人為因素影響較大的問題， 從思路上來說是一個創(chuàng)新。HHT能量補償?shù)幕舅枷胧窍葘π盘?/p>

11、進行EMD分解，然后就可以對不同尺度的地震記錄進行補償，然后再重構(gòu)， 從而實現(xiàn)對地震記錄振幅頻率的恢復(fù)補償。圖5 HHT振幅頻率恢復(fù)處理前后結(jié)果對比圖5是HHT振幅頻率恢復(fù)技術(shù)處理前后剖面的比較，處理后數(shù)據(jù)頻帶展寬( 有效頻帶范圍從處理前的8 25Hz展寬到處理后的845Hz) ，薄層反射突出，地層接觸關(guān)系清楚，處理前剖面上的一些低頻噪音經(jīng)HHT振幅頻率恢復(fù)處理后，隨著地震信號高頻反射信號的恢復(fù)，低頻噪音相對得到了壓制，處理后剖面信噪比得到了提高。2.井約束的零相位化處理地震記錄可用地震子波和反射系數(shù)序列的褶積來描述，而反射系數(shù)是地層固有的特性，可以通過測井資料得到比較精確的表達；地震子波則是

12、提高地震資料分辨率需要考慮的主要因素。在相同帶寬條件下，相對最小相位子波而言，零相位子波的旁瓣最小，能量最集中，具有較高的分辨率。此外，其峰值時間就是反射波的到達時間，是地震資料解釋中不可缺少的參數(shù)。井約束的零相位化處理思路如下：首先用零相位雷克子波與聲波測井數(shù)據(jù)(地震反射系數(shù)序列)進行褶積，產(chǎn)生零相位合成記錄，其中雷克子波主頻由井旁地震數(shù)據(jù)頻譜分析得到。然后在Landmark解釋系統(tǒng)中將該合成記錄進行相位旋轉(zhuǎn)掃描，與經(jīng)過+90°相位旋轉(zhuǎn)后的實際地震數(shù)據(jù)進行匹配。最后，在最大相似度時，求取剩余的相位角。具體的處理流程見圖4所示。圖6零相位化處理流程圖這套流程還有很多需要改進和完善的地

13、方：（1）在實際處理中，我們用零相位雷克子波取代實際的地震子波生成合成記錄。實際上，子波在各道之間是變化的，而且是旅行時間函數(shù)，用雷克子波來取代是近似的，可以考慮針對井旁數(shù)據(jù)的某個層位提取平均子波，保證子波具有較好的穩(wěn)定性。（2）在這套處理流程里，我們利用互相關(guān)求最大相似度的方法來確定剩余相位角，其精度不是很高。若應(yīng)用匹配濾波技術(shù)，可以更精確地提供相位差異信息。（3）現(xiàn)有的一些處理軟件在求取匹配算子時，同時可提供零相位合成記錄和實際地震記錄之間的時移、相移等信息，可將其用于資料的分析，并對最終的零相位化結(jié)果進行驗證。3. 井約束脈沖反褶積方法由于地震資料的高頻段能量弱并且受噪聲影響嚴重，單純的

14、依靠地震的高頻信息進行反褶積容易在提高地震資料分辨率的同時降低資料的信噪比，不利于薄儲層的解釋和儲存預(yù)測。測井信息作為地震資料的重要補充部分，提供了真實的高頻反射系數(shù)。引入測井中的高頻信息，確保了高頻信息的真實性，改進常規(guī)反褶積方法，具體原理如下。常規(guī)的雙邊最小平方反褶積方程， 根據(jù)誤差平方和最小的原則， 將子波 w( t) 壓縮為尖脈沖，求取反子波： （11）式中，m為采樣點數(shù)，子波和反子波。引入井中反射系數(shù)r(t)對方法進行改進。根據(jù)誤差平方和最小的原則， 將地震記錄X(t)壓縮為反射系數(shù)R(t)， 求取反子波a(t)。上式變?yōu)椋?（12）式中，為地震記錄，為反子波。反射系數(shù)為。由此可推導(dǎo)

15、出反子波的計算公式如下： （13）用反褶積算子與地震記錄褶積從而得到反褶積輸出結(jié)果。由圖7看出反褶積后過井剖面分辨率明顯提高，信息更加豐富、細節(jié)更加突出，從頻譜上看，主頻提高，頻帶變寬。 （a）反褶積前過井剖面及頻譜 （b）反褶積后過井剖面及頻譜圖7 反褶積前后過井剖面及頻譜國外文獻調(diào)研：Near-surface High-frequency Absorption Compensation in Alluvial PlainQinghui Cui*,Yongjun Rui ,and Xinmin Shang, Shengli GRI Sinopec（2011 SEG年會）由松散沉積的淤泥形成的

16、沖積平原，其近地表地震波能量衰減嚴重，特別是它的高頻部分，高頻能量補償成為提高地震資料分辨率的重要的方法。為了消除近地表地震波衰減，提出了一種粘彈性波動方程延拓。首先，我們建立一個近地表數(shù)學(xué)模型，再加上近地表Q值和速度模型，然后利用粘彈性波方程延拓，把接收的地震波信號延伸到高速層頂部。第一步是從微測井數(shù)據(jù)中計算近地表品質(zhì)因子Q和P波速度v，這個決定了近地表數(shù)學(xué)模型以及Q和v之間的關(guān)系，然后利用微測井約束層析方法計算近地表全局區(qū)域P波的速度，最后用相移加插值算法進行波場延拓。流程圖如下：圖1 基于粘彈性波動方程延拓的近地表高頻衰減補償方法流程圖Kjartansson提出的粘彈性介質(zhì)模型指出，Q因

17、子與頻率的關(guān)系，當頻率小于某一值時，速度和Q因子可以描述為： （1）目前，主要有兩種近地表Q反演的方法，一個是利用微測井數(shù)據(jù)在井位置處進行Q反演，然后利用空間解釋求取整個區(qū)域的Q值，另一種方法是利用地震反射記錄的初至波直接反演。前者不精確，后者不夠穩(wěn)定，兩種方法都不太能得到令人滿意的結(jié)果。品質(zhì)因子與速度之間有非常緊密的聯(lián)系，可以通過分析所有的微測井數(shù)據(jù)對整個區(qū)域求取一個統(tǒng)一的公式：， （2） 其中a,b,c,d是常數(shù)。頻移加插值算法用于波動方程延拓，該算法是一個改進的頻移方法，能克服水平層狀介質(zhì)的假設(shè)，適于處理橫向變速的介質(zhì)。這個算法是在頻率空間域?qū)崿F(xiàn)的，可以通過頻移方法，利用不同的速度，分別

18、計算一系列的延拓波場，公式如下： （3） 其中， （4） ， （5）通過橫向上的反傅里葉變換，波場可以被轉(zhuǎn)換到頻率空間域。利用拉格朗日插值方法計算，用一系列速度計算延拓波場。經(jīng)過這些步驟，就可以逐漸延伸到高速度層頂部。由于近地表強吸收性質(zhì)，經(jīng)過長時間的地震波衰減過程，高頻成分振幅遠遠低于周圍噪聲的水平，幾乎為零，這樣會導(dǎo)致高頻能量補償時計算不穩(wěn)定。為了克服這個問題，高頻能量補償不能通過實際衰減，而應(yīng)該利用實際記錄的背景噪聲能量水平，所以每個延拓層的高頻能量補償穩(wěn)定條件變成了下式： （6）建立近地表速度和品質(zhì)因子模型，通過速度聲波方程正演模型得到無衰減地震記錄，用粘彈性波動方程正演模型得到衰減地

19、震記錄，然后進行補償。遠偏移距道集的補償后的結(jié)果非常接近聲波記錄，說明這種補償算法是可行的。某一區(qū)域主要是砂泥巖為主，地震波的能量吸收明顯，主頻低，頻帶窄，利用波場延拓方法能量補償之后結(jié)果得到了明顯的改進，地震數(shù)據(jù)的分辨率得到了明顯的提高，特別是重疊的波形被分離開來，弱相位得到了加強，頻率的有效帶寬得到了擴展。a:聲波模擬記錄 b:粘彈性波模擬記錄 c:補償后的記錄圖2 模型a:原始剖面及其頻譜 b:補償后的剖面及其頻譜圖3 實例辦公室做的工作：1 利用合成地震記錄校正井旁道及道集地震資料與測井數(shù)據(jù)之間的匹配問題已成為地震巖性解釋、油藏描述、儲層反演以及儲層監(jiān)測過程中的主要問題。目前，用于地震

20、與測井匹配校正的方法主要有經(jīng)典的閉合差校正法、基于楊氏諧振Q模型的直接匹配法以及基于多分辨分析技術(shù)的匹配方法等。這種匹配過程可以通過兩種方式實現(xiàn)：以井旁實際地震記錄為主，使合成地震記錄逼近井旁實際地震道；以合成地震記錄為主，使井旁地震道逼近合成地震記錄。通常我們所說的匹配校正應(yīng)當是第一種方式，但有時也采用第二種方式對地面地震數(shù)據(jù)進行時移和相位校正。我們利用第二種方式進行井控能量補償。利用合成記錄校正井旁道及道集的具體思路如下：1）利用井數(shù)據(jù)制作反射系數(shù)時間序列或者合成地震記錄；2）求反射系數(shù)序列或者合成記錄整體振幅包絡(luò)線A；3）對井旁自激自收地震記錄進行能量補償，假設(shè)補償參數(shù)向量為eta(t)，然后求解補償后記錄整體振幅包絡(luò)線B(eta)；4）匹配A與B(eta)，目標函數(shù)設(shè)為 （1）此過程可以通過反演的方法實現(xiàn)，得到最佳匹配參數(shù)eta(t)；5）將依據(jù)道間差異調(diào)整eta(t)并依次向鄰道應(yīng)用。利用合成地震記錄校正井旁道及道集存在著一定的問題。在水平層狀介質(zhì)假設(shè)條件下自激自收道與井合成記錄是時間對應(yīng)的，而實際情況，水平層狀介質(zhì)假設(shè)不成