2014, Vol. 36
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2. 中国石化胜利油田分公司物探研究院, 山东 东营 257022
2. Geophysical Research Institute, Shengli Oilfield Branch Company, SINOPEC, Dongying, Shandong 257022, China
随着大量油气田进入开发阶段，迫切需要开展油气藏开采的监测与管理工作来提高油气采收率。现今人们已认识到，一个进行油藏监测可能的有效途径是充分利用不同时期的地震资料进一步来解释含油气岩石内部构造的非均质性，以及油气水在岩石内部的流动情况[1]。目前，大部分油田在同一区块针对不同的地质任务都进行过多次非重复的地震采集，得到了大量非一致性采集的三维地震资料[2-5]。在这些不同时期采集的地震资料上，提取分析地震属性变化所蕴含的油气藏特征变化是我们最为关心的[6]。对提高油气采收率而言，在不新增加地震采集成本的前提下而得到有利于寻找剩余油分布的时移地震数据，具有重要的现实意义[7]。
然而，大部分油田在同一区块多次重复采集的地震资料，针对的地质任务大多不同，且采用的是不同的采集技术，使得油气田开发前后得到的两期地震资料，往往一个是常规的低覆盖的三维地震资料，另一个是高精度高覆盖的三维地震资料[8-10]。因此，这种时移地震资料的差异，除了含有开采过程中油藏参数变化的影响外，还有不同采集技术(特别是观测系统)的差异造成的影响。不同的观测系统采集必将对储层段和非储层段的地震响应造成一定的影响，使得后续的匹配处理与差异分析存在很大的不确定性。如果不消除这种影响，两期地震资料相应差异中所体现的油藏特征变化的准确性将受到严重质疑。
目前，国内外地球物理学者对时移地震油藏监测的可行性已做了部分研究工作。Ling Yun等指出仅凭互均衡处理技术难以解决非一致性带来的影响，并提出了一套针对非重复性采集的特殊处理流程[10-12]；Li Guoping等验证了面元重置、振幅均衡和互均化处理对减小非一致影响的有效性[13]；郝召兵等研究了基于油气开采前后储层段的油藏流体变化的时移地震监测可行性分析[14]；李景叶等指出可以通过计算一定时窗内基础地震数据和监测地震数据的均方根振幅来表示两期地震资料的一致性，并分析了检波器位置差异对地震资料一致性的影响[15]；郭念民等提到了观测系统参数会对地震差异造成影响，并通过匹配处理方法消除了地震数据上能量、时间、相位、频率的不一致性[16-18]。但以上时移地震监测的可行性研究中，并没有考虑到某个具体观测系统参数的差异对地震响应特征的影响，也未将该影响与油藏开采、流体运移造成的影响进行定量的对比分析。
因此，本文针对胜利探区典型地层结构和储层地质模型，利用三维高斯射线束正演模拟方法[19]，理清了不同观测系统参数以及不同地层速度对目的层面元接收能量的影响，并对影响参数进行量化分析，为后期制定解决时移地震非一致性数据的匹配方案提供了理论保证，最后，通过该区实际的非一致性采集数据的观测系统匹配处理与分析，验证了非一致性时移地震采集的观测系统匹配处理的必要性与可行性。
1 非一致性时移地震研究的总体思路 1.1 不同观测系统参数的照明模拟对比针对非一致性采集观测系统差异对时移地震可行性的影响，本文采用三维高斯束正演模拟方法进行地震波的照明度分析[20]，对比储层段上反射面元的接收能量照明特征，定量分析不同观测系统参数对储层段的地震响应特征造成的影响。
本次研究主要针对道间距、接收线距、接收线数、最小炮检距和最大炮检距等5个主要的观测系统参数的变化进行了照明度模拟分析。在某一参数变化的情况下，保证其他参数不变，单独对该参数进行照明度分析，其观测系统的基础参数和修改参数见表 1。
| 表1 基础观测系统与修改后观测系统的参数对比 Table 1 Parameter comparison between basal and modified geometry |
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另外，为了消除掉覆盖次数不一致造成的面元接收能量差异，对基础参数和修改参数满覆盖区域内的面元接收能量进行了覆盖次数的归一化处理。
为了更加直观地观察基础参数和修改参数之间的面元接收能量差异，除了分析满覆盖区域内平面分布的差异外，还在满覆盖区域中提取出模型中心主测线方向的面元接收能量曲线来作对比分析。
同时，对于不同观测系统参数在目的层上的照明均匀度分析，计算满覆盖区域内所有面元接收能量的均方差
| $ {S_{{m}}}{\rm{ = }}\sqrt {{{\sum\limits_{i = 1}^{\rm{n}} {{{\left( {{E_{{x_i}}} - \mathop {{E_x}}\limits^ - } \right)}^2}} } \mathord{\left/ {\vphantom {{\sum\limits_{i = 1}^{\rm{n}} {{{\left( {{E_{{x_i}}} - \mathop {{E_x}}\limits^ - } \right)}^2}} } {\left( {n - 1} \right)}}} \right. } {\left( {n - 1} \right)}}} $ | (1) |
式中：n-每个CDP对应的联络测线方向上的面元总个数；$\mathop {E_{{x_i}}}$-每个面元的接收能量；$\mathop {{E_x}}\limits^ -$-n个面元接收能量的平均值；$S_m$-每个CDP点对应的均方差，$m=1$，2，$\cdots$，$M$；$M$-主测线方向上满覆盖区域内的CDP总个数。
这样就得到一条沿主测线方向的均方差曲线，这样做是考虑到构建的地质模型实际上是一个2.5维模型，即在联络测线方向并没有地层起伏，但每次试验中只修改观测系统的一个参数，这必然造成在联络测线方向上滚动时，人为引起面元接收能量的不均匀。
1.2 储层速度变化的照明模拟对比在油藏开采过程中，储层流体成分、温度、压力等都会随着蒸汽、水的注入发生变化，这些变化又会引起储层弹性性质的变化，最终反映在岩石物性上就是储层速度和密度的变化。岩石物理是连接储层参数与地层速度的桥梁。利用Biot-Gassmann方程[21-22]、云美厚的弹性模量经验公式[23-24]和Wood方程[25]，模拟计算了该地区油藏开发过程中，储层参数变化导致的速度变化范围一般在0~200 m/s。
本次研究中储层段的原始速度为2 800 m/s。为了对比观测系统参数变化和储层参数变化对储层段面元接收能量的影响，在油藏开发后，设定油藏的速度模型分别有50 m/s，100 m/s，200 m/s的速度增减量，分别建立了6种速度变化模型，来研究目的层满覆盖区域中面元接收能量的变化趋势以及最大的范围。
1.3 实际资料的观测系统匹配处理对比为了验证观测系统差异对时移地震油藏监测造成的影响，利用该区常规三维地震勘探和高精度三维地震勘探资料进行了非一致性时移地震观测系统的匹配处理与分析，主要包括：
(1) 针对不同观测系统参数照明模拟结果，对两期资料中观测系统面元的炮检距和方位角分布进行匹配处理；
(2) 对观测系统匹配处理前后的两期资料，通过常规处理流程分别得到匹配前后两期资料的水平叠加数据；
(3) 对匹配处理前后的两期水平叠加资料，分别在目的层段和上部的非储层段提取它们的平均振幅属性，进行对比分析。
2 不同观测系统参数的能量照明分析 2.1 构建地质模型为了通过正演模拟了解观测系统参数变化对时移地震的影响，按照胜利探区S56工区的二维地质剖面(图 1)，建立了如图 2所示的三维地质速度模型，模型的长、宽、高分别为15 km，5 km和5 km，各层速度见图 1右下角。
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| 图1 S56工区的二维剖面及对应地层速度 Fig. 1 2-D section and corresponding stratum velocity in field S56 |
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| 图2 S56工区三维地质模型 Fig. 2 3-D geological model in field S56 |
本次正演模拟的目的层为S5层，用黄色所示，含油区域位于目的层的楔形部分，深度从2 500 m到3 000 m，原始速度为2 800 m/s。
2.2 照明能量分析和照明均匀度分析图 3为道间距、接收线距、接收线数、最小炮检距、最大炮检距这5种观测系统参数变化前后目的层上面元额接收能量。从能量差值图可以整理统计出观测系统参数变化与接收能量差值的定量关系(表 2)，可以看到，影响储层面元接收能量大小的最主要因素是最大炮检距和接收线距。
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| 图3 不同观测系统参数的面元接收能量及其差值 Fig. 3 Bin-received energy of different geometry parameters |
| 表2 观测系统参数变化及面元接收能量差值范围 Table 2 Variation of geometry parameters and deviation range of bin-received energy |
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从模型主测线中心线的面元接收能量曲线(图 4a~图 4e)可以看出，当固定其他参数不变时，随着道间距的减小、接收线距的减小、接收线数的增加、最小炮检距的增加、最大炮检距的增加，储层面元接收能量逐渐减小，其中最大的是最大炮检距的差异引起的照明能量差异。
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| 图4 模型主测线中心线的面元接收能量曲线 Fig. 4 Bin-received energy curve on center line of model in inline direction |
从模型主测线中心线的照明均方差曲线(图 5a~图 5e)可以看出，影响面元接收能量均匀度的最主要因素是最大炮检距、接收线距和接收线数；当固定其他参数不变时，随着最大炮检距的增加、接收线数和接收线距的减小，面元接收能量的均方差越大，即面元接收能量分布越不均匀。
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| 图5 整个照明区域能量的均方差曲线 Fig. 5 Mean squared error curve of energy of whole illumination region |
因此，可以将造成两期采集地震响应的差异归结为观测系统炮检距和方位角分布的差异，即观测系统参数中的最大炮检距和接收线距与线数是影响非一致性采集地震响应差异的主要因素。
3 不同储层速度的照明能量分析图 6所示的是以2 800 m/s作为目的层的原始速度，修改速度分别增减50 m/s，100 m/s，200 m/s的储层面元接收能量。从能量差值图可以整理统计出不同储层速度与接收能量差值的定量关系(表 3)。对比表 2，可以看出，当速度变化超过100 m/s时，油藏参数变化引起的储层接收面元能量差异开始大于观测系统不一致带来的差异；图 7展示了模型主测线中心线的面元接收能量曲线，可以看出，相同级别下，随着速度的减小，面元接收能量的差异要比速度增加的差异大。
| 表3 储层速度变化大小与面元接收能量范围 Table 3 Variation of reservoir velocity and deviation range of bin-received energy |
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| 图6 不同储层速度的面元接收能量及其差值 Fig. 6 Bin-received energy of different reservoir velocity |
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| 图7 模型主测线中心线上不同速度的面元接收能量曲线 Fig. 7 Bin-received energy curve of different reservoir velocity on center line of model in inline direction |
由前面的理论研究可知，非一致性观测系统采集的差异，主要是观测系统的最大炮检距和最大非纵距(接收线数和线距)的差异，其实质也就是新老两期地震数据观测系统的炮检距和方位角分布属性的差异[26-27]。因此，非一致性采集观测系统匹配的主要任务是进行两期资料的炮检距和方位角分布的分析与匹配处理。为此，建立了如图 8所示的非一致性采集资料的观测系统匹配处理的基本流程。
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| 图8 非一致性采集的匹配观测系统处理流程 Fig. 8 Geometry matching flow of non-repeating acquired data |
利用该匹配处理流程，对胜利探区S56区块新(2009)、老(1998)两次采集的三维地震数据进行了观测系统的匹配处理，主要包括新老观测系统的面元重置[28-29]、最大炮检距的一致化，面元内炮检距与方位角的均匀化等处理，最后得到新老观测系统基本一致的水平叠加数据。
图 9a、9b展示了新老数据匹配处理前炮检距与方位角特征；图 9c显示了对老数据经过炮检距和方位角均匀化处理后的玫瑰图，其满覆盖区域的地震道从52 673到变为34 893道；图 9d则显示了对新数据的最大炮检距约束以及面元属性均匀化的结果，其满覆盖区域的总地震道数已抽掉了460 000道。
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| 图9 观测系统匹配前后面元的炮检距与方位角玫瑰图的变化 Fig. 9 Variation of rose plots of new and old data before and after geometry matching |
图 10是S56区块新老地震数据经过观测系统匹配处理后的一条水平叠加剖面。其中剖面上的绿线为油田开发的目的层顶界面，上部的蓝线为非储层段中的一个层位的顶界面。
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| 图10 新老数据匹配处理前后的水平叠加剖面对比 Fig. 10 Comparison of stacked section of new and old data before and after matching |
用肉眼很难从图中看出新老数据经过观测系统匹配处理后的变化。为此，对图 10的数据分别在储层段和非储层段开取了一个30 ms的时窗，分别提取他们的平均振幅属性。如图 11和12所示，可以发现，经过观测系统匹配处理后，新老数据在非储层段的平均振幅差异明显减小了，而储层段产油区域(CDP150~200)的平均振幅差异明显放大了。
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| 图11 新老数据中非储层段匹配前后的平均振幅及其差值对比 Fig. 11 Comparison of average amplitude and its deviation in non-reservoir of new and old data before and after matching |
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| 图12 新老数据中储层段匹配前后的平均振幅及其差值对比 Fig. 12 Comparison of average amplitude and its deviation in reservoir of new and old data before and after matching |
由此可以说明，对非一致性采集的时移地震资料进行观测系统的匹配处理的必要性和可行性。
5 结论(1) 总体来说，油藏开发中储层地震波速度只要有±100 m/s以上的变化，其时移地震前后的照明能量的差异，就将大于观测系统参数不一致引起时移地震资料的照明能量差异。
(2) 在观测系统的道间距、接收线距、接收线数、最小炮检距、最大炮检距这5个参数中，影响目的层成像照明能量大小和均匀度的最主要因素是炮检距和方位角的分布，即观测系统参数中的最大炮检距和接收线距的大小。
(3) 非一致性采集时移地震资料应用前，除了做好非储层段地震数据的振幅、频率、相位和时间等因素的匹配处理外，还需要对时移前后数据体的观测系统进行一致性的匹配处理，这一步处理的重点应该是面元重置和面元内炮检距与方位角分布的均匀性匹配。
(4) 通过非一致性采集数据的炮检距和方位角匹配处理，完全能够有效地削弱非一致性采集的影响，即减小非储层段的地震响应差异，放大储层段的地震响应差异。
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