一種利用地震資料進行檢測儲層裂縫發育方向的方法

2023-08-05 03:30:51 4

專利名稱：一種利用地震資料進行檢測儲層裂縫發育方向的方法
技術領域：
本發明屬於石油地震勘探與油氣田開發領域中對儲層裂縫發育方向進行檢測的 方法，尤其涉及一種利用多波地震數據、正交性原理公式以及Alford旋轉公式，推導出採 集系統坐標系與自然系統坐標系之間夾角的數學解析表達式，進而檢測儲層裂縫方向和密 度參數，對於油氣開發具有重要的指導意義。
背景技術：
根據波的傳播方向與振動方向，把地震波分為縱波P和橫波S，縱波轉換為橫波稱 為轉換波PS。在多分量地震勘探中，利用縱波震源激發可以採集接收到縱波和轉換波。儲 層裂縫的方向和密度參數對於油氣開發具有重要的指導意義。在裂縫發育的儲層中，縱波 傳播的速度和振幅隨測線方向變化而變化，但這種變化量最大不到3%，在資料處理解釋中 稍有誤差就可能將這種方位變化掩蓋。而橫波進入這種介質後，一定會分裂為不同偏振方 向，通常正交的兩個快慢橫波。這兩個橫波具有不同振幅大小和快慢傳播速度，一般強振幅 速度快的稱之為快橫波Si，反之為慢橫波S2。裂縫的主方向就是快橫波的方向。在多分量 地震資料採集觀測系統中，沿測線方向埋置的檢波器稱之為X分量，垂直測線方向埋置的 檢波器稱之為Y分量。由X、Y分量確定的採集系統坐標與自然坐標(由Sl波和S2波定義 的裂縫系統)之間存在一個未知角度θ。開展多分量勘探的目的之一就是利用兩個水平分量的資料，估算採集坐標和自然 坐標之間的夾角，從而確定裂縫發育的主方位。尋求兩種坐標系之間的角度是裂縫檢測技 術的關鍵。基於分離後快波應具有最強振幅、快慢波時差最大且波形最相似的假設下，發展 了很多方法，如能量比法、相似法準則。這些方法需要對方位角進行掃描，即從0-360度(或 至少是0-180度)，以等間隔的角度增量進行兩分量旋轉，在最大能量比或最大相似性準則 下，判斷所用旋轉角度是否為測線方向與裂縫方向的夾角。這些方法的假設有時並不符合 實際資料，如波形相似性假設，且角度掃描的方式使得計算效率大大降低。1999年DeVault等發表的「用多分量地震資料檢測裂縫方法」(Method for fracture detection using multicomponent seismicdata)專利 技術(U. S. Pat. No. 5，999，486)，利用橫波振幅隨偏移距(AVO)變化的加權最小平方AVO分析方法，利用橫 波AVO的截距和梯度反演各向異性參數。本方法是採用橫波激發和接受的採集方式，利用 純橫波的AVO屬性進行各向異性參數反演，近而導出裂縫參數，沒有利用快慢橫波分離的 重要信息。2004年Bale等發布的「確定快慢橫波的偏振方向」(Determination of the fast and slow shear wave polarisation directions)專利技術(U. S. Pat. No. 6，826，485),應 用最小熵旋轉法，推導出觀測系統坐標與自然坐標系之間夾角的解析表達式。2005年Dariu等提出「用模擬退火方法分析雙折射」技術(Birefringence analysis using simulated annealing)，該技術能夠自動求取全部地層的各向異性參數， 提取的裂縫屬性可靠。該方法基於快慢橫波波形差異最小化的原理，這種假設與快橫波具有強振幅和快速度的普遍現象具有較大的不同，可能適應於某些特殊情況，不具有普遍意 義。Horne等2005提出「轉換波反射波形分層剝離檢測傾斜裂縫」(Layer stripping converted reflected waveforms for dipping fractures)專利 技術(U. S. Pat. No. 6，862，531)，方法要求寬方位PS波資料，層剝離分析技術包括對第一層數據，用最小 化剩餘能量法估算偏振方向，確定旋轉角度；用動態互相關估算分離後快慢橫波之間的時 間延遲；利用這些參數消除穿過地層對PS波分裂的影響；然後進行下一個地層的分析和校 正。該技術特點主要是分層剝離技術，對偏振方向的求取，所採用的方法是常規方法。目前所有方法只有Bale方法給出了採集坐標和自然坐標之間夾角的解析表達 式。但其解的形式有4個，它們的物理意義不明確，並且在實際應用中如何取捨角度是個問 題。

發明內容
本發明根據現有技術中存在技術問題，研發了一種利用地震資料進行檢測儲層裂 縫發育方向的方法。推導出能夠用解析表達式表述地層裂縫發育主方向與採集系統坐標之 間夾角的解釋式，表達式中角度的解具有明確的物理意義，並與野外多分量數據採集規律 相符，利用多分量地震資料和角度公式可以直接確定儲層裂縫發育的方位。本發明為了解決實現上述發明目的，所採用的技術方案為，一種利用地震資料進行檢測儲層裂縫發育方向的方法，所述方法是建立在多分量 地震資料採集觀測系統基礎上，利用多波地震數據、正交性公式以及Alford旋轉公式，推 導出二維三分量地震資料設置採集系統坐標系和自然系統坐標系之間的夾角；所述採集系 統坐標系將兩個檢波器分別埋置在炮點與檢波點組成的測線方向上-χ方向和垂直於所述 測線方向-Y方向，形成採集系統坐標系；所述自然系統坐標係為實際橫波進入裂縫地層發 生橫波分裂，分裂為快橫波Sl和慢橫波S2，由快橫波Sl和慢橫波S2形成自然系統坐標系；所述在採集系統坐標系中，記錄在水平分量X、Y的複合地震波場，包含了自然系 統坐標系中快、慢分裂橫波的反射信息，快、慢橫波的偏振方式滿足正交偏振，利用正交性 公式以及Alford旋轉公式，推導出所述採集系統坐標系與自然系統坐標系夾角的解析表 達式，根據該表達式即直接精確確定儲層裂縫發育的方位。所述交角θ的解析表達式為
權利要求
1.一種利用地震資料進行檢測儲層裂縫發育方向的方法，所述方法是建立在多分量地 震資料採集觀測系統基礎上，利用多波地震數據、正交性公式以及Alford旋轉公式，推導 出二維三分量地震資料設置的採集系統坐標系和自然系統坐標系之間的夾角；所述採集系 統坐標系將兩個檢波器分別埋置在炮點與檢波點組成的測線方向上-χ方向和垂直於所述 測線方向-Y方向，形成採集系統坐標系；所述自然系統坐標係為實際橫波進入裂縫地層發 生橫波分裂，分裂為快橫波Sl和慢橫波S2，由快橫波Sl和慢橫波S2形成自然系統坐標系；所述在採集系統坐標系中，記錄在水平分量X、Y的複合地震波場，包含了自然系統坐 標系中快、慢分裂橫波的反射信息，快、慢橫波的偏振方式滿足正交偏振，利用正交性公式 以及Alford旋轉公式，推導出所述採集系統坐標系與自然系統坐標系夾角的解析表達式， 根據該表達式即直接精確確定儲層裂縫發育的方位。
2.根據權利要求1所述的一種利用地震資料進行檢測儲層裂縫發育方向的方法，其特 徵在於，所述交角的解析表達式為Λk, ± JL2 +Ak21θ = arctg 1 1-2k2mrn式中弋, k2 = Συ,，xt、yt為野外觀測到的X分量和Y分量記錄。 i=l t=l
3.根據權利要求1所述一種利用地震資料進行檢測儲層裂縫發育方向的方法，其特徵 在於，所述方法還包括①.建立多分量地震資料採集觀測系統；②.檢波器採集二維三分量地震資料；③.根據炮點和檢波點組成的炮-檢方向，即測線方向，並沿測線方向埋置的水平檢波 器稱之為X分量，垂直測線方向埋置的水平檢波器稱之為Y分量；並建立由X、Y分量確定的 採集系統坐標(XOY)；④.對地震波中橫波或轉換波數據進行預處理分別抽出⑶P道集、CCP道集、橫波速 度分析、NMO校正和水平疊加；其中，⑶P(C0mm0n depth point)道集為共深度點道集，對於橫波資料，由於下行波和 上行波射線對稱，只要把共深度點的反射記錄抽在一起，就形成相同深度點道集；CCP(common conversion point)道集為共轉換點道集，對於轉換波資料，由於下行縱 波上行橫波，需將共轉換點的記錄抽在一起，形成共轉換點道集；橫波速度分析是對於橫波資料，利用常規的速度分析方法，交互分析出橫波速度；對於 轉換波資料，需要利用轉換波的速度分析方法，在已知縱波速度場的前提下，交互分析出橫 波速度；NMO(normal move-out)校正為正常時差校正，由於道集中各檢波器埋置在不同位置， 形成不同偏移距距離的時間差是正常時間差，利用地震波旅行時公式，計算一個道集中不 同偏移距的走時，並將各道的差值校正到零偏移距的位置上，就完成NMO校正；水平疊加是將NMO校正後的⑶P/CCP道集，進行等權相加，就實現水平疊加處理；⑤.橫波在所述X、Y分量的疊加投影橫波進入裂縫地層發生橫波分裂，產生的Si波 和S2波在X和Y分量上分別投影並記錄；⑥.推導夾角解釋式設χ (t)、y(t)為η維歐氏空間中兩個向量，並且是時間t的函數；11維歐氏空間兩個 向量正交的定義，在內積空間中可表示為
全文摘要
本發明屬於石油地震勘探與油氣田開發領域中對儲層裂縫發育方向進行檢測的方法，尤其涉及一種利用多波地震數據、正交性原理公式以及Alford旋轉公式，推導出採集系統坐標系與自然系統坐標系之間夾角的解析表達式。角度解析公式反演裂縫主方向，分析裂縫發育密度，從而進行儲層裂縫發育的檢測。這個角度具有明確的物理意義，反演計算簡單快捷，算法不受快慢橫波延遲時間的影響。即使快慢橫波偏振不嚴格地滿足正交偏振的關係，反演角度解析表達式的角度解仍然在可接受的誤差範圍之內。反演角度的精度隨著多分量資料信噪比的提高而更接近真實的結果。
文檔編號G01V1/40GK102053277SQ20091023677
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者王於靜, 黃中玉 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院