一種斜井井間地震波場的成像方法

2023-04-30 23:34:11

專利名稱：一種斜井井間地震波場的成像方法
技術領域：
本發明涉及能源勘探開發領域，特別是關於一種海上斜井井間地震波場的成像方法。
背景技術：
目前，井間地震成像方法從射線理論發展到了彈性波動理論，從直井向斜井成像方法方向發展。井間地震波場複雜豐富，既有上行反射波場，也有下行反射波場，波場分離難度大。特別是在海上斜井的情況下，分離難度就更加明顯。現有大多數基於射線理論的常規井間地震疊加成像方法，成像結果的保真性和保幅性較差。常規的反射波疊加成像方法，如VSP-CDP疊加成像要求輸入為單波場，往往由于波場分離不乾淨而導致成像效果不理想。對於開發多年的油層，井間儲層變化相對較大，各向異性問題較突出，常規波場成像方法始終存在一定問題。

發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種斜井井間地震波場的成像方法，其可實現全波場成像，即不需要波場分離，既可以實現上行和下行的反射波、透射波，以及轉換波的同時成像，也可以使用單一波場成像，同時適應較複雜介質和複雜波場。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種斜井井間地震波場的成像方法， 其包括以下步驟1)將相鄰兩斜井井間的空間區域離散網格化，並且將每一網格節點都看作為一個二次源點；幻採用初至波旅行時非線性插值射線追蹤方法計算震源S傳播到每一個網格節點所需的時間TSD ;3)通過接收點將實際記錄到的波場作為源，採用速度-應力一階微分方程交錯網格有限差分法將波場在每一個網格節點上逆時間外推到TSD時刻， 此時刻的波場就是該網格節點的像；4)當波場傳播到介質邊界時，由於邊界波阻抗差異較大，採用完全匹配層吸收邊界，即PML層，將波場吸收衰減掉，而不至於在反射回介質內部， 形成幹擾。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明的計算方法採用彈性波動方程交錯網格有限差分算法，網格可剖分任意大小，提高了成像精度，同時保持了波場的運動學和動力學特徵。2、本發明的成像條件採用初至波旅行時非線性插值射線追蹤方法進行計算，可適應各向同性介質和橫向各向同性介質，該方法計算速度快，計算精度高。3、 本發明邊界處理採用完全匹配層吸收邊界條件，它是一種吸收效果近乎完美的吸收邊界條件，能較好地衰減成像時的邊界反射問題。4、本發明方法與常規基於射線理論的成像方法相比，較好地保持了波場的運動學和動力學特徵，可適應複雜構造地層以及各向異性和橫向各向同性介質，總體成像精度高於常規成像方法。5、本發明方法可實現全波場成像，避免了井間地震波場分離的困難，同時也可實現單波場成像，適應性較廣。6、本發明成像結果的精度和可靠性要高於常規方法，其保幅性是常規方法做不到的。


圖1是本發明總體方法流程示意2是本發明激發點經繞射點到接收點的繞射路線示意3是本發明為克服邊界效應所採用的完全匹配層吸收邊界模型示意4是本發明採用完全匹配層吸收邊界條件下完全彈性模型正演波場記錄圖5是本發明與圖3模型正演初至波波場記錄對應的振幅衰減曲線圖6是本發明依據表1和表2建立的斜井井間斷層模型及觀測系統示意7是本發明依據圖6模型和觀測系統進行正演模擬的結果示意圖，左圖為WL井激發WR井接收的正演地震記錄垂直分量示意圖；右圖為WR井激發WL井接收的正演地震記錄垂直分量示意8是本發明依據圖7正演波場記錄進行逆時偏移成像結果示意圖，左圖為水平分量波場深度剖面示意圖，右圖為垂直分量波場深度剖面示意9是本發明實際資料分別於V2井激發V7井接收(左)和V7井激發V2井接收 (右)所得到的地震波場Z分量記錄示意10是本發明依據圖9提供的井間實際地震資料疊前逆時深度偏移成像剖面示意圖(左-水平分量成像剖面，右-垂直分量成像剖面)
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，本發明方法包括兩部分初至射線追蹤和逆時偏移成像。初至射線追蹤主要是通過輸入的離散化的模型和觀測系統計算炮點(震源幻到每一個網格節點的初至時間，作為逆時偏移成像的成像條件；逆時偏移成像主要是通過輸入的離散化的模型和觀測系統以及疊前全波場或單波場記錄，並運用初至時間作為逆時偏移成像的成像條件， 將波場沿逆時間方向外推成像，達到逆時偏移成像的目的。如圖2所示，相鄰兩個斜井，定義左邊的為左井，右邊的為右井。震源S位於左井上，地震波由震源S發出，傳播到繞射點D。地震波由震源S傳播到繞射點D所需的時間為 TSD;地震波在繞射點D將發生繞射，一部分地震波將由繞射點D直接到達右井上的接收點， 另一部分將經過地層反射後再傳播至右井上的接收點。本發明採用疊前深度逆時偏移成像方法，通過接收點接收到的地震記錄來計算繞射點D處開始發生繞射時的波形，即繞射點D在TSD時刻的波形。本發明方法具體包括以下步驟1)假設相鄰兩斜井井間的介質是二維的，將該空間區域離散網格化，並且將每一網格節點都看作為一個繞射點D (二次源點)。這些繞射點D (二次源點)是由震源S發出的地震波傳播到該網格節點所激發產生的。2)採用初至波旅行時非線性插值射線追蹤方法計算震源S傳播到每一個繞射點 D (二次源點)所需的時間TSD，作為成像條件。3)通過接收點接收到的地震記錄逆時間波場外推計算繞射點D處開始發生繞射時的波形，即繞射點D在TSD時刻的波形。具體做法是將實際記錄到的波場作為源，採用速度-應力一階微分方程交錯網格有限差分計算方法將波場逆時間外推，若空間上某點已符合成像條件(這些點已處於二次源點的激發時刻上)，外推到該點上的波場在時間上空間上是與二次源點同相位的，因此可將其成像。也就是，在每一個網格節點上外推到TSD時刻，此時刻的波場就是該網格節點的像。這樣，每外推一步，就使空間上符合成像條件的點成像，直到時間外推到零時刻，此時， 空間上的所有點也隨之全部成像。4)當波場傳播到介質邊界時，由於邊界波阻抗差異較大，採用完全匹配層吸收邊界(PML邊界)，將波場吸收衰減掉，而不至於在反射回介質內部，形成幹擾。對於人工邊界， 採用完全匹配層吸收邊界條件來克服偏移中的邊界波場衰減問題。對於常規的吸收邊界條件，只是在邊界處採用含吸收衰減項的波動方程對波場能量吸收衰減。PML是在計算區域的邊界上引入吸收材料，當彈性波進入PML層中時，因波阻抗保持不變而無反射發生，當彈性波到達PML的最外層時，其幅度近似衰減為零。PML能做到與其相接觸的模型真正的匹配，並且只需很少的網格點數就能有效地衰減邊界反射而不會對數值模擬及偏移成像結果產生幹擾。就目前來說它是一種吸收效果較完美的吸收邊界條件。如圖3所示，為克服邊界效應所設計和採用的完全匹配層吸收邊界模型示意圖， 為了量化PML的吸收衰減效果，在模型四周布設厚度為300m的PML層。模型區域的縱深和橫寬均為2100m，模型的縱波速度為^85m/s，橫波速度為1475m/s，密度為M40kg/nT3。炮點設置在模型中心，檢波點設在深度1050m，橫向範圍195m 2395m處，點距10m，共270 道，前30道與後30道均處於PML區域內，如3圖中，中線所示。為了考察彈性波在PML域中的衰減情況，使用爆炸震源對此模型進行數值模擬，模擬的空間採樣間隔為10. OmXlO. Om, 時間採樣間隔為0. 5ms，震源採用雷克子波，主頻為60HZ。為量化PML的衰減特性，抽取正演模擬的前50道(橫向範圍從-295m至195m)及後50道(橫向範圍從1905m至2395m) 地震記錄，考察地震記錄振幅衰減情況。如圖4即為抽取的地震記錄；如圖4所示，為採用完全匹配層吸收邊界條件下完全彈性模型正演波場記錄，對於前50道地震記錄，從第30道起振幅開始衰減，27 20道為振幅衰減最快的區域，當波場由第30道傳播到第17道時，振幅基本衰減為零。對於後50道來說，它與前50道有對應的關係，當波場由第241道傳播到255道時，振幅基本衰減為零。即當彈性波場進入PML區域內時，振幅很快就會衰減為零，可見加邊界處理後正演模擬波場結果是正確的；如圖5所示，為圖4對應的振幅衰減曲線，從圖中可知當波場進入PML區域內後， 其振幅很快就會衰減為零，進一步證明了加邊界處理後正演模擬結果的正確性和有效性；如圖6所示，為斜井觀測系統和模型，斜井軌跡見表1，模型參數見表2。如表1所示，給出WL井(左井)和WR井(右井)的χ坐標和深度cbp坐標(χ、dep是個二維平面， χ代表χ坐標；dep代表深度ζ)；如表2所示，給出模型物性參數(模型是指有大小、有層結構及層參數的一組數據，模型物性參數即模型參數，各向同性介質用縱波速度Vp、橫波速度 Vs和密度Den可以充分描述)。表1斜井井斜坐標
權利要求
1. 一種斜井井間地震波場的成像方法，其包括以下步驟1)將相鄰兩斜井井間的空間區域離散網格化，並且將每一網格節點都看作為一個二次源點；2)採用初至波旅行時非線性插值射線追蹤方法計算震源S傳播到每一個網格節點所需的時間TSD ；3)通過接收點將實際記錄到的波場作為源，採用速度-應力一階微分方程交錯網格有限差分法將波場在每一個網格節點上逆時間外推到TSD時刻，此時刻的波場就是該網格節點的像；4)當波場傳播到介質邊界時，由於邊界波阻抗差異較大，採用完全匹配層吸收邊界，即 PML層，將波場吸收衰減掉，而不至於在反射回介質內部，形成幹擾。
全文摘要
本發明涉及一種斜井井間地震波場的成像方法，其包括以下步驟1)將相鄰兩斜井井間的空間區域離散網格化，並且將每一網格節點都看作為一個二次源點；2)採用初至波旅行時非線性插值射線追蹤方法計算震源S傳播到每一個網格節點所需的時間TSD；3)通過接收點將實際記錄到的波場作為源，採用速度-應力一階微分方程交錯網格有限差分法將波場在每一個網格節點上逆時間外推到TSD時刻，此時刻的波場就是該網格節點的像；4)當波場傳播到介質邊界時，由於邊界波阻抗差異較大，採用完全匹配層吸收邊界，即PML層，將波場吸收衰減掉，而不至於在反射回介質內部，形成幹擾。
文檔編號G01V1/28GK102162859SQ201110003809
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月10日 優先權日2011年1月10日
發明者孫淵, 張良, 李敬功, 李緒宣, 李輝峰, 王玉貴, 胡光義, 範廷恩, 董建華, 金其虎, 馬德堂, 高雲峰 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 長安大學