井间地震VSP技术在渤海油田的首次应用

刘劲省(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部塘沽作业公司，天津 300452)

0 引言

随着海上成熟区块油田开发逐步进入中后期，初期的地震勘探资料分辨率低，小断层难成像，难以进行储层砂体精细描述，无法满足薄储层和隔夹层研究的需要，迫切需求一种新技术提供更高分辨率的地质资料，在构造复杂的区块实现精细描述构造分布，精准识别尖灭、裂缝等细小构造。

井间地震VSP技术通过将震源、检波器都放置在井下，消除了地表因素(诸如浅层气等低速带等不利因素)对地面地震不可避免的影响，实现了高频带，从而提供接收井和震源井之间的高分辨率地震成像剖面。其利用直达波进行层析速度反演，建立速度模型，并利用该模型，对记录到的反射波(尤其是上行反射波)进行偏移成像，实现区块地质构造的精细描述，并能通过带通反演实现对地面地震资料分辨率的提高。

1 作业条件分析

1.1 作业井对关键信息

1.1.1 井间距

这是井间地震施工作业成功与否的重点因素。在不同区块，由于地质构造及地层疏松程度不同，地层对震源波的衰减也不同。通常认为比较可靠的井间距在200～800m，对于不同地质构造的区块，该范围将有所差别。如若井间距过大，地层衰减严重，则很难获得主频较高的地质资料，从而难以获得成像分辨率较高的地质资料。

1.1.2 两井井斜及共面性

若震源井及检波器井的井斜较大，超过45°，则容易出现仪器下放不到位、电缆打扭等不利结果，从而造成采集施工失败。如若两井井斜较大，且共面性差，则使得成像剖面产生扭曲，造成成像结果不理想。

1.2 作业关键环节

1.2.1 震源选择

(1)脉冲震源。其作用时间很短，信号振幅能量高度集中的脉冲信号，例如：电火花(直接放在泥浆中或预放在套管中的电极)。

特点：地震信号频带较宽，高频比较丰富，频率略高于炸药震源；激发一致性较好；对井壁破坏小，可以激发稳定子波。

缺点：难以提供理想的低频信号。

(2)可控震源。其激发信号作用时间较长、且为均衡振幅的连续扫描振动信号，例如双轴井下震动器Z-Trac。

特点：Z-Trac震源，可同时激发高频纵波、横波。激发能量频带宽，且能稳定输出最低有效频率在30Hz，仪器稳定，保养周期长，单次保养，能保证100000万次激发正常，不对井壁及环空水泥产生影响。

1.2.2 检波器选择

(1)基于流体耦合的多级水听器拖缆。其特点为：布置简单、频率响应高，但缺乏推靠式传感器那种矢量波场的测量能力，受管波的影响严重。

(2)推靠式三分量多级检波器。其特点：推靠臂工作，使检波器与地层耦合良好，记录井壁粒子运动形成的矢量波场，有抑制管波，但其记录效率比水听器拖缆差。

对井间地震来说，井下的干扰因素众多，波场复杂，在采集中首先要保证有效波场的高信噪比；另外，井间地震采集，不但有一般构造与地层的空间展布关系，而且还有各向异性与流体的问题，在施工时，应该综合考虑区块的地质情况、井况、施工要求、预算等多种因素，采用性价比最高、最适合该区块的井下检波器。

1.2.3 采集方法

井间地震采集方法，最为常见的有两种：共检波器采集(CRG)及共炮点采集(CSG)。以CRG为例，检波器固定深度不动，震源从底深度，定点上提至顶深度，该采集就构成了一个扇区。通常情况下，检波器需要上移几个深度，每移动并固定到一个深度，则震源移动并激发，从而再次采集一个扇区。以这样的模式，采集完所有扇区，则完成井间地震采集。同理，CSG则相当于震源不动，检波器移动采集扇区，或者说相当于一个震源炮点的非零VSP采集。

1.2.4 采集参数设置

(1)检波器、震源移动深度选择。在施工之前，必须对施工井进行模拟实验，以确定震源、检波器的布放深度，必须保证目的层必须在覆盖范围内。

(2)采集深度间隔。一般检波器级间距选用15m(或30m)，采集深度间隔为2.5m、5m、7.5m、15m(通常选择5m深度间隔)，震源采集深度间隔一般为5m。

(3)检波器级数。下井的检波器个数越多，覆盖的采集段也越长，从而提高采集效率。但是检波器个数越多，需要的通信带宽越高，只能通过降低采样间隔带动检波器串，这样会降低数据频谱的截至频率。常见的检波器级数为12级、15级和20级。注意：一般检波器级数越多，对应的采样间隔将相应延长(例如从0.5ms延长至1ms)。

(4)震源扫频次数。每个震源深度上为提高信噪比所进行的扫描次数，要根据数据质量和采集时间进行权衡。

1.2.5 噪音识别

在作业中存在很多环境噪音，尤其是在不占井口施工期间，海上平台或模块钻机的日常生产、运输往往产生一些诸如泥浆泵、固井泵、周边拖轮马达运转等各个频段噪音，对有效波场的信噪比提高造成较大困难。一般采用分时采集的方法，即对于不能避免的噪音干扰，可以适当停止采集，等相干噪音降低到背景噪音下再开始采集。

2 具体案例分析

2.1 基本信息

接收井：J检波器井；震源井：Z震源井；作业任务：井间地震VSP作业；套管尺寸：9.625”；检波器：12级VSI(165m)； 震源：可控震源采样率：0.5ms；井间距：400m；检波器深度间隔：5m；震源深度间隔：5m；扫频范围：30～600Hz；扫频个数：16；扫频长度：14s；采样率： 0.5ms。

2.2 采集流程

2.2.1 检波器和震源的移动方式

(1)接收井中，检波器串首先下放到采集段最下部的设计停点深度，开启推靠臂记录数据。如果地表有噪声通过绷紧的电缆传播至井下，则需要放松电缆，用电缆卡子把电缆悬挂在井口。

(2)震源井中，井下震源按照测试采集步骤中确定的间距，从采集段的下端开始逐步上移、停点扫频，直到当前的扇面采集完毕为止，如图1所示。

图1 检波器与震源移动示意图

(3)接收井中，检波器移动到下一个停点位置，开启推靠臂记录数据，移动间距在测试采集步骤确定。震源井中，井下震源重复第二步的工作，完成下一个扇区的采集。

2.2.2 网络通信

震源井和接收井之间将采用GPS和天线保持通信，确保扫频信号和检波器井下信号的同步性。

2.3 采集成果

该井对采集到的原始数据频谱显示：低频达30Hz，高频达到360Hz。后通过数据处理得到的整体频谱为30～300Hz，主频为150Hz。与地面地震采集成果对比显示，井间地震资料分辨率是地面地震的4倍左右。

2.4 注意事项

在进行井间地震作业前，应充分收集相关井信息，以确定作业井对是否满足井间距要求，目的层是否在采集覆盖范围内；作业前应进行固井质量测井，以确定检波器、震源与套管贴合处的固井质量是否合格；作业前应进行交叉偶极子声波、零偏VSP作业，为井间地震处理提供相应的速度模型。检波器在完成布放后，应进行“shacker”测试，以确定各级检波器接收功能正常；震源扫频波形应完整。采集时应注意噪音分析，并记录，尤其应减少套管波的影响，必要时停止采集，待噪音降低后恢复，以提高信噪比。采集过程中应时刻注意资料记录的同步性，避免出现发射和接收不同步，影响数据分析。不占井口施工应重点加大安全力度。人员交接班应严格执行交接班制度，避免出现交接班失误。与海上平台协作出现交叉作业时，应合理安排好工作时序，以便达到作业安全高效。

2.5 适用范围

在两对井共面性较好的情况下，井间距小于500m，取得资料的视分辨率最高能达到3～5m；井间距500～800m，分辨率最高能达到7～10m；超过800m，取得资料分辨率较低。

3 结语

井间地震以独特的施工方式，能突破地面地震的地表因素限制，故而能采集到主频更丰富、信噪比更高的地震资料。结合海上平台特性，使用特种防喷器装置进行不占井口采集井间地震作业，合理统筹井间地震与钻、完井工序，在保证作业质量的同时，大大提高了作业时效。本次渤海垦利10-1A油田采集的井间地震VSP资料质量合理率100%，分辨率高达5m，是地面地震采集资料分辨率的4倍以上，为垦利10-1A油田精细构造描述，成功识别尖灭、断层，提供了极为可靠的地质资料，并以此对油田后续3口井井位设计进行了有针对性的调整。本次井间地震VSP的采集为国内海上自营平台的首例，克服了施工环境狭小、存在一定交叉作业风险、时效要求严苛等困难，并积累了大量平台施工经验，为同行业进行类似作业提供了值得借鉴的参考依据。