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1、(10)申请公布号 CN 103645508 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103645508 A (21)申请号 201310553945.1 (22)申请日 2013.11.08 G01V 1/40(2006.01) (71)申请人 中国石油大学 （北京） 地址 102249 北京市昌平区府学路 18 号 (72)发明人 李向阳 陈双全 蔡志光 撒振宇 陈海峰 (74)专利代理机构 北京汇泽知识产权代理有限 公司 11228 代理人 张瑾 (54) 发明名称 一种检测地层裂缝走向方位角度的方法 (57) 摘要 本发明提供一种检测地层裂缝走向方位角度 的方法， 所述方法。
2、利用横波在裂缝发育地层中传 播时发生横波分裂现象， 导致井下三分量检波器 接收到的横波初至波能量随着观测方位角度的变 化而变化， 通过分析水平分量上的横波初至波能 量随着观测方位角度的变化规律， 能够定量检测 地层裂缝的走向方位角度， 为降低勘探开发的风 险， 提高油气藏开采效率提供参考数据。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103645508 A CN 103645508 A 1/1 页 2 1. 一种检测地层裂缝走向方位角度的。
3、方法， 所述方法包括以下步骤 ： (1) 根据所欲观测的井所在的现场地形， 按照如下要求设计三维三分量 VSP 观测方 案 ： 从井口所在位置 O 点指向可控震源所在位置 S 点的观测方位角度取值 j,j 1,2,M， j 0,360)， 的 M 个取值将圆周均匀分割为 M 等份， 根据对观测精度的要 求， M 取值从集合 6、 8、 10、 12、 16、 18、 36 中选取一个合适的数值 ； 井下三分量检波器所放 置的位置 G 与井口位置 O 的距离为 z0米， z0的取值保证井下三分量检波器的正常工作并尽 量接近要观测的地层 ； 可控震源所在位置 S 与井口位置 O 之间的距离为 x0。
4、米， x0的取值满 足当激发可控震源时， 井中三分量检波器能够接收到较高信噪比的有效信号 ； 设定井下三 分量检波器的离散采样间隔 dt 与离散采样点数 N， dt 与 N 的取值保证记录到完整的可控震 源引发的位置 G 处的质点振动 ； (2) 对于 j,j 1,2,M 的每一个取值 j， 将可控震源放置在与井口 O 距离为 x0米方位角度为j处 ； 将井下三分量检波器放置于与井口位置O的距离为z0米的井下， 并 使井下三分量检波器的两个水平分量中的 R 分量指向的方位角度与 j保持一致 ； 激发可 控震源产生沿着 j方位角度偏振的横波， 并同时以井下三分量检波器记录可控震源引发 的井下三分。
5、量检波器所在位置 G 处的质点振动， 当 取值为 j时井下三分量检波 器两个水平分量 R、 T 记录到的质点振动记为 Rj(tk),Tj(tk),k 1,2,N ； (3) 对 步 骤 (2) 中 得 到 的 所 有 观 测 方 位 的 数 据 记 录 Rj(tk),Tj(tk),j 1,2,M,k 1,2,N，编 程 计 算 直 达 波 初 至 的 到 达 时 间 Pj， j 1,2,M， 编程的具体算法为 ： 对于 j的每一个取值得到的井下三分量检波器的两个水平分量的数据记录 Rj(tk),Tj(tk),k 1,2,N， 扫描计算 rk Fk/Ek,k L+1,L+2,N-L 中的最 大值。
6、所对应的 k 的取值， 则得到 Pj kdt ； 在公式 rk Fk/Ek,k L+1,L+2,N-L 中，L 的取值由可控震源激发的 地震子波的延续时间 t0 决定， L t0/dt， L N ； (4) 根据 Pj 值， 求取在第 1 至第 M/2 个观测方位角度采集的 T 分量上的横波直达波 的能量L 的取值同上 ； (5) 比较中各个值的大小， 输出其中最大值所对应的方位角度 j, 则所观测地层中的裂缝走向的方位角度被定量地检测出来 ： j； (6) 流程结束。 权 利 要 求 书 CN 103645508 A 2 1/4 页 3 一种检测地层裂缝走向方位角度的方法 技术领域 0001。
7、 本发明涉及地震勘探技术领域， 是一种通过对三维三分量 VSP 中井下三分量检波 器的两个水平分量记录的地震波场的能量变化规律进行分析， 从而对地层中裂缝走向的方 位角度进行定量检测的分析方法和流程。本发明主要应用于地震勘探领域， 为裂缝型油气 藏勘探与开发提供地层裂缝走向的方位角度信息， 为降低勘探开发的风险， 提高油气藏开 采效率提供参考数据。 背景技术 0002 在三维三分量 VSP 地震勘探数据中， 当横波可控震源在井旁激发时， 震源所产生 的横波在地层中传播， 穿透地层到达井中的三分量检波器所在位置， 并在该点引起质点振 动， 该点的振动被放置于井中的三分量检波器记录下来。 如果地层。
8、中裂缝发育， 可控震源所 激发的横波在穿透地层传播时会发生横波分裂现象， 即横波会分裂为沿着裂缝走向偏振的 快横波和垂直裂缝走向偏振的慢横波。通过分析可控震源激发、 井中三分量检波器接收的 三维三分量 VSP 地震数据中井下三分量检波器的水平分量的横波初至波能量变化规律， 可 以定量检测地层中裂缝走向的方位角度。 0003 现有技术手段是通过地层的地质露头进行观测、 或者对钻井中提取的岩心样本在 实验室中观测、 或者对测井资料进行分析来获得储层裂缝的相关信息。由于上述方法资料 采集的局限性， 只能够获得地层裂缝的局部信息。 0004 现有技术手段也可以通过宽方位角纵波地震勘探获得纵波地震传播的。
9、方位各向 异性属性来检测地层裂缝的走向方位角度信息， 但是由于地震纵波对地层裂缝的发育情况 不够敏感， 因此通过纵波地震方位各向异性属性分析来对储层裂缝的发育特征只能够做到 定性的或者是误差较大的半定量描述。 0005 总之， 现有的技术手段由于受到技术方法本身的限制， 对地层裂缝走向的方位角 度的检测能力不能满足油田的生产需要。 发明内容 0006 本发明通过分析三维三分量 VSP 地震勘探中井下三分量检波器水平分量的横波 初至的能量变化规律来提供一种定量检测地层裂缝走向的方位角度的分析方法。 0007 当地层中发育有裂缝时， 横波在地层中传播时将发生横波分裂现象， 横波分裂导 致井下三分量。
10、检波器水平分量接收到的横波初至波的能量与裂缝的走向方位角度有关。 通 过分析井下三分量检波器的水平分量所记录的地震波场中横波初至波能量的变化规律 , 可以定量检测地层中裂缝走向的方位角度。 0008 图 1 是当横波穿过呈平行排列的垂直裂缝介质时发生横波分裂的原理示意图。当 由横波可控震源激发的入射横波S穿过裂缝发育的地层时， 发生了横波分裂， 入射横波S分 解为快横波 S1和慢横波 S2， 其中快横波 S1的偏振方向平行于裂缝走向， 慢横波 S2的偏振方 向垂直于裂缝走向。 说 明 书 CN 103645508 A 3 2/4 页 4 0009 为了便于分析横波分裂现象， 我们将三分量检波器。
11、的径向方向记录的地震波场记 为 R(t)、 切向分量记录的地震波场记为 T(t)， 三分量检波器的两个水平分量同时记录下了 快横波S1(t)和慢横波S2(t)在观测点引起的质点振动， 三分量检波器的两个水平分量R(t) 与 T(t) 可以写成如下形式 ： 0010 0011 上式中， NR(t) 与 NT(t) 分别表示三分量检波器的径向分量与横向分量记录的环境 噪声 ； 是地层中裂缝走向方位角度 与三分量检波器的径向分量指向的方位角度 的 夹角， 见图 2 中所示。 0012 本发明的技术方案为 ： 0013 一种检测地层裂缝走向方位角度的方法， 所述方法包括以下步骤 ： 0014 (1) 。
12、根据所欲观测的井所在的现场地形， 按照如下要求设计三维三分量 VSP 观测 方案 ： 从井口所在位置 O 点指向可控震源所在位置 S 点的观测方位角度取值 j,j 1,2,M， j 0,360)， 的 M 个取值将圆周均匀分割为 M 等份， 根据对观测精度的要 求， M 取值从集合 6、 8、 10、 12、 16、 18、 36 中选取一个合适的数值 ； 井下三分量检波器所放 置的位置 G 与井口位置 O 的距离为 z0米， z0的取值保证井下三分量检波器的正常工作并尽 量接近要观测的地层 ； 可控震源所在位置 S 与井口位置 O 之间的距离为 x0米， x0的取值满 足当激发可控震源时， 。
13、井中三分量检波器能够接收到较高信噪比的有效信号 ； 设定井下三 分量检波器的离散采样间隔 dt 与离散采样点数 N， dt 与 N 的取值保证记录到完整的可控震 源引发的位置 G 处的质点振动 ； 0015 (2) 对于 j,j 1,2,M 的每一个取值 j， 将可控震源放置在与井口 O 距 离为 x0米方位角度为 j处 ； 将井下三分量检波器放置于与井口位置 O 的距离为 z0米的井 下， 并使井下三分量检波器的 R 分量指向的方位角度与 j保持一致 ； 激发可控震源产生沿 着 j方位角度偏振的横波， 并同时以井下三分量检波器记录可控震源引发的井下三分量 检波器所在位置 G 处的质点振动， 。
14、当 取值为 j时井下三分量检波器两个水平分 量 R、 T 记录到的质点振动记为 Rj(tk),Tj(tk),k 1,2,N ； 0016 (3) 对 步 骤 (2) 中 得 到 的 所 有 观 测 方 位 的 数 据 记 录 Rj(tk),Tj(tk),j 1,2,M,k 1,2,N， 编 程 计 算 直 达 波 初 至 的 到 达 时 间 Pj， j 1,2,M， 0017 编程的具体算法为 ： 0018 对于 j的每一个取值得到的井下三分量检波器的两个水平分量的数据记 录Rj(tk),Tj(tk),k1,2,N， 扫描计算rkFk/Ek,kL+1,L+2,N-L中的 最大值所对应的k的取值。
15、， 则得到Pjkdt ； 在公式rkFk/Ek,kL+1,L+2,N-L 中，L 的取值由可控震源激发的 地震子波的延续时间 t0 决定， L t0/dt， L N ； 0019 (4) 根据 Pj 值， 求取在第 1 至第 M/2 个观测方位角度采集的 R 分量上的横波直 说 明 书 CN 103645508 A 4 3/4 页 5 达波的能量L 的取值同上 ； 0020 (5) 比较中各个值的大小， 输出其中最大值所对应的方位角 度 j, 则所观测地层中的裂缝走向的方位角度被定量地检测出来 ： j； 0021 (6) 流程结束。 0022 本发明的技术效果为 ： 本发明利用横波在裂缝发育地。
16、层中传播时发生横波分裂现 象， 导致井下三分量检波器接收到的横波初至波能量随着观测方位角度的变化而变化， 通 过分析水平分量上的横波初至波能量随着观测方位角度的变化规律， 能够定量检测地层裂 缝的走向方位角度。 附图说明 0023 图 1 为横波穿过呈平行排列的垂直裂缝介质时发生横波分裂的示意图。 0024 图 2 为三分量检波器径向分量指向的方位角度 、 裂缝走向 与 的关系图。 0025 图 3 为三维三分量 VSP 地震观测方法示意图。 0026 图 4 为 取值 （M=16） 及其与井下检波器水平分量指向方位关系示意图。 0027 图 5 与图 6 分别是理论合成的三维三分量 VSP 。
17、观测数据的水平分量 R 与 T 图。模 型设计的裂缝方位为 NE60， 地层速度 100m/s， x=500m， z=500m。观测方位角度 的取值 为 ： NE10 ,NE20 ,NE360。井下三分量检波器的方向采用右手坐标系 , 径向分 量与观测方位角度 保持一致， 切向分量垂直于观测方位角度 ， 位于径向分量顺时针旋 转 90的方位。合成数据地震子波采用的是 40Hz 的零相位雷克子波。 0028 图 7 和图 8 是对图 5 和图 6 中的合成地震记录水平分量进行横波初至时间拾取的 结果图。 0029 图 9 是图 7 中前半数观测方位的 R 分量记录上的横波初至能量大小线图， 图中。
18、能 量最大点对应的观测方位为地层的裂缝走向方位角度。 具体实施方式 0030 一种检测地层裂缝走向方位角度的方法， 所述方法包括以下步骤 ： 0031 (1) 根据所欲观测的井所在的现场地形， 按照如下要求设计三维三分量 VSP 观测 方案 ： 参考图2所示， 从井口所在位置O点指向可控震源 （炮点） 所在位置S点的观测方位角 度取值 j,j 1,2,M， j 0,360)， 的 M 个取值将圆周均匀分割为 M 等份， 根 据对观测精度的要求， M 取值可从集合 6、 8、 10、 12、 16、 18、 36 中选取一个合适的数值 ； 井 下三分量检波器所放置的位置 G 与井口位置 O 的距。
19、离为 z0米， z0的取值应能够保证井下三 分量检波器的正常工作并尽量接近要观测的地层 ； 可控震源所在位置 S 与井口位置 O 之间 的距离为 x0米， x0的取值应满足当激发可控震源时， 井中三分量检波器能够接收到较高信 噪比的有效信号 ； 设定井下三分量检波器的离散采样间隔 dt 与离散采样点数 N， dt 与 N 的 取值应能保证记录到完整的可控震源引发的 G 点处的质点振动。 0032 (2) 对于 j,j 1,2,M 的每一个取值 j， 将可控震源放置在与井口 O 距 离为 x0米方位角度为 j处 ； 将井下三分量检波器放置于与井口位置 O 的距离为 z0米的井 说 明 书 CN 。
20、103645508 A 5 4/4 页 6 下， 并使井下三分量检波器的 R 分量指向的方位角度与 j保持一致 （参考图 3 所示） ； 激发 可控震源产生沿着 j方位角度偏振的横波， 并同时以井下三分量检波器记录可控震源引 发的井下三分量检波器所在位置 G 处的质点振动。当 取值为 j时井下三分量检 波器两个水平分量 R、 T 记录到的质点振动记为 Rj(tk),Tj(tk),k 1,2,N。 0033 (3) 对 (2) 中 得 到 的 所 有 观 测 方 位 的 数 据 记 录 Rj(tk),Tj(tk),j 1,2,M,k 1,2,N，编 程 计 算 直 达 波 初 至 的 到 达 时。
21、 间 Pj， j 1,2,M。 0034 编程的具体算法为 ： 0035 对于 j的每一个取值得到的井下三分量检波器的两个水平分量的数据记 录Rj(tk),Tj(tk),k1,2,N， 扫描计算rkFk/Ek,kL+1,L+2,N-L中的 最大值所对应的k的取值， 则得到Pjkdt ； 在公式rkFk/Ek,kL+1,L+2,N-L 中，L 的取值由可控震源激发的 地震子波的延续时间 t0 决定， L t0/dt， L N ； 0036 (4) 根据 Pj 值， 求取在第 1 至第 M/2 个观测方位角度采集的 R 分量上的横波直 达波的能量L 的取值同上 ； 0037 (5) 比较中各个值的大小， 输出其中最大值所对应的方位角 度 j, 则所观测地层中的裂缝走向的方位角度可以定量地检测出来 ： j； 0038 (6) 流程结束。 说 明 书 CN 103645508 A 6 1/4 页 7 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103645508 A 7 2/4 页 8 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103645508 A 8 3/4 页 9 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103645508 A 9 4/4 页 10 图 9 说 明 书 附 图 CN 103645508 A 10 。