海上风浪一致性影响量板制作方法、系统、介质及设备与流程

1.本发明涉及石油天然气地震勘探领域，特别是关于一种海上风浪一致性影响量板制作方法、系统、介质及设备。


背景技术：

2.时移地震是目前进行油气藏监测，合理调整开发方案，提高油气采收率的有效手段，能够分析研究油气藏开采过程中造成的储层流体运动、流体成分、流体饱和度、压力、孔隙度和温度等油气藏特征的变化。它利用油田开发前后两次采集地震数据之间的差异，揭示储层物性变化，预测剩余油的分布。时移地震要求两次地震采集处理保持很好的可重复性，完成匹配处理后，非目的层的两次数据的差异一般接近于零，而差异主要集中在产油层。
3.目前，海上时移地震数据采集大多采用拖缆采集方法，它具有工作效率高、成本低的优点。拖缆采集时，物探船拖拽着数条等间隔排放的接收电缆在海面上匀速航行，电缆排列和拖船之间放置着气枪阵列，通过瞬间释放高压空气产生地震波，地震波向下传播经地层反射后被接收电缆上的水听器接收。然而，采集过程中海面并非总是风平浪静，受海风的影响，海面常常伴随着波浪起伏。海风将风能传给海水，表层海水的运动通过海水的摩擦作用向下传递，引起下层海水运动，形成海浪。海浪强度与风速的平方成正比，风速越大，海浪越强。参见现有的海况分级简表，取至国际气象组织1964年发布的数据。从表中可以看到，不同级别的风力对应着不同的浪高和波长，浪高和波长随风速非线性增大。海上风浪的存在会破坏时移地震基数据(油田开发前采集的地震数据或该地区前一次采集的地震数据)与监测数据(油田开发生产一段时间后再次采集的地震数据或该地区后一次采集的地震数据)的一致性。尽管拖缆采集总是会尽可能地选择气象条件较好的时期施工，但受时移地震采集时间窗口和施工期限的限制，有时候采集作业也不得不在海况较差的情况下进行。而到目前为止，仍缺乏一种评估时移地震基数据和监测数据因海上风浪带来的一致性影响的评估方法。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种海上风浪一致性影响量板制作方法、系统、介质及设备，其能用于指导时移地震监测数据采集，根据监测数据采集时的浪高了解风浪对数据的一致性影响，从而为采集施工提供决策依据。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海上风浪一致性影响量板制作方法，其包括：步骤(1)、建立勘探地区的深度域地震速度模型；步骤(2)、采用波动方程有限元数值解法，模拟平静海面条件下的拖缆采集单炮记录；步骤(3)、重复步骤(2)，根据海况分级简表中的数据，模拟全部浪高级别的起伏海面条件下的拖缆采集单炮记录；步骤(4)、以平静海面条件下的炮记录为地震数据的基数据，以起伏海面条件下的炮记录地震数据的监测数据，计算目标层位的nrms值，根据nrms值评估两次采集地震数据的一致性；步骤(5)、
重复步骤(4)两两计算全部起伏海面下的炮记录上目标层位的nrms值；步骤(6)、根据步骤(4)和步骤(5)计算的全部浪高条件下的nrms值绘制勘探地区目标层位的风浪一致性影响量板。
6.进一步，所述深度域地震速度模型的建立方法为：根据地震解释成果建立勘探地区的地震速度模型，即在层位解释数据的基础上结合岩性解释数据、测井数据及时深关系建立探区深度域地震速度模型；当没有勘探地区的地震解释成果作为参考时，采用深度域或者时间域的地震成像结果作为探区构造模型，并用偏移速度填充为速度模型。
7.进一步，所述波动方程有限元数值解法采用四边形单元，双线性插值函数。
8.进一步，采用四边形网格剖分所述深度域地震速度模型，将炮点和接收点放置在海面以下预先设定沉放深度的计算节点上，以确保数值计算的精度。
9.进一步，所述步骤(3)中，起伏海面条件下的炮记录按正弦函数变化，计算公式为：
[0010][0011]
其中，z和x表示空间变量；h表示海浪波高；λ表示海浪波长；x
s
表示炮点横坐标。
[0012]
进一步，所述步骤(4)中，以nrms值小于0.1作为评判标准，nrms值小于0.1表明基数据和监测数据的一致性满足要求。
[0013]
进一步，所述步骤(5)中，两两计算全部起伏海面下的炮记录上目标层位的nrms值的方法为：把浪高a米的炮记录和浪高b米的炮记录分别当作基数据和监测数据，计算nrms值，并包含a等于b的情况。
[0014]
一种海上风浪一致性影响量板制作系统，其包括：模型建立模块、模型求解模块、起伏海面单炮记录模块、第一nrms计算模块、第二nrms计算模块和量板绘制模块；所述模型建立模块，建立勘探地区的深度域地震速度模型；所述模型求解模块，采用波动方程有限元数值解法，模拟平静海面条件下的拖缆采集单炮记录；所述起伏海面单炮记录模块，根据海况分级简表中的数据，模拟全部浪高级别的起伏海面条件下的拖缆采集单炮记录；所述第一nrms计算模块，以平静海面条件下的炮记录为地震数据的基数据，以起伏海面条件下的炮记录地震数据的监测数据，计算目标层位的nrms值，根据nrms值评估两次采集地震数据的一致性；所述第二nrms计算模块，重复执行所述第一nrms计算模块，两两计算全部起伏海面下的炮记录上目标层位的nrms值；所述量板绘制模块，根据计算的全部浪高条件下的nrms值绘制勘探地区目标层位的风浪一致性影响量板。
[0015]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如上述方法中的任一方法。
[0016]
一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如上述方法中的任一方法的指令。
[0017]
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0018]
1、本发明通过波动方程有限元数值解法模拟不同浪高条件下的探区地下目标体的地震响应，并逐一计算炮记录上目标体反射信号的nrms值，绘制该目标体的海上风浪一致性量板。该量板可用于指导时移地震监测数据采集，根据监测数据采集时的浪高了解风浪对数据的一致性影响，从而为采集施工提供决策依据。
[0019]
2、本发明针对勘探地区地质目标制作的时移地震海上风浪一致性量板揭示了探区不同海况条件下数据的一致性，可以直观地预判风浪对采集数据的一致性影响，从而为采集施工提供决策依据。
[0020]
3、本发明采用波动方程有限元数值解法精确模拟海上时移地震采集时风浪对数据的一致性影响分析，可以为时移地震资料一致性处理研究提供理想的基础数据，有利于针对目标油田的一致性处理。
[0021]
综上，本发明可以广泛应用在海上时移地震油藏监测领域中。
附图说明
[0022]
图1是本发明实施例中的b油田深度域速度模型；
[0023]
图2是本发明实施例中的四边形单元示意图，其中(a)是单元坐标系，(b)是笛卡尔坐标系；
[0024]
图3是本发明实施例中的四边形单元网格剖分示意图；
[0025]
图4是本发明实施例中的b油田不同浪高模拟采集单炮记录；
[0026]
图5是本发明实施例中的b油田时移地震海上风浪一致性影响量板。
具体实施方式
[0027]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍。
[0029]
在本发明的一实施例中，以b油田海上时移地震拖缆采集风浪一致性影响量板制作为例，本实施例提供一种海上风浪一致性影响量板制作方法，其包括：
[0030]
步骤(1)、建立勘探地区的深度域地震速度模型；
[0031]
其中，深度域地震速度模型的建模方法是根据地震解释成果建立勘探地区的地震速度模型，即在层位解释数据的基础上结合岩性解释数据、测井数据及时深关系建立探区深度域地震速度模型。当没有勘探地区的地震解释成果作为参考时，可以用深度域或者时间域的地震成像结果作为探区构造模型，并用偏移速度填充为速度模型。时间域均方根速度转深度域层速度出现异常结果时，应简化构造模型并适度平滑填充速度。
[0032]
如图1所示，是过b油田的一条二维纵波速度剖面，它根据b油田内的一条二维叠前逆时偏移成像剖面建立构造格架，并填充深度域偏移速度而成。该地质模型东西向长15km，深3.85km，其中海水层深度450m，地层平坦，构造比较简单，速度从浅到深逐渐增大，变化范围1.5～4.9km/s，油藏储层位于模型中部地下约2.5km的位置。
[0033]
步骤(2)、采用波动方程有限元数值解法对步骤(1)中的深度域地震速度模型求解，模拟平静海面条件下的拖缆采集单炮记录；
[0034]
其中，波动方程有限元数值解法采用四边形单元，双线性插值函数。采用四边形网格剖分深度域地震速度模型，将炮点和接收点放置在海面以下预先设定沉放深度的计算节点上，以确保数值计算的精度。
[0035]
在本实施例中，采用0.5m网格剖分如图1所示的深度域地震速度模型。炮点置于5000m处，沉放深度9m，接收点布置在5175～9175m的4000m范围内，间隔12.5m，沉放深度9m。震源函数采用峰值频率为25hz的延时50ms的ricker子波。除海面采用dirichlet零边界条件以外，其余边界全部采用吸收边界条件。
[0036]
具体的，双线性插值函数的构造方法为：
[0037]
如图2中的图(a)所示，正方向单元四个顶点的编号及其坐标，构造的插值函数为：
[0038][0039]
其中，n
i
表示第i个点的插值函数；ξ和η分别是自然坐标中的横坐标和纵坐标，ξ
i
和η
i
表示点i(i＝1,2,3,4)的自然坐标中的横坐标和纵坐标。
[0040]
如图2中的图(b)所示，直角坐标系下任意四边形单元的四个顶点坐标(x1,y1),
……
,(x4,y4)和函数值u1,
……
,u4可表示成：
[0041][0042]
其中，x,y,u均可以表示为ξ和η的线性函数，上述插值函数称作双线性插值函数，因为包含交叉项ξη，所以具有比线性三角形插值函数更高的数值精度。
[0043]
采用四边形网格剖分深度域地震速度模型，将炮点和接收点放置在海面以下预先设定沉放深度的计算节点上，以确保数值计算的精度。震源函数采用延时的ricker子波，计算方法如下式。
[0044][0045]
其中，r(t)表示t时刻的震源函数值；f
p
表示峰值频率；τ表示延迟时间。除海面采用dirichlet零边界条件以外，其余边界全部采用吸收边界条件。
[0046]
步骤(3)、重复步骤(2)，根据现有的海况分级简表中的数据，模拟全部浪高级别的起伏海面条件下的拖缆采集单炮记录；
[0047]
其中，现有的海况分级简表为国际气象组织1964年发布的现有的海况分级简表，如表1所示；
[0048]
表1海况分级简表
[0049][0050][0051]
具体的，起伏海面按正弦函数变化，计算公式如下式。
[0052][0053]
其中，z和x表示空间变量；h表示海浪波高；λ表示海浪波长；x
s
表示炮点横坐标。为保证对起伏海面的模拟精度，一个波长内的横向网格数不少于12个。数值模拟时，炮点和接收点位置与步骤(2)中保持一致，即炮点和接收电缆不随海浪起伏。这是因为随深度的增加，海浪强度以几何级数急剧减弱。深度每增加波长的九分之一，波峰就降致原来的一半；在等于半个波长深度的地方，大约只有原来的5％。而拖缆采集时，一般将电缆沉放到海面以下一定深度(通常10米左右)，并使用深度鸟让其保持该沉放深度，再加上长达数千米的采集电缆质地较为坚硬，因此认为采集电缆不随海浪起伏是符合实际情况的。网格剖分时，四边形单元的网格边长应避免差异过大，采用的做法是：将采集电缆以上的海水层纵向按固定单元数等比例剖分，横向按接收点间距的整分数剖分；而将采集电缆以下的部分全部按横向网格距的正方形网格剖分。这种网格剖分方式的优点是实现方法简单，节点编号规则，数值计算的稳定性好。
[0054]
如图3所示，为0～4m浪高情况下的网格剖分，其中＊代表炮点，
▽
代表接收点，将采集电缆以上的海水层纵向按固定单元数等比例剖分，横向按接收点间距的整分数剖分；而将采集电缆以下的部分全部按横向网格距的正方形网格剖分。这种网格剖分方式的优点是实现方法简单，节点编号规则，炮点和接收点都落在计算网格点上，数值计算的精度和稳定性好。
[0055]
如图4所示，为0.6～5.5m浪高条件下模拟的单炮记录，1.0～1.6s的时窗是目标层位的反射信号。从剖面上能看到随着海面起伏加剧，地震记录中的反射噪音逐渐增强，数据的信噪比随之降低。
[0056]
步骤(4)、以步骤(2)采集到的平静海面条件下的炮记录为地震数据的基数据，以
步骤(3)起伏海面条件下的炮记录为地震数据的监测数据，计算目标层位的nrms(归一化均方根差异)值，根据nrms值评估两次采集地震数据的一致性；
[0057]
具体的，nrms值是监测数据与基数据的差的平均均方根振幅除以两个数据的平均均方根振幅和，计算方法如下：
[0058][0059]
其中，b表示基数据；m表示监测数据；rms表示算子，计算方法如下式。
[0060][0061]
其中，x
i
表示时窗内的振幅；n表示时窗里的样点个数。nrms值受相位和振幅差、时移误差和噪音的影响，值越小说明数据的一致性越好。
[0062]
实际生产中，一般以nrms值小于0.1作为评判标准，nrms值小于0.1表明基数据和监测数据的一致性满足要求，采集位置误差带来的数据一致性影响相对储层物性变化引起的数据差异很小；否则认为两次采集数据的一致性较差，会影响对储层物性变化的正确判断。
[0063]
如图5所示，是根据不同浪高条件下目标层位的nrms值制作的b油田时移地震海上风浪一致性影响量板。可以看到对角线上为0，一致性关于对角线对称。在浪高很小的时候，地震数据的一致性也很好；在浪高很大的时候，地震数据的一致性迅速变差。4m以下浪高条件下，风浪总体影响在5％以内，而该地区一致性门槛值对应的浪高接近7m。
[0064]
步骤(5)，两两计算全部起伏海面下的炮记录上目标层位的nrms值；即把浪高a米的炮记录和浪高b米的炮记录分别当作基数据和监测数据，计算nrms值，并包含a等于b的特殊情况。
[0065]
以表1为例，依次计算a＝0.6～11.5m和b＝0.6～11.5m共81个数据组合的nrms值。
[0066]
步骤(6)，根据步骤(4)和步骤(5)计算的全部浪高条件下的nrms值绘制勘探地区目标层位的风浪一致性影响量板。
[0067]
在实施时移地震数据采集时，可以参考这个风浪一致性量板，直观地预判风浪对采集数据的一致性影响，从而为费用高昂的采集施工提供决策依据。
[0068]
在本发明一实施例中，提供一种海上风浪一致性影响量板制作系统，其包括：模型建立模块、模型求解模块、起伏海面单炮记录模块、第一nrms计算模块、第二nrms计算模块和量板绘制模块；
[0069]
模型建立模块，建立勘探地区的深度域地震速度模型；
[0070]
模型求解模块，采用波动方程有限元数值解法，模拟平静海面条件下的拖缆采集单炮记录；
[0071]
起伏海面单炮记录模块，根据海况分级简表中的数据，模拟全部浪高级别的起伏海面条件下的拖缆采集单炮记录；
[0072]
第一nrms计算模块，以平静海面条件下的炮记录为地震数据的基数据，以起伏海面条件下的炮记录地震数据的监测数据，计算目标层位的nrms值，根据nrms值评估两次采集地震数据的一致性；
[0073]
第二nrms计算模块，重复执行所述第一nrms计算模块，两两计算全部起伏海面下的炮记录上目标层位的nrms值；
[0074]
量板绘制模块，根据计算的全部浪高条件下的nrms值绘制勘探地区目标层位的风浪一致性影响量板。
[0075]
在本发明一实施例中，提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，指令当由计算设备执行时，使得计算设备执行上述实施例所述方法中的任一方法。
[0076]
在本发明一实施例中，提供一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述实施例所述方法中的任一方法的指令。
[0077]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0078]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0079]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0080]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。