2020年8月 物 探 装 备 第30卷 第4期
王雪峰**1 王 岩2 李孟泽3 刘聪伟1 王 冲1
（1.东方地球物理公司新兴物探开发处，河北涿州 072750；2.西南油气田公司储气库管理处；3.东方地球物理公司国际勘探事业部） 王雪峰，王岩，李孟泽，刘聪伟，王冲.分布式光纤检波器W-VSP 采集技术应用实例.物探装备，2020,30(4)：259-263
摘要 为满足大港油田基于油藏渗流垂直地震技术攻关与应用研究的需要，获得井旁高精度速度场、高分辨率成像数据和储层反演成果，研究流体变化规律，为油藏渗流场研究提供高精度地震数据，2019年大港油田在港东某区块部署了W-VSP （Walkaway-VSP ，井中二维地震）项目。在该区首次采用数字检波器和分布式光纤检波器两种接收仪器采集资料，获得了优质的光纤W-VSP 资料。通过本次攻关，得到了品质较好的分布式光纤检波器资料，这说明分布式光纤传感技术值得在类似地区进行推广应用。 关键词 分布式光纤检波器 数字检波器 DAS W-VSP 共炮点道集 Wang Xuefeng, Wang Yan, Li Mengze, Liu Congwei and Wang Chong. Application example of W-VSP acquisition tec hnology of distributed fiber optic detector.EGP ,2020,30(4):259-263
Abstract In order to meet the research needs of Dagang Oilfield based on reservoir seepage vertical seismic technology research and application (SVSP), obtain high-precision velocity field near the well, high-resolution imaging data and reservoir inversion results, study the law of fluid change, and provide high-precision seismic data for reservoir seepage field research, Dagang Oilfield deployed the W-VSP(Walkaway -VSP) project in a block in Gangdong district in 2019. For the first time, two kinds of receiving instruments, digital geophone and distributed fiber geophone, are used to collect data, and high-quality fiber-optic W-VSP data are obtained. Through this research, the data of distributed fiber-optic geophone with good quality are obtained, which shows that the distributed fiber-optic sensor technology is worth popularizing and applying in similar areas.
Key words distributed fiber optic detector, digital detector, DAS(Distribute Acoustic Sensor), W-VSP , spectrum common shot gathers
0 引言
港东某区块位于港东开发区的西南端，马棚口断层上升盘，是一个被断层切割的背斜，其范围北以马棚口断层为界，东与二区二断块相邻，西与二区七断块相连。该断块构造比较完整，整体呈现北高南低，地层分布稳定，砂体发育，在馆陶组形成“砂包泥”沉积剖面，明化镇组形成“泥包砂”沉积剖面，平
均油层厚度19.6 m ，储层岩性以细砂岩为主，平均孔隙度28%，平均有效渗透率341 mD ，属于高孔高渗储层，含油级别为含油。油气藏类型为构造～岩性油气藏，发育有多套油气层。研究区面积约2.4 km 2，主要含油层系Nm Ⅲ、Nm Ⅳ、Ng 油组，油层埋藏深度1241～2071 m 。
分布式光纤传感技术（DAS ，Distribute Acoustic Sensor ）利用光纤作为传输信号介质和传感敏感元件，沿着光纤缆连续地进行测量，获取在传感光纤区域内随空间和时间变化的被测量的分布信息。当前分布式──────────
** 本文受《煤炭地下气化关键技术研究与先导试验》项目，课题1《煤炭地下气化地质评价与选址研究》资助（项目编号：2019E-25（JT ））。 光纤传感技术主要包括：基于自发及受激拉曼散射的
分布式传感技术、背向瑞利散射分布式光纤传感技术、前向传输模耦合技术以及基于自发及受激布里渊散射的分布式光纤传感技术等。与传统传感技术相比较，光纤传感技术拥有以下特点：
（1）精度高。可以实现某些精密测量。 （2）抗电磁干扰。光纤传感系统用光纤作为传递信息的媒质，传输的是光信号，特别适用于大电流、强磁场、强辐射等环境。
（3）使用寿命长。光纤的主要材料是石英，外裹高分子材料的包层，这使得它具有相对于金属传感器更长的耐久性。
（4）测量对象广泛。可以测量压力、位移、温度、速度、浓度、PH 值等各种物理量、化学量、生物量等。
（5）可分布式测量。利用光纤可以实现长距离连续测控，因此形成大范围、连续式的监测区[1]。
1 关键问题及采集方法设计
260 物探装备2020年
1.1中央记录系统
港2-62-4井位于天津市滨海新区大港油田渤海钻探钻前公司南约1.55 km，区内交通便利，可通行大型车辆，通讯信号较强。本地区的气候类型属于温带大陆性季风型，春季干燥，多风沙；夏季炎热，雨量集中；秋季天气晴朗，温暖适中；冬季寒冷少雪。年平均温度在12℃左右，最热月7月平均最高气温为30～32℃，年极端最高气温达41.8℃，最冷月1月平均最低气温为零下10～15℃，年极端最低气温零下25℃。地下常温带底界深度为20 m，常温带的温度为14℃，地下水位在自然地平面以下0.6～1.0 m，年平均降雨600～800 mm之间。
1.2中央记录系统
本项目的施工难点有以下几方面：
(1)井区北部为居民区，南部为养虾池，Walkaway-VSP测线以及Walkaround-VSP点布设难度较大。
对策：对测线进行多次踏勘，加强测量选点工作，根据踏勘情况和卫片提前对障碍物进行室内震点的设计。组织施工人员应对复杂地表情况进行培训，确保人员安全。
(2)施工期处于1月份，气温较低，设计使用常规仪器、套内光纤、套外光纤进行采集。震源、仪器等设备连续工作时间较长，工作稳定性不确定。
对策：对使用震源、仪器做好保养工作，提前做好设备联机测试，保证不同观测系统之间的衔接。
(3)套管外布设光缆。光缆随套管下井的过程中，布设在套管外和地层之间，然后水泥固井。套管外布设光缆以保证与地层耦合良好并能够避开环境干扰和井中干扰为原则。 对策：二开完钻后，光缆随油层套管下井，在每个套管接箍位置安装保护装置。根据需要，在数个间隔套管上布置扶正器。光缆尾端采用U型连接，确保尾端保护装置密封，保证下井过程套管计深准确，设计加工光缆出井口专用套管头悬挂器，保证光缆带压穿越套管头悬挂器。完成光缆布设后，将光缆用水泥固结在套管与地层之间，水泥返高至井口。由专人负责与钻井队协调井口作业注意事项，做好光缆出井口后的保护工作[2]。
(4)光缆下井工序过程中易出现遇阻遇卡。
对策：根据井况（井斜、泥浆密度，井温参数）选择合适的配重，在保护好光缆的前提下将光缆下放到井底，释放光缆张力，避免采集过程中的光缆震荡干扰；布设完成后应选用柔性材料将光缆固定于井口位置，避免采集时光缆在井口震荡。在光缆下放过程中，密切关注张力变化，及时确定是否遇阻。遇阻后应按照规定速度上提电缆，待光缆张力计数值恢复到正常值后再缓慢下放光缆。连续3次在同一深度遇阻，应立即将光缆提到地面，通知钻井队通井后才能继续施工。井下光缆上提时缆车的张力突然增加到经验值时可判断为遇卡。遇卡后要立即停止操作，立即将张力增加到一定数值加力上提。张力增加仍不能解卡时或者光缆坠落应实施打捞作业。
1.3分布式光纤传感器
分布式光纤传感是将外部的声波、温度、压力等扰动产生光纤微小拉伸应变，导致散射回来的解调信号产生相位变化，这些扰动信号由解调装置捕获并记录下来。其原理如图1所示。
图1 分布式光纤传感原理
在油田开发应用中，分布式光纤传感器主要是利用光散射作用进行测量应用。光散射主要是在光子和作为传输介质中的粒子之间的碰撞作用下产生的。一般情况下，分布式光纤传感器中的光散射主要有光纤折射光散射、光学声子光散射以及声学声子光散射等。光纤折射光散射是一种光与物质之间的弹性散射，这种光散射中，发生散射的光频率不会发生变化。但是，光学声子光散射与声学声子光散射
则是光合物质之间的一种非弹性散射作用，它们散射的光频率是会发生一定变化的，变化情况如图2所示[3]
图2
非弹性光散射变化频
第30卷第4期王雪峰等：分布式光纤检波器W-VSP采集技术应用实例* 261
1.4采集参数选取
本次攻关激发上采用可控震源，通过试验最终确定了震源激发参数如下：
震源型号：BLV-620；扫描频率：3～96 Hz；扫描长度：16 s；驱动幅度：70 %；震动台次：2台*3次。扫描类型：线性升频。采用40级大阵列数字检波器接收。布设一条垂直构造走向的测线，测线方位68°和235°。炮线长度以井为中心，68°方位3000 m，235°方位3000 m，炮线总长6000 m，炮点距40 m。以井为中心布设半径为1 km和2 km的Walkaround-VSP，每个环均匀布设8个炮点，激发间隔45°。炮点分布如图3所示。
图3 炮点分布图
观测系统参数如下：
零井源距VSP：数字检波器观测井段2360～30 m 观测点距10 m；套内光纤观测井段2400～60 m，观测点距0.8 m；套外光纤950～34 m，观测点距0.8 m。
Walkaround-VSP：数字检波器观测井段2360～40m观测点距20 m；套内光纤观测井段2400～60 m 观测点距0.8 m；套外光纤950～34 m观测点距0.8m。
Walkaway-VSP：数字检波器观测井段2360～40m，观测点距20 m；套内光纤观测井段2400～60 m，观测点距0.8 m；套外光纤950～34 m，观测点距0.8 m。2关键问题及采集方法设计
2.1数字检波器与套管内光纤检波器单炮对比
我们对可控震源相同激发参数数字检波器和光纤检波器采集到的资料进行了对比。
数字检波器零井源距道集与套管内光纤检波器道集下行波、上行波波组特征基本一致，产生波组的深度位置相同。由于光纤悬置于大井中，没有与井壁耦合很好，所以道集上看到次生震动干扰波较多。
对采集的零井源距资料进行频谱分析，数字检波器资料主频45 Hz，强能量分布的频宽较宽，而光纤检波器主频22 Hz，强能量分布在5～35 Hz频宽范围，并且光纤检波器资料能量衰减很快，800 m以下能量较弱了，而数字检波器1300 m以下能量变弱。
Walkaround-VSP井源距1000 m数字检波器与光纤检波器道集记录面貌基本一致，波组特征相同，上行波、上行转换波、下行转换波深度位置相同，只是光纤检波器接收到的资料能量较弱，这一特征与频谱分析图相对应。
Walkaround-VSP井源距1000 m资料频谱分析，数字检波器资料主频40 Hz左右，浅层和深层主要能量集中于10～45 Hz频带范围，光纤检波器资料主频10 Hz左右，深层超过800 m能量较弱，浅层能量主要集中于10～30 Hz频带范围。套管中悬空光纤检波器能量和频率衰减很快。
2.2数字检波器与套管外固井光纤检波器单炮对比
我们对可控震源相同激发参数的数字检波器和套管外固井光纤检波器采集到的资料进行了对比。
从两者零井源距道集记录上看（如图4所示），两者的波组特征基本相同，面貌上套管外固井光纤检波器采集数据能量相对更强一些。
从频谱分析看（如图5所示），两者频谱变化趋势较一致，采集数据主频都是35 Hz，光纤检波器采集数据3～20 Hz频带范围能量无论浅层还是深层都比数字检波器采集数据能量强，20～50 Hz两者相对一致，50～96 Hz数字检波器采集数据能量强一些。
分析图6可见，光纤检波器初至波特征比数字检波器初至波特征更明显清晰一些，尤其是上行转换波和下行转换波。
从频谱上看（如图7所示）数字检波器采集数据主频25 Hz，光纤检波器采集数据主频18 Hz，频谱5～30 Hz两者差异不是很大，总体上数字检波器的能量强一些，30～96 Hz频带范围数字检波器比光纤检波器能量强一些，
但是不如光纤检波器能量均匀一些。
262 物探装备2020年
（a）数字检波器（b）套管外固井光纤检波器
图4 零井源距道集记录
（a）数字检波器（b）套管外固井光纤检波器
图5 零井源距频谱分析
（a）数字检波器（b）套管外固井光纤检波器
图6 Walkaway-VSP井源距1000 m道集记录
第30卷第4期王雪峰等：分布式光纤检波器W-VSP采集技术应用实例* 263
（a）数字检波器（b）套管外固井光纤检波器
图7 Walkaway-VSP井源距1000 m频谱分析
当井源距加大至2000 m时，道集上数字检波器初至波、上行波和转换横波的波组明显好于光纤检波器采集数据，光纤检波器道集上看不到初至波了，隐约见到部分上行波。同时，两者频谱差异很大了，数字检波器采集数据主频22 Hz，光纤检波器采集数据主频15 Hz，光纤频谱基本是噪音。
随着井源距增大至3000 m时，波组特征与井源距2000 m相类似，数字检波器道集上还能看到些波组，光纤检波器道集基本是噪音。数字检波器资料主频25 Hz，光纤检波器资料基本是噪音。
升频综上所述，管内光纤道集井西边井源距1400～2000 m基本是噪音；井源距1400～600 m资料较差，可以看到模糊的初至和上行波组；井源距600 m资料较好，可看到清晰的初至和上行波组。井东边井源距0～1240 m，资料品质好；井源距1240～1880 m，资料品质差；井源距1880～2000 m，全是噪音。
管外固井光纤道集井东边井源距1480～3000 m 基本全是噪音；井源距1440 m开始出现初至影子；井源距360 m资料开始变好；井西边井源距440 m资料好；井源距720 m开始资料变差；井源距1000 m开始没有资料。
3结束语
通过本次分布式光纤检波器与常规数字检波器W-VSP联合攻关，得出以下几点认识：
（1）光纤检波器和数字检波器零井源距采集资料基本相当，光纤与井壁耦合越好资料越好，在零井源距观测系统方面光纤检波器能够实现工业化生产。
（2）就该区块来说，光纤检波器和数字检波器W-VSP近井源距1300 m以内的资料差异不大，在W-VSP近井源距观测系统方面光纤检波器能够实现工业化生产。
（3）光纤检波器和数字检波器W-VSP大井源距范围，资料差异较大。光纤接收基本是噪音，目前而言，仪器系统还没有实现该区块大井源观测。
（4）分布式光纤检波器较常规数字检波器优势很大，空间采样可以达到0.25 m，时间采样率可达到0.1ms，光纤耐温300 ℃，适用超斜井和小口径油井，成本低廉，一次激发全井段采集，占井时间短，施工效率高，覆盖次数高，井下作业风险小。
（5）应用光纤检波器是今后井中地震采集技术的发展方向。采取合适的措施、生产组织和管理方法，可以解决光纤与井壁耦合问题，提高光纤资料信噪比，实现高效采集，应用前景广阔。
感谢：在项目实施过程中荣幸得到了李彦鹏总工现场技术指导。
参考文献
[1] 唐江凌，胡君辉.浅谈光纤传感技术的应用与发展.[J].科技视
界,2019.02.22:52-53.
[2] 李彦鹏，李飞，刘聪伟，等.光纤井中地震资料采集技术规程
[Z].2019.06:18.
[3] 任书珍，白鹏翥，葛晓英.刍议油田开发中光纤传感技术的应用.
[J].中国石油和化工标准与质量,2019,11月(下):168.
收稿日期:2020-03-19
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