井震結(jié)合速度建模在水平井軌跡設(shè)計中的應(yīng)用

張秉銘 ， 韓 磊， 劉俊州， 劉振峰， 王勁松

(1.中國石化油田勘探開發(fā)事業(yè)部，北京 100728；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

井震結(jié)合速度建模在水平井軌跡設(shè)計中的應(yīng)用

張秉銘1， 韓 磊2， 劉俊州2， 劉振峰2， 王勁松2

(1.中國石化油田勘探開發(fā)事業(yè)部，北京 100728；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

分析了合成記錄標定時深關(guān)系、地震速度分析和測井速度插值等目前常用的三種速度建模方法。這些方法分別在鉆井數(shù)量要求、構(gòu)造復(fù)雜程度和縱、橫向分辨率兼顧等方面存在一定局限性，限制了速度建模的精度。結(jié)合地震和測井速度資料各自優(yōu)勢，提出了一種新的在三維區(qū)域使用測井速度對地震速度進行校正的方法：①從地震速度體中沿井軌跡抽取偽井速度曲線，并與測井速度比較得到殘差速度曲線；②在地質(zhì)格架約束下插值得到一個殘差速度體；③使用殘差速度體對地震速度進行校正。將該方法應(yīng)用到川西水平井軌跡設(shè)計中，取得了較好的實際應(yīng)用效果。

速度建模； 時深轉(zhuǎn)換； 水平井軌跡設(shè)計

0 引言

速度預(yù)測一直是地球物理領(lǐng)域的難題之一。在前人持續(xù)不斷地努力下，形成了一系列速度建模的方法，這些方法概括起來分為3大類：

1)使用測井信息建立速度場(如井震標定時深關(guān)系、測井速度空間插值和VSP等)[1-3]。這類方法建立的速度場在井點是比較準確的，但在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域井間的橫向變化難以把握，只適合于構(gòu)造簡單且鉆井較多的成熟開發(fā)區(qū)塊。

2)使用地震處理速度，將地震疊加速度通過迪克斯(Dix)公式[4-7]或射線參數(shù)反演[8-12]轉(zhuǎn)為層速度用于時深轉(zhuǎn)換。Dix公式有水平層狀介質(zhì)射線垂直入射的假設(shè)，對于構(gòu)造復(fù)雜、各向異性強的區(qū)域會有較大誤差；射線參數(shù)反演具有更廣泛的地層產(chǎn)狀適應(yīng)性，但其反演是一種“逐層剝離”的過程，存在誤差逐層傳遞和放大的缺點。

3)使用鉆井或地質(zhì)信息約束地震速度建立速度場[13-20]，此類方法使用測井速度、分層對地震速度進行了一定程度的校正，所得到的速度場相比前兩種方法更為準確。但是也有兩方面局限性：①由于需要使用地質(zhì)分層進行校正，對分層的準確性要求較高；②只限于在井點或者二維平面對速度進行校正，速度的空間變化特征難以有效把握。

1 常規(guī)速度建模方法

1.1 合成記錄標定時深關(guān)系

利用合成記錄標定得到的時深關(guān)系進行時深轉(zhuǎn)換，是在實際工作中最常用的一種方法。合成記錄的目的是把時間域的地震記錄和深度域的測井資料建立對應(yīng)關(guān)系，通過井震標定，可以得到一系列的“時深對”。這些“時深對”是由一些離散點組成的，通過軟件擬合就可以得到時深轉(zhuǎn)換公式。此方法的優(yōu)點是操作比較方便簡單，對構(gòu)造起伏不大且鉆井數(shù)量較多的地區(qū)準確度還是比較高的，但是如果地質(zhì)情況復(fù)雜、速度橫向變化大，將從井上得到的時深關(guān)系推廣應(yīng)用到整個研究區(qū)會產(chǎn)生很大的誤差。

1.2 測井速度插值

測井得到的速度在井點位置是比較準確的，縱向分辨率也很高。如果鉆井在研究區(qū)分布均勻且數(shù)量較多，可以使用插值的方法建立三維速度場。在井間以距離作為權(quán)系數(shù)確定各井的速度數(shù)據(jù)在速度場中的貢獻值，一般只考慮距離因素，不考慮地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，是一種純粹數(shù)學運算的插值，與真實地層速度會有較大誤差。此方法得到的速度場模型化的痕跡較為嚴重，在井點周圍可能會出現(xiàn)明顯的異常區(qū)域，產(chǎn)生“牛眼”現(xiàn)象。其結(jié)果通常在井點位置是準確的，但井間外推復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域位置通常精度較差，而且由于使用的是速度曲線插值，對測井的聲波曲線質(zhì)量也要求較高。此類方法適用于開發(fā)區(qū)塊測井數(shù)量較多且分布比較均勻的情況，對鉆井數(shù)量較少的區(qū)域，得到的速度場精度不高。

1.3 地震處理速度建模

地震速度的特點是分布均勻，含有較為豐富的橫向信息，并可根據(jù)需要進行加密，形成一個全區(qū)的三維速度場。適合于勘探初期沒有井或者井很少的情況，由于布置測線時主測線會垂直于構(gòu)造走向，因此，一般情況下疊加速度的橫向變化能較好地反映勘探區(qū)的構(gòu)造形態(tài)。在實際應(yīng)用過程中，由于地震速度在拾取時會存在一定的異常點，所得到的速度場也只是在部分CDP點上有分布，因此需要對地震速度進行散點校正消除異常值，并在縱橫向上進行插值平滑處理。使用地震速度進行時深轉(zhuǎn)換，大的構(gòu)造格架不會有問題，但是由于速度譜資料是每隔幾百米拾取一個CDP點，局部速度變化被忽略了，用這種方法建立的速度場不夠精細。此外，常規(guī)地震速度在大偏移距、地層界面傾斜、鹽下等情況下的精度都不高[21]，而且由于速度譜在拾取過程中很大程度依賴于處理人員對區(qū)塊的整體地質(zhì)認識，人為主觀影響比較大，這在一定程度上也會影響到時深轉(zhuǎn)換的精度。

2 井震殘差校正速度建模方法

2.1 方法流程

將單模透鏡光纖分別固定于三維精密調(diào)節(jié)平臺上,在微環(huán)腔的輸入輸出端進行近似垂直光柵耦合,在實驗過程中通過實時觀察CCD成像,不斷調(diào)節(jié)光纖位置,以達到最優(yōu)耦合。耦合信號通過光纖導出被光電探測器接收后由示波器顯示,最終得到微環(huán)諧振系統(tǒng)的透射譜線。

上述的三種速度求取方法是目前較為常用的，但由于這些方法是單一地使用地震或測井速度進行速度建模，不可避免地存在一定的局限性。為了提高速度建模的精度，并盡可能地將測井、地震兩種速度在縱橫向上的優(yōu)勢結(jié)合起來，提出了一種新的使用井震三維殘差速度校正地震速度來建立速度場的方法。圖1是該方法計算的流程圖，具體步驟如下：

1)數(shù)據(jù)準備。需要2類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：①地震處理過程中生成的疊加速度譜；②一定數(shù)量的有聲波時差曲線的井。目前大部分研究區(qū)都能滿足這兩個條件，對數(shù)據(jù)的要求不高。

2)疊加速度譜處理。地震疊加速度譜是人工拾取得到的，在拾取過程中由于每個人對區(qū)塊地質(zhì)認識及拾取習慣不同，會存在一些誤差，需要對其進行散點校正，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)認識去掉一些不合理的樣點。此外，由于疊加速度譜的樣點是比較稀疏的，每隔幾百米才有一個點，需要對其進行插值，得到三維速度場。最后，使用中值濾波等方法進行縱橫向的平滑處理，使其看起來更光滑連續(xù)。圖2是散點校正前后速度譜對比圖，經(jīng)過散點校正后，去掉了一些異常的速度點。圖3是平滑前后的速度對比圖，平滑后消除了一些不連續(xù)點，使速度場看起來更連續(xù)自然。

3)疊加速度轉(zhuǎn)為層速度。地震處理后得到的速度一般是疊加速度，而測井速度是層速度，為了使二者匹配起來，需將疊加速度轉(zhuǎn)為層速度。一般使用Dix公式進行轉(zhuǎn)化，其公式如式(1)所示：

(1)

其中：Vn為層速度；t0,n和Vδ,n分別為第n層的傳播時間和疊加速度。

4)層速度處理。Dix公式有一個基于水平層狀介質(zhì)的假設(shè)，對于復(fù)雜介質(zhì)在轉(zhuǎn)化過程中會產(chǎn)生一定的誤差，需要對層速度進行校正處理來減小誤差。此處層速度已經(jīng)是三維體了，需要先將其進行抽稀，然后再次進行散點校正和平滑處理，其方法和流程2)類似。

圖1 井震殘差校正建立速度場的技術(shù)流程圖Fig.1 The flowchart of velocity model building through well seismic combination

圖2 速度譜散點校正前、后之間的比較Fig.2 Comparisons before and after velocity spectrum correction(a)散點校正前；(b)散點校正后

圖3 速度場平滑前、后之間的比較Fig.3 Comparisons before and after velocity smoothing(a)速度場平滑前；(b)速度場平滑后

5)原始聲波曲線預(yù)處理。聲波曲線是測井速度的來源，且對井震標定影響較大，有必要對其進行處理以提高質(zhì)量。影響聲波曲線質(zhì)量的因素主要有2個：①由于不同系列的測井儀器之間存在的系統(tǒng)誤差，導致不同井之間相同測井曲線在標準層的測井響應(yīng)存在差異；②由于井眼擴徑或垮塌導致的曲線測量不準。這兩個問題可以使用多井一致性處理和環(huán)境校正來解決[22]。

6)建立地層格架模型。常規(guī)使用測井速度進行插值一般不考慮地質(zhì)構(gòu)造的影響，是一種純粹數(shù)學運算的插值。為了克服這一缺點，使用地層模型約束進行井速度插值。對聲波曲線進行校正之后，在井震標定的基礎(chǔ)上對研究區(qū)主要目的層進行層位解釋，然后使用解釋層位建立地層格架模型。該模型既含有井震標定后生成的時深關(guān)系信息，又在橫向上指示構(gòu)造走向信息，可以作為后續(xù)三維速度建模的約束信息。

7)將步驟5)里經(jīng)過預(yù)處理的測井聲波時差曲線轉(zhuǎn)為速度曲線(此速度曲線是一個速度隨著時間變化的函數(shù)V1=f1(t))；從步驟4)生成的層速度體里沿井軌跡抽取偽井速度曲線(此曲線不是真實存在的，而是沿著已知井的井軌跡將地震層速度的值賦予井速度的概念，這樣就生成了一個地震速度曲線V2=f2(t))；將二者相減得到殘差速度曲線ΔV=V1-V2。最后在步驟6)生成的地層格架約束下對殘差速度曲線插值得到一個殘差速度體。

8)將步驟4)得到的層速度體和步驟7)得到的殘差速度體相加，即可得到最終速度體。此速度體在井點和測井速度吻合，在橫向上保留了地震速度的相對變化關(guān)系，是一個更加準確的速度場。

2.2 方法優(yōu)勢

筆者提出的井震殘差校正三維速度建模方法，相比常規(guī)方法具有一定創(chuàng)新性。常規(guī)方法大多單一地使用地震、鉆井速度建立速度場，或者只是在井點或二維平面使用鉆井速度或地質(zhì)分層進行校正。方法是在地層格架約束下在整個三維空間對地震速度進行校正。(目前在專利和文獻中尚沒有出現(xiàn)此種方法)，該方法不僅適用于勘探程度低的區(qū)域，同時也適用于勘探程度較高區(qū)域，而且隨著勘探程度的提高、井數(shù)增加，其精度也會逐漸提高。能夠克服研究區(qū)地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地層速度橫向變化劇烈等問題。

3 應(yīng)用效果

速度場可以用于水平井軌跡設(shè)計、構(gòu)造圖編制和道集轉(zhuǎn)換等眾多方面。新馬-什邡地區(qū)處于四川盆地川西坳陷中段，隨著該區(qū)勘探開發(fā)的腳步加快，越來越多的水平井被投入開發(fā)。由于研究區(qū)儲層非均質(zhì)性較強，相鄰井甚至同一個井區(qū)其儲層厚度、泥巖夾層厚度變化較大；此外，研究區(qū)北部和東部的構(gòu)造起伏也比較大。在實際鉆進過程中，稍有不慎，就會鉆到泥巖夾層里，需要不斷調(diào)整鉆頭位置，施工的難度很大。如果能得到深度域的數(shù)據(jù)體，就可以直接預(yù)測儲層頂、底深度，這樣會極大地降低施工難度。將儲層預(yù)測數(shù)據(jù)體從時間域轉(zhuǎn)換到深度域，最關(guān)鍵的是得到準確的速度場。

圖4為在研究區(qū)使用井震殘差校正速度建立速度場的過程圖，其中圖4(a)是經(jīng)過插值、平滑后的疊加速度場，圖4(b)是從疊加速度轉(zhuǎn)化而來的層速度場，轉(zhuǎn)化之后同樣需要進行平滑處理，圖4(c)中的藍色曲線是經(jīng)過濾波的測井速度曲線、紅色曲線是沿著井軌跡從層速度體中抽取的偽井速度曲線，兩種曲線比較得到一條殘差速度曲線，然后在地層格架的約束下對殘差曲線插值得到一個殘差速度體(圖4(d))，最后將殘差速度體和層速度體相加得到最終速度體(圖4(e))?？梢钥吹皆嫉牡卣鹚俣润w(圖4(b))在橫向上包含一定的地層變化信息，但在縱向上分辨率較低，且通過兩種速度曲線比較可知，地震速度在井點和測井速度存在一定差異。在經(jīng)過三維校正之后，顯著提高了速度在縱向上的分辨率，既保證了在縱向上和測井速度吻合，同時在橫向上保留了地震速度的相對變化關(guān)系，是一個更加準確的速度場。

為了評價不同方法建立速度場的準確性，使用這些速度將時間域波阻抗體轉(zhuǎn)到深度域，然后將研究區(qū)的水平井投影在波阻抗剖面圖上。圖5為一口水平井在不同速度轉(zhuǎn)換的深度域波阻抗剖面上的投影，其中圖5(a)為井震標定時深關(guān)系轉(zhuǎn)深度域波阻抗的結(jié)果，可以看到其相對井軌跡偏上，誤差在15 m左右；圖5(b)和圖5(c)分別使用的是地震速度和井插值速度，二者都相對井軌跡偏下，誤差在10 m左右；圖5(d)是使用殘差速度建模得到的速度轉(zhuǎn)深，其和井軌跡基本吻合，誤差較小。對研究區(qū)10口水平井進行了A靶點深度的誤差統(tǒng)計(表1)。由表1可以看到，常規(guī)的三種方法平均絕對值誤差都超過了10 m，而使用本文方法的A靶點平均絕對值誤差為5 m左右，顯著提高了預(yù)測精度。

圖4 井震結(jié)合建立速度場技術(shù)的關(guān)鍵流程示意圖Fig.4 The key flowchart of velocity model building through well-seismic combination(a)疊加速度場；(b)層速度場；(c)測井、地震兩種速度曲線；(d)殘差速度場；(e)最終速度場

圖5 不同方法建立速度場時深轉(zhuǎn)換效果對比示意圖Fig.5 Time-depth conversion result comparisons between different velocity modeling methods(a)井震標定時深關(guān)系轉(zhuǎn)深；(b)地震速度轉(zhuǎn)深；(c)測井插值速度轉(zhuǎn)深；(d)井震結(jié)合速度轉(zhuǎn)深表1 不同方法預(yù)測水平井A靶點深度誤差統(tǒng)計表Tab. 1 Comparisons of depth prediction error from different velocity modeling methods

井名實測A靶點深度/m井震標定時深關(guān)系地震速度井插值速度殘差速度校正預(yù)測A靶點深度/m誤差/m預(yù)測A靶點深度/m誤差/m預(yù)測A靶點深度/m誤差/m預(yù)測A靶點深度/m誤差/mA114381425131430814251314335A211571147101169-1211451211525A31373.41380-6.61368.84.61380.4-71375.9-2.5A41436.4142016.41424.4121448.4-121429.17.3A51468.4145213.41480-11.614644.41462.63.8A61352.5134012.51365-13.51360-7.513511.5A7143414142014231114301414286A810171006111001161005121023-6A914331415181455-2214201314276A1012721293-11125418126571280-8平均絕對值誤差13.212.8710.195.11

4 結(jié)論

相比常規(guī)速度建模方法，筆者提出的井震殘差校正速度建模方法具有三個優(yōu)點：①不限制鉆井數(shù)量，幾口即可，多多益善；②由于使用構(gòu)造格架約束建模，對復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域也有較好的適應(yīng)性；③保證了在縱向上和測井速度的吻合，又在橫向上保留了地震速度的相對變化關(guān)系。通過和常規(guī)方法在水平井靶點預(yù)測的應(yīng)用效果對比可知，提出的方法能建立一個更加準確的速度場。由于速度預(yù)測是地球物理的一個難題，在水平井設(shè)計中可以使用幾種方法分別預(yù)測，然后將不同結(jié)果作為儲層的上下參考邊界。

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Well-seismic velocity model building method and its application to horizon well deployment

ZHANG Bingming1， HAN Lei2， LIU Junzhou2， LIU Zhenfeng2， WANG Jinsong2

(1.Oil Exploration and Development Division of SINOPEC,Beijing 100728,China；2.Oil Exploration and Development Research Institute of SINOPEC,Beijing 100083,China)

The traditional three velocity model construction methods, including 1) by estimating from calibrated Time-Depth relationships, 2) by extracting from the seismic velocity and 3) by interpolating the well logging data, are often limited by the drilling/logging insufficiency, the defective description of the complicated geologic structure, as well as the imperfect resolution in both lateral and vertical direction. In this paper, we proposed a velocity construction method through spatially calibrating seismic velocity using well velocity. Firstly, the pseudo velocity curves along each wellbore trajectory extracted from the seismic velocity are compared with the well logging velocity. Then the residual velocity can be achieved, and a residual velocity volume can be computed via the interpolation under the constraint of geological framework. Finally, this volume is further employed to correct the seismic velocity and to produce a new velocity model. This method has been successfully applied in the horizontal well deployment in the Chuanxi area.

velocity model； time-depth conversion； horizontal well deployment

2017-05-10 改回日期：2017-05-20

國家科技重大專項(2016ZX05002-005)

張秉銘(1963-)，男，博士，主要從事各向異性介質(zhì)地震波場理論、油氣藏地球物理應(yīng)用研究， E-mail：zhangbm@sinopec.com。

韓磊(1984-)，男，工程師，主要從事地震資料解釋與儲層預(yù)測， E-mail：hanlei.syky@sinopec.com。

1001-1749(2017)04-0551-07

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.04.16