孫 偉, 劉遠洋, 高 蕾, 景小燕

(1.中國石油化工股份有限公司，北京 100728; 2.中國石化西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

儲層速度建模分析及域轉(zhuǎn)換

孫 偉1, 劉遠洋2, 高 蕾2, 景小燕2

(1.中國石油化工股份有限公司，北京 100728; 2.中國石化西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

通過建模的方法建立全三維空變網(wǎng)格速度體進行時深轉(zhuǎn)換。首先對井筒、地震速度譜數(shù)據(jù)進行嚴格質(zhì)控；然后優(yōu)選體趨勢約束方法將單井速度內(nèi)插外推。結(jié)果表明該方法可以將井筒速度和地震速度譜高效地融合為一體，包含了豐富的橫向和縱向速度的變化信息，從而實現(xiàn)速度體與構(gòu)造形態(tài)、井筒以及井間速度變化趨勢更加合理；最終使深度域構(gòu)造模型更加真實地反映地下構(gòu)造的變化趨勢，提高域轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的相關(guān)性。

地震速度譜；殘差分析；三維網(wǎng)格速度體；域轉(zhuǎn)換

元壩氣田地理位置位于四川省蒼溪縣東北部及巴中市西部，是目前國內(nèi)埋藏最深的復雜條帶狀生物礁大氣藏[1-4](圖1)。為了盡可能地提高儲量動用程度及開發(fā)效益，需要建立精度相對較高的儲層模型，為數(shù)值模擬以及開發(fā)方案的制定提供有力的支撐，以適應該階段生產(chǎn)科研工作的需要[5]。

儲層建模是氣藏描述的最終表達方式，是在三維空間內(nèi)對儲層展布進行精細刻畫?！岸嗉夒p控”技術(shù)方法是對生物礁灘相儲層建模的初步探索[6]，在很多方面還需要進一步深入研究，其中構(gòu)造模型的精度和地震數(shù)據(jù)體的時深轉(zhuǎn)換一直是重要內(nèi)容。

圖1 元壩地區(qū)長興組氣藏Ⅰ+Ⅱ類儲層厚度預測圖Fig.1 The thickness prediction of class Ⅰ and Ⅱ gas reservoir of Changxing Formation in Yuanba Area

1 速度模型難點及技術(shù)對策

目前大部分地質(zhì)物探所取得的成果都是在時間域，一個準確的速度模型能夠?qū)⒉煌虻臄?shù)據(jù)統(tǒng)一在一起。目前對于速度建模的綜合研究方法還比較少，技術(shù)手段單一，主觀性強。這主要是由于測井、VSP和地震信息的速度求取受到精度的限制，從而導致存在多解性和誤差。為此，許多學者進行了研究[7-13]。由于速度模型的建立是針對不同的需求階段反復迭代提高精度的過程，這些研究對于處于開發(fā)階段的速度模型精度要求仍存在明顯不足，主要表現(xiàn)在以下3個方面。

a.儲層建模是以井數(shù)據(jù)為依托在三維空間進行內(nèi)插外推[14-15]，這就要求構(gòu)造模型(深度域)一方面可以更加真實地反映地下構(gòu)造的變化趨勢，另一方面與井點地質(zhì)分層完全吻合，并且沒有所謂的“牛眼”現(xiàn)象。因此必須充分利用時間域地震解釋層位信息，將時間域面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到深度域，并且結(jié)合井筒等其他來源的資料進行刻度，以消除有些時間域的構(gòu)造特征存在的假象。該階段如果單純考慮轉(zhuǎn)化時間域面數(shù)據(jù)從而完成構(gòu)造模型的建立，那么僅需要對應的平均速度面即可。

b.碳酸鹽巖與碎屑巖相比，埋藏深度大，受斷裂及裂縫系統(tǒng)影響更大[16]。斷裂及裂縫系統(tǒng)一方面有效地加強了儲層中溶蝕孔洞的發(fā)育和改善了儲層的滲流情況，另一方面也造成了斷層上下盤斷距大，并受到壓實效應影響，導致速度差異大。斷層可以近似于三維空間的一個“體”，該階段由轉(zhuǎn)換層面數(shù)據(jù)延伸到轉(zhuǎn)換“體”數(shù)據(jù)，這就需要速度模型才能實現(xiàn)。速度模型中最關(guān)鍵的是幾個速度面，模型靠其組裝起來，層間選擇合適的算法公式對井筒速度進行插值。如不合適，則根據(jù)地質(zhì)認識合理修改速度面即可。

c.元壩氣田長興組氣藏具有“礁帶內(nèi)儲層連通性差、縱橫向非均質(zhì)性強、氣水關(guān)系復雜、井網(wǎng)密度低”等特點。當開發(fā)區(qū)井網(wǎng)分布不規(guī)則或井網(wǎng)分布范圍遠小于儲層展布范圍時，資料樣本點難以符合地質(zhì)統(tǒng)計學的數(shù)學要求[17]。在難以利用測井或巖心資料精確預測井間儲層參數(shù)分布時[18-21]，就必須充分發(fā)揮地震波阻抗反演數(shù)據(jù)大面積的覆蓋性和很好的橫向?qū)Ρ刃缘膬?yōu)點。地震波阻抗資料為時間域的信息，而儲層參數(shù)模型是深度域的，此時需要將時間域體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到深度域中，達到井震協(xié)同約束建模的目的。常規(guī)速度模型方法對縱向上速度的變化描述過于簡化，該階段最好的方法就是建立三維網(wǎng)格速度屬性體(據(jù)斯倫貝謝公司培訓資料，2016)。它具有三大優(yōu)點：①實現(xiàn)了真正的全三維空變的速度建模。地震速度譜富含速度橫向變化信息[22]，但受資料本身的限制，縱向分辨率不夠高。測井速度在井點處具有極高的縱向分辨率，但受井點限制造成橫向信息不夠。三維速度屬性體可以將井筒速度和地震速度譜高效地融合為一個整體，包含了豐富的橫向和縱向速度的變化信息。②可以刻畫地下復雜的構(gòu)造情況，使得層位與斷層組合更好地體現(xiàn)斷層展布特征。由于構(gòu)造模型的存在，斷層上下盤速度就控制得比較精確了。③在三維可視化平臺里面所有誤差均為可視的，可以及時調(diào)整，反復迭代優(yōu)化。

2 質(zhì)控及適用性分析

在速度建模過程中用到的速度來自于地震和井上，井上的速度更加精確，地震覆蓋了井間無數(shù)據(jù)的位置，可以為井間位置的速度提供趨勢。人們通常希望得到這兩方面的信息進行對比，相互質(zhì)控。因此速度建模最主要的工作就是對輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)控和對輸出結(jié)果的驗證。

2.1 井筒速度質(zhì)控

一般認為井筒的速度信息是最可靠的，能夠準確反映地下速度，例如來自垂直地震(VSP)等采集手段的時深關(guān)系數(shù)據(jù)。元壩地區(qū)沒有進行VSP資料的采集，所以僅通過聲波合成地震記錄標定生成井筒上的時深關(guān)系和速度數(shù)據(jù)。實踐經(jīng)驗表明，利用速度模型進行時深轉(zhuǎn)換時主要的問題是鉆井分層與地震解釋層位不一致，必須經(jīng)過檢查核實原因，不可盲目校正。

殘差分析是個有效的技術(shù)手段，將貫穿整個速度建模的各個環(huán)節(jié)中[23]。通過直方圖或交會圖統(tǒng)計井分層與層位(包括時間域、深度域)之間的異常點。關(guān)鍵是理解異常點代表的地質(zhì)與地震屬性的意義，這樣才知道如何調(diào)整哪些參數(shù)，從而得到需要的、接近地質(zhì)真實的結(jié)果(據(jù)iPetrel微信公眾號，2016)。井分層與時間域?qū)用鏆埐钚Ｕ爸狈綀D顯示平均殘差為3.25，只有當調(diào)整到平均殘差接近“0”時才可以與井分層作校正(圖2)。在三維窗口中可以更直觀地進行誤差分析，主要有3類異常點分布對應不同的校正方法(圖3)。

圖2 分層與時間域解釋層面殘差分布直方圖Fig.2 Histogram showing stratum and residual distribution of interpretation surface in time domain

圖3 時間域頂面構(gòu)造與地質(zhì)分層疊合圖Fig.3 The overlay diagram of top structure in time domain and geological strata(A)校正前; (B)校正后

a.井況較好，在建產(chǎn)區(qū)范圍內(nèi)的直井異常點(圖3-A藍色箭頭，紅色虛線范圍內(nèi))。

經(jīng)查找資料發(fā)現(xiàn)主要受采集腳印影響[24]。其解決辦法是在深度域校正由隨機噪聲引起的錯誤。

b.井況復雜，在建產(chǎn)區(qū)范圍內(nèi)，且多數(shù)為大斜度井或水平井(圖3-A黃色箭頭)。井上速度是沿著井筒測量出來的。對于直井而言時深序列是完全一一對應的，即每一個采樣點都有唯一的速度。

但是對于斜井，特別是水平井，在水平段同一個速度對應著多個采樣點，得到的層速度與直井得到的層速度在時深轉(zhuǎn)換時差別較大。其解決辦法是將該類型井作為最終速度模型的驗證井。

c.資料齊全，井況較好，且在建產(chǎn)區(qū)外(圖3-A紅色箭頭)。地質(zhì)物探綜合分析表明，鉆遇長興組頂面高部位巖性以生屑灰?guī)r為主，低部位以泥灰?guī)r為主。無論生屑灰?guī)r還是泥灰?guī)r均與上覆飛仙關(guān)組底面地層含泥灰?guī)r的巖性差異較小，導致波阻抗差異小，層位地震反射特征不明顯(對于建產(chǎn)區(qū)礁蓋白云巖儲層，波阻抗差異大，強反射軸清晰反射特征相反)。其解決辦法是由于層位拾取時存在相位誤差，將時間域地震解釋層位做整體偏移。

利用3種剔除異常點方法對殘差進行歸“0”化處理后，運用收斂算法將井分層與解釋層位在時間域進行校正。校正后井分層與時間域構(gòu)造面接觸關(guān)系更加合理(圖3-B黑色箭頭指示對應圖中異常點所在位置)，可以將其作為速度模型的分界面。

2.2 適用性分析

速度模型的建立整體上以層狀介質(zhì)來近似描述地下情況，以時間域地震解釋層位作為層狀介質(zhì)的分界面，模型靠其組裝起來，就可以由淺至深完成速度模型的創(chuàng)建(據(jù)斯倫貝謝微信公眾號，2016)。從圖4可以看出速度模型由5個分界面組成，其中：①分界面設定為基準面，一般使用“0”深度，對應的時間起點也是“0”；②③④分界面為經(jīng)校正后的時間域地震解釋層位；⑤分界面的設定低于④一定范圍即可，主要為了避免邊界效應。速度主要依靠3個公式來求取，下面從算法公式原理角度出發(fā)，以求取長興組上段某點(圖4紅色圓點)處速度為例進行適用性分析(表1)。為了求取更加準確的速度，在此優(yōu)選了公式(3)，式中K為壓縮因子。由于井筒速度變化比較劇烈，用最小二乘法回歸成一條斜線來近似表達，需要找到最佳的K值使得回歸出的斜線與井筒速度匹配最好。當利用公式(3)所求出的速度(v)與相應位置井筒處速度的殘差值最小時，則認為優(yōu)選出最佳的K值。經(jīng)過估算，公式(3)的K2值為-0.82(圖5)。由此將井筒處速度利用公式內(nèi)插外推得到速度模型。

圖4 速度模型橫截面示意圖Fig.4 Schematic diagram of cross section of velocity model

公式優(yōu)點缺點原理公式(1):v=v1=vint簡單快速,假設縱向上速度變化較小或沒變化過于粗糙,不精確v1為長興組頂面沿層層速度,vint為基準面到長興組頂面層速度,該公式認為Z1到Z縱向上速度變化可以忽略公式(2):v=v0+KZ認為速度縱向上是變化的,可以用一個斜率K來表達僅用一個K值難以表達圖4中紅色圓點到基準面速度縱向變化趨勢,基準面層速度面難以求準確v0為圖4中基準面處沿層層速度,該公式認為Z0到Z縱向上速度變化是遵循線性變化的,用最小二乘法做線性回歸求出K值,K值表達線性變化的斜率公式(3):v=v1+v2(Z-Z1)認為速度縱向上在不同分界面之間變化是不同的,對應不同的K值,如K1、K2等實際操作過程中常把K值作為一個常數(shù),能反映沉積體趨勢即可,然而縱向上速度不是線性遞變的,簡單K值難以表達復雜的速度變化趨勢v1為長興組頂面沿層層速度,該公式認為Z1到Z縱向上速度變化斜率用對應分界面處的K2

圖5 K值優(yōu)選誤差估算圖Fig.5 Diagram of error estimation of K value optimum selection

從圖6可以看出3個比較明顯的問題：

圖6 長興組頂面到基準面層速度圖Fig.6 Diagram of interval velocity of Changxing Formation from the top to datum surface

a.原本期待速度至少在構(gòu)造圖上井點處可與地質(zhì)分層吻合得較好(圖中數(shù)字為井點處地質(zhì)分層與構(gòu)造圖的殘差值)，實際上整體差異還是比較大。究其原因，主要是由于實際工作中聲波測井不是從鉆井平臺開始測量，這就導致淺層聲波測井數(shù)據(jù)的缺失。如果有VSP測井資料，可以校正聲波測井時深關(guān)系，并且將起測點到基準面處缺失的淺層速度補齊。如果不做校正，那么所缺失的淺層速度就由起測點平均速度推算到基準面，受到累加效應影響，導致長興組頂面平均速度出現(xiàn)較大誤差，則構(gòu)造圖失真，無法完成構(gòu)造模型建立(圖7)。

圖7 聲波測井柱狀圖Fig.7 Column of AC logging

b.井筒點速度插值過于理想，在構(gòu)造變化大的地方顯示不出來；此外在局部地區(qū)仍然存在異常值，即所謂的“牛眼”現(xiàn)象。為了盡可能多穿越礁蓋優(yōu)質(zhì)儲層、增加井控儲量面積、提高單井產(chǎn)量，建產(chǎn)區(qū)井型以大斜度井、水平井為主。該特點決定了井網(wǎng)稀疏且不規(guī)則，平均井距達4 km。除了受井距這個客觀原因影響之外，還從影響速度的幾個要素對“牛眼”現(xiàn)象做分析。資料調(diào)研表明，影響速度的因素非常多，但大致可分成以下幾方面：巖性、物性、流體和壓實作用。通過元壩氣田地質(zhì)背景分析和鉆井資料統(tǒng)計，牛眼井與非牛眼井的巖性主要為云巖和灰質(zhì)云巖，平均孔隙度一般為5%，無明顯的差異。如果巖性差異不大又沒斷層，速度變化不會這么劇烈，因此牛眼現(xiàn)象不是由地層本身引起，其存在是不符合實際地質(zhì)變化規(guī)律。

c.速度縱向上變化極其復雜，難以用一個線性公式簡單地表達出來。

綜上可見，僅利用井筒速度建立速度模型的可操作性非常差，則需要建立一個速度模型，與構(gòu)造趨勢匹配，同時既滿足井上精度又滿足井間需求。地震速度譜含有豐富的地層橫向變化信息，可以起到區(qū)域速度趨勢約束的作用，既能減小縱向累計誤差，又可以降低“牛眼”的影響。同時，它具有完整的時深關(guān)系序列，即每一個采樣點都有唯一的速度，這樣就解決了K值難以估算準確的問題，可以用作建立高精度速度模型的基礎數(shù)據(jù)。

2.3 參數(shù)優(yōu)選

充分結(jié)合地震速度譜數(shù)據(jù)比單獨應用井筒數(shù)據(jù)所建立的速度模型效果更好。在實際工作中需要注意以下問題：

a.高密度自動拾取的地震速度譜數(shù)據(jù)為均方根速度，時深轉(zhuǎn)換需要平均速度或?qū)铀俣?，這就涉及到Dix公式轉(zhuǎn)換[24-27]。DIX公式假設地下地層是水平層狀介質(zhì)，具有各向同性；而實際地質(zhì)情況是地層高低起伏且具有各向異性，隨著深度的增加，受噪聲影響也增加，易產(chǎn)生異常值。如果速度突變，各向異性比較明顯，就會對構(gòu)造產(chǎn)生較大的影響。希望得到的區(qū)域速度趨勢是一個緩慢變化的，因此需要強過濾使其平滑，去掉異常值。

b.地震速度譜具有各向異性特征，常常反映速度橫向上的變化趨勢；而井筒速度一般反映的是速度縱向上的變化，通常比井筒速度變化快0%～20%(主要是由于頁巖礦物的影響存在各向異性)。并且從理論上講，地震速度譜的精度和可信度相對井數(shù)據(jù)更低。對于時深轉(zhuǎn)換而言更需要的是縱向上速度變化特征，因此有必要用井上速度校正，以消除地震各向異性，并且校正后保持速度的平面趨勢[28]。

通常應用3種速度校正方法：層速度、相鄰速度譜和測井速度約束校正。層速度約束校正是利用巖性組合及其速度變化范圍修正層速度，用層速度結(jié)果再對速度譜進行解釋，得到符合基本地質(zhì)規(guī)律的層速度；相鄰速度譜約束校正是根據(jù)在地層組合相同、沉積環(huán)境相似的測線上相鄰的速度譜應該具有一定的相似性和漸變性，將相鄰速度譜的解釋結(jié)果對比，獲得符合實際情況的速度資料[28]。前2種方法在實際工作中應用較少，可操作性不強。測井速度約束校正方法應用較為廣泛。它是統(tǒng)計井筒層速度高切濾波到地震速度頻率段，按井坐標信息提取地震速度譜對應位置的速度曲線，再對抽取的偽曲線和井上的層速度交匯，擬合得到一個關(guān)系式，利用擬合關(guān)系式，校正地震的層速度(據(jù)Jason公司培訓資料，2015)。

由于本次使用的速度譜資料在時間上的每個采樣點都自動拾取一個速度，在極大地提高均方根速度在空間和時間精度的同時，也增加了機器運行的時間[28]。上述3種方法均是在整個地震速度譜體上運算，實際應用中受人為影響較大，難以做到有效質(zhì)控。如果想找到合理的參數(shù)是一件很費時費力的工作，這就需要找到一種更加高效的校正方法。

作者根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，在實際工作中將復雜問題盡量簡單處理。平面上針對不同的地質(zhì)背景和生產(chǎn)需要，選擇有代表性的實驗工區(qū)開展技術(shù)攻關(guān)。元壩地區(qū)整個CRP道集速度自動分析面積達 1 200 km2，極大地影響了運算效率[29]。建立實驗工區(qū)后，橫向面積可縮小至430 km2(圖1藍色虛線右側(cè)Ⅰ區(qū))。此時如果直接對試驗工區(qū)體進行參數(shù)的選取也是一項很復雜繁瑣的工作，需要進一步簡化處理，先將面上參數(shù)優(yōu)化再應用到試驗工區(qū)體上。

首先提取試驗工區(qū)體分界面處對應的層速度作為區(qū)域速度趨勢面，通過對“面”參數(shù)進行優(yōu)化，進而優(yōu)化“體”參數(shù)。從圖8-A可以看出趨勢面細節(jié)過于豐富且有棱角，難以看出速度的整體變化趨勢。需要強過濾使其平滑去掉異常值以到達漸變的效果。采用平滑步長方法能有效平滑速度之間異常變化[23]，對步長樣本內(nèi)數(shù)據(jù)做統(tǒng)計平均。

利用殘差分析工具尋找最優(yōu)的平滑過濾參數(shù)，從而使其滿足區(qū)域速度變化的趨勢。統(tǒng)計表明，大的步長參數(shù)并不是最好的，步長過大會導致與地質(zhì)認識相差甚遠，還極大地增加計算量。如圖8-C所示，當平滑步長為21時，此時利用殘差分析手段得到的殘差平均值最小。圖8-B顯示平滑過濾后滿足了速度隨海相地層變化的規(guī)律剔除速度的異常點。

由于地震層速度趨勢面存在各向異性，利用殘差分析表明其與井筒相對應位置平均殘差達-616.07(圖9)。所以不能直接用井筒速度做校正，否則會造成以井點為中心一定半徑內(nèi)速度的聚變。與處理整個體數(shù)據(jù)相比，消除或減少趨勢面各向異性要相對容易得多，即對趨勢面作整體漂移直至平均殘差接近“0”，然后運用能攜帶趨勢面的克里金算法對井筒速度進行內(nèi)插外推[30-32]。該算法最大的優(yōu)點在于可以攜帶次變量，即可以實現(xiàn)井筒數(shù)據(jù)(通常稱為主變量)和趨勢數(shù)據(jù)(次變量)的整合。該方法的關(guān)鍵在于如何優(yōu)選最合適的變差參數(shù)，變差函數(shù)控制著井筒數(shù)據(jù)在三維空間內(nèi)插外推的展布范圍。參數(shù)主要包括主(次)方向變程，主(次)方向。以主變程為例，通常有3種方法尋找最優(yōu)主變程：一是通過井筒數(shù)據(jù)點直接統(tǒng)計，該方法要求樣本點滿足統(tǒng)計學要求才能找到穩(wěn)定可信的變差函數(shù)。如圖10-A所示，受井網(wǎng)不規(guī)則、井距較大影響，總體上表現(xiàn)出較強的隨機噪聲，難以分析。二是通過野外露頭結(jié)合已獲得的地質(zhì)認識，受限于出露范圍和地質(zhì)認識的階段性，常常用來做輔助參考。三是利用與井筒數(shù)據(jù)相關(guān)的次變量，主要的依據(jù)是次變量樣本點足夠多，做歸一化處理后即可容易分析出主變程的大致范圍(圖10-B)。

圖8 長興組頂面到基準面層速度平滑過濾對比圖Fig.8 Correlation of interval velocity smooth and filter of Changxing Formation from top to datum surface(A)過濾前; (B)過濾后; (C)平滑步長優(yōu)選

圖9 基準面到長興組頂面層速度平面圖Fig.9 Plane graph of interval velocity of Changxing Formation from top to datum surface上部紅色圓點表示井筒處層速度，彩色圖表示插值后的層速度；下部灰色透視圖為未校正前層速度，黑色雙箭頭表示井筒與趨勢面速度的差異

最終得到的分界面處層速度既保留了井筒速度的精度，又有區(qū)域速度趨勢的特征(圖9中彩色圖)。通過面數(shù)據(jù)的優(yōu)化最終得到了試驗體優(yōu)化的關(guān)鍵參數(shù)(表2)。

表2 試驗體優(yōu)化參數(shù)統(tǒng)計表Table 2 Statistics of optimization parameter of testing body

圖10 變差函數(shù)主方向變程示意圖Fig.10 Schematic diagram showing variation range of the main direction of variation function(A)井筒數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析; (B)趨勢面數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

3 三維網(wǎng)格速度屬性體

通過屬性建模的方法建立三維速度屬性模型進行時深轉(zhuǎn)換，可以將井筒速度和地震速度譜高效地融合為一個整體，它包含了豐富的橫向和縱向速度的變化信息。經(jīng)過對井筒質(zhì)控及關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)選，已準備好的數(shù)據(jù)包括：精細標定合成地震記錄、時間域解釋層面(地質(zhì)分層校正后)、地震速度譜以及對其校正的優(yōu)選參數(shù)(主變程、平滑步長)等。

首先對時間域三維網(wǎng)格進行劃分，網(wǎng)格大小參考地震速度譜縱向與橫向采樣間隔，橫向網(wǎng)格采用25 m×25 m，縱向網(wǎng)格在非目的層段為50 ms，目的層段為10 ms。網(wǎng)格方向參考層速度趨勢面分析結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)認識將網(wǎng)格主方向設為-51°。再將校正后的地震解釋層面作為模型的構(gòu)造面。由于三維構(gòu)造模型中的層面在創(chuàng)建時已經(jīng)充分考慮了與斷層的交切關(guān)系以及層與層之間的接觸關(guān)系，因此建立的網(wǎng)格模型能夠更好地滿足復雜地質(zhì)情況的需要。

然后將地震速度譜重采樣進入模型中。注意時深轉(zhuǎn)換需要平均速度或?qū)铀俣龋骄俣葍H僅展示平滑后的速度變化(圖11-A)，層速度反映物理屬性在縱向上的變化，層信息突出，因此需將地震速度譜速度用Dix公式轉(zhuǎn)換成層速度。從剖面上可以查看速度異常點，方便質(zhì)控(圖11-B)，經(jīng)平滑過濾后更能反映地層變化趨勢(圖11-C)。

同時將井筒層速度也重采樣進入模型中。由于在實際應用中的聲波測井中心頻率一般為20 kHz，比地震速度譜頻率高得多，不同頻率的波的傳播速度存在頻散效應，具有各向異性特征。聲波測井計算的層速度一般要小于實際地震層速度。

井筒、地震層速度體經(jīng)過重采樣后可以統(tǒng)一到同頻率帶寬下分析速度數(shù)據(jù)的規(guī)律，才可進行速度的校正。通過各向異性因子對校正后的地震層速度進行質(zhì)控，各向異性因子為井筒層速度與過井筒處對應位置層速度體的比值，兩者越接近“1”且呈近水平展布表明井震速度在一個數(shù)量級別上。圖12-A顯示隨著雙程旅行時的增加各向異性特征更加明顯，可以擬合出多個關(guān)系式，需要對這些關(guān)系式進行優(yōu)選。圖12-B所示為最終優(yōu)選出來的關(guān)系式，此時數(shù)據(jù)點由分散到相對集中聚集且最接近水平展布，則利用該公式對層速度體進行校正，最后利用體趨勢約束方法將井筒速度進行內(nèi)插外推建立網(wǎng)格速度屬性體。該方法能最大限度地結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)。如圖13所示，用三維屬性模型的方式計算出來的速度場與構(gòu)造匹配且過渡自然，無突兀，容易進行質(zhì)控。

圖11 速度體數(shù)據(jù)示意圖Fig.11 Schematic diagram of 3D velocity volume(A)平均速度體; (B)層速度體; (C)平滑過濾后的層速度體,平滑過濾參數(shù)參考圖8中“面”數(shù)據(jù)平滑參數(shù)，平滑步長同樣選21

圖12 雙程旅行時與各向異性因子交會圖Fig.12 Crossplot of two-way travel time and the anisotropy factor(A)校正前, 虛線表示擬合出的多個關(guān)系式; (B)校正后, 藍色實線對應(A)圖中藍色關(guān)系式

圖13 三維屬性速度模型過井剖面圖Fig.13 Cross well profile of 3D attribute velocity model

通過屬性建模的方法建立速度的三維屬性模型進行時深轉(zhuǎn)換，可以將井筒速度和地震速度譜高效地融合為一體，包含了豐富的橫向和縱向速度的變化信息。與現(xiàn)在通用的建模方法相比，它的精度高，實現(xiàn)了真正的全三維空變的速度建模(表3)。

4 實際應用及驗證

速度建模最核心的2項工作就是對輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)控和對輸出結(jié)果的驗證。前面闡述了對輸入數(shù)據(jù)進行質(zhì)控，最終形成三維網(wǎng)格速度屬性模型可以直接用于時深轉(zhuǎn)換，進而完成構(gòu)造模型的建立和地震波阻抗數(shù)據(jù)體的轉(zhuǎn)換。下面介紹實際應用和對輸出結(jié)果的驗證。

以元壩④號礁帶為例，參與建模的井均為直井或?qū)а劬?，水平井作為盲井驗證。YB27-1H采用測井插值速度、層速度面、層速度體和三維網(wǎng)格屬性體4種方式建立速度模型預測深度，并與實鉆深度對比(表4)。除了測井插值預測深度與實鉆深度的誤差gt;1%之外，其余3種方法均滿足構(gòu)造模型建立的精度要求，可以實現(xiàn)對面數(shù)據(jù)的時深轉(zhuǎn)換，其中融合了井震速度的三維網(wǎng)格屬性體深度誤差最小。

表3 速度建模方法適用性分析Table 3 Applicability analysis of speed modeling method

“√”號表示可以實現(xiàn)，“×”表示難以實現(xiàn)或效果較差。

表4 YB27-1H井誤差統(tǒng)計Table 4 Error statistics of Well YB27-1H

圖14 過井波阻抗反演剖面圖Fig.14 Cross well profile of impedance inversion(A)時間域剖面; (B)深度域剖面

域轉(zhuǎn)換時，時間域體數(shù)據(jù)在三維空間上均有采樣點，三維網(wǎng)格屬性體包含了豐富的橫向和縱向速度的變化信息，可以滿足體數(shù)據(jù)時深轉(zhuǎn)換的需要。

從圖14-A時間域反演剖面上儲層表現(xiàn)為低阻抗至中阻抗，丘狀反射，在長興組頂部發(fā)育的特征。圖14-B為時深轉(zhuǎn)換后的④號礁帶的波阻抗深度域數(shù)據(jù)，可以看出水平井的井軌跡沿著中低阻抗反射軸穿過，轉(zhuǎn)換的深度域剖面與時間域剖面在形態(tài)上總體具有較好的一致性。提取井旁道的波阻抗數(shù)據(jù)與儲層類型進行概率相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)達0.68。前人研究結(jié)果表明，當主變量(井)與因變量(深度域波阻抗體)之間的相關(guān)系數(shù)gt;0.4時，可以對儲層預測結(jié)果起到有效的空間約束和指示作用。此時可以應用深度域波阻抗體進行儲層精細建模。

5 結(jié) 論

通過地震屬性建模的方法建立三維速度屬性模型是一種新的速度建模途徑，可以更加靈活地融合多學科數(shù)據(jù)。應用該方法對地震解釋層面進行時深轉(zhuǎn)換，與實鉆井構(gòu)造深度相對誤差最小(lt;1%)。應用該方法對時間域波阻抗體進行時深轉(zhuǎn)換，總體上具有較好的一致性，可對儲層預測結(jié)果起到有效的空間約束和指示作用。

速度模型的建立是一個不停優(yōu)化反復迭代的過程，嚴格的質(zhì)控和精細的數(shù)據(jù)分析是整個工作的核心之一。殘差分析是有效的技術(shù)手段，將貫穿整個速度建模的各個環(huán)節(jié)中。

本文速度模型建立過程中質(zhì)控方法和校正步驟對于井網(wǎng)密度不高、儲層非均質(zhì)性強的同類型油氣藏具有一定的參考價值。

斯倫貝謝公司的陳瑤等給予了熱情幫助，中國石化西南勘探開發(fā)研究院的王浩、畢有益等與作者進行過有益討論，在此表示衷心感謝。

[1] 蔡希源.川東北元壩地區(qū)長興組大型生物礁灘體巖性氣藏儲層精細刻畫技術(shù)及勘探實效分析[J].中國工程科學,2011,13(10):28-33.

Cai X Y. The subtly method of reservoir and exploration effects on the organic reef-beach body of Changxing Formation, Yuanba Area, Northeastern Sichuan[J]. Engineering Sciences, 2011, 13(10): 28-33. (in Chinese)

[2] 郭彤樓.元壩深層礁灘氣田基本特征與成藏主控因素[J].天然氣工業(yè),2011,31(10):12-16.

Guo T L. Basic characteristics of deep reef-bank reservoirs and major controlling factors of gas pools in the Yuanba Gas Field [J]. Natural Gas Industry, 2011, 31(10): 12-16. (in Chinese)

[3] 郭旭升,胡東風.川東北礁灘天然氣勘探新進展及關(guān)鍵技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2011,31(10):6-11.

Guo X S, Hu D F. Newest progress and key techniques in gas exploration of reef-bank reservoirs in the northeastern Sichuan Basin [J]. Natural Gas Industry, 2011, 31(10): 6-11. (in Chinese)

[4] 胡偉光,蒲勇,易小林,等.川東北元壩地區(qū)生物礁識別[J].物探與化探,2010,34(5):635-642.

Hu W G, Pu Y, Yi X L,etal. A tentative discussion on the recognition of bioherm in Yuanba Area, Eastern Sichuan Province [J]. Geophysical amp; Geochemical Exploration, 2010, 34(5): 635-642. (in Chinese)

[5] 龍勝祥,劉成川,游瑜春,等.元壩氣田17億開發(fā)方案[R].成都:中國石化西南油氣分公司,2011.

Long S X, Liu C C, You Y C,etal. 1.7 Billion Cube Meters Gas Development Plan of Yuanba Gas Field [R]. Chengdu: Southwest Petroleum Branch of SINOPEC, 2011. (in Chinese)

[6] 曾焱,劉遠洋,景小燕,等.元壩長興組生物礁氣藏三維精細地質(zhì)建模技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2016,36(增刊1): 8-14.

Zeng Y, Liu Y Y, Jing X Y,etal. 3D fine geological modeling of reef gas reservoirs of Changxing Formation in Yuanba gas field [J]. Natural Gas Industry, 2016, 36(S1): 8-14. (in Chinese)

[7] 潘宏勛,方伍寶.地震速度分析方法綜述[J] .勘探地球物理近展,2006,29(5):305-311.

Pan H X, Fang W B. Review of seismic velocity analysis methods [J]. Progress in Exploration Geophysics, 2006, 29(5): 305-311. (in Chinese)

[8] Garotta R, Michon D. Continuous analysis of the velocity function and of the normal-moveout corrections[J]. Geophysical Prospecting, 1967, 15(4): 584-597.

[9] Doherty S M, Claerbout J F. Structure independent velocity estimation[J]. Geophysics, 1976, 41(5): 850-881.

[10] Bishop T, Bube K, Cutler R,etal. Tomographic determination of velocity and depth in laterally varying media[J]. Geophysics, 1985, 50(6): 903-922.

[11] MacKay S, Abma R. Imaging and velocity estimation with depth-focusing analysis[J]. Geophysics, 1992, 57(12): 1608-1622.

[12] Kabir M M N, Verschuur D J. Migration velocity analysis using the common focus point technology[C]//Expanded Abstracts of the 66thAnnual Internat SEG Meeting. Denver: Society of Exploration Geophysicists, 1996: 407-410.

[13] de Rijzen M, Verschuur D J. 3D focusing operator estimation using sparse data[C]// Expanded Abstracts of the 74thAnnual Internat SEG Meeting. Denver: Society of Exploration Geophysicists, 2004: 2048-2051.

[14] 魏嘉.地質(zhì)建模技術(shù)[J].勘探地球物理進展,2007,30(1):1-6.

Wei J. Review of geologic model building techniques [J]. Progress in Exploration Geophysics, 2007, 30(1):1-6. (in Chinese)

[15] 陳恭洋.碎屑巖油氣儲層隨機建模[M].北京:地質(zhì)出版社，2000.

Chen G Y. Stochastic Modeling of Oil and Gas Reservoirs in Clastic Rocks [M]. Beijing: Geological Publishing House, 2000. (in Chinese)

[16] 劉鈺銘,侯加根.縫洞型碳酸鹽巖油藏三維地質(zhì)建?！运佑吞飱W陶系油藏為例[M].北京:石油工業(yè)出版社，2016

Liu Y M, Hou J G. 3D Geological Modeling of Fracture-Cavity Carbonate Reservoir [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2016. (in Chinese)

[17] Agterberg F P. Geomathematics: Mathematical Background and Geo-Science Applications[M]. Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company, 1974.

[18] 姜貽偉,劉紅磊,楊福濤,等.震控儲層建模方法及其在普光氣田的應用[J].天然氣工業(yè),2011,31(3):14-17.

Jiang Y W, Liu H L, Yang F T,etal. Seismic-constrained reservoir modeling and its application in the Puguang Gas Field[J]. Natural Gas Industry, 2011, 31(3): 14-17. (in Chinese)

[19] 萬方,崔文彬,李士超. RMS提取技術(shù)在溶洞型碳酸鹽巖儲層地質(zhì)建模中的應用[J].現(xiàn)代地質(zhì),2010,24(2):279-286.

Wan F, Cui W B, Li S C. The application of RMS extracting technology in geological modeling on carbonate reservoir with cavern [J]. Geoscience, 2010, 24(2): 279-286. (in Chinese)

[20] 楊敏芳,楊瑞召,張春雷.地震約束地質(zhì)建模技術(shù)在松遼盆地古537區(qū)塊儲層預測中的應用[J].石油物探，2010,49(1):58-61.

Yang M F, Yang R Z, Zhang C L. Application of seismic constraint geologic modeling technique for reservoir prediction in Gu537 block of Songliao Basin [J]. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2010, 49(1): 58-61. (in Chinese)

[21] 張連進,朱占美,鄭偉,等.龍崗地區(qū)礁灘氣藏地質(zhì)建模方法探索[J].天然氣工業(yè),2012,32(1):45-48.

Zhang L J, Zhu Z M, Zheng W,etal. Geological modeling of reef-bank gas reservoirs in the Longgang Gas Field, Sichuan Basin [J]. Natural Gas Industry, 2012, 32(1): 45-48. (in Chinese)

[22] 王磊,林建東.三維地震勘探中疊加速度成圖[J].中國煤田地質(zhì),2000,12(2):57-59.

Wang L, Lin J D. Stacking velocity mapping in 3-D seismic exploration [J]. Coal Geology of China, 2000, 12(2): 57-59. (in Chinese)

[23] Schlumberger. Schlumberger Software Supporting Materials: Velocity Modeling[M]. Houston: Schlumberger, 2013.

[24] 王香文.東嶺地區(qū)三維速度模型的建立和應用[J].勘探地球物理進展,2006,29(6):412-414.

Wang X W. 3-D velocity model building and its application in Dongling area [J]. Progress in Exploration Geophysics, 2006, 29(6): 412-414. (in Chinese)

[25] 李幸粟,劉文利,馬濤.新疆Y區(qū)三維資料速度場研究與應用[J].石油地球物理勘探,1997,21(增刊1):75-85.

Li X L, Liu W L, Ma T. Research and application of 3D velocity field in Y area of Xinjiang [J]. Oil Geophysical Prospecting, 1997, 21(S1): 75-85. (in Chinese)

[26] 馬濤.塔里木速度場的建立和應用[J].石油地球物理勘探,1996,31(3):382-393.

Mao T. Determination of velocity field in the Tarim Basin and its application [J]. Oil Geophysical Prospecting, 1996, 31(3): 382-393. (in Chinese)

[27] 白塵,瞿國平.三參數(shù)速度分析[J].石油物探,1994,33(3):68-76.

Bai C, Qu G P. Three-parameter velocity analysis [J]. Geophysical Prospecting for Petroleum, 1994, 33(3): 68-76. (in Chinese)

[28] 王浩,王薦.地震數(shù)據(jù)體時深轉(zhuǎn)換關(guān)鍵技術(shù)研究[R].成都:中國石化西南油氣分公司,2015.

Wang H, Wang J. Key Technology Research of Time to Depth Conversion of 3D Seismic Data Volume [R]. Chengdu: Southwest Petroleum Branch of SINOPEC, 2015. (in Chinese)

[29] 范菊芬,邵吉華.元壩三維疊前時間偏移處理成果報告[R].成都:中國石化西南油氣分公司,2010.

Fan J F, Shao J H. 3D Prestack Time Migration Processing in Yuanba Area [R]. Chengdu: Southwest Petroleum Branch of SINOPEC, 2010. (in Chinese)

[30] 李少華,尹艷樹,張昌民.儲層隨機建模系列技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2007.

Li S H, Yin Y S, Zhang C M. A Series of Reservoir Stochastic Modeling Techniques [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2007. (in Chinese)

[31] 任殿星,田昌炳.多條件約束油藏地質(zhì)建模[M].北京:石油工業(yè)出版社，2012.

Ren D X, Tian C B. Reservoir Geological Modeling with Multi Condition Constraint [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2012. (in Chinese)

[32] 靳國棟,劉衍聰,牛文杰.距離加權(quán)反比插值法和克里金插值法的比較[J].長春工業(yè)大學學報，2003,24(3):53-55.

Jin G D, Liu Y C, Niu W J. Comparison between inverse distance weighting method and Kriging [J].Journal of Changchun University of Technology, 2003, 24(3): 53-55. (in Chinese)

Analysisofreservoirvelocitymodelinganddomainconversion

SUN Wei1, LIU Yuanyang2, GAO Lei2, JING Xiaoyan2

1.ChinaPetroleumamp;ChemicalCorporation,Beijing100728,China;2.Explorationamp;ProductionResearchInstitute,SouthwestPetroleumBranchofSINOPEC,Chengdu610041,China

Full 3D space-variant grid velocity body is established by modeling method for time to depth conversion. Firstly, the quality of the wellbore and the seismic velocity spectrum data is strictly controlled. Then optimum volume trend constraint method is applied to wellbore velocity interpolation and extrapolation. It shows that the method can integrate wellbore velocity and seismic velocity efficiently, which contains abundant horizontal and vertical velocity information. It makes the change trend of velocity body, structural shape, wellbore and internal well velocity more reasonable. Finally, the structural model in depth domain can more precisely reflect the change trend of underground structure, and improve the correlation of data after domain conversion.

seismic velocity spectrum; residual analysis; 3D grid velocity volume; domain conversion

TE122.24; P631.4

A

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.06.12

1671-9727(2017)06-0744-12

2017-08-07。

國家科技重大專項(2016ZX05017-005)。

孫偉(1975-)，男，博士，高級工程師，主要從事天然氣開發(fā)研究， E-mail:sunwei01@sinopec.com。