井震结合速度建模在水平井轨迹设计中的应用

张秉铭 ， 韩 磊， 刘俊州， 刘振峰， 王劲松

(1.中国石化油田勘探开发事业部，北京 100728；2.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083)

井震结合速度建模在水平井轨迹设计中的应用

张秉铭1， 韩 磊2， 刘俊州2， 刘振峰2， 王劲松2

(1.中国石化油田勘探开发事业部，北京 100728；2.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083)

分析了合成记录标定时深关系、地震速度分析和测井速度插值等目前常用的三种速度建模方法。这些方法分别在钻井数量要求、构造复杂程度和纵、横向分辨率兼顾等方面存在一定局限性，限制了速度建模的精度。结合地震和测井速度资料各自优势，提出了一种新的在三维区域使用测井速度对地震速度进行校正的方法：①从地震速度体中沿井轨迹抽取伪井速度曲线，并与测井速度比较得到残差速度曲线；②在地质格架约束下插值得到一个残差速度体；③使用残差速度体对地震速度进行校正。将该方法应用到川西水平井轨迹设计中，取得了较好的实际应用效果。

速度建模； 时深转换； 水平井轨迹设计

0 引言

速度预测一直是地球物理领域的难题之一。在前人持续不断地努力下，形成了一系列速度建模的方法，这些方法概括起来分为3大类：

1)使用测井信息建立速度场(如井震标定时深关系、测井速度空间插值和VSP等)[1-3]。这类方法建立的速度场在井点是比较准确的，但在构造复杂区域井间的横向变化难以把握，只适合于构造简单且钻井较多的成熟开发区块。

2)使用地震处理速度，将地震叠加速度通过迪克斯(Dix)公式[4-7]或射线参数反演[8-12]转为层速度用于时深转换。Dix公式有水平层状介质射线垂直入射的假设，对于构造复杂、各向异性强的区域会有较大误差；射线参数反演具有更广泛的地层产状适应性，但其反演是一种“逐层剥离”的过程，存在误差逐层传递和放大的缺点。

3)使用钻井或地质信息约束地震速度建立速度场[13-20]，此类方法使用测井速度、分层对地震速度进行了一定程度的校正，所得到的速度场相比前两种方法更为准确。但是也有两方面局限性：①由于需要使用地质分层进行校正，对分层的准确性要求较高；②只限于在井点或者二维平面对速度进行校正，速度的空间变化特征难以有效把握。

1 常规速度建模方法

1.1 合成记录标定时深关系

利用合成记录标定得到的时深关系进行时深转换，是在实际工作中最常用的一种方法。合成记录的目的是把时间域的地震记录和深度域的测井资料建立对应关系，通过井震标定，可以得到一系列的“时深对”。这些“时深对”是由一些离散点组成的，通过软件拟合就可以得到时深转换公式。此方法的优点是操作比较方便简单，对构造起伏不大且钻井数量较多的地区准确度还是比较高的，但是如果地质情况复杂、速度横向变化大，将从井上得到的时深关系推广应用到整个研究区会产生很大的误差。

1.2 测井速度插值

测井得到的速度在井点位置是比较准确的，纵向分辨率也很高。如果钻井在研究区分布均匀且数量较多，可以使用插值的方法建立三维速度场。在井间以距离作为权系数确定各井的速度数据在速度场中的贡献值，一般只考虑距离因素，不考虑地质结构的影响，是一种纯粹数学运算的插值，与真实地层速度会有较大误差。此方法得到的速度场模型化的痕迹较为严重，在井点周围可能会出现明显的异常区域，产生“牛眼”现象。其结果通常在井点位置是准确的，但井间外推复杂构造区域位置通常精度较差，而且由于使用的是速度曲线插值，对测井的声波曲线质量也要求较高。此类方法适用于开发区块测井数量较多且分布比较均匀的情况，对钻井数量较少的区域，得到的速度场精度不高。

1.3 地震处理速度建模

地震速度的特点是分布均匀，含有较为丰富的横向信息，并可根据需要进行加密，形成一个全区的三维速度场。适合于勘探初期没有井或者井很少的情况，由于布置测线时主测线会垂直于构造走向，因此，一般情况下叠加速度的横向变化能较好地反映勘探区的构造形态。在实际应用过程中，由于地震速度在拾取时会存在一定的异常点，所得到的速度场也只是在部分CDP点上有分布，因此需要对地震速度进行散点校正消除异常值，并在纵横向上进行插值平滑处理。使用地震速度进行时深转换，大的构造格架不会有问题，但是由于速度谱资料是每隔几百米拾取一个CDP点，局部速度变化被忽略了，用这种方法建立的速度场不够精细。此外，常规地震速度在大偏移距、地层界面倾斜、盐下等情况下的精度都不高[21]，而且由于速度谱在拾取过程中很大程度依赖于处理人员对区块的整体地质认识，人为主观影响比较大，这在一定程度上也会影响到时深转换的精度。

2 井震残差校正速度建模方法

2.1 方法流程

将单模透镜光纤分别固定于三维精密调节平台上,在微环腔的输入输出端进行近似垂直光栅耦合,在实验过程中通过实时观察CCD成像,不断调节光纤位置,以达到最优耦合。耦合信号通过光纤导出被光电探测器接收后由示波器显示,最终得到微环谐振系统的透射谱线。

上述的三种速度求取方法是目前较为常用的，但由于这些方法是单一地使用地震或测井速度进行速度建模，不可避免地存在一定的局限性。为了提高速度建模的精度，并尽可能地将测井、地震两种速度在纵横向上的优势结合起来，提出了一种新的使用井震三维残差速度校正地震速度来建立速度场的方法。图1是该方法计算的流程图，具体步骤如下：

1)数据准备。需要2类基础数据：①地震处理过程中生成的叠加速度谱；②一定数量的有声波时差曲线的井。目前大部分研究区都能满足这两个条件，对数据的要求不高。

2)叠加速度谱处理。地震叠加速度谱是人工拾取得到的，在拾取过程中由于每个人对区块地质认识及拾取习惯不同，会存在一些误差，需要对其进行散点校正，结合研究区地质认识去掉一些不合理的样点。此外，由于叠加速度谱的样点是比较稀疏的，每隔几百米才有一个点，需要对其进行插值，得到三维速度场。最后，使用中值滤波等方法进行纵横向的平滑处理，使其看起来更光滑连续。图2是散点校正前后速度谱对比图，经过散点校正后，去掉了一些异常的速度点。图3是平滑前后的速度对比图，平滑后消除了一些不连续点，使速度场看起来更连续自然。

3)叠加速度转为层速度。地震处理后得到的速度一般是叠加速度，而测井速度是层速度，为了使二者匹配起来，需将叠加速度转为层速度。一般使用Dix公式进行转化，其公式如式(1)所示：

(1)

其中：Vn为层速度；t0,n和Vδ,n分别为第n层的传播时间和叠加速度。

4)层速度处理。Dix公式有一个基于水平层状介质的假设，对于复杂介质在转化过程中会产生一定的误差，需要对层速度进行校正处理来减小误差。此处层速度已经是三维体了，需要先将其进行抽稀，然后再次进行散点校正和平滑处理，其方法和流程2)类似。

图1 井震残差校正建立速度场的技术流程图Fig.1 The flowchart of velocity model building through well seismic combination

图2 速度谱散点校正前、后之间的比较Fig.2 Comparisons before and after velocity spectrum correction(a)散点校正前；(b)散点校正后

图3 速度场平滑前、后之间的比较Fig.3 Comparisons before and after velocity smoothing(a)速度场平滑前；(b)速度场平滑后

5)原始声波曲线预处理。声波曲线是测井速度的来源，且对井震标定影响较大，有必要对其进行处理以提高质量。影响声波曲线质量的因素主要有2个：①由于不同系列的测井仪器之间存在的系统误差，导致不同井之间相同测井曲线在标准层的测井响应存在差异；②由于井眼扩径或垮塌导致的曲线测量不准。这两个问题可以使用多井一致性处理和环境校正来解决[22]。

6)建立地层格架模型。常规使用测井速度进行插值一般不考虑地质构造的影响，是一种纯粹数学运算的插值。为了克服这一缺点，使用地层模型约束进行井速度插值。对声波曲线进行校正之后，在井震标定的基础上对研究区主要目的层进行层位解释，然后使用解释层位建立地层格架模型。该模型既含有井震标定后生成的时深关系信息，又在横向上指示构造走向信息，可以作为后续三维速度建模的约束信息。

7)将步骤5)里经过预处理的测井声波时差曲线转为速度曲线(此速度曲线是一个速度随着时间变化的函数V1=f1(t))；从步骤4)生成的层速度体里沿井轨迹抽取伪井速度曲线(此曲线不是真实存在的，而是沿着已知井的井轨迹将地震层速度的值赋予井速度的概念，这样就生成了一个地震速度曲线V2=f2(t))；将二者相减得到残差速度曲线ΔV=V1-V2。最后在步骤6)生成的地层格架约束下对残差速度曲线插值得到一个残差速度体。

8)将步骤4)得到的层速度体和步骤7)得到的残差速度体相加，即可得到最终速度体。此速度体在井点和测井速度吻合，在横向上保留了地震速度的相对变化关系，是一个更加准确的速度场。

2.2 方法优势

笔者提出的井震残差校正三维速度建模方法，相比常规方法具有一定创新性。常规方法大多单一地使用地震、钻井速度建立速度场，或者只是在井点或二维平面使用钻井速度或地质分层进行校正。方法是在地层格架约束下在整个三维空间对地震速度进行校正。(目前在专利和文献中尚没有出现此种方法)，该方法不仅适用于勘探程度低的区域，同时也适用于勘探程度较高区域，而且随着勘探程度的提高、井数增加，其精度也会逐渐提高。能够克服研究区地下结构复杂、地层速度横向变化剧烈等问题。

3 应用效果

速度场可以用于水平井轨迹设计、构造图编制和道集转换等众多方面。新马-什邡地区处于四川盆地川西坳陷中段，随着该区勘探开发的脚步加快，越来越多的水平井被投入开发。由于研究区储层非均质性较强，相邻井甚至同一个井区其储层厚度、泥岩夹层厚度变化较大；此外，研究区北部和东部的构造起伏也比较大。在实际钻进过程中，稍有不慎，就会钻到泥岩夹层里，需要不断调整钻头位置，施工的难度很大。如果能得到深度域的数据体，就可以直接预测储层顶、底深度，这样会极大地降低施工难度。将储层预测数据体从时间域转换到深度域，最关键的是得到准确的速度场。

图4为在研究区使用井震残差校正速度建立速度场的过程图，其中图4(a)是经过插值、平滑后的叠加速度场，图4(b)是从叠加速度转化而来的层速度场，转化之后同样需要进行平滑处理，图4(c)中的蓝色曲线是经过滤波的测井速度曲线、红色曲线是沿着井轨迹从层速度体中抽取的伪井速度曲线，两种曲线比较得到一条残差速度曲线，然后在地层格架的约束下对残差曲线插值得到一个残差速度体(图4(d))，最后将残差速度体和层速度体相加得到最终速度体(图4(e))。可以看到原始的地震速度体(图4(b))在横向上包含一定的地层变化信息，但在纵向上分辨率较低，且通过两种速度曲线比较可知，地震速度在井点和测井速度存在一定差异。在经过三维校正之后，显著提高了速度在纵向上的分辨率，既保证了在纵向上和测井速度吻合，同时在横向上保留了地震速度的相对变化关系，是一个更加准确的速度场。

为了评价不同方法建立速度场的准确性，使用这些速度将时间域波阻抗体转到深度域，然后将研究区的水平井投影在波阻抗剖面图上。图5为一口水平井在不同速度转换的深度域波阻抗剖面上的投影，其中图5(a)为井震标定时深关系转深度域波阻抗的结果，可以看到其相对井轨迹偏上，误差在15 m左右；图5(b)和图5(c)分别使用的是地震速度和井插值速度，二者都相对井轨迹偏下，误差在10 m左右；图5(d)是使用残差速度建模得到的速度转深，其和井轨迹基本吻合，误差较小。对研究区10口水平井进行了A靶点深度的误差统计(表1)。由表1可以看到，常规的三种方法平均绝对值误差都超过了10 m，而使用本文方法的A靶点平均绝对值误差为5 m左右，显著提高了预测精度。

图4 井震结合建立速度场技术的关键流程示意图Fig.4 The key flowchart of velocity model building through well-seismic combination(a)叠加速度场；(b)层速度场；(c)测井、地震两种速度曲线；(d)残差速度场；(e)最终速度场

图5 不同方法建立速度场时深转换效果对比示意图Fig.5 Time-depth conversion result comparisons between different velocity modeling methods(a)井震标定时深关系转深；(b)地震速度转深；(c)测井插值速度转深；(d)井震结合速度转深表1 不同方法预测水平井A靶点深度误差统计表Tab. 1 Comparisons of depth prediction error from different velocity modeling methods

井名实测A靶点深度/m井震标定时深关系地震速度井插值速度残差速度校正预测A靶点深度/m误差/m预测A靶点深度/m误差/m预测A靶点深度/m误差/m预测A靶点深度/m误差/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平均绝对值误差13.212.8710.195.11

4 结论

相比常规速度建模方法，笔者提出的井震残差校正速度建模方法具有三个优点：①不限制钻井数量，几口即可，多多益善；②由于使用构造格架约束建模，对复杂构造区域也有较好的适应性；③保证了在纵向上和测井速度的吻合，又在横向上保留了地震速度的相对变化关系。通过和常规方法在水平井靶点预测的应用效果对比可知，提出的方法能建立一个更加准确的速度场。由于速度预测是地球物理的一个难题，在水平井设计中可以使用几种方法分别预测，然后将不同结果作为储层的上下参考边界。

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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

国家科技重大专项(2016ZX05002-005)

张秉铭(1963-)，男，博士，主要从事各向异性介质地震波场理论、油气藏地球物理应用研究， E-mail：zhangbm@sinopec.com。

韩磊(1984-)，男，工程师，主要从事地震资料解释与储层预测， 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