徐立恒，鮮 波，薛玉英，李彥斌

1.大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712

2.中油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000

3.東方地球物理公司研究院地質(zhì)研究中心，河北 涿州 072751

4.大慶油田第六采油廠，黑龍江 大慶 163000

時(shí)深轉(zhuǎn)換的精度和速度問題是地震研究非常重要的課題，為了提高時(shí)深轉(zhuǎn)換精度，業(yè)界學(xué)者們投入了大量的精力。時(shí)深轉(zhuǎn)換是將地震體及地震相關(guān)數(shù)據(jù)，如地震反演數(shù)據(jù)體，從時(shí)間域信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樯疃扔蛐盘?hào)的一個(gè)處理步驟，是利用地震資料進(jìn)行構(gòu)造及儲(chǔ)層解釋的一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。地震體的時(shí)深轉(zhuǎn)換對(duì)于勘探井位布置、開發(fā)中的儲(chǔ)量計(jì)算及開發(fā)方案的制定具有重大意義，不合理的時(shí)深轉(zhuǎn)換結(jié)果會(huì)給油田生產(chǎn)帶來極大困難。時(shí)深轉(zhuǎn)換精度主要取決于時(shí)深轉(zhuǎn)換速度模型的合理性，而速度模型的準(zhǔn)確建立與研究地區(qū)儲(chǔ)層的復(fù)雜程度、所處的勘探開發(fā)階段、基礎(chǔ)資料的多少及采用的速度求取方法息息相關(guān)［1－5］。

大慶長(zhǎng)垣油田已開發(fā)50多年，歷經(jīng)4次井網(wǎng)加密，平均井距已達(dá)到80～200m。目前，油田已進(jìn)入特高含水開發(fā)后期的密井網(wǎng)開采階段，陸相河流－三角洲沉積微幅構(gòu)造多、儲(chǔ)層薄、平面非均質(zhì)強(qiáng)的特點(diǎn)決定了單純依靠井點(diǎn)資料進(jìn)行構(gòu)造及儲(chǔ)層研究存在一定的不足，在某種程度上影響了油田開發(fā)的效果。從2007年開始，大慶長(zhǎng)垣進(jìn)行了高密度的三維地震采集，利用井震結(jié)合手段進(jìn)行構(gòu)造及儲(chǔ)層研究，而地震體的時(shí)深轉(zhuǎn)換是其重要的一環(huán)，成為影響地震在注水開發(fā)調(diào)整中能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素［6－10］。

本次針對(duì)大慶長(zhǎng)垣油田密井網(wǎng)區(qū)的地質(zhì)特征及開發(fā)實(shí)際需求，開展地震時(shí)深轉(zhuǎn)換方法研究，以提高地震體時(shí)深轉(zhuǎn)換精度，充分發(fā)揮地震在儲(chǔ)層精細(xì)刻畫及指導(dǎo)剩余油挖潛中的作用。

1 常規(guī)時(shí)深轉(zhuǎn)換方法及其局限性

1.1 利用地震疊加速度計(jì)算地層平均速度

在地震數(shù)據(jù)處理過程中，利用地震勘探的多次覆蓋數(shù)據(jù)求取地下速度信息，再利用求取的速度對(duì)CMP（common middle point）道集進(jìn)行NMO（normal moveout）校正，使得CMP道集的同相軸在各炮檢距內(nèi)都得到校正，然后疊加得到疊加剖面。因此，疊加速度既是對(duì)CMP道集進(jìn)行的最佳疊加，又可作為平均速度預(yù)測(cè)目的層的深度，具體求法可參見文獻(xiàn)［11］。

一組水平層狀介質(zhì)中某一界面以上介質(zhì)的平均速度就是地震波垂直穿過該界面以上各層的總厚度與總傳播時(shí)間之比：

式中：Hi為各層的厚度；ti為各層的傳播時(shí)間。以平均速度計(jì)算的時(shí)深轉(zhuǎn)換公式為

該方法的優(yōu)點(diǎn)是可利用地震的高密度信息求取整個(gè)三維空間的速度，彌補(bǔ)鉆井資料橫向信息較少的劣勢(shì)，在勘探初期能夠發(fā)揮較大的作用；缺點(diǎn)是估算的速度值在縱向上的誤差較大，在應(yīng)用疊加速度進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換時(shí)精度偏低，無法滿足油田開發(fā)中儲(chǔ)層精細(xì)刻畫的需求［12－13］。

1.2 VSP速度

VSP（垂直地震剖面）資料為地表激發(fā)、井中接收的所有波場(chǎng)，經(jīng)特殊處理可將地震剖面和鉆井資料結(jié)合在一起獲得速度信息。可使用單井VSP資料進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。首先，單井VSP資料與地震資料的時(shí)間相位對(duì)應(yīng)，通過校正可使二者具有可比性；其次，VSP資料與井點(diǎn)合成地震記錄的時(shí)深關(guān)系基本一致。因此，VSP是當(dāng)前進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換最可靠的資料。但VSP測(cè)井的成本高、測(cè)井?dāng)?shù)量少、控制點(diǎn)不夠，而區(qū)塊平面速度變化又較大；因此，單純用少量的VSP資料進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換達(dá)不到開發(fā)地震精度要求［14］。

1.3 合成記錄曲線回歸及空間速度場(chǎng)

1.3.1 合成地震記錄曲線回歸公式

該方法一般是利用聲波測(cè)井曲線合成記錄來標(biāo)定層位，從而形成時(shí)間和深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過離散數(shù)據(jù)擬合出線性轉(zhuǎn)換公式，形成整個(gè)研究區(qū)時(shí)深轉(zhuǎn)換標(biāo)定的速度尺。該方法的優(yōu)點(diǎn)是層位界面時(shí)深轉(zhuǎn)換前后形態(tài)一致；但是由于無法保證時(shí)深關(guān)系在空間上是唯一的固定關(guān)系（擬合公式），也就是說，所有離散點(diǎn)無法完全落到直線上，因此層位轉(zhuǎn)換到深度域后常會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際鉆井分層不一致的現(xiàn)象，導(dǎo)致時(shí)深轉(zhuǎn)換出現(xiàn)誤差。

1.3.2 合成地震記錄建立空間時(shí)深關(guān)系

與曲線回歸公式方法不同，該方法是通過多井地震合成記錄建立空間的時(shí)深關(guān)系，從而建立空間速度場(chǎng)實(shí)現(xiàn)時(shí)深轉(zhuǎn)換；要求井網(wǎng)密度大，從而保證空間速度的穩(wěn)定性和精度。該方法適用于密井網(wǎng)區(qū)油層組級(jí)構(gòu)造層面的時(shí)深轉(zhuǎn)換，而不適用于地質(zhì)沉積單元及油層組內(nèi)部?jī)?chǔ)層砂體的時(shí)深轉(zhuǎn)換。原因在于：首先，地質(zhì)沉積單元層面尺度小，在地震剖面上無法追蹤，因此井震標(biāo)定精度受到影響；第二，針對(duì)油層組內(nèi)部?jī)?chǔ)層進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換時(shí)，如微幅構(gòu)造區(qū)域，空間速度場(chǎng)精度低，時(shí)深轉(zhuǎn)換之后地震體及地震反演砂體出現(xiàn)“變形”和“穿層”現(xiàn)象［15］。

2 一體化網(wǎng)格時(shí)深轉(zhuǎn)換方法

以上常規(guī)方法無法滿足大慶長(zhǎng)垣油田開發(fā)地震時(shí)深轉(zhuǎn)換需求。因此，筆者有針對(duì)性地開展了密井網(wǎng)時(shí)深轉(zhuǎn)換方法研究，形成了高精度的一體化網(wǎng)格時(shí)深轉(zhuǎn)換方法，從而有利于地震在長(zhǎng)垣油田儲(chǔ)層精細(xì)刻畫及挖潛剩余油中更好地發(fā)揮作用。

以大慶長(zhǎng)垣B區(qū)塊SⅡ?qū)訛槔?，利用?shí)際資料實(shí)現(xiàn)時(shí)深轉(zhuǎn)換方法研究。研究區(qū)面積20km2，共2 276口井，井網(wǎng)密度達(dá)到114口/km2。2008年完成高密度三維地震資料采集，主頻45Hz，頻帶寬度8～78Hz，地震采樣頻率為1ms×10m×10m。

文章所述的一體化網(wǎng)格時(shí)深轉(zhuǎn)換方法包括兩部分核心內(nèi)容：一是油層組頂?shù)捉缑胬糜啥嗑铣捎涗洏?biāo)定求取的平面時(shí)深關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換（地震上可連續(xù)追蹤油組層頂?shù)捉缑妫?；二是頂?shù)字g利用時(shí)間域和深度域網(wǎng)格一一對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行“物理”搬運(yùn)，使地震波形及地震反演砂體特征在時(shí)深轉(zhuǎn)換前后保持一致。

2.1 油層組頂?shù)捉缑鏁r(shí)深轉(zhuǎn)換

2.1.1 井震標(biāo)定及時(shí)深關(guān)系求取

制作全區(qū)2 276口井點(diǎn)的合成記錄，并與井旁實(shí)測(cè)地震剖面進(jìn)行井震標(biāo)定，每口井的合成記錄與實(shí)測(cè)地震剖面的相關(guān)性要保證在80%以上，在此基礎(chǔ)上求取每口井的時(shí)深關(guān)系曲線。利用多井時(shí)深關(guān)系曲線，以地震解釋層位為約束，通過外部飄移克里金算法空間插值得到深時(shí)比值平面分布［16］。圖1即為研究區(qū)SⅡ油層組頂?shù)捉缑鍿Ⅱ頂、SⅡ底的時(shí)深關(guān)系值：二者分布相對(duì)平滑，沒有異常值，且SⅡ底深/時(shí)值要大于SⅡ頂。原因是儲(chǔ)層底部的壓實(shí)程度要大于上部，速度較大。SⅡ頂、底界面時(shí)深關(guān)系的準(zhǔn)確求取，為后續(xù)地震體的時(shí)深轉(zhuǎn)換打下了好的基礎(chǔ)。

2.1.2 構(gòu)造層面解釋及時(shí)深轉(zhuǎn)換

圖1 SⅡ油層組頂（a）、底（b）界面深/時(shí)值平面分布Fig.1 SⅡoil group of top（a），bottom（b）interface depth/duration distribution

圖2 SⅡ油層組頂、底層面時(shí)間域（a）與深度域（b）連井剖面Fig.2 SⅡoil group of top，bottom level of time（a）and depth（b）domains connected wells profile

首先，在上述井震精細(xì)標(biāo)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)間域SⅡ頂?shù)捉缑娼忉屪粉?，生成時(shí)間域SⅡ頂、SⅡ底構(gòu)造層面；第二，利用深/時(shí)平面值將解釋的時(shí)間域?qū)游贿M(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，生成對(duì)應(yīng)深度域的SⅡ頂、SⅡ底構(gòu)造層面。圖2為SⅡ油層組頂、底層面分別在時(shí)間域與深度域的某一連井剖面。從圖2中可以看到，時(shí)間域和深度域的層面形態(tài)一致，并且與井點(diǎn)分層符合較好，反映了利用井震合成記錄進(jìn)行單一油層組頂、底層面時(shí)深轉(zhuǎn)換的精度。

2.2 一體化網(wǎng)格模型的建立

利用上述方法分別生成了時(shí)間域和深度域的SⅡ頂、SⅡ底層面模型，在此基礎(chǔ)上，以SⅡ頂、SⅡ底為界，分別建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的時(shí)間域和深度域網(wǎng)格模型，從而實(shí)現(xiàn)油層組內(nèi)部地震體及地震反演砂體的轉(zhuǎn)換。

首先，利用時(shí)間域的SⅡ頂、SⅡ底分別建立時(shí)間域框架模型，在時(shí)間域模型下建立網(wǎng)格，標(biāo)準(zhǔn)為1ms×10m×10m，該值的大小與實(shí)測(cè)地震的采樣間隔一致，并計(jì)算框架模型的總網(wǎng)格數(shù)N＝V（10×10×1）（V為模型體積）。其次，在深度域SⅡ頂、SⅡ底框架模型約束下，建立與時(shí)間域相同網(wǎng)格數(shù)N的網(wǎng)格模型，形成與時(shí)間域網(wǎng)格在空間上的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。最后，利用時(shí)間域SⅡ頂、SⅡ底層面約束控制，將地震及地震反演數(shù)據(jù)體導(dǎo)入時(shí)間域網(wǎng)格模型中，并根據(jù)時(shí)深網(wǎng)格一一對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)一步導(dǎo)入到深度域網(wǎng)格模型中，完成地震體的時(shí)深轉(zhuǎn)換處理過程（圖3）。

圖3 時(shí)間域（a）和深度域（b）網(wǎng)格模型Fig.3 Mesh model of time domain（a）and depth domain（b）

圖4 時(shí)深轉(zhuǎn)換前后地震剖面對(duì)比分析Fig.4 Seismic section analysis before and after time to depth conversion

圖5 空間速度場(chǎng)和一體化網(wǎng)格時(shí)深轉(zhuǎn)換方法效果對(duì)比剖面Fig.5 Compared profiles of time to depth conversion methods between space velocity and integration grid

圖6 井震結(jié)合儲(chǔ)層頂面構(gòu)造圖Fig.6 Structural map of reservoir top surface for combination of well and seismic

從上述的一體化網(wǎng)格時(shí)深轉(zhuǎn)換方法流程可知，油層組頂、底界面的生成是利用合成記錄標(biāo)定求取的時(shí)深關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而油層組內(nèi)部是利用時(shí)間域和深度域網(wǎng)格一一對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行“物理”搬運(yùn)。其中涉及到2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：一是時(shí)間域網(wǎng)格模型與深度域網(wǎng)格模型，二者網(wǎng)格總數(shù)必須保證一致，這樣才能在空間上建立二者一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；二是時(shí)深轉(zhuǎn)換的目的層厚度不宜過大，即頂?shù)讓游坏乃俣炔顒e不宜過大。針對(duì)大慶長(zhǎng)垣來說，以單個(gè)油層組級(jí)別進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換比較合適，縱向上網(wǎng)格不會(huì)出現(xiàn)拉伸不均，從而確保時(shí)深轉(zhuǎn)換前后地震及地震相關(guān)數(shù)據(jù)體的一致性。

3 時(shí)深轉(zhuǎn)換精度分析

利用一體化網(wǎng)格時(shí)深轉(zhuǎn)換方法，將研究區(qū)地震體從時(shí)間域轉(zhuǎn)換到深度域，形成深度域的三維地震體。圖4即為時(shí)深轉(zhuǎn)換前后地震對(duì)比剖面，可見轉(zhuǎn)換前后地震波型特征保持一致，確保了深度域進(jìn)行構(gòu)造及儲(chǔ)層解釋的精度。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證一體化網(wǎng)格時(shí)深轉(zhuǎn)換方法的精度，將該方法與空間速度場(chǎng)模型方法進(jìn)行對(duì)比。圖5即為分別利用上述2種方法將地震反演數(shù)據(jù)體進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換的效果對(duì)比剖面。在圖5中可以看到，經(jīng)一體化網(wǎng)格方法時(shí)深轉(zhuǎn)換后，地震反演砂體與井匹配程度要高于速度場(chǎng)建模方法，時(shí)深轉(zhuǎn)化前后反演砂體展布特征保持一致，減小了累計(jì)誤差，較好地解決了傳統(tǒng)速度場(chǎng)建模方法出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真的問題。

4 開發(fā)應(yīng)用實(shí)例

長(zhǎng)垣油田B區(qū)井距達(dá)120m，其剩余油挖潛的重心落實(shí)在斷層邊部。斷層區(qū)域砂體井控程度較低、注采關(guān)系不夠完善，存在剩余油潛力。首先通過井震結(jié)合落實(shí)該區(qū)域斷層位置、儲(chǔ)層頂構(gòu)造分布；其次通過地震反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法刻畫砂體的分布特征，并利用一體化網(wǎng)格時(shí)深轉(zhuǎn)換方法將地震反演體轉(zhuǎn)到深度域，在深度域內(nèi)刻畫斷層附近的砂體發(fā)育帶；最后，分析認(rèn)為斷層①和斷層②附近為構(gòu)造高點(diǎn)，井控程度低，存在剩余油，因此設(shè)計(jì)、部署了L213、L211、L221三口水平井（圖6），以提高油層動(dòng)用程度，實(shí)現(xiàn)挖潛斷層邊部剩余油的目的。

圖7列出L213水平井實(shí)鉆軌跡及深度域波阻抗地震反演砂體分布剖面，同時(shí)列出了實(shí)測(cè)的自然伽馬（GR）、密度（Den）曲線。該井實(shí)鉆水平段長(zhǎng)度292m，鉆遇砂巖厚度277.2m；經(jīng)與實(shí)測(cè)曲線對(duì)比，顯示砂體預(yù)測(cè)率達(dá)到98%。3口水平井年產(chǎn)油17 000t，深度域反演預(yù)測(cè)的砂體與實(shí)鉆軌跡很好地吻合，充分體現(xiàn)了地震反演及其時(shí)深轉(zhuǎn)換的精度和可靠性。

圖7 L213井實(shí)鉆軌跡、測(cè)井解釋及地震反演剖面圖Fig.7 L213well drilling trajectory，logging and seismic inversion profiles

5 結(jié)論

1）地震疊加速度法、VSP、空間速度場(chǎng)等常規(guī)時(shí)深轉(zhuǎn)換具有局限性，無法滿足油田開發(fā)地震時(shí)深轉(zhuǎn)換精度的要求。一體化網(wǎng)格時(shí)深轉(zhuǎn)換方法利用時(shí)間域和深度域網(wǎng)格一一對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行“物理”搬運(yùn)，減小了轉(zhuǎn)換前后的累計(jì)誤差，提高了精度。

2）地震體及地震反演體從時(shí)間域轉(zhuǎn)到深度域后，地震波形特征及反演砂體展布特征時(shí)深轉(zhuǎn)換前后保持一致，并在油田實(shí)際開發(fā)中得到應(yīng)用，提高了斷層區(qū)域水平井的鉆遇精度，實(shí)現(xiàn)了挖潛斷層邊部剩油的目的，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。

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