曾 鳴 狄貴東 彭浩天 屠志慧 孔令霞 韓 嵩

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

2012年11月，中國石油西南油氣田公司在雙魚石構(gòu)造部署了ST1井，并在中二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組分別測試獲氣87.6 104m3/d、126.77 104m3/d，顯示出川西北部雙魚石地區(qū)中二疊統(tǒng)廣闊的勘探前景。勘探突破后，為了滿足構(gòu)造精細解釋和儲層預(yù)測的需要、落實地質(zhì)研究及勘探部署的要求，在雙魚石區(qū)塊部署滿覆蓋面積225.6 km2三維地震勘探。隨著SYX131和SYX133連獲得超100 104m3/d的測試產(chǎn)量，進一步證實川西北部中二疊統(tǒng)棲霞組灘相白云巖儲層具有大面積分布，充分展示了雙魚石區(qū)塊棲霞組氣藏良好的勘探開發(fā)潛力[1-5]。

隨著四川盆地川西北雙魚石區(qū)塊勘探開發(fā)一體化進程，鉆井工程逐漸由早期勘探期直井向開發(fā)期大斜度水平井轉(zhuǎn)變。目前，在川西北地區(qū)部署一批以ST6為代表的勘探開發(fā)井，在鉆井過程中，出現(xiàn)了鉆遇斷裂陡帶、構(gòu)造高點不準、儲層鉆遇率低等問題，使得推覆構(gòu)造帶準確落實和小斷塊準確刻畫精度降低，制約該區(qū)勘探開發(fā)進程。分析造成這一現(xiàn)象的原因是由于雙魚石區(qū)塊屬于“雙復(fù)雜”地區(qū)，工區(qū)橫向速度變化大，而目前支撐井位部署的疊前時間偏移地震資料在這類地區(qū)構(gòu)造精確成像有其局限性，雖然剖面整體能取得良好成像效果，但是在陡傾角區(qū)域構(gòu)造空間位置依然出現(xiàn)偏差，影響鉆井成功率。

圖1 四川盆地北部地區(qū)雙魚石區(qū)塊區(qū)域位置圖

疊前深度偏移技術(shù)在橫向速度模型劇烈變化的介質(zhì)中成像效果比疊前時間偏移更精確[6-8]，可以較好成像構(gòu)造空間位置。采用近似真地表的小平滑面預(yù)處理，在速度模型建立時利用構(gòu)造層位、測井速度及非線性反演方法提高模型精度，并應(yīng)用高斯射線束疊前深度偏移改善剖面成像效果，提高構(gòu)造成像精度。

1 技術(shù)思路

川西北部地區(qū)雙魚石區(qū)塊位于四川盆地川北古中坳陷低緩構(gòu)造區(qū)北緣，跨越龍門山山前斷褶構(gòu)造帶，大地構(gòu)造位置隸屬上揚子克拉通北緣龍門山山前褶皺帶，位于四川省西北部的廣元市青川縣、劍閣縣和江油市境內(nèi)（圖1）。四川盆地川西北雙魚石區(qū)塊受龍門山推覆帶影響，地表起伏劇烈、地下斷裂發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜、地震波場復(fù)雜，因此這類地區(qū)的地震資料往往存在靜校正問題突出、信噪比低、速度結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。四川盆地早在20世紀90年代開始引入疊前深度偏移技術(shù)，2003年蔣曉光等人[9]已經(jīng)在川東地區(qū)開展相關(guān)實驗工作，提升了地震成像可靠性，與實際構(gòu)造形態(tài)吻合度提高，提高了鉆探符合率及成功率，至此之后深度偏移在四川盆地周邊復(fù)雜構(gòu)造帶開始得到陸續(xù)應(yīng)用[10-12]。目前在四川地區(qū)使用的深度偏移方法大都是通過區(qū)域?qū)铀俣忍畛錁?gòu)造實體模型建立初始模型，通過沿層分析速度剩余時差優(yōu)化模型，利用Kirchhoff積分法完成最終偏移成像。該思路在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)會存在浮動面數(shù)據(jù)炮檢點偏移地表真實位置、速度模型誤差較大和復(fù)雜帶資料難以成像等問題。針對上述問題，在時間域基于小平滑面的近地表建模處理[13-16]；深度域建模方面采用多信息約束建模及非線性層析反演迭代；偏移算法上基于運算效率、復(fù)雜構(gòu)造適應(yīng)性及成像效果等綜合考慮采用高斯射線束疊前深度偏移算法，開展以深層高陡復(fù)雜地質(zhì)體為目標的疊前深度偏移成像處理。

2 關(guān)鍵處理技術(shù)

2.1 基于小平滑面時間域預(yù)處理

克?；舴虔B前深度偏移是通過兩步完成的：旅行時的計算 （射線追蹤）與偏移積分求和。計算旅行時需要已知其炮點和檢波點的位置，因此處理過程中保持炮檢點位置真實性對于旅行時計算準確性尤為重要。常規(guī)的動校正法采用的是單平方根方程，這里隱含了兩個假設(shè)條件：①近地表無低降速帶；②在同一個CMP位置，炮點、檢波點和CMP是處于同一水平面（水平層狀介質(zhì)假設(shè)）。而在實際山地復(fù)雜構(gòu)造工區(qū)中，近地表均有低降速帶存在，且高程變化往往是十分劇烈的。對于低降速帶問題，可以通過靜校正的方法予以解決，而地表高程劇烈變化問題則無法用該公式處理。因為在同一CMP位置的不同偏移距中，炮檢點均不是處于同一海拔高程，且高差越大，誤差越大，以至于造成成像假象。

同樣應(yīng)用大平滑面在地炮檢點高差200 m的情況下誤差僅0.45 ms，當高差達到1 400 m的時候誤差高達118.20 ms，差異過大。大平滑面不適應(yīng)地表起伏劇烈的地區(qū)，為了消除該因素影響，采用基于小平滑面對高程進行平滑，達到接近于真實地表的效果，更好地保持了波場動力學特征，數(shù)據(jù)基于時間域小平滑面處理，保持炮、檢點位置真實性，將數(shù)據(jù)校正到小平滑面以后，在同一位置，CMP點，炮點，檢波點均處于不同的高程位置（圖2），所以在計算旅行時需要將下行波的旅行時和上行波的旅行時分開考慮，即為雙平方根動校正公式。該假設(shè)條件更符合真實的地質(zhì)情況，更能保持住波場的動力學信息，確保后續(xù)疊前深度偏移旅行時計算的可靠性。

圖2 起伏地表下炮檢點、CMP點與小浮動面關(guān)系示意圖

2.2 深度域速度建模

疊前深度偏移之所以能準確成像除了本身算法的適應(yīng)性，速度模型的精度也尤為關(guān)鍵[17-18]。張宇[19]對偏移方法的發(fā)展歷程和基本原理進行了詳細介紹，并且指出越先進的偏移算法對模型精度要求越高，在速度模型精度不高的情況下，先進算法成像效果還不如傳統(tǒng)方法，因此提高速度模型的精度在疊前深度偏移工作中十分重要。

在速度建模過程中，初始模型越接近地下真實情況，后期的反演收斂越好，速度越快；同時層析反演過程中盡可能拉平道集，并加入構(gòu)造、測井等約束條件可以進一步減少反演結(jié)果的多解性。

1）初始速度模型建立

整個速度模型的建立過程中，初始模型的準確性直接決定了后期速度迭代優(yōu)化的效果。以往建模通常是直接把時間域均方根速度轉(zhuǎn)化為深度域的速度或者通過地質(zhì)層位結(jié)合層速度和速度梯度建立初始模型，模型精度和分辨率低。目前工區(qū)有鉆井10余口，分布廣，初始模型采用構(gòu)造層位加測井聲波速度約束的方式來建立。為提高淺層模型精度，融合了靜校正處理中近地表速度模型。最終建立的初始速度模型含有構(gòu)造信息、近地表速度、測井速度，符合地質(zhì)情況（圖3），橫向變化合理，縱向分辨率高，保證后續(xù)模型層析反演收斂效果。

2）速度模型迭代及優(yōu)化

在速度模型的迭代優(yōu)化過程中，采用了非線性層析反演技術(shù)。該技術(shù)有別于傳統(tǒng)的線性網(wǎng)格層析反演，在線性反演的過程中，由于深度偏移成像不是由單點速度影響，受周圍速度及淺層速度影響，因此需要反復(fù)用反演出的新模型重新偏移深度域道集，拾取剩余時差，再進行下一輪反演。而非線性反演則在該基礎(chǔ)上多了一步求取時間域的不變量，線性反演輸出更新后的模型是這些不變量偏移以后的結(jié)果，這個過程為下一次的線性反演提供了一組新的剩余時差，因此迭代過程可以不重新偏移道集和重新拾取剩余時差。該方法優(yōu)勢在于整個反演過程中只需要計算一次疊前深度偏移，在得到最終優(yōu)化后的速度模型即可進行疊前深度整體偏移，大大降低計算周期和運行成本，流程圖如下所示（圖4）。

圖3 初始速度模型及速度鉆井匹配圖

圖4 非線性層析反演流程圖

在對速度模型實際非線性層析反演過程中，加入地層傾角、測井速度、層位標定等多重約束條件，保證了更新后的速度符合地質(zhì)變化規(guī)律的同時又和測井信息具有較高吻合度。從速度更新前后的深度偏移道集可以看出，之前由于速度不準確存在的道集校正不足和校正過量的情況得到有效改善，該反演方法所得共成像點道集波組特征更豐富，同相軸更平整（圖5）。

2.3 高斯射線束疊前深度偏移

圖5 速度模型優(yōu)化前后共成像點道集對比圖

高斯射線束所使用的格林函數(shù)是一系列高斯束的疊加，每條高斯束代表地下的局部波場且處處正則，因此其成像效果在大多數(shù)情況下都優(yōu)于Kirchhoff偏移[6]。這些優(yōu)點對于復(fù)雜地區(qū)偏移成像來說顯得尤為重要，可以克服速度橫向變化區(qū)域偏移歸位不準確的問題，非常適合復(fù)雜介質(zhì)條件下的成像。并且高斯射線束偏移仍然保持了Kirchhoff偏移的高效性和靈活性。雙魚石區(qū)塊“雙復(fù)雜”的地質(zhì)特征決定了該區(qū)地震資料地下波場十分復(fù)雜，采用高斯射線束偏移方法能克服標準射線方法在不規(guī)則區(qū)域不成像的缺點，有效改善高陡構(gòu)造區(qū)成像質(zhì)量，尤其是復(fù)雜斷裂帶區(qū)域成像效果（圖6），同時顯著提升資料信噪比。

圖6 Kirchhoff疊前深度偏移和束線法疊前深度偏移對比圖

圖7 過ST6井疊前定井時間偏移定井剖面及井旁構(gòu)造恢復(fù)示意圖

3 應(yīng)用效果

ST6井為一口部署于秀鐘構(gòu)造的開發(fā)井，井底鉆至棲霞組7 778 m。從過ST6井的疊前時間偏移剖面可以看出，目前井底位于構(gòu)造高點位置，且地層傾角較緩（圖7a）。但實鉆結(jié)果證實構(gòu)造軸線和定井剖面差異較大，利用傾角測井資料，開展井旁構(gòu)造恢復(fù)（圖7c），鉆井軌跡所達構(gòu)造位置與疊前時間偏移剖面有明顯差異，電成像成果圖表明（圖7b），在井段6 820～7 776 m，地層傾向為北北西向，平均地層傾角為43°左右，說明目前井底位于構(gòu)造北西翼，且地層傾角較陡。證實構(gòu)造高點在疊前時間偏移剖面上向東發(fā)生了偏差，斷裂復(fù)雜帶的成果剖面不能準確反映地下真實構(gòu)造形態(tài)。在雙魚石區(qū)塊，疊前時間偏移方法不能完全解決該區(qū)域精確構(gòu)造成像問題。

在疊前深度偏移剖面投影為構(gòu)造翼部，其軌跡與井旁構(gòu)造恢復(fù)結(jié)果整體符合。從深度偏移剖面分析得出，構(gòu)造位置向下傾方向移動約230 m，且新解釋斷層斷點向南東偏移200～250 m（圖8），根據(jù)最新的疊前深度偏移資料，認為若按照原軌跡繼續(xù)鉆進，可能鉆遇棲霞組陡帶，根據(jù)疊前深度偏移資料解釋新的構(gòu)造高點，對ST6井進行了側(cè)鉆建議并得到實施（圖9）。實鉆過程中沒有出現(xiàn)明顯的井漏，鉆井過程順利，側(cè)鉆點實鉆棲霞組頂界垂深6 607.8 m，地層傾角南東傾6°，海拔值與疊前深度偏移預(yù)測海拔值絕對誤差僅為29 m，相對誤差0.43 %，順利鉆遇構(gòu)造頂部。

圖8 ST6井區(qū)新老資料處理解釋棲霞組頂界構(gòu)造成果對比圖

圖9 過ST6井疊前深度偏移剖面圖

4 結(jié)論

在雙魚石區(qū)塊應(yīng)用基于小平滑面的非線性網(wǎng)格層析速度建模技術(shù)開展疊前深度偏移成像處理有效解決了“雙復(fù)雜”地區(qū)時間域成像不準的問題，根據(jù)新的疊前深度偏移資料，修正斷層和構(gòu)造高點位置對ST6井進行了側(cè)鉆建議并得到實施，實鉆證實疊前深度偏移預(yù)測成果的可靠性。該成像技術(shù)的推廣對雙魚石區(qū)塊后期勘探開發(fā)井位部署及井軌跡優(yōu)化具有指導(dǎo)作用，并得到如下幾點認識：

1）基于小平滑面處理的數(shù)據(jù)可以有效保持炮檢點位置真實性，并對旅行時準確計算必不可少。

2）在構(gòu)造模式認識較清晰，鉆井分布較廣的工區(qū)，可采用構(gòu)造層位加測井速度及近地表融合聯(lián)合建模的方式獲取初始速度模型，速度模型迭代過程中采用非線性反演技術(shù)，通過地質(zhì)和鉆井約束，提高模型精度并大大縮短運行周期。

3）射線束法疊前深度偏移在高陡復(fù)雜區(qū)較Kirchhoff深度偏移成像效果更好，對微小斷裂刻畫精度更高，偏移噪音更少，信噪比更高。