劉 微， 梁 鋒， 范 玲， 李 明， 付小東

(1.中國石油 西南油氣田公司川中油氣礦，遂寧 629001；2.中國石油 杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023)

0 引言

四川盆地震旦系燈影組氣藏首次發(fā)現(xiàn)于1964年在威遠(yuǎn)構(gòu)造的威基井，探明了我國第一個震旦系大氣田-威遠(yuǎn)震旦系氣田，探明地質(zhì)儲量為400×108m3。2011年高石1井燈二段獲日產(chǎn)氣102.14×104m3高產(chǎn)工業(yè)氣流，由此拉開樂山-龍女寺古隆起震旦系勘探的新篇章，并加大了高石梯、磨溪、龍女寺、廣安等地區(qū)的鉆探力度[1]。截至2019年6月，磨溪區(qū)塊燈二段完鉆井11口，鉆穿燈二段井1口，正鉆井1口，試油井7口，獲工業(yè)氣井7口。工業(yè)氣井累計測試日產(chǎn)氣76.52×104m3，平均測試日產(chǎn)氣10.9×104m3。前期鉆探及研究表明磨溪區(qū)塊燈二段屬于構(gòu)造氣藏，在構(gòu)造圈閉之內(nèi)具有較好的含氣性，展示出較好的勘探開發(fā)前景。因此，準(zhǔn)確地刻畫燈二頂界面的構(gòu)造海拔是燈二段儲層預(yù)測的關(guān)鍵問題。特別是2019年完鉆的磨溪124井的燈二段頂設(shè)計垂深為5 275 m，海拔為-4 982 m；實鉆垂深為5 382 m，海拔為-5 089 m，實鉆較設(shè)計加深了107 m。在燈二氣藏為一典型底水氣藏的情況下，對燈二段頂界構(gòu)造成果精細(xì)程度提出了更高的要求，構(gòu)造細(xì)節(jié)需要得到進(jìn)一步落實，確保構(gòu)造的準(zhǔn)確性和圈閉規(guī)模。

目前常規(guī)的地震層速度場構(gòu)建方法主要有基于測井?dāng)?shù)據(jù)的時深關(guān)系擬合方法[2]、基于疊加速度的DIX公式計算方法[3]、基于疊加速度的層約束DIX公式反演方法[4]及綜合波阻抗反演的組合層速度場構(gòu)建方法[5]等。其中①基于測井?dāng)?shù)據(jù)的時深關(guān)系擬合方法是最簡單的計算方法，計算效率快，但是僅適用于構(gòu)造變化小且層速度橫向緩慢的地區(qū)；②基于疊加速度的DIX公式計算方法受疊加速度精度的影響大，其計算得到的地下地層的地震層速度場精度不足，難以勝任地層孔隙壓力預(yù)測的要求；③基于疊加速度的層約束DIX公式反演方法是目前的主流方法，其通過層位約束有效地提高了層速度的縱向變化規(guī)律的正確性，但是其縱、橫向分辨率仍受制于疊加速度的精度；④綜合波阻抗反演的組合層速度場構(gòu)建方法綜合利用了多源數(shù)據(jù)(疊加速度、測井?dāng)?shù)據(jù)、構(gòu)造解釋數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)等)的綜合利用和多種層速度計算方法(DIX公式方法、波阻抗反演方法等)可以獲得準(zhǔn)確地地震層速度場，但是目前該技術(shù)僅用于地層壓力預(yù)測領(lǐng)域，國內(nèi)尚未有應(yīng)用于常規(guī)油氣勘探的構(gòu)造成圖研究的成功案例。

為了獲得準(zhǔn)確的磨溪地區(qū)燈二頂界面的構(gòu)造圖，筆者進(jìn)一步細(xì)化了綜合波阻抗反演的組合層速度場構(gòu)建技術(shù)的技術(shù)流程，從而獲得了準(zhǔn)確可靠的燈二頂界面的構(gòu)造成果圖，為磨溪區(qū)塊燈二氣藏的高效開發(fā)提供借鑒。

1 高精度層速度場構(gòu)建的方法原理

綜合波阻抗反演的組合層速度場構(gòu)建技術(shù)[6]的主要思路，是將地下地層分為上、下2段地層：①下段地層采用波阻抗反演方法計算層速度；②上段地層采用多種常用的層速度計算方法計算層速度，并結(jié)合下層地層的層速度，形成多套組合層速度，最后根據(jù)與鉆井地層深度誤差最小的原則，優(yōu)選出最佳的組合層速度[5]。該技術(shù)目前主要應(yīng)用于地層壓力預(yù)測研究[7]。

筆者對上述的綜合波阻抗反演的組合層速度場構(gòu)建技術(shù)，從上、下段層速度場的融合、基于完鉆井測井?dāng)?shù)據(jù)或VSP數(shù)據(jù)的井控誤差校正等方面進(jìn)行了細(xì)化，從而完善了高精度層速度場構(gòu)建的技術(shù)流程，具體如下：

1)基于地震層位數(shù)據(jù)，將地下地層分為背景地層段和目的層段兩部分。

2)基于輸入的疊加速度體采用三維層約束DIX公式反演方法[4]，求取背景地層段的地震層速度。

3)對目的層段進(jìn)行波阻抗反演，求取目的層段地震層速度場。目前，對目的層段進(jìn)行疊后波阻抗反演方法理論成熟，方法眾多，筆者采用欒穎等[8]提出的方法反演波阻抗。獲得波阻抗數(shù)據(jù)后，考慮到地震層速度與地層密度之間存在著名的Gardner關(guān)系式：

ρ=aυb

(1)

式中：ρ代表地層密度；υ代表地震層速度；a和b是需要確定的常系數(shù)?；跍y井?dāng)?shù)據(jù)中聲波時差(換算得到地震層速度)曲線及密度測井曲線，利用最小二乘法擬合得到目的層段的Gardner關(guān)系式系數(shù)a和b。在此基礎(chǔ)上可利用擬合得到的Gardner關(guān)系式和波阻抗換算，得到目的層段的地震層速度場。

4)對步驟3)得到的目的層段的地震層速度場，采用三維保邊去噪算法進(jìn)行濾波處理。筆者采用的三維保邊去噪算法是Albinhassan N等[9]提出的方法，該方法在每個參與濾波的中心目標(biāo)點周圍建立大小為5×5×5的體時窗，在這個125個點的三維正方體數(shù)據(jù)內(nèi)，進(jìn)一步劃分出32個更小的三維數(shù)據(jù)體，并分別計算32個數(shù)據(jù)體內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差計算公式為式(2)。

(2)

式中：σ′表示計算得到的標(biāo)準(zhǔn)差；N為統(tǒng)計數(shù)據(jù)樣點個數(shù)；xi為第i個數(shù)據(jù)點；μ表示N個數(shù)據(jù)點的平均值。通過尋找32個數(shù)據(jù)體內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差最小的一個數(shù)據(jù)體，再利用該數(shù)據(jù)體內(nèi)的平均值作為預(yù)測中心目標(biāo)點處的三維保邊去噪結(jié)果，將其存放在5×5×5小立方體的中心目標(biāo)點處。循環(huán)計算完目的層段地震層速度數(shù)據(jù)體，得到經(jīng)過三維保邊去噪處理后的目的層段的地震層速度場。

5)采用高斯加權(quán)濾波方法[10]，對背景地層段的地震層速度(步驟2)的計算結(jié)果)和目的層段的地震層速度(步驟4)的計算結(jié)果)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理。融合方式是依靠層位數(shù)據(jù)(目的層段的頂界面層位)，將層位上方的地震層速度賦值為背景層段的地震速度(步驟2)的計算結(jié)果)，將層位下方(含層位的位置)的地震層速度賦值為目的層段的地震速度(步驟4)的計算結(jié)果)。

6)對步驟5)的融合完成后，進(jìn)一步在層位邊界處進(jìn)行高斯加權(quán)濾波平滑處理，高斯加權(quán)濾波特征如下：

對于融合完成后的第i道，第j個采樣點位置處的地震層速度值記為υ(i,j)，平滑后的地震層速度值記為υ′(i,j)。υ′(i,j)由包含(i,j)領(lǐng)域內(nèi)若干個地震層速度值在空間上的加權(quán)平均結(jié)果決定：

(3)

式中：x、y表示鄰域P內(nèi)所有相關(guān)點的道數(shù)和采樣點數(shù)；A表示以(i,j)為中心的領(lǐng)域點集合；G(x,y)是該速度在鄰域內(nèi)求平均時的權(quán)值。高斯平滑濾波器是根據(jù)高斯函數(shù)的形狀選取權(quán)值，平滑濾波器可以選用二維零均值高斯函數(shù)，用式(4)表示。

(4)

式中：σ表示高斯函數(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)σ值取值較大時，待處理的速度點鄰域越大，參與平滑的速度點數(shù)較多，平滑效果強(qiáng)烈；當(dāng)σ值取值較小時，待處理的速度點鄰域較小，參與平滑的速度點數(shù)較少，平滑效果弱。

在此基礎(chǔ)上，依次將層位邊界上每個地震層速度值當(dāng)做中心點速度值，在中心點周圍選擇一個小的空間鄰域內(nèi)計算該點距離中心點的距離值x、y。根據(jù)二維零均值高斯函數(shù)計算相應(yīng)位置處的權(quán)值G(x,y)，最后將鄰域內(nèi)各地震層速度值與高斯權(quán)值加權(quán)平均得到的結(jié)果，作為層位數(shù)據(jù)中心點處的地震層速度濾波結(jié)果。

7)對步驟6)的計算得到的地震層速度場，采用完鉆井測井?dāng)?shù)據(jù)或VSP數(shù)據(jù)進(jìn)行井控誤差校正。

8)將步驟7)的計算結(jié)果輸出作為地下地層地震層速度場。

2 磨溪區(qū)塊燈二頂界面構(gòu)造成圖分析

磨溪區(qū)塊燈二頂界面呈強(qiáng)波峰反射(圖1)，且橫向連續(xù)性好，雖然局部存在復(fù)波，但仍能準(zhǔn)確地追蹤。因此，導(dǎo)致磨溪124井的構(gòu)造海拔預(yù)測誤差107 m的主要原因在于層速度場。從圖2可見，研究區(qū)的地層在龍?zhí)督M存在低速異常特征(平均速度為3 440 m/s)，低于上下圍巖的地層速度(平均速度為5 500 m/s)；而且該地層的平均厚度僅95 m，小于疊加速度譜的縱向采樣點間距。

此外，由圖2可見，研究區(qū)的地層在飛四底至燈二頂之間的速度變化較大。為此，筆者選取飛四頂?shù)貙又翢舳蔚貙幼鳛槟康膶?，采用波阻抗反演獲得了該層段的速度數(shù)據(jù)體。圖3是對應(yīng)圖1的9口完鉆井的反演速度連井剖面，其準(zhǔn)確地反演了龍?zhí)督M的低速地層，且與完鉆井的速度曲線(圖3中的井旁色標(biāo)柱)符合好。

圖1 研究區(qū)9口完鉆井的連井疊前時間偏移剖面Fig.1 Prestack time migration profile of 9 completed wells

圖2 研究區(qū)4口完鉆井的速度測井曲線Fig.2 Velocity logging curves of 4 completed wells

表1 基于4種層速度構(gòu)建方法的燈二頂界面構(gòu)造的預(yù)測誤差Tab.1 Prediction error of Dengying 2 top interface corresponding to Fig.4

圖3 對應(yīng)圖1的9口完鉆井的反演速度連井剖面Fig.3 Corresponds to the inversion velocity profile corresponding to Fig.1

圖4 4種層速度構(gòu)建方法得到的燈二頂界面的構(gòu)造圖Fig.4 Structural diagram of Dengying 2 top interface obtained by four layer velocity construction methods(a)基于時深關(guān)系擬合方法(方法1);(b)DIX公式轉(zhuǎn)換方法(方法2);(c)基于層約束的DIX公式轉(zhuǎn)換方法(方法3);(d)本文方法(方法4)

圖4是基于4種層速度構(gòu)建方法得到燈二頂界面的構(gòu)造圖，可見4種方法得到的構(gòu)造圖的宏觀形態(tài)一致，但是細(xì)節(jié)(局部構(gòu)造高點形態(tài)及位置)差異較大。此外，由表1可見，采用本文的高精度層速度構(gòu)建流程，獲得的層速度計算得到構(gòu)造圖的燈二頂界面的預(yù)測絕對值誤差小于10 m，其計算精度優(yōu)于常規(guī)方法，成果可靠。

4 結(jié)論

1)以綜合波阻抗反演的組合層速度場構(gòu)建技術(shù)為基礎(chǔ)，從背景層速度場和目的層段的速度場的融合處理和基于完鉆井測井?dāng)?shù)據(jù)或VSP數(shù)據(jù)的井控誤差校正等方面對原技術(shù)流程進(jìn)行了細(xì)化，得到了一套適用于構(gòu)造成圖的高精度層速度場構(gòu)建的技術(shù)流程。

2)高精度層速度構(gòu)建流程的核心在于,采用疊后波阻抗反演方法計算目的層段(含異常速度層段)的層速度，其比常規(guī)的基于疊加速度的層速度計算方法具有更高的縱、橫向分辨率。

3)實際資料的計算結(jié)果表明，采用本文的高精度層速度構(gòu)建流程獲得的層速度,計算得到構(gòu)造圖的燈二頂界面的預(yù)測絕對值誤差小于10 m，其計算精度優(yōu)于常規(guī)的基于DIX公式的計算方法，可以獲得準(zhǔn)確的目的層的構(gòu)造成果圖。