蔡 志 東

(①中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球探測(cè)與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100083；②東方地球物理公司新興物探開發(fā)處，河北涿州 072751；③中油奧博(成都)科技有限公司，四川成都 611730)

0 引言

井中地震是一種依托井孔進(jìn)行地震波采集的地球物理方法，以垂直地震剖面法(VSP)為主，廣義上還包括井間地震、微地震壓裂監(jiān)測(cè)等多種觀測(cè)方式，與地面地震相比，井中地震數(shù)據(jù)具有信噪比高、頻帶寬、波場(chǎng)豐富、地震波動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征明顯等優(yōu)點(diǎn)[1]。隨著油氣藏勘探開發(fā)研究的不斷深化，井中地震技術(shù)作為一種高分辨率的地震勘探方法受到了越來越多的關(guān)注，由于它兼具地震和測(cè)井、地面和井中等多方面數(shù)據(jù)特點(diǎn)，因此成為連接多學(xué)科油氣勘探方法的橋梁和紐帶。

自2000年以來，中國(guó)的井中地震技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，其橋梁作用逐漸得到體現(xiàn)。2001年，在遼河盆地西部進(jìn)行了大井距井間地震試驗(yàn)，并開展了以儲(chǔ)層剩余油開發(fā)為目的的探索性研究[2]，標(biāo)志著井中地震向精細(xì)儲(chǔ)層研究邁出了關(guān)鍵性的一步；2003年，在準(zhǔn)噶爾盆地腹部首次開展了三維 VSP井地聯(lián)合采集，為井中和地面地震數(shù)據(jù)聯(lián)合研究提供了重要的第一手資料[3]；2004年，在鄂爾多斯蘇里格地區(qū)首次開展多波多分量井地聯(lián)合采集，將三維多波地震和井中地震有機(jī)聯(lián)合起來，利用井中地震豐富的多波信息指導(dǎo)地面地震多波處理，有效提升了油氣藏的識(shí)別精度；2008年，在松遼盆地徐家圍子地區(qū)進(jìn)行了超過100級(jí)的大陣列井地聯(lián)合采集，并與測(cè)井、錄井、地震、地質(zhì)資料進(jìn)行了聯(lián)合研究[4]；2012年微地震壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù)在中國(guó)開始規(guī)模化推廣，目前已廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)層壓裂改造效果監(jiān)測(cè)、油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等，標(biāo)志著井中地震技術(shù)延伸至油氣開發(fā)的工程作業(yè)領(lǐng)域[5]；2015年起，基于VSP的地震地質(zhì)導(dǎo)向方法快速興起并得到廣泛應(yīng)用，井中地震由宏觀的儲(chǔ)層勘探向精細(xì)的油藏開發(fā)跨出了重要的一步[6]；2019～2020年，在渤海灣盆地冀東、印尼蘇門答臘、準(zhǔn)噶爾盆地東部等地區(qū)先后實(shí)施了數(shù)個(gè)多井的井地聯(lián)合采集，井中地震在油氣勘探開發(fā)中的精細(xì)刻畫和溝通橋梁作用不斷深化。

本文結(jié)合實(shí)際資料應(yīng)用，總結(jié)了井中地震技術(shù)在鉆探與地震勘探、時(shí)間域與深度域地震勘探、縱波與橫波地震勘探、地震勘探與油藏開發(fā)、油藏靜態(tài)描述與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等多種方法之間的橋梁作用。

1 井筒數(shù)據(jù)與地面地震數(shù)據(jù)的橋梁

1.1 彌補(bǔ)地震與鉆井方法間的分辨率差距

薄儲(chǔ)層識(shí)別一直以來都是油氣藏開發(fā)中的關(guān)鍵問題和難點(diǎn)課題[9]，如何能夠提高地震數(shù)據(jù)的縱向分辨率，分辨出更薄的地層，是許多學(xué)者努力追求的目標(biāo)。然而受到地震數(shù)據(jù)分辨率的制約，目前普遍認(rèn)為地面地震勘探方法縱向分辨率仍然達(dá)不到“米級(jí)”[10]；以鉆、錄井為代表的鉆探方法通常可達(dá)到“分米級(jí)”甚至“厘米級(jí)”的縱向分辨率[11-12]，兩者之間的分辨率差異加大了對(duì)比研究的難度。井中地震方法中VSP數(shù)據(jù)主頻通常比同探區(qū)地面地震高20%～50%，井間地震數(shù)據(jù)的主頻更是數(shù)倍于常規(guī)地震主頻。目前文獻(xiàn)記錄最高主頻可以達(dá)到400Hz[13]，因此井中地震數(shù)據(jù)可以被用來精細(xì)描述小斷層、小斷塊、薄儲(chǔ)層和剩余油氣分布等[14]，解決了諸多“米級(jí)”地層的識(shí)別和描述問題，也在鉆探和地震勘探的地層分辨率研究中起到了過渡作用。

1.2 標(biāo)定地震層位以提升地質(zhì)認(rèn)識(shí)

地面地震的層位標(biāo)定通常是儲(chǔ)層研究的基礎(chǔ)，利用井中地震數(shù)據(jù)對(duì)地震反射波組進(jìn)行標(biāo)定和分析則是目前公認(rèn)的直接而有效的方法之一。在地震、地質(zhì)層位對(duì)比研究、地震剖面極性分析和處理研究、地震剖面多次波干擾分析等方面均發(fā)揮了重要作用[15-18]。圖1展示了利用井中地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震層位分析的模型示例。對(duì)比可知，兩個(gè)剖面中的地震波同相軸一一對(duì)應(yīng)，利用井中地震剖面分析可知1、4、7號(hào)同相軸為地震一次反射，反映了真實(shí)的地質(zhì)層位，而2、3、5、6、8、9號(hào)同相軸則為不同地層產(chǎn)生的多次波，這些分析結(jié)果可以用于指導(dǎo)地面地震多次波壓制等[19]，提升地震數(shù)據(jù)標(biāo)定的可靠性和油藏描述的準(zhǔn)確性。

圖1 利用井中地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震層位分析模型示例

1.3 校正聲波曲線并建立井震關(guān)系

聲波測(cè)井是地球物理勘探中常用的一種測(cè)井方法，通常被用來測(cè)量高分辨率的井旁地震速度信息。但聲波測(cè)量地層速度時(shí)存在著一些不確定性，一是由于利用超聲波探測(cè)地層時(shí)易受到地震波頻散效應(yīng)影響，二是在裸眼井中觀測(cè)時(shí)易受到井孔環(huán)境等影響，因此原始的聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)或多或少存在一定誤差[20]。利用井中地震數(shù)據(jù)時(shí)深關(guān)系計(jì)算得到的地震速度，雖然縱向分辨率上不及聲波測(cè)井計(jì)算的地震速度，但其更接近宏觀的地層地震速度，因此有必要利用井中地震數(shù)據(jù)對(duì)聲波測(cè)井速度進(jìn)行校正處理，有效改善聲波測(cè)井的數(shù)據(jù)精度。用井中地震速度校正聲波曲線已廣泛應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)[21-22]。圖2為利用井中地震速度校正聲波測(cè)井速度前、后的合成記錄對(duì)比，可見校正后聲波合成記錄與地面地震剖面的波阻對(duì)應(yīng)關(guān)系得到了明顯的改善。

圖2 井中地震速度校正聲波測(cè)井速度的效果分析

1.4 綜合多種成果數(shù)據(jù)進(jìn)行橋式標(biāo)定

將井中地震的上行波動(dòng)校正剖面、走廊疊加剖面與聲波合成記錄、巖性錄井?dāng)?shù)據(jù)、地面地震數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，可以制作橋式標(biāo)定對(duì)比圖，它直觀地將地震反射波組與地層的巖性速度，以及各種測(cè)井、錄井成果聯(lián)合在一起，并直觀展示精細(xì)的層位分析和標(biāo)定結(jié)果，是井中地震方法將多種地球物理成果有機(jī)聯(lián)合的直接用途之一[23-24]。圖3為塔里木盆地一個(gè)典型的井中地震橋式標(biāo)定結(jié)果，通過時(shí)間和深度對(duì)應(yīng)關(guān)系，將聲波時(shí)差等多種測(cè)井曲線、巖性柱狀圖和過井地面地震剖面進(jìn)行綜合地震層位標(biāo)定，為地質(zhì)層位識(shí)別與構(gòu)造解釋奠定基礎(chǔ)。

圖3 井中地震橋式標(biāo)定結(jié)果

2 時(shí)間與深度域地震數(shù)據(jù)的橋梁

井中地震技術(shù)采用垂直觀測(cè)的數(shù)據(jù)采集方式，采集得到的井中地震數(shù)據(jù)同時(shí)具備時(shí)間和深度雙重信息，在地震數(shù)據(jù)處理過程中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。

2.1 井中地震數(shù)據(jù)的時(shí)間與深度“雙域”特征

通常儲(chǔ)層研究和鉆井部署在空間(深度)域進(jìn)行，而常規(guī)地震方法按時(shí)間記錄地震數(shù)據(jù)，二者之間存在著域的差異。井中地震數(shù)據(jù)的獨(dú)特之處在于它既是時(shí)間域數(shù)據(jù)也是深度域數(shù)據(jù)，可以為諸多深度域油氣勘探方法和地震勘探方法“牽線搭橋”。另外，井中地震數(shù)據(jù)這一特征也可用于地震數(shù)據(jù)時(shí)深轉(zhuǎn)換處理過程的質(zhì)量控制，許多學(xué)者在該領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究。如有人提出對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)參考層位進(jìn)行井震時(shí)深轉(zhuǎn)換，有效提升了油氣藏描述精度[25]；有學(xué)者提出利用校正后的VSP延拓?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行深部地層的時(shí)深轉(zhuǎn)換[26]；也有學(xué)者提出利用單(多)井VSP擬合速度實(shí)現(xiàn)復(fù)雜斷塊構(gòu)造時(shí)深轉(zhuǎn)換[27]等。

2.2 同時(shí)進(jìn)行地層深度和時(shí)間預(yù)測(cè)

當(dāng)井中地震采集所依托的井未鉆至目標(biāo)地層深度時(shí)，可以利用已采集井段地震數(shù)據(jù)進(jìn)行鉆前地層深度和時(shí)間預(yù)測(cè)，常用的方法包括：VSP時(shí)深關(guān)系外延法、鄰井速度填充法、多波交會(huì)法等[28-29]，可以視井中地震數(shù)據(jù)情況和井區(qū)地層研究程度，采用一種或多種方法組合進(jìn)行預(yù)測(cè)。在地層深度預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的前提下，又可以進(jìn)行目標(biāo)地層的地層壓力、油氣屬性預(yù)測(cè)等[30-31]。圖4展示了井中地震多波地層深度預(yù)測(cè)的一個(gè)實(shí)例，圖中上半部分為波場(chǎng)分離處理后的縱波波場(chǎng)，下半部分為波場(chǎng)分離處理后的轉(zhuǎn)換橫波波場(chǎng)，兩個(gè)波場(chǎng)均進(jìn)行了初至拉平處理，時(shí)間0為拉平后初至所在的位置。通過波場(chǎng)的外延交會(huì)預(yù)測(cè)了兩個(gè)目標(biāo)地層深度，后續(xù)的鉆井證實(shí)目的層1和目的層2的預(yù)測(cè)深度誤差分別為0.7m和3.5m，相對(duì)預(yù)測(cè)誤差均小于1%。

3.3合理、適當(dāng)鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛。合理的鎮(zhèn)痛鎮(zhèn)靜能夠明顯降低意外拔管的發(fā)生,實(shí)施醫(yī)護(hù)一體化,增強(qiáng)醫(yī)生對(duì)意外拔管的重視程度,合理使用鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛藥物,達(dá)到理想鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛水平,使患者感覺舒適、安靜合作,改善各種導(dǎo)管帶來的不適。護(hù)士每日和醫(yī)生評(píng)估各類導(dǎo)管留置的必要性,及早拔除的管道,對(duì)降低非計(jì)劃性拔管率有很大的幫助。

圖4 井中地震多波鉆前地層深度預(yù)測(cè)

2.3 時(shí)間—頻率、深度—頻率數(shù)據(jù)分析

時(shí)間—頻率分析是地面地震數(shù)據(jù)的常用信號(hào)處理方法，它將地震數(shù)據(jù)時(shí)間和頻率聯(lián)合成為分析函數(shù)，用于刻畫地震數(shù)據(jù)的地層結(jié)構(gòu)和描述地層性質(zhì)[32]。井中地震同樣可以對(duì)單道或多道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間—頻率分析，如圖5所示，結(jié)果可應(yīng)用于目標(biāo)地層物性分析和儲(chǔ)層描述。值得注意的是，井中地震數(shù)據(jù)通常頻帶較寬，一些時(shí)間—頻率分析方法中容易產(chǎn)生交叉項(xiàng)的干擾，處理中要有針對(duì)性的加以回避。由于井中地震數(shù)據(jù)通常以深度道排序，因此可以依深度排布頻譜得到深度—頻率分析數(shù)據(jù)。

圖5 井中地震數(shù)據(jù)(a)及其時(shí)間—頻率分析結(jié)果(b)

圖6為井中地震深度—頻率分析的應(yīng)用實(shí)例，將深度—頻率分析結(jié)果(圖6a)與巖性、伽馬和聲波時(shí)差曲線在深度上相對(duì)比(圖6b)，可進(jìn)行地質(zhì)層位標(biāo)定、地震頻率變化研究等。多個(gè)應(yīng)用試驗(yàn)證實(shí)井中地震數(shù)據(jù)的時(shí)間—頻率和深度—頻率分析對(duì)于探區(qū)地震波頻率衰減研究和儲(chǔ)層物性檢測(cè)十分有益[33]。

圖6 井中地震數(shù)據(jù)深度—頻率分析結(jié)果(a)與巖性、測(cè)井成果(b)的對(duì)比

3 縱波與橫波勘探的橋梁

井中地震多波信息豐富且縱、橫波轉(zhuǎn)換界面明確，經(jīng)過波場(chǎng)旋轉(zhuǎn)處理后，縱、橫波初至通常都能精確拾取，并且縱、橫波的波場(chǎng)也可以有效分離，不會(huì)出現(xiàn)地面地震勘探中縱、橫波混疊無法精確識(shí)別的問題。因此井中地震方法是縱、橫波勘探中波場(chǎng)識(shí)別的一個(gè)重要參照，同時(shí)縱、橫波井中地震數(shù)據(jù)也是研究地層界面地震波性質(zhì)的轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)層地震響應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.1 縱、橫地震波識(shí)別的依據(jù)

多分量地震數(shù)據(jù)相對(duì)復(fù)雜，現(xiàn)階段仍然存在著許多難以解決的處理難題[34]。應(yīng)用井中地震數(shù)據(jù)對(duì)地震波傳播過程中性質(zhì)變化進(jìn)行分析，有助于研究地震波波型轉(zhuǎn)換的發(fā)生條件、轉(zhuǎn)換發(fā)生的地層界面、轉(zhuǎn)換后地震波的能量分配等，從而指導(dǎo)復(fù)雜地震波場(chǎng)的分離處理等。圖7為經(jīng)過極化旋轉(zhuǎn)處理后的井中地震部分波場(chǎng)，當(dāng)?shù)卣鸩ㄏ蛳聜鞑サ诌_(dá)紅色虛線所示的地層界面時(shí)，產(chǎn)生了明顯的地震波反射和轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，有繼續(xù)向下傳播的縱波(P)，有反射后向上傳播的縱波(P-P)，還有轉(zhuǎn)換后向上和向下傳播的橫波(P-SVu和P-SVd)。通過對(duì)這些波場(chǎng)進(jìn)行追蹤分析，可以確定地震波性質(zhì)發(fā)生變化的地層界面并定量計(jì)算透射波、反射波和轉(zhuǎn)換波的能量分配。

圖7 井中地震數(shù)據(jù)波場(chǎng)分析

通過井中地震數(shù)據(jù)初至拾取，可以獲得地層深度、縱波初至?xí)r間、橫波初至?xí)r間三者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用該關(guān)系可以精確進(jìn)行零井源距VSP的縱、橫波域的轉(zhuǎn)換，對(duì)于非零井源距VSP和其他井中地震及地面地震數(shù)據(jù)處理、解釋有很好的指導(dǎo)意義。域轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)可以用于地震多波層位標(biāo)定、油氣屬性特征分析等[35]。利用井中地震多波數(shù)據(jù)還可以定量分析探區(qū)內(nèi)橫波地震數(shù)據(jù)的縱向分辨率。首先定量計(jì)算出井區(qū)地震波的縱橫波速度比，統(tǒng)計(jì)出井區(qū)的縱、橫波頻率比，再比較目標(biāo)層二者的大小，若井區(qū)的縱、橫波速度比大于頻率比，則該井區(qū)的橫波地震剖面較縱波地震剖面的分辨率更高。

3.2 結(jié)合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)獲取擬橫波速度曲線

地震勘探獲得地層橫波速度的難度較大，而通常測(cè)井往往缺乏橫波資料，這給地震波正演模擬和地震反演研究帶來很大的困難[36]。目前橫波速度多通過經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，如有人利用不同角度域P波資料反演縱、橫波速度，也有人從模型估算、測(cè)井約束反演和疊前波形反演等多個(gè)方面估算橫波速度，均取得了一定的研究效果[37-38]，但均屬于間接計(jì)算得到的橫波速度，計(jì)算精度仍有待提高。井中地震數(shù)據(jù)可以直接獲得縱、橫波速度并計(jì)算速度比，利用該速度比將校正后聲波測(cè)井縱波速度轉(zhuǎn)換為橫波速度(圖8)，為解決地層橫波速度求取難題提供了一個(gè)有效手段。該方法具有精度高、數(shù)據(jù)全、實(shí)現(xiàn)容易、獲取成本較低等優(yōu)點(diǎn)。

圖8 聲波測(cè)井速度(a)、井中地震縱橫波速度比(b)及計(jì)算的擬橫波速度(綠色)與井中地震橫波速度(藍(lán)色)曲線(c)的對(duì)比

3.3 綜合區(qū)域資料進(jìn)行縱、橫波聯(lián)合反演

與地面地震反演方法相比，井中地震數(shù)據(jù)反演結(jié)果的巖性和流體敏感度更高、巖石物理意義明確，各種地球物理量在含油氣性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及流體檢測(cè)中更具優(yōu)勢(shì)[39-40]。有人提出基于非零井源距VSP縱、橫波剖面進(jìn)行縱、橫波聯(lián)合反演方法，并通過得到的縱、橫波阻抗和泊松比剖面識(shí)別目標(biāo)儲(chǔ)層，取得了良好的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)應(yīng)用效果[41-42]。隨著橫波震源井中地震數(shù)據(jù)采集研究的開展，可探索更多的縱、橫波聯(lián)合反演方法。

4 勘探地震與開發(fā)地震的橋梁

地震方法在油氣藏動(dòng)態(tài)研究、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)及指導(dǎo)鉆井作業(yè)等方面發(fā)揮了重要的作用。然而伴隨著儲(chǔ)層刻畫精度要求的不斷提高，傳統(tǒng)以勘探為主的地震方法在油氣開發(fā)應(yīng)用中面臨著很大的挑戰(zhàn)，油氣藏開發(fā)階段迫切需要精度更高的地震技術(shù)，在這樣的背景下高密度三維地震技術(shù)、多波多分量地震技術(shù)、井地聯(lián)合處理技術(shù)、儲(chǔ)層精細(xì)描述技術(shù)等應(yīng)運(yùn)而生。井中地震技術(shù)也以高精度的優(yōu)勢(shì)被廣泛關(guān)注[43]，并在隨鉆地震地質(zhì)導(dǎo)向、精細(xì)構(gòu)造刻畫、巖性屬性篩選、微地震壓裂檢測(cè)等方面發(fā)揮了重要的作用。井中地震技術(shù)在推動(dòng)地震勘探向開發(fā)領(lǐng)域延伸起到了重要的作用。

4.1 連接地質(zhì)工程的井中地震地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

近年來快速興起的基于井中地震數(shù)據(jù)的地震地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)將地震方法和油藏開發(fā)工程有機(jī)結(jié)合起來，利用隨鉆采集的井中地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提取速度等關(guān)鍵地球物理參數(shù)，用于支持地面地震數(shù)據(jù)的重新偏移成像，并以此為基礎(chǔ)結(jié)合錄井、測(cè)井等資料進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)以及油藏描述等，并對(duì)井軌跡進(jìn)行及時(shí)的優(yōu)化調(diào)整，達(dá)到提高儲(chǔ)層鉆遇率的目的[6]。圖9展示了地震地質(zhì)導(dǎo)向方法應(yīng)用前、后的地質(zhì)目標(biāo)位置和井軌跡變化情況。完成類似的項(xiàng)目需要多個(gè)專業(yè)研究組協(xié)同開展：首先論證選擇最佳的井中地震觀測(cè)時(shí)間，并利用鉆井作業(yè)間隙采集井中地震資料；然后進(jìn)行快速的井中地震數(shù)據(jù)處理，再進(jìn)行高精度的地面地震重新偏移成像；最后確定鉆井靶點(diǎn)位置并提出井軌跡優(yōu)化方案。應(yīng)用該方法不僅可以提升目標(biāo)儲(chǔ)層鉆遇率，還提升了工作效率，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。近年來塔里木探區(qū)已完成了200余個(gè)生產(chǎn)和試驗(yàn)項(xiàng)目，整體儲(chǔ)層鉆遇率提升了12%，為精細(xì)油氣開發(fā)提供了重要的支持[44-45]。

圖9 井中地震地質(zhì)導(dǎo)向前(a)、后(b)地質(zhì)目標(biāo)位置及井軌跡

值得一提的是，井中地震地質(zhì)導(dǎo)向方法除了與地震、地質(zhì)和工程相結(jié)合外，也與井中時(shí)頻電磁方法進(jìn)行聯(lián)合研究，并在塔里木盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層勘探中率先開展了相關(guān)試驗(yàn)。結(jié)果表明，時(shí)頻電磁方法對(duì)井旁儲(chǔ)層流體較為敏感，可以提升井中地震地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在油藏描述、流體分布的預(yù)測(cè)效果。

4.2 面向復(fù)雜構(gòu)造的精細(xì)構(gòu)造成像技術(shù)

Walkaway-VSP、三維VSP、井間地震等井中地震技術(shù)，可以獲得井旁一定區(qū)域的地震成像剖面，由于觀測(cè)角度與地面地震不同，并且地震波振幅和頻率相對(duì)保持更好，因而往往能夠獲得較地面地震更高精度的構(gòu)造成像結(jié)果[46-48]，可用來描述井旁的細(xì)小地質(zhì)現(xiàn)象，如小斷層識(shí)別、砂體分布和地層組合關(guān)系等[49-51]。圖10為中國(guó)西部復(fù)雜構(gòu)造區(qū)地面地震和Walkaway-VSP成像結(jié)果對(duì)比，可見Walkaway-VSP具有更高的地層分辨率和構(gòu)造細(xì)節(jié)刻畫能力，為該地區(qū)的復(fù)雜構(gòu)造認(rèn)識(shí)提供了有益的指導(dǎo)。

圖10 地面地震(a)與Walkaway-VSP (b)在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)的成像結(jié)果對(duì)比

除此之外，一些專家也致力于利用井中地震的高頻子波驅(qū)動(dòng)地面地震數(shù)據(jù)頻率的提升。如利用井中地震子波替換地面地震反褶積子波進(jìn)行頻率提升處理等[52-53]。

4.3 指導(dǎo)地震解釋的地層屬性篩選技術(shù)

井中地震貼近儲(chǔ)層采集，數(shù)據(jù)攜帶了更加保真的儲(chǔ)層屬性信息，基于這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)行更精細(xì)的儲(chǔ)層巖性分析和油氣預(yù)測(cè)[54-55]。另一方面可以利用井中地震數(shù)據(jù)的屬性提取試驗(yàn)，篩選出井區(qū)最佳的儲(chǔ)層響應(yīng)屬性，指導(dǎo)地面地震宏觀的屬性提取，分析儲(chǔ)層的空間展布特征并為鉆井工程提供指導(dǎo)，充分發(fā)揮井中地震在油氣屬性分析和預(yù)測(cè)中的橋梁作用。圖11為濱里海地區(qū)井中地震方法得到的三種地震屬性，分別為瞬時(shí)頻率屬性、高亮體屬性和單頻體(15Hz)屬性，其中高亮體屬性、單頻體(15Hz)屬性在2000ms附近的儲(chǔ)層段有一定的響應(yīng)，可優(yōu)選用于地面地震屬性提取。圖12為地面地震提取的三種對(duì)應(yīng)屬性，與圖11對(duì)比可知，所得到的高亮體屬性和單頻體屬性指示了儲(chǔ)層分布規(guī)律，其中單頻體屬性對(duì)儲(chǔ)層的描述最為清晰，與井中地震屬性篩選分析結(jié)果一致。

圖11 由井中地震數(shù)據(jù)提取的瞬時(shí)頻率(a)、高亮體(b)和15Hz單頻體(c)屬性

圖12 由地面地震數(shù)據(jù)提取的瞬時(shí)頻率(a)、高亮體(b)和15Hz單頻體(c)屬性

4.4 面向油藏開發(fā)的儲(chǔ)層巖性預(yù)測(cè)技術(shù)

通過井中地震的屬性分析結(jié)果，結(jié)合鉆井、測(cè)井及其他地球物理方法的研究成果進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究。利用圖13a所示的觀測(cè)系統(tǒng)采集Walkaway-VSP數(shù)據(jù)并進(jìn)行成像處理，再基于錄井、測(cè)井資料確定井孔位置的砂體厚度，利用成像剖面追蹤砂體的同相軸特征，進(jìn)而預(yù)測(cè)砂體厚度及橫向展布范圍(圖13b)，指導(dǎo)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的鉆井開發(fā)。其預(yù)測(cè)半徑約為觀測(cè)半徑的一半，后期通過與井區(qū)多口井的實(shí)鉆結(jié)果(圖13b中括號(hào)前數(shù)字)進(jìn)行比較可以看出，預(yù)測(cè)誤差為(圖13b中括號(hào)內(nèi)數(shù)字)0.20～3.25m，平均誤差為1.37m，獲得了良好的砂體預(yù)測(cè)效果。

圖13 Walkaway-VSP觀測(cè)系統(tǒng)(a)及其砂體厚度預(yù)測(cè)結(jié)果(b)

4.5 連接壓裂工程作業(yè)的微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)

微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是另一項(xiàng)由油氣勘探領(lǐng)域成功向開發(fā)領(lǐng)域延伸的井中地震技術(shù)。在油氣田開發(fā)過程中，利用井孔或地表布置的檢波器進(jìn)行微地震監(jiān)測(cè)，以期提高油氣采收率和降低開發(fā)作業(yè)成本[5]。目前微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各探區(qū)的油氣開發(fā)項(xiàng)目，在儲(chǔ)層壓裂效果分析、油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、注水前緣研究和工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等方面發(fā)揮了重要作用。圖14展示了一個(gè)典型的微地震監(jiān)測(cè)裂縫改造效果，可以看出，水平井組的壓裂過程中不僅改造了井旁儲(chǔ)層縫網(wǎng)，還溝通了圖中左側(cè)所示的天然裂縫(紅色箭頭所指示的事件密集區(qū))，為油氣開發(fā)工程作業(yè)提供了直觀的指導(dǎo)。

圖14 微地震方法監(jiān)測(cè)儲(chǔ)層裂縫的改造效果

5 油藏靜態(tài)描述與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的橋梁

中國(guó)許多油區(qū)已進(jìn)入成熟開發(fā)階段，井中地震的采集井網(wǎng)密度不斷增加，同時(shí)也出現(xiàn)單井二次甚至多次采集的情況[56]，使井中地震也成為油藏靜態(tài)描述與動(dòng)態(tài)分析相結(jié)合的方法之一。相比于時(shí)移地面地震方法，VSP在井中觀測(cè)環(huán)境更安靜，不易受到地表環(huán)境變化、季節(jié)變化等外部因素影響，通過對(duì)比不同時(shí)期的地震資料的差異，可以捕捉細(xì)微的儲(chǔ)層變化情況，為流體動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、剩余油氣預(yù)測(cè)等研究提供數(shù)據(jù)支持。由于滿足時(shí)移研究的井次較少，目前該技術(shù)仍處于探索研究階段。在為數(shù)不多的研究中，以神華集團(tuán)二氧化碳井中地震時(shí)移監(jiān)測(cè)最具代表性，該研究從2011年至2020年共采集了4期次井中地震數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)開展一致性處理后，獲得了高分辨率的多期時(shí)移井中地震剖面，通過地震反射特征差異分析，精確分析了二氧化碳封存效果和地下運(yùn)移范圍[57]。

隨著基于光纖傳感技術(shù)的井中地震方法的快速興起，國(guó)內(nèi)已在不同探區(qū)的數(shù)十口油氣井中布設(shè)了用于井中地震觀測(cè)的套管外光纜[43,58-59]，采集了VSP數(shù)據(jù)、微地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、井筒安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。由于這些光纜在套管井中長(zhǎng)期、穩(wěn)定地存在，將在油藏靜態(tài)描述和長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面持續(xù)發(fā)揮作用。除此之外，光纖傳感技術(shù)還可用于獲得更多的油藏地球物理信息，如地層溫度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變等[43]，為連接更多領(lǐng)域的油氣勘探方法奠定了良好的基礎(chǔ)。

6 結(jié)論

本文從井中地震數(shù)據(jù)特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例詳細(xì)闡述了井中地震技術(shù)在油氣勘探開發(fā)多種方法間的橋梁和紐帶作用。

(1)井中地震數(shù)據(jù)搭建了地震與鉆探方法的橋梁，不僅填補(bǔ)了地震和鉆探方法之間的縱向分辨率空缺區(qū)間，還可以對(duì)地面地震剖面進(jìn)行層位標(biāo)定、對(duì)聲波測(cè)井曲線進(jìn)行校正，并通過橋式標(biāo)定的方式將各種地球物理信息有機(jī)地結(jié)合起來。

(2)井中地震數(shù)據(jù)搭建了時(shí)間與深度域地震方法的橋梁，在精確的時(shí)間—深度轉(zhuǎn)換、鉆前地層深度預(yù)測(cè)等方面應(yīng)用效果顯著，并可以進(jìn)行時(shí)間—頻率域和深度—頻率域研究，為探區(qū)地震波頻率特征研究和儲(chǔ)層物性預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。

(3)井中地震數(shù)據(jù)是縱波和橫波勘探間的橋梁，為地震波傳播過程中性質(zhì)轉(zhuǎn)換分析提供了依據(jù)，同時(shí)也在縱橫波域的轉(zhuǎn)換、擬橫波聲波曲線求取、縱橫波聯(lián)合反演等方面發(fā)揮著重要作用。

(4)井中地震數(shù)據(jù)是地震勘探通往油藏開發(fā)的橋梁，在隨鉆地震地質(zhì)導(dǎo)向、精細(xì)地層構(gòu)造解釋、井控地層屬性篩選和儲(chǔ)層巖性預(yù)測(cè)等方面取得了良好的應(yīng)用效果，同時(shí)微地震技術(shù)也在儲(chǔ)層壓裂監(jiān)測(cè)等油氣開發(fā)領(lǐng)域發(fā)揮著作用。

(5)井中地震數(shù)據(jù)還是連接油藏靜態(tài)描述與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的橋梁，在穩(wěn)定而安靜的地下環(huán)境中，不僅可以觀測(cè)油藏的靜態(tài)分布，還可以用于監(jiān)測(cè)油藏開采過程中的細(xì)微變化。