瓊東南盆地坡折帶斜井時(shí)深關(guān)系研究

劉兵 周家雄 任科英 劉愛(ài)群

中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司

地震解釋通常是在時(shí)間域開(kāi)展的，而測(cè)井解釋則是在深度域開(kāi)展的，兩者通過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換來(lái)建立地質(zhì)聯(lián)系［1－2］，進(jìn)而開(kāi)展構(gòu)造解釋、儲(chǔ)層描述和油氣藏描述等工作。用于時(shí)深轉(zhuǎn)換的速度數(shù)據(jù)來(lái)源通常有4種：VSP測(cè)井速度、聲波測(cè)井速度、標(biāo)志層時(shí)間—深度對(duì)和地震偏移速度。各種數(shù)據(jù)的基本原理不同，獲取方式不同，精度也存在著很大的差異［3－5］。前人對(duì)聲波測(cè)井和VSP測(cè)井的原理以及主要誤差影響因素的綜合分析結(jié)果表明，VSP測(cè)井求取的地層平均速度比聲波測(cè)井更準(zhǔn)確，更適合于井震標(biāo)定和后續(xù)時(shí)深轉(zhuǎn)換工作［6－7］。標(biāo)志層時(shí)深對(duì)通常樣點(diǎn)少，精度局限于標(biāo)志層附近。地震偏移速度以最佳偏移成像為目的，從地震資料間接得到速度信息，與時(shí)深轉(zhuǎn)換速度不完全相同［8］。通常需要利用鉆井的時(shí)深數(shù)據(jù)、鉆井地質(zhì)分層數(shù)據(jù)、地震解釋時(shí)間層位等信息對(duì)地震偏移速度進(jìn)行約束標(biāo)定，才能建立較準(zhǔn)確的速度模型，進(jìn)而用于時(shí)深轉(zhuǎn)換工作［9－11］。多數(shù)情況下，以VSP速度、聲波測(cè)井速度和標(biāo)志層時(shí)深對(duì)為基礎(chǔ)，通過(guò)合成記錄標(biāo)定的方法都可以得到井點(diǎn)位置上準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系，在實(shí)際生產(chǎn)中已被廣泛采用。

瓊東南盆地坡折帶附近中新統(tǒng)梅山組地層發(fā)育了一系列坡控重力流海底扇巖性圈閉，是巖性油氣藏勘探的重要領(lǐng)域。坡折帶伴隨著急劇的水深變化，水深由200m到2 000m不等。坡折帶在導(dǎo)致地震波場(chǎng)復(fù)雜化，地震資料成像、構(gòu)造歸位困難的同時(shí)［12］，還給鉆后時(shí)深關(guān)系研究帶來(lái)了新的難題。為此，筆者分析了斜井變水深條件下，VSP測(cè)井和聲波測(cè)井計(jì)算的時(shí)深關(guān)系與準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系之間的差異，提出通過(guò)VSP速度模型正演，準(zhǔn)確求取坡折帶上的斜井時(shí)深關(guān)系方法，并將所建模型計(jì)算的時(shí)深關(guān)系與常規(guī)方法計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。

1 變水深斜井時(shí)深關(guān)系理論分析

在坡折帶上沿斜井軌跡水深變化條件下，必須考慮水深變化給時(shí)深關(guān)系帶來(lái)的影響。圖1是沿斜井軌跡水深變化條件下，平臺(tái)震源VSP時(shí)深關(guān)系與準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系的計(jì)算示意圖。假設(shè)地層由一系列水平各向同性介質(zhì)組成，地層厚度和速度依次為Hi、vi（i＝1，…，n），上覆水體厚度橫向變化為 Hw，速度vw為1 500 m／s，井口位置水體厚度為H0，斜井軌跡依次穿過(guò)各地層。在地震尺度內(nèi)，斜井水平位移范圍內(nèi)地層速度橫向變化不大的假設(shè)通常是成立的。根據(jù)VSP初至?xí)r間反演層速度的原理［13－15］可知，VSP計(jì)算時(shí)深關(guān)系的深度和時(shí)間數(shù)據(jù)是沿井軌跡地層厚度和傳播時(shí)間的累加求和，深度數(shù)據(jù)為Hi＋H0，時(shí)間數(shù)據(jù)為Hi／vi＋H0／1 500。時(shí)間和深度數(shù)據(jù)采樣間隔與VSP測(cè)井的觀察系統(tǒng)有關(guān)。這時(shí)，斜井平臺(tái)震源VSP計(jì)算的時(shí)深關(guān)系與直井類(lèi)似，對(duì)應(yīng)的水體厚度只有1個(gè)，即井口位置上的水體厚度。

當(dāng)坡折帶上沿斜井軌跡水深變化時(shí)，要獲得準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系就要求井軌跡上每個(gè)深度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間應(yīng)該是該點(diǎn)到海平面的垂向傳播時(shí)間。這個(gè)垂向傳播時(shí)間包括兩部分：在厚度不斷變化的水體中傳播時(shí)間和在沉積地層中的傳播時(shí)間。這與平臺(tái)震源VSP計(jì)算的時(shí)深關(guān)系具有很大的不同。平臺(tái)震源VSP計(jì)算時(shí)深關(guān)系無(wú)法體現(xiàn)沿井軌跡的水深變化，與準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系會(huì)存在很大的誤差。聲波測(cè)井計(jì)算的時(shí)深關(guān)系與平臺(tái)震源VSP相似，兩者只有采樣率方面的差異。因此，直接應(yīng)用VSP數(shù)據(jù)或聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)很大的誤差。

2 變水深斜井VSP速度建模

以實(shí)際觀測(cè)VSP記錄為基礎(chǔ)，采用VSP速度建模正演模擬的方法，能夠獲取沿斜井軌跡上不同水深條件下的準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系（圖2）。首先，利用疊前深度偏移地震解釋剖面，建立深度域過(guò)井二維層速度模型（圖3－a），井軌跡顯示在速度剖面上，不同地層的層速度由聲波測(cè)井速度得到。其次，利用射線追蹤方法開(kāi)展已鉆井的VSP正演模擬，正演VSP記錄如圖3－b所示。通過(guò)初至自動(dòng)拾取與手工拾取相結(jié)合的方法得到正演VSP記錄的初至?xí)r間，在圖3－b中用藍(lán)色的圓圈標(biāo)注。同時(shí)將實(shí)際測(cè)量的VSP記錄初至?xí)r間也顯示在相同的剖面中，在圖3－b中用紅色的“＋”號(hào)標(biāo)注。分析正演模擬初至?xí)r間和實(shí)際測(cè)量初至?xí)r間的相關(guān)關(guān)系，對(duì)速度模型進(jìn)行迭代更新。當(dāng)基于速度模型的正演模擬初至?xí)r間和實(shí)際測(cè)量初至?xí)r間高度吻合時(shí)，表明二維深度域速度模型是準(zhǔn)確的。構(gòu)建該模型一方面為后續(xù)的VSP克?；舴蚱谱龊觅Y料準(zhǔn)備，同時(shí)也給該井的準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。最后將深度域?qū)铀俣绕拭孓D(zhuǎn)換為時(shí)間域平均速度剖面，沿井軌跡提取每個(gè)深度點(diǎn)的平均速度，并計(jì)算各深度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，從而獲得沿斜井軌跡上不同水深條件下的準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系。

圖2 變水深斜井VSP速度建模框圖

3 應(yīng)用實(shí)例

A井位于瓊東南盆地坡折帶上，是針對(duì)重力流海底扇巖性圈閉鉆探的斜井，沿井軌跡方向水深逐漸增大。井口位置上水深100m，井底位置上水深263m，最大水平位移約1 200m（圖4）。鉆后開(kāi)展了聲波測(cè)井和平臺(tái)震源VSP測(cè)井，并分別應(yīng)用不同方法計(jì)算了該井的時(shí)深關(guān)系（圖5）。圖5表明VSP資料和聲波測(cè)井計(jì)算的時(shí)深關(guān)系類(lèi)似，基于標(biāo)志層方法和VSP速度模型計(jì)算的時(shí)深關(guān)系類(lèi)似。圖5中對(duì)基于標(biāo)志層方法和VSP速度建模方法計(jì)算時(shí)深關(guān)系的放大顯示可以清楚地看到，在儲(chǔ)層段垂深3 000m以下，兩種時(shí)深關(guān)系基本重合，在儲(chǔ)層段上方的泥巖段，兩者仍存在較大的差異。而圖6表明，筆者所建立的VSP速度模型保證了每個(gè)深度段上速度的合理性。

圖3 變水深斜井VSP速度建模（a）和正演模擬記錄（b）

在淺層直井段上，地層反射特征清晰，合成記錄標(biāo)定多解性少，不同方法計(jì)算的時(shí)深關(guān)系類(lèi)似。隨著深度增加，上新統(tǒng)鶯歌海組、中新統(tǒng)黃流組和梅山組一段地層以泥巖為主，夾薄層泥質(zhì)粉砂巖，地震反射特征以弱—中等強(qiáng)度的連續(xù)反射為主，缺少明顯的標(biāo)志層，合成記錄標(biāo)定出現(xiàn)多解性，不同方法計(jì)算的時(shí)深關(guān)系差異變大。由于沒(méi)有考慮沿井軌跡方向上水深的變化，VSP和聲波測(cè)井計(jì)算的時(shí)深關(guān)系明顯偏離基于標(biāo)志層方法和VSP速度模型計(jì)算的時(shí)深關(guān)系，平均速度偏大。實(shí)踐證明，通過(guò)VSP資料開(kāi)展合成記錄標(biāo)定時(shí)，需要進(jìn)行大尺度的時(shí)深關(guān)系拉伸，地層埋深介于1 500～3 000m范圍內(nèi)的時(shí)間校正量超過(guò)150ms。

圖4 坡折帶上沿A井井斜軌跡的典型地震剖面圖

圖5 不同方法計(jì)算的A井時(shí)深關(guān)系對(duì)比圖

圖6 A井合成記錄標(biāo)定剖面圖

在鶯歌海組、黃流組、梅山組一段以泥巖沉積為主的地層中，由于沒(méi)有明顯的地層反射特征，基于標(biāo)志層方法計(jì)算的時(shí)深關(guān)系仍然存在多解性。筆者建立的VSP速度模型以VSP初至?xí)r間正演模擬為基礎(chǔ)，保證了每個(gè)深度段上速度的合理性。因此，對(duì)反射特征不清楚的地層同樣可以保證時(shí)深關(guān)系的準(zhǔn)確性，合成記錄標(biāo)定更加合理（圖6）。

4 結(jié)論

1）在瓊東南盆地坡折帶位置上，沿斜井軌跡的水深變化大，常規(guī)聲波測(cè)井和VSP測(cè)井計(jì)算的時(shí)深關(guān)系與準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系存在著很大的差異。常規(guī)聲波測(cè)井和VSP測(cè)井是沿井軌跡方向計(jì)算時(shí)間和深度值的，只考慮了井口位置上的水深影響。斜井變水深條件下，時(shí)深關(guān)系需要計(jì)算井軌跡上每個(gè)點(diǎn)的垂向深度和對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)間，且不同位置對(duì)應(yīng)著不同的水深值。

2）以VSP測(cè)井、聲波測(cè)井和地震資料為基礎(chǔ)，建立斜井附近地層的二維速度模型，開(kāi)展射線追蹤正演模擬。通過(guò)分析VSP正演記錄初至?xí)r間和實(shí)測(cè)記錄初至?xí)r間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行速度模型迭代更新，得到最佳速度模型，從而得到坡折帶上沿斜井軌跡水深變化條件下的準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系。

3）對(duì)比常規(guī)基于標(biāo)志層計(jì)算時(shí)深關(guān)系的方法，所建立的VSP速度建模方法不受地震資料品質(zhì)的限制，可以保證井軌跡上每個(gè)點(diǎn)時(shí)深關(guān)系的準(zhǔn)確性，精度更高。

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