復(fù)雜地表三維多約束條件程序化逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)

摘要：基于復(fù)雜地表?xiàng)l件下三維地震勘探精度要求高，且鉆井任務(wù)書工作量龐大等問題，本研究通過試驗(yàn)資料、表層結(jié)構(gòu)和巖性數(shù)據(jù)等條件進(jìn)行約束，采用Surfer和Visual FoxPro等軟件聯(lián)合完成程序化逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)，提出了多約束條件程序化逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)方法。研究成果應(yīng)用在TK-2011三維項(xiàng)目中，通過程序化設(shè)計(jì)，批量得到了準(zhǔn)確、直觀的鉆井任務(wù)書，取得了較好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地表；多約束條件；程序化；逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)

0 前言

目前三維地震勘探精度要求越來越高，以往統(tǒng)一井深激發(fā)已經(jīng)不能滿足勘探需要，統(tǒng)一的井深設(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致個(gè)別區(qū)域主頻變化大，能量不均衡。為了提高全區(qū)整體資料品質(zhì)，需要根據(jù)點(diǎn)試驗(yàn)資料、低降速帶資料、巖性探測(cè)和巖性取心資料進(jìn)行逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)。

同時(shí)隨著社會(huì)的發(fā)展，地表?xiàng)l件更加復(fù)雜。在TK-2011三維項(xiàng)目中，因徒駭河、大型管線、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等特殊障礙物的變觀，以及村莊、廠礦、高壓線等的影響，導(dǎo)致炮點(diǎn)布設(shè)極為雜亂。采用人工完成逐點(diǎn)井深的任務(wù)書制作將帶來龐大的設(shè)計(jì)工作量。

本文以TK-2011三維項(xiàng)目為依托，研究和探索出多約束條件程序化逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)方法。保證了高品質(zhì)資料的獲得，同時(shí)快速、準(zhǔn)確的完成了直觀鉆井任務(wù)書的制作。

1 多約束條件程序化井深設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)

1.1 多約束條件井深設(shè)計(jì)理論

激發(fā)井深設(shè)計(jì)一般基于虛反射理論，即在虛反射界面以下激發(fā)。激發(fā)點(diǎn)在虛反射界面以下的深度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式為λ/4獲得，其中λ為最高頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。同時(shí)，好的激發(fā)巖性也是井深設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

因此井深設(shè)計(jì)要從四個(gè)方面對(duì)其約束（Ⅰ-Ⅳ），以獲取最優(yōu)激發(fā)井深：點(diǎn)試驗(yàn)資料、表層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、粘土層頂界面和粘土層底界面數(shù)據(jù)。

Ⅰ、點(diǎn)試驗(yàn)資料約束：藥柱頂和虛反射界面之間的距離。

Ⅱ、低降速帶厚度約束：激發(fā)井深=虛反射界面深度+藥柱長(zhǎng)度+點(diǎn)試驗(yàn)資料約束。

Ⅲ、粘土層頂界面數(shù)據(jù)約束：藥柱頂位于頂界面以下。

Ⅳ、粘土層底界面數(shù)據(jù)約束：藥柱底位于底界面以上。

1.2 數(shù)據(jù)網(wǎng)格化理論

在多約束條件下進(jìn)行逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的工作，如果想簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)這一工作，需要采用程序化設(shè)計(jì)完成，而網(wǎng)格化提取數(shù)據(jù)體是進(jìn)行程序化逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

程序化設(shè)計(jì)中需要將低降速帶厚度、粘土層頂界面、粘土層底界面三個(gè)約束條件進(jìn)行網(wǎng)格化并提取激發(fā)點(diǎn)約束數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)網(wǎng)格化采用克里格法，其基礎(chǔ)理論如下。

克里格法是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，以變差函數(shù)為主要工具， 在保證估計(jì)值滿足無偏性條件和最小方差條件的前提下求得估計(jì)值。估計(jì)值為：

其中，fi是已知點(diǎn)的函數(shù)值，wi是已知點(diǎn)的權(quán)系數(shù)，采用最小估計(jì)方差求出權(quán)系數(shù)?？死锔穹ɡ米儾詈瘮?shù)描述函數(shù)值的區(qū)域變化，不僅考慮了已知點(diǎn)對(duì)待插點(diǎn)的影響，而且考慮了已知點(diǎn)之間的相互影響，是一種在最小估計(jì)方差意義上的最佳無偏內(nèi)插法。

2 多約束條件程序化井深設(shè)計(jì)思路

2.1程序化設(shè)計(jì)思路

以4個(gè)約束條件為基礎(chǔ)，通過2個(gè)主導(dǎo)軟件、2個(gè)VFP程序完成程序化逐點(diǎn)設(shè)計(jì)全過程（圖2-1），以數(shù)據(jù)化設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)核心思路、突出批量輸入、輸出數(shù)據(jù)，獲取最優(yōu)激發(fā)巖性為創(chuàng)新支撐。

主要設(shè)計(jì)思路：①根據(jù)低降速帶資料、巖性探測(cè)和巖性取心數(shù)據(jù)，采用Surfer軟件完成低降速帶厚度、粘土層頂和底界面平面網(wǎng)格化數(shù)據(jù)體；②應(yīng)用數(shù)據(jù)網(wǎng)格化理論提取激發(fā)點(diǎn)低降速帶厚度、粘土層頂和底界面的三個(gè)數(shù)據(jù)體；③應(yīng)用VFP第一個(gè)程序，根據(jù)四個(gè)約束條件完成逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)，導(dǎo)出激發(fā)因素?cái)?shù)據(jù)體；④應(yīng)用VFP第二個(gè)程序，將激發(fā)因素?cái)?shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為鉆井任務(wù)書數(shù)據(jù)體，再導(dǎo)入Excel完成任務(wù)書制作。

為了便于直觀、明了認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)思路，如圖2為設(shè)計(jì)思路圖形化，其展示了本設(shè)計(jì)思路全過程主要過程。

3 應(yīng)用實(shí)例

TK-2011三維項(xiàng)目地表障礙物眾多，激發(fā)點(diǎn)位雜亂，導(dǎo)致逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)工作量較大。為快速、準(zhǔn)確完成井深設(shè)計(jì)工作，開發(fā)了逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)VFP程序。

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，本項(xiàng)目逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)主要通過以下3個(gè)步驟完成：

1、數(shù)據(jù)網(wǎng)格化

采用Surfer軟件對(duì)低降速帶厚度、粘土層頂界面和底界面數(shù)據(jù)進(jìn)行克里格數(shù)據(jù)網(wǎng)格化。

根據(jù)三個(gè)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)體殘差出每個(gè)實(shí)際激發(fā)點(diǎn)的低降速帶厚度和粘土層頂、低界面數(shù)據(jù)值，即激發(fā)點(diǎn)約束數(shù)據(jù)值。

2、逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)

逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)應(yīng)用VFP程序1實(shí)現(xiàn)，程序設(shè)計(jì)思路如下：

（1）初步設(shè)計(jì)：根據(jù)1.1節(jié)中約束條件Ⅰ、Ⅱ在程序中完成逐點(diǎn)井深的初步設(shè)計(jì)。本工區(qū)初步設(shè)計(jì)井深=低降速帶厚度+藥柱長(zhǎng)度（徒駭河北2.1m/徒駭河南1.6m）+虛反射界面下深度（徒駭河北5m/徒駭河南3m）。

（2）二次約束：根據(jù)粘土層頂界面和底界面數(shù)據(jù)體，結(jié)合1.1節(jié)中約束條件Ⅲ、Ⅳ再次約束調(diào)整每個(gè)激發(fā)點(diǎn)的井深。

（3）結(jié)合激發(fā)藥量因素（徒駭河北8kg/徒駭河南6kg）完成每個(gè)炮點(diǎn)的激發(fā)因素設(shè)計(jì)工作，輸出激發(fā)因素?cái)?shù)據(jù)體。

3、批量完成鉆井任務(wù)書

將逐點(diǎn)激發(fā)點(diǎn)因素?cái)?shù)據(jù)體導(dǎo)入VFP程序2，得到鉆井任務(wù)書數(shù)據(jù)體，再將其導(dǎo)入Excel中，即完成鉆井任務(wù)書制作。

4 效果分析

4.1 新老方法時(shí)效對(duì)比分析

在TK-2011三維項(xiàng)目中，通過程序化逐點(diǎn)設(shè)計(jì)井深的實(shí)施，效率極大提高，同時(shí)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度和實(shí)用性也得到了保證，杜絕了人為因素造成的錯(cuò)誤。下面以1000炮工作量為例，針對(duì)激發(fā)點(diǎn)井深設(shè)計(jì)和鉆井任務(wù)書制作兩個(gè)過程對(duì)比新老方法的時(shí)效情況。

4.2資料分析

從工區(qū)原始單炮分析來看，單炮主要目的層同相軸清晰連續(xù)、能量強(qiáng)、信噪比高。

從井深平面圖和主頻平面圖分析來看，工區(qū)主頻較均衡。盡管工區(qū)地表情況復(fù)雜，表層結(jié)構(gòu)和巖性變化快，但通過多約束條件程序化逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)實(shí)施應(yīng)用，工區(qū)資料品質(zhì)獲取較好。

從現(xiàn)場(chǎng)處理剖面來看，整體構(gòu)造特征清楚，信噪比高，斷層明顯，斷點(diǎn)清晰，層間地震信息豐富。

總地來看，TK-2011項(xiàng)目中，通過多約束條件程序化逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)的應(yīng)用，使每個(gè)炮點(diǎn)激發(fā)因素得到了最優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了激發(fā)效果，使整體資料品質(zhì)得到了保證，有效完成了項(xiàng)目地質(zhì)任務(wù)。

5 認(rèn)識(shí)與建議

多約束條件逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)是現(xiàn)今大型三維高精度地震勘探的基礎(chǔ)工作，通過逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)，有效保證了高品質(zhì)資料的獲得，使全區(qū)整體資料品質(zhì)得到明顯提高。

針對(duì)復(fù)雜地表，程序化井深設(shè)計(jì)可以高效、便捷和準(zhǔn)確的完成鉆井任務(wù)書。針對(duì)粘土層變化劇烈區(qū)域，完成鉆井任務(wù)書的制作后要進(jìn)行驗(yàn)證，確保每個(gè)炮點(diǎn)在粘土層內(nèi)激發(fā)。保證了局部特殊情況可控性。野外鉆井時(shí)，根據(jù)激發(fā)位置的巖性情況對(duì)井深設(shè)計(jì)工作進(jìn)行再一次的驗(yàn)證。

針對(duì)巨厚的粉砂層，如果不能避免炮點(diǎn)在其內(nèi)激發(fā)，如何進(jìn)行井深設(shè)計(jì)是今后研究的新方向。

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作者簡(jiǎn)介

謝孝軍（1985-），男，工程師，現(xiàn)在中石化石油工程地球物理公司勝利分公司從事地震勘探采集技術(shù)方法研究。endprint