基于構(gòu)造約束的地震速度建模及在東海氣田中的應(yīng)用

王 偉，陳易周，劉曉暉，王臘梅，李洋森，焦社保

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335）

地震速度場(chǎng)的建立在油氣勘探開發(fā)研究中一直扮演著至關(guān)重要的角色[1-4]，尤其在海上井少的地區(qū)，準(zhǔn)確的速度場(chǎng)可以降低地下地質(zhì)目標(biāo)體的構(gòu)造和儲(chǔ)層風(fēng)險(xiǎn)，因而尋找適合研究區(qū)的構(gòu)造和地質(zhì)條件的速度研究方法是推動(dòng)油氣勘探評(píng)價(jià)或者調(diào)整挖潛的關(guān)鍵。目前，常用的速度場(chǎng)建立是有兩種，即井點(diǎn)直接插值法和地震速度體建模法[5-6]，前者以純數(shù)學(xué)的距離內(nèi)插方式生成，僅適用于簡(jiǎn)單的地質(zhì)目標(biāo)，即地質(zhì)條件較穩(wěn)定，構(gòu)造比較平緩，速度橫向變化小的區(qū)域[7]；后者是利用Dix公式將疊加速度轉(zhuǎn)換為層速度和平均速度獲取，可適用于中等復(fù)雜的地質(zhì)目標(biāo)，但僅限類似水平層狀地層且層間不存在速度突變，否則直接用于時(shí)深轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生不確定性，引起較大誤差[8]。因而，當(dāng)研究區(qū)塊遭受不同時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和沉積作用的影響，形成非常復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)，常用的速度研究方法難以實(shí)現(xiàn)反映地下復(fù)雜的速度規(guī)律，急需在真實(shí)的構(gòu)造結(jié)構(gòu)背景下，開展井震速度融合的速度建模方法研究。

1 工區(qū)概況

B氣田處于東海西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶南部，中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶受拉張和擠壓兩種應(yīng)力場(chǎng)的影響，構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜，多呈雁行排列，且?guī)r漿活動(dòng)強(qiáng)烈[9-11]，氣田主體構(gòu)造為北北東向展布的擠壓背斜構(gòu)造帶，具有東翼緩、西翼陡的特征。研究區(qū)內(nèi)地震三維面積約100km2（圖1），四口探井分布在不同斷塊內(nèi)，有聲波資料，其中1、2井區(qū)屬于開發(fā)井區(qū)，但兩井區(qū)直接被大斷層F1分割，斷層兩側(cè)由于對(duì)接巖性不一致、地層年代不同而具有速度突變（圖2、圖3）。目前氣田生產(chǎn)狀況顯示動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量與靜態(tài)儲(chǔ)量不符，而且工區(qū)內(nèi)鉆井少又分布局限，為了尋找氣田剩余油氣的潛力，需落實(shí)內(nèi)部構(gòu)造可靠性，聚焦于速度精細(xì)研究中。

圖1 工區(qū)示意圖Fig.1 The schematic diagram of work area

圖2 過(guò)Well-1和Well-2井地震剖面圖Fig.2 The seismic profiles across well-1 and well-2

圖3 Well-1和Well-2井的速度分析Fig.3 Velocity analysis of well-1 and well-2

2 方法流程

本文采用的基于三維地質(zhì)模型約束下的速度建模技術(shù)是以地層反射界面和斷層面為約束條件[12]，充分結(jié)合測(cè)井速度和地震速度建立三維速度場(chǎng)的方法，能夠解決速度在斷層兩側(cè)由于新老地層對(duì)接造成速度突變的問(wèn)題。

2.1 地質(zhì)構(gòu)造格架建立

基于三維地質(zhì)模型約束下的速度建模技術(shù)是以三維構(gòu)造格架模型為初始框架，然后對(duì)速度插值采樣進(jìn)行約束，從而獲取三維體內(nèi)的速度分布規(guī)律[13]。三維地質(zhì)格架建立首先要保證地震構(gòu)造解釋成果的可靠性與準(zhǔn)確性[14]，其中包括斷層解釋的組合、層位的閉合以及層位與斷層的耦合。然后在構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)上，開展三維斷層格架搭建、地層格架建立、設(shè)計(jì)空間網(wǎng)格等地質(zhì)構(gòu)造格架建立關(guān)鍵環(huán)節(jié)（圖4）。其中關(guān)鍵點(diǎn)是定義各斷裂及各層位在三維空間的位置關(guān)系，在后續(xù)建模中保證速度在斷層上下盤的分布規(guī)律，避免速度連續(xù)插值穿過(guò)斷層導(dǎo)致的斷層兩側(cè)速度錯(cuò)誤[15]。此外設(shè)計(jì)空間網(wǎng)格時(shí)盡量小，以保證后續(xù)速度空間采樣。

2.2 井震速度聯(lián)合建模

速度建模需充分利用井上速度縱向準(zhǔn)確性和地震速度的橫向規(guī)律性[16-17]。首先將地震精細(xì)處理輸出的偏移速度依據(jù)Dix公式轉(zhuǎn)換為平均速度，然后在三維地質(zhì)構(gòu)造初始框架內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格化作為背景速度,最后對(duì)其建立的地震速度初始模型在三維網(wǎng)格內(nèi)進(jìn)行校正（圖5）。校正主要思

圖4 地質(zhì)構(gòu)造格架建立關(guān)鍵環(huán)節(jié)

(a.三維斷層格架搭建；b.地層格架建立；c.空間網(wǎng)格設(shè)計(jì))

(a.

F3Dig fa.4ul t f rTamheew koreky c olnisntrku cotiofn s; eb.t tsitrnatgig ruapph igc efroamloegwiocrka le sstatbrluischteud;r ce. sfpraatimal gerwid odreskig n)路流程：（1）從地震速度初始模型中沿井軌跡抽取地震平均速度曲線；（2）根據(jù)井上時(shí)深關(guān)系提取平均速度曲線，然后重新采樣，保證與地震平均速度曲線一致；（3）將采樣后的測(cè)井平均速度曲線和地震平均速度曲線做一般運(yùn)算，相除得到平均速度比例因子曲線，如出現(xiàn)異常值，即測(cè)井平均速度和地震平均速度差異非常大，應(yīng)檢查該井時(shí)深關(guān)系的正確性；（4）然后將計(jì)算的平均速度比例因子曲線在三維地質(zhì)格架約束下插值重采樣得到平均速度比例因子速度場(chǎng)；（5）最后用平均速度比例因子速度場(chǎng)與原始地震速度做運(yùn)算，兩者相乘得到一個(gè)準(zhǔn)確的速度場(chǎng)。

圖5 井震速度聯(lián)合建模關(guān)鍵環(huán)節(jié)(a.地震速度初始模型；b.速度校正誤差模型；c.地震速度最終模型)Fig.5 The key link of joint modeling of well velocity(a. initial seismic velocity model; b. velocaintyd c osrreeicstimoni ecr rvore mloodceilt;y c . seismic velocity fnial model)

3 實(shí)際應(yīng)用

通過(guò)基于三維地質(zhì)模型約束下的速度建模方法，得到了B氣田的三維速度模型，從平均速度模型連井剖面上看（圖6），基本解決了斷層兩側(cè)由于新老地層對(duì)接造成速度突問(wèn)題，保證了橫向上吻合井上規(guī)律，縱向上與壓實(shí)作用規(guī)律一致。

圖6 過(guò)連井平均速度模型剖面圖Fig.6 The average velocity model profile across wells

3.1 時(shí)深轉(zhuǎn)換

為了檢驗(yàn)速度建模新方法的可靠性，將其與三種常規(guī)速度研究方法進(jìn)行對(duì)比，常速擬合法是利用工區(qū)內(nèi)探井VSP擬合時(shí)深關(guān)系公式，地震速度法是用Dix公式將地震處理速度體轉(zhuǎn)換成平均速度的方法[18]，多井插值法是利用井上平均速度曲線空間內(nèi)插。利用不同速度方法進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，對(duì)主力層L3層進(jìn)行9口開發(fā)井的深度預(yù)測(cè)，統(tǒng)計(jì)實(shí)鉆深度與預(yù)測(cè)深度的誤差。通過(guò)分析（如圖7），常規(guī)方法預(yù)測(cè)深度誤差明顯偏大，而新方法變速成圖的誤差均小于10m，明顯提高了研究區(qū)深度預(yù)測(cè)的精度。

圖7 不同速度建模方法的誤差對(duì)比Fig.7 Error comparison of different velocity modeling method

在開發(fā)調(diào)整井或評(píng)價(jià)井的井位設(shè)計(jì)中，一般選用相鄰井的時(shí)深關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)井的深度預(yù)測(cè)。本次利用新方法得到的速度模型對(duì)W12驗(yàn)證井進(jìn)行井位設(shè)計(jì)并對(duì)各目的層進(jìn)行深度預(yù)測(cè),對(duì)比常用相鄰井的時(shí)深關(guān)系深度預(yù)測(cè)結(jié)果（圖8），常用的方法預(yù)測(cè)深度整體偏深，而速度建模新方法進(jìn)行的深度預(yù)測(cè)明顯更加準(zhǔn)確，各目的層深度預(yù)測(cè)誤差均變小，基本在誤差10m允許范圍內(nèi)。通過(guò)分析W12井與相鄰探井Well-3的速度分析（圖9），W12井速度小于Well-3井，與平面上速度反映的一致（圖10），橫向上有變化且W12井平均速度變化小，證實(shí)了深度預(yù)測(cè)的合理性。

圖8 W12井深度預(yù)測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)圖Fig.8 The statistical chart of depth prediction error of W12 well

基于最新的構(gòu)造成圖結(jié)果（圖11）對(duì)目的層L3層地質(zhì)儲(chǔ)量進(jìn)行了核算，含油氣面積較之前變大一倍，儲(chǔ)量隨之增加近一倍，據(jù)目前生產(chǎn)動(dòng)態(tài)反映，靜態(tài)儲(chǔ)量增加更吻合動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。

3.2 低頻建模

圖9 Well-2和W12井的速度分析Fig.9 Velocity analysis of Well-1 and W12

圖10 Well-2井區(qū)L3層平均速度平面圖Fig.10 The average velocity plan of well-2 area

圖11 Well-2井區(qū)L3層深度構(gòu)造圖Fig.11 The L3 depth tectonic map of well-2 area

低頻模型的精度可以對(duì)確定性反演結(jié)果產(chǎn)生很明顯的影響，尤其在復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)的情況下。通常情況下，低頻模型是用測(cè)井曲線沿著解釋的構(gòu)造層位創(chuàng)建的，而單純用井曲線的插值結(jié)果，可能會(huì)帶有很大的不確定性。為了解決此難題，可以利用速度場(chǎng)空間規(guī)律聯(lián)合井曲線創(chuàng)建一個(gè)改進(jìn)的低頻模型。將本次方法所得速度模型參與反演低頻模型建立，對(duì)比速度參與低頻模型與井插值模型的切片（圖12），可以看出改進(jìn)后的低頻模型避免了“牛眼”現(xiàn)象，橫向上與構(gòu)造趨勢(shì)一致；通過(guò)改進(jìn)前后反演效果的對(duì)比（圖13），改進(jìn)前為井間插值低頻建模，改進(jìn)后為速度場(chǎng)參與低頻建模，低頻改進(jìn)后的疊前反演Vp/Vs剖面在橫向上能量更加均衡，分辨能力也有一定的提高，特別是增加了橫向連續(xù)性，總之，明顯改善了儲(chǔ)層反演效果。

圖12 改進(jìn)前（左）后（右）的低頻模型平面圖Fig.12 The plan of low-frequency model before (L) and after (R)improvement

圖13 改進(jìn)前（左）后（右）的反演效果對(duì)比圖（前為井間插值低頻，后為速度場(chǎng)參與低頻）Fig.13 The comparison of inversion effects before (L) and after (R)improvement

4 結(jié)論

（1）基于三維地質(zhì)模型約束下的速度建模技術(shù)是一種在真實(shí)三維構(gòu)造格架約束下，充分結(jié)合測(cè)井速度和地震速度建立速度場(chǎng)的方法，既有縱向較高的測(cè)井速度準(zhǔn)確性，又有橫向地震速度復(fù)雜規(guī)律性，在復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)速度研究中是可行的。

（2）新方法得到速度模型基本能滿足油氣藏勘探開發(fā)階段進(jìn)行構(gòu)造成圖和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的需求，在東海B氣田深度預(yù)測(cè)、井位設(shè)計(jì)、油藏評(píng)價(jià)、低頻建模中獲得了良好的應(yīng)用效果。此外，還可以為后續(xù)地質(zhì)屬性建模、油藏模擬等研究打下良好的基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)地震、地質(zhì)、油藏一體化研究流程。