VSP 随钻地震地质导向建模技术应用研究

裴云龙

（中石化石油物探技术研究院有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

随着油气勘探开发的不断深入，石油地震勘探目标向尺度小、细、深及复杂特征的趋势发展，高质量勘探开发难度日益加大，若要资源突破，物探先行已成为目前高质量勘探、少井高产和效益开发的主要方法，因此，地震资料处理速度建模技术得到了迅速发展，已经从常规的时间域速度建模向深度域速度建模发展，并研发了地下非均质地层介质的各向异性速度建模，应用国内外很多建模学者正在研究的FWI 全波形反演速度建模。当前，高精度速度建模还处于瓶颈期，超深层碳酸盐岩地质复杂，速度精度不足导致断裂、缝洞体等成像不清晰、构造归位不准确等问题，FWI 全波形反演速度建模成为其追求的目标，但是由于FWI 建模对资料要求很高，陆上地震超深层勘探目标效果还不显著，所以，要获得更多高品质地震资料，实现“多做物探少打井，打高产井”的目标，迫切需要效率和精度都高的速度建模技术来支撑，保证地震反演速度精度与钻井速度高度一致，再通过高精度成像结果为钻井提供更好的分析资料，实时指导钻井轨迹的调整。井中地震勘探作为能够快速获得垂向地震剖面和最初了解地下信息的技术，随着采集装备、处理技术的发展，从1917 年至今，井中地震勘探技术已经在垂直地震剖面（VSP）基础上形成了零井源距VSP、非零井源距VSP、变井源距VSP、井间地震、三维VSP、随钻地震等系列，成为不可或缺的勘探方法，在油气勘探开发中被广泛应用[1]。其中，零井源距VSP、非零井源距VSP 被广泛应用于层位与深度标定、速度求取、地震波吸收衰减因子求取和提高分辨率井控处理；随钻导向技术逐步用于钻头前地层深度预测、地层压力预测、钻头导向和提高储层钻遇率方面，并与零井源距VSP 一起应用于高精度速度建模，通过获得的高精度速度对地震资料进行高精度成像，从而帮助随钻井调整轨迹方向。因此，VSP 随钻导向技术在油气勘探开发中发挥着重要的作用。

1 VSP 随钻地震资料处理重要质控环节

1.1 静校正

静校正是根据激发点的表层速度结构模型把激发点校正到地面地震处理基准面上。引起VSP 静校正问题有几个方面原因。

（1）VSP 和地面采集时间地表高程发生变化；（2）修建井场时改变了地表表层结构；（3）VSP 与地面地震采集方法存在系统误差。所以，需要先对VSP 资料进行静校正处理，将VSP 激发点位置校正到地面地震处理的基准面上，确保地震深度模型构建与标定的层位深度在同一个面上，是VSP 建模处理的一个重要质控环节。

1.2 初至拾取

对零井源距VSP 资料初至拾取的质控至关重要，拾取是否准确，关系到能否建立可靠的时深关系以及平均速度和层速度的计算精度，准确的初至时间为做好后续的上行波排齐等处理提供了可靠保证。理论认为VSP 震源激发得到的信号是零相位记录应拾取的最大值，为保证较高的拾取精度，采用人机交互放大方式拾取初至，通过拾取的初至计算可以得到层速度，在层速度的基础上建立速度模型，速度模型反演的初至和实际拾取的初至误差在1ms以内。

1.3 球面扩散补偿

受近地表及地下介质对地震波吸收衰减的影响，在反射波下行传播过程中，深层接收时已损失了大量的高频信息及振幅能量。不管是地震激发记录还是VSP 预处理记录，在垂直Z 分量的记录显示上都非常明显，采用与地震资料处理和VSP 处理相同的质控手段，利用球面扩散补偿技术处理后，中深层能量衰减得到有效补偿，能量曲线更加合理，与地震资料的垂向振幅保持一致。

1.4 上、下行波反褶积

上、下行波反褶积处理目的是对分离后的上、下行波场压制多次波和提高分辨率。VSP 反褶积首先通过波场分离得到纯净的下行波场，从分离得到的下行波场中选取资料较好的深度段平均获得下行波子波，此下行波作为期望输入，分析下行波主频，选取雷克子波作为期望输出，从而提取反褶积算子，利用此反褶积算子进行反褶积，压缩地震子波，提高分辨率[2]。经过对比不同长度的算子反褶积效果确定预测步长和算子长度，压缩反褶积处理地震子波，垂直Z 分量剖面频带更宽，下行多次得到有效压制，波场中的高频成分得到了明显提高，对提高VSP 处理成果的分辨率有积极的作用，各种波在频谱中分辨得更加清晰。对不同反褶积预测步长进行相关试验，试验从8ms到32m 间隔4ms 的预测步长，从浅至深，通过质控优选出对旁瓣压制较好、主瓣和旁瓣能量差大于20dB 占90%以上的预测步长。

1.5 波场分离

VSP 有独特的观测方式，所以VSP 处理也有别于常规地震，最明显的就是VSP 资料必须经过波场分离[3]，才能利用下行波或上行波信息对资料进行解释和反演。所以波场分离是VSP 数据处理中最重要的一个环节。从零井源距VSP 原始波场记录可以看到多种类型的波叠合在一起、波场信息丰富。为了做好波场分离，使用了多种方法，通过参数试验和方法比较，选择了先去除背景干扰，然后用速度滤波消去法、中值滤波法再结合FK 滤波方法来分离上、下行波场。经振幅补偿后的波场，浅中深层上行波能量较均衡，首先采用速度滤波提取下行纵波，然后用消去法从全波场中减去下行纵波；再利用中值滤波法消去下行转换波；最后用FK 去除其他线性干扰和随机干扰。需要注意的是，中值滤波滑动道数太小会损伤上行波能量，太大会存留下行波能量，所以，通常质控方法优选合适参数的中值滤波法并结合少量FK 滤波法。

1.6 走廊叠加

地震勘探资料存在很多多次波，而且大部分难于识别，通过反褶积和波场分离处理后的走廊叠加，并结合地震成像剖面和正演模拟地震波场，他们相互质控分析能识别出多次波，对多次波识别后再进行压制是地震资料处理的重点和难点。利用速度模型将上行波动校拉平，通过截取井筒附近的窄走廊，可以避免多次波等干扰波参与叠加运算，保证VSP 成果的可靠性，由于VSP 浅层资料被间套管波干扰，所以走廊可靠性不高。另外，由于地面地震为炸药震源，因此走廊叠加需要做最小相位化，才能与地震剖面进行匹配，并利用VSP 资料进行多次波识别。通过对走廊叠加镶嵌剖面的质控分析对比，VSP 和地面地震剖面在主要目的层段波形一致，耦合度较高，整个井段与地面地震剖面资料标定都较好，可以很快地完成标定层位的任务。

2 VSP 随钻地震地质导向建模关键技术

VSP 随钻资料在勘探开发钻井工作开展一段时间后进行采集，在工区没有VSP 测井资料情况下，前期地震资料处理中会缺乏必要的信息对垂向速度进行约束，处理工作不能开展各向异性深度偏移处理，成果数据会出现一定的深度误差，所以，有必要开展VSP 随钻测井约束速度建模，并利用VSP 资料多次波进行识别与压制，进一步提高速度场精度，改善深度偏移成像质量。

在开展VSP 建模处理前，需要对区内地质背景、周边井及生产情况进行充分分析，检查前期CMP 道集、深度偏移速度场、成果和主要解释层位等资料，并对其进行偏移成像验证，基础资料验证无误后才能开展VSP 随钻地震地质导向建模。建模关键技术主要有3 个方面：第一方面是基础速度优化；第二方面是层控VSP 速度约束建模；第三方面是速度模型优化与成像偏移。完成3 个方面的工作后，再与地质工作紧密结合，对成像资料进行对比评价，根据评价结果判断建模的准确性，最后利用关键层位、储层预测深度以及平面位置属性提取进行靶点重新定位和轨迹调整。技术流程如下。

（1）分析VSP 速度趋势，逐层分析地质分层的速度分布规律，通过连井剖面的波组特征和附近井的测井速度数据分析沉积环境及特殊岩性体的变化，结合解释人员提供的地震层位，确定空间横向速度变化规律；（2）对比分析基础深度偏移速度与VSP 速度，结合收集到的附近井的测井速度资料，确定纵向的速度变化规律；（3）根据VSP 速度的纵向变化规律，结合岩性分布和地层走向，对地震深度偏移速度场进行地质导向调整，将两速度进行运算求比例因子，将比例因子沿构造层位在整个随钻工区横向外推，得到一个比例因子数据体，利用比例因子数据体产生VSP 随钻建模处理后的偏移速度场；（4）利用地质导向调整后的速度场进行目标区2 个面元×2 个面元网格的叠前深度偏移，利用偏移输出的CIP 道集对速度模型进行网格层析迭代，进行数据驱动速度场调整。若区内存在二叠系火成岩，利用老地震资料解释成果，建立火成岩段地质模型，再通过VSP 速度分层约束火成岩速度[4]。由这种层控和井控结合的方法，建立较为准确的火成岩段速度模型。再利用网格层析迭代方法，进一步优化火成岩段速度模型，提高成像质量，从而消除火成岩对下覆地层成像的影响[5]；（5）分析VSP 分层和附近井分层的井震误差，调整各向异性参数（Delta），消除深度误差；（6）分析CIP 道集，调整各向异性参数（Epsilon），使远道校平；（7）对比分析VSP 随钻处理前后的目标线剖面在成像及空间位置上是否符合地质认识；（8）各向异性深度偏移体偏，开展偏移参数的试验。主要试验参数为偏移孔径、偏移倾角、反假频距离和偏移距分组。

VSP 随钻地震地质导向建模关键技术及分析评价流程如图1 所示。

图1 VSP随钻地震地质导向建模关键技术及分析评价流程

3 VSP 随钻建模技术的应用及分析评价

VSP 随钻地震地质导向建模技术应用效果表现在3 个方面。

（1）通过VSP 随钻建模技术处理后的速度与老速度对比，新速度场与区内测井匹配度更高，速度细节更丰富，再通过网格层析方法对速度进一步优化，速度的合理性、准确性进一步提高，目的层断裂以及缝洞体收敛更好，保真度更高；（2）在提高速度准确合理的基础上，调整各向异性参数（Delta），消除深度误差，对井震误差的统计求出符合地质规律的Delta 场；分析CIP 道集，调整各向异性参数（Epsilon），对Epsilon 参数值进行偏移试验，保证道集远道校平，获得符合地质规律的Epsilon 场；（3）VSP 测井的主要作用或直接作用是提供井点附近准确的平均速度和层速度，所以VSP 随钻建模后，目标反射层以上平均速度趋势与地质更吻合。

VSP 随钻处理工作要与解释评价紧密结合，综合解释先从3 个方面进行分析评价，再确定靶点位置，提供井点或轨迹建议。

（1）从资料的信噪比、断裂及缝洞体的归位、聚焦程度等方面对新老资料的成像效果进行评价；（2）进一步对比分析VSP 速度与随钻处理的前后速度差异及空间速度的变化是否符合地质规律，分析井震误差是否满足要求；（3）根据前期研究的认识结合新老资料断裂、缝洞体等地质目标成像位置的变化，判断空间位置变化是否符合该区的变化规律；从3 个方面分析并肯定随钻建模及成像处理结果后，再开展层位标定、解释关键层位及储层埋藏预测，提取储层等平面位置属性，从而为靶点重新定位以及井轨迹调整提供建议。

4 结语

围绕“准确入靶”的目标，VSP 资料处理的时效要求，以原有的道集、速度场为基础，扎实做好准备工作，建立高精度叠前深度偏移速度场，提高地质目标空间成像精度，提高钻井入靶率。VSP 随钻建模技术已经在我国西部塔北和塔中的多个工区得到了应用，据统计，按照VSP随钻处理调整井数的放空漏失成功率达到80%以上，多口井通过VSP 测井调整靶点坐标，试油获得高产油气，而且VSP 从采集处理解释一体化到最终井轨调整任务已经可以在一周时间内完成。所以，VSP 随钻地震导向技术在助力各油田公司增储上产方面发挥着重要作用，很多油田公司已经加快对VSP 资料的采集和应用研究，VSP 随钻导向技术是一个应用广阔、实用性强的物探技术。