發布時間：2021-11-17所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要隨著全球油氣藏勘探開發研究的不斷深化，地質、鉆井、地球物理等油氣勘探技術持續進步，綜合應用多種油氣勘探方法已成為必然趨勢，但不同勘探方法之間存在著刻畫尺度差異。井中地震數據以其信噪比高、頻帶寬、波場信息豐富等特點成為綜合應用多種勘探方法的紐帶。
摘要隨著全球油氣藏勘探開發研究的不斷深化，地質、鉆井、地球物理等油氣勘探技術持續進步，綜合應用多種油氣勘探方法已成為必然趨勢，但不同勘探方法之間存在著刻畫尺度差異。井中地震數據以其信噪比高、頻帶寬、波場信息豐富等特點成為綜合應用多種勘探方法的紐帶。從井中地震數據特征分析出發，分析了井中地震技術的橋梁作用。一是在鉆探與地震勘探之間起到的分辨率彌補、精細層位標定、測井曲線校正等作用;二是在時間域與深度域勘探方法之間發揮了井控時深轉換、地層深度預測、儲層物性預測等作用;三是在縱波與橫波地震勘探之間為地震波性質研究、縱橫波域的轉換、擬橫波聲波速度求取、縱橫波聯合反演等提供支持;四是在地震勘探向精細油藏開發延伸的過程中發揮了地震地質導向、精細構造解釋、井控地層屬性篩選和儲層壓裂監測等作用;五是為油藏靜態描述與動態監測聯合研究搭建橋梁，時移井中地震技術、光纖傳感技術等在該領域展示出良好的應用前景。
關鍵詞井中地震VSP油氣勘探綜合研究橋梁作用
引言
井中地震是一種依托井孔進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、微地震壓裂監測等多種觀測方式，與地面地震相比，井中地震數據具有信噪比高、頻帶寬、波場豐富、地震波動力學和運動學特征明顯等優點[1]。隨著油氣藏勘探開發研究的不斷深化，井中地震技術作為一種高分辨率的地震勘探方法受到了越來越多的關注，由于它兼具地震和測井、地面和井中等多方面數據特點，因此成為連接多學科油氣勘探方法的橋梁和紐帶。
自2000年以來，中國的井中地震技術進入了快速發展階段，其橋梁作用逐漸得到體現。2001年，在遼河盆地西部進行了大井距井間地震試驗，并開展了以儲層剩余油開發為目的的探索性研究[2]，標志著井中地震向精細儲層研究邁出了關鍵性的一步;2003年，在準噶爾盆地腹部首次開展了三維VSP井地聯合采集，為井中和地面地震數據聯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首次開展多波多分量井地聯合采集，將三維多波地震和井中地震有機聯合起來，利用井中地震豐富的多波信息指導地面地震多波處理，有效提升了油氣藏的識別精度;2008年，在松遼盆地徐家圍子地區進行了超過100級的大陣列井地聯合采集，并與測井、錄井、地震、地質資料進行了聯合研究[4];2012年微地震壓裂監測技術在中國開始規模化推廣，目前已廣泛應用于儲層壓裂改造效果監測、油藏動態監測等，標志著井中地震技術延伸至油氣開發的工程作業領域[5];2015年起，基于VSP的地震地質導向方法快速興起并得到廣泛應用，井中地震由宏觀的儲層勘探向精細的油藏開發跨出了重要的一步[6];2019～2020年，在渤海灣盆地冀東、印尼蘇門答臘、準噶爾盆地東部等地區先后實施了數個多井的井地聯合采集，井中地震在油氣勘探開發中的精細刻畫和溝通橋梁作用不斷深化。
本文結合實際資料應用，總結了井中地震技術在鉆探與地震勘探、時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、油藏靜態描述與動態監測等多種方法之間的橋梁作用。
1井筒數據與地面地震數據的橋梁
早期的井中地震也被稱為地震測井技術，其觀測方式兼具井中和地面地球物理方法的雙重特征，因此井中地震技術被認為是鉆探方法與地面地震方法連結的天然橋梁[7-8]，在地層分辨率研究、層位認識對比、測井數據校正和綜合橋式標定等方面得到了廣泛應用。
1.1彌補地震與鉆井方法間的分辨率差距
薄儲層識別一直以來都是油氣藏開發中的關鍵問題和難點課題[9]，如何能夠提高地震數據的縱向分辨率，分辨出更薄的地層，是許多學者努力追求的目標。然而受到地震數據分辨率的制約，目前普遍認為地面地震勘探方法縱向分辨率仍然達不到“米級”[10];以鉆、錄井為代表的鉆探方法通常可達到“分米級”甚至“厘米級”的縱向分辨率[11-12]，兩者之間的分辨率差異加大了對比研究的難度。井中地震方法中VSP數據主頻通常比同探區地面地震高20%～50%，井間地震數據的主頻更是數倍于常規地震主頻。目前文獻記錄最高主頻可以達到400Hz[13]，因此井中地震數據可以被用來精細描述小斷層、小斷塊、薄儲層和剩余油氣分布等[14]，解決了諸多“米級”地層的識別和描述問題，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標定地震層位以提升地質認識
地面地震的層位標定通常是儲層研究的基礎，利用井中地震數據對地震反射波組進行標定和分析則是目前公認的直接而有效的方法之一。在地震、地質層位對比研究、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揮了重要作用[15-18]。圖1展示了利用井中地震數據進行地震層位分析的模型示例。對比可知，兩個剖面中的地震波同相軸一一對應，利用井中地震剖面分析可知1、4、7號同相軸為地震一次反射，反映了真實的地質層位，而2、3、5、6、8、9號同相軸則為不同地層產生的多次波，這些分析結果可以用于指導地面地震多次波壓制等[19]，提升地震數據標定的可靠性和油藏描述的準確性。
1.3校正聲波曲線并建立井震關系
聲波測井是地球物理勘探中常用的一種測井方法，通常被用來測量高分辨率的井旁地震速度信息。但聲波測量地層速度時存在著一些不確定性，一是由于利用超聲波探測地層時易受到地震波頻散效應影響，二是在裸眼井中觀測時易受到井孔環境等影響，因此原始的聲波測井數據或多或少存在一定誤差[20]。利用井中地震數據時深關系計算得到的地震速度，雖然縱向分辨率上不及聲波測井計算的地震速度，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據對聲波測井速度進行校正處理，有效改善聲波測井的數據精度。用井中地震速度校正聲波曲線已廣泛應用到實際生產[21-22]。圖2為利用井中地震速度校正聲波測井速度前、后的合成記錄對比，可見校正后聲波合成記錄與地面地震剖面的波阻對應關系得到了明顯的改善。
1.4綜合多種成果數據進行橋式標定
將井中地震的上行波動校正剖面、走廊疊加剖面與聲波合成記錄、巖性錄井數據、地面地震數據進行組合，可以制作橋式標定對比圖，它直觀地將地震反射波組與地層的巖性速度，以及各種測井、錄井成果聯合在一起，并直觀展示精細的層位分析和標定結果，是井中地震方法將多種地球物理成果有機聯合的直接用途之一[23-24]。圖3為塔里木盆地一個典型的井中地震橋式標定結果，通過時間和深度對應關系，將聲波時差等多種測井曲線、巖性柱狀圖和過井地面地震剖面進行綜合地震層位標定，為地質層位識別與構造解釋奠定基礎。
2時間與深度域地震數據的橋梁
井中地震技術采用垂直觀測的數據采集方式，采集得到的井中地震數據同時具備時間和深度雙重信息，在地震數據處理過程中有著獨特的優勢和應用價值。
2.1井中地震數據的時間與深度“雙域”特征
通常儲層研究和鉆井部署在空間(深度)域進行，而常規地震方法按時間記錄地震數據，二者之間存在著域的差異。井中地震數據的獨特之處在于它既是時間域數據也是深度域數據，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，井中地震數據這一特征也可用于地震數據時深轉換處理過程的質量控制，許多學者在該領域進行了深入的研究。如有人提出對齊標準參考層位進行井震時深轉換，有效提升了油氣藏描述精度[25];有學者提出利用校正后的VSP延拓數據進行深部地層的時深轉換[26];也有學者提出利用單(多)井VSP擬合速度實現復雜斷塊構造時深轉換[27]等。
2.2同時進行地層深度和時間預測
當井中地震采集所依托的井未鉆至目標地層深度時，可以利用已采集井段地震數據進行鉆前地層深度和時間預測，常用的方法包括：VSP時深關系外延法、鄰井速度填充法、多波交會法等[28-29]，可以視井中地震數據情況和井區地層研究程度，采用一種或多種方法組合進行預測。在地層深度預測準確的前提下，又可以進行目標地層的地層壓力、油氣屬性預測等[30-31]。圖4展示了井中地震多波地層深度預測的一個實例，圖中上半部分為波場分離處理后的縱波波場，下半部分為波場分離處理后的轉換橫波波場，兩個波場均進行了初至拉平處理，時間0為拉平后初至所在的位置。通過波場的外延交會預測了兩個目標地層深度，后續的鉆井證實目的層1和目的層2的預測深度誤差分別為0.7m和3.5m，相對預測誤差均小于1%。
2.3時間—頻率、深度—頻率數據分析
時間—頻率分析是地面地震數據的常用信號處理方法，它將地震數據時間和頻率聯合成為分析函數，用于刻畫地震數據的地層結構和描述地層性質[32]。井中地震同樣可以對單道或多道地震數據進行時間—頻率分析，如圖5所示，結果可應用于目標地層物性分析和儲層描述。值得注意的是，井中地震數據通常頻帶較寬，一些時間—頻率分析方法中容易產生交叉項的干擾，處理中要有針對性的加以回避。由于井中地震數據通常以深度道排序，因此可以依深度排布頻譜得到深度—頻率分析數據。
圖6為井中地震深度—頻率分析的應用實例，將深度—頻率分析結果(圖6a)與巖性、伽馬和聲波時差曲線在深度上相對比(圖6b)，可進行地質層位標定、地震頻率變化研究等。多個應用試驗證實井中地震數據的時間—頻率和深度—頻率分析對于探區地震波頻率衰減研究和儲層物性檢測十分有益[33]。
3、縱波與橫波勘探的橋梁
井中地震多波信息豐富且縱、橫波轉換界面明確，經過波場旋轉處理后，縱、橫波初至通常都能精確拾取，并且縱、橫波的波場也可以有效分離，不會出現地面地震勘探中縱、橫波混疊無法精確識別的問題。因此井中地震方法是縱、橫波勘探中波場識別的一個重要參照，同時縱、橫波井中地震數據也是研究地層界面地震波性質的轉換、儲層地震響應的基礎數據。
3.1縱、橫地震波識別的依據
多分量地震數據相對復雜，現階段仍然存在著許多難以解決的處理難題[34]。應用井中地震數據對地震波傳播過程中性質變化進行分析，有助于研究地震波波型轉換的發生條件、轉換發生的地層界面、轉換后地震波的能量分配等，從而指導復雜地震波場的分離處理等。圖7為經過極化旋轉處理后的井中地震部分波場，當地震波向下傳播抵達紅色虛線所示的地層界面時，產生了明顯的地震波反射和轉換現象，有繼續向下傳播的縱波(P)，有反射后向上傳播的縱波(P-P)，還有轉換后向上和向下傳播的橫波(P-SVu和P-SVd)。通過對這些波場進行追蹤分析，可以確定地震波性質發生變化的地層界面并定量計算透射波、反射波和轉換波的能量分配。
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通過井中地震數據初至拾取，可以獲得地層深度、縱波初至時間、橫波初至時間三者的對應關系，利用該關系可以精確進行零井源距VSP的縱、橫波域的轉換，對于非零井源距VSP和其他井中地震及地面地震數據處理、解釋有很好的指導意義。域轉換后的數據可以用于地震多波層位標定、油氣屬性特征分析等[35]。利用井中地震多波數據還可以定量分析探區內橫波地震數據的縱向分辨率。首先定量計算出井區地震波的縱橫波速度比，統計出井區的縱、橫波頻率比，再比較目標層二者的大小，若井區的縱、橫波速度比大于頻率比，則該井區的橫波地震剖面較縱波地震剖面的分辨率更高。
3.2結合測井數據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驗公式進行估算，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、測井約束反演和疊前波形反演等多個方面估算橫波速度，均取得了一定的研究效果[37-38]，但均屬于間接計算得到的橫波速度，計算精度仍有待提高。井中地震數據可以直接獲得縱、橫波速度并計算速度比，利用該速度比將校正后聲波測井縱波速度轉換為橫波速度(圖8)，為解決地層橫波速度求取難題提供了一個有效手段。該方法具有精度高、數據全、實現容易、獲取成本較低等優點。
3.3綜合區域資料進行縱、橫波聯合反演
與地面地震反演方法相比，井中地震數據反演結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層預測及流體檢測中更具優勢[39-40]。有人提出基于非零井源距VSP縱、橫波剖面進行縱、橫波聯合反演方法，并通過得到的縱、橫波阻抗和泊松比剖面識別目標儲層，取得了良好的儲層預測應用效果[41-42]。隨著橫波震源井中地震數據采集研究的開展，可探索更多的縱、橫波聯合反演方法。
4勘探地震與開發地震的橋梁
地震方法在油氣藏動態研究、儲層預測評價及指導鉆井作業等方面發揮了重要的作用。然而伴隨著儲層刻畫精度要求的不斷提高，傳統以勘探為主的地震方法在油氣開發應用中面臨著很大的挑戰，油氣藏開發階段迫切需要精度更高的地震技術，在這樣的背景下高密度三維地震技術、多波多分量地震技術、井地聯合處理技術、儲層精細描述技術等應運而生。井中地震技術也以高精度的優勢被廣泛關注[43]，并在隨鉆地震地質導向、精細構造刻畫、巖性屬性篩選、微地震壓裂檢測等方面發揮了重要的作用。井中地震技術在推動地震勘探向開發領域延伸起到了重要的作用。
4.1連接地質工程的井中地震地質導向技術
近年來快速興起的基于井中地震數據的地震地質導向技術將地震方法和油藏開發工程有機結合起來，利用隨鉆采集的井中地震數據實時提取速度等關鍵地球物理參數，用于支持地面地震數據的重新偏移成像，并以此為基礎結合錄井、測井等資料進行儲層預測以及油藏描述等，并對井軌跡進行及時的優化調整，達到提高儲層鉆遇率的目的[6]。圖9展示了地震地質導向方法應用前、后的地質目標位置和井軌跡變化情況。完成類似的項目需要多個專業研究組協同開展：首先論證選擇最佳的井中地震觀測時間，并利用鉆井作業間隙采集井中地震資料;然后進行快速的井中地震數據處理，再進行高精度的地面地震重新偏移成像;最后確定鉆井靶點位置并提出井軌跡優化方案。應用該方法不僅可以提升目標儲層鉆遇率，還提升了工作效率，降低了作業風險。近年來塔里木探區已完成了200余個生產和試驗項目，整體儲層鉆遇率提升了12%，為精細油氣開發提供了重要的支持[44-45]。
值得一提的是，井中地震地質導向方法除了與地震、地質和工程相結合外，也與井中時頻電磁方法進行聯合研究，并在塔里木盆地碳酸鹽巖儲層勘探中率先開展了相關試驗。結果表明，時頻電磁方法對井旁儲層流體較為敏感，可以提升井中地震地質導向技術在油藏描述、流體分布的預測效果。
4.2面向復雜構造的精細構造成像技術
Walkaway-VSP、三維VSP、井間地震等井中地震技術，可以獲得井旁一定區域的地震成像剖面，由于觀測角度與地面地震不同，并且地震波振幅和頻率相對保持更好，因而往往能夠獲得較地面地震更高精度的構造成像結果[46-48]，可用來描述井旁的細小地質現象，如小斷層識別、砂體分布和地層組合關系等[49-51]。圖10為中國西部復雜構造區地面地震和Walkaway-VSP成像結果對比，可見Walkaway-VSP具有更高的地層分辨率和構造細節刻畫能力，為該地區的復雜構造認識提供了有益的指導。
除此之外，一些專家也致力于利用井中地震的高頻子波驅動地面地震數據頻率的提升。如利用井中地震子波替換地面地震反褶積子波進行頻率提升處理等[52-53]。
4.3指導地震解釋的地層屬性篩選技術
井中地震貼近儲層采集，數據攜帶了更加保真的儲層屬性信息，基于這些數據可以進行更精細的儲層巖性分析和油氣預測[54-55]。另一方面可以利用井中地震數據的屬性提取試驗，篩選出井區最佳的儲層響應屬性，指導地面地震宏觀的屬性提取，分析儲層的空間展布特征并為鉆井工程提供指導，充分發揮井中地震在油氣屬性分析和預測中的橋梁作用。圖11為濱里海地區井中地震方法得到的三種地震屬性，分別為瞬時頻率屬性、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附近的儲層段有一定的響應，可優選用于地面地震屬性提取。圖12為地面地震提取的三種對應屬性，與圖11對比可知，所得到的高亮體屬性和單頻體屬性指示了儲層分布規律，其中單頻體屬性對儲層的描述最為清晰，與井中地震屬性篩選分析結果一致。——論文作者：蔡志東
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