基于井軌跡地震層位化的水平井時深關系研究及應用＊

邊立恩 于 茜 谷志猛 孫希家 羅義科

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452）

邊立恩，于茜，谷志猛，等.基于井軌跡地震層位化的水平井時深關系研究及應用［J］.中國海上油氣，2015，27（6）：37-42.

近年來，隨著渤海油田開發程度的不斷加深，大型的、整裝的油藏越來越少，一些邊際油藏及油藏的邊際位置、復雜儲層等也逐漸成為油田開發與綜合調整考慮動用的目標。同時，為了適應油氣藏的高速、高效開發，水平井成為重要的技術支撐手段［1-2］。水平井要求的儲層鉆遇率高，軌跡控制的難度大，對儲層預測精度的要求高，尤其是在構造或儲層變化較大的地方。而時深關系作為聯系時間域地震信號與深度域地質信息的紐帶，其精度直接關系到開發井鉆探的效果乃至整個油田的開發效果。

目前獲取時深關系的途徑主要有地震速度譜、VSP測量和以測井資料為基礎的合成地震記錄。國內外學者圍繞以上3個方面開展了大量的研究工作，也取得了不少成果［3-12］，但多以提高構造成圖或井震標定的精度為目的，以對開發井井軌跡進行隨鉆地質導向為目標的單井時深關系研究相對較少，尤其是針對傾斜地層斜井和水平井的時深關系研究就更少，而且目前已取得的研究成果都是以具備VSP資料或相關測井資料為前提［13-16］。而在油田開發階段，由于成本及井型所限，一般不進行VSP測量，甚至在很多情況下常規測井系列也不具備制作合成地震記錄的條件。在這種情況下，如何充分利用油田內僅有的井信息和地震資料進行高精度時深關系研究就顯得格外重要。

筆者針對傾斜地層水平開發井的時深關系進行了研究，首先從理論上分析了常規方法中借用鄰井時深關系帶來的問題，同時結合對地震軟件本身的缺陷分析提出了新的解決思路和方法，將構造約束下的層位時深轉換理念引入到井軌跡的時深映射中，還井軌跡以更加真實的時間域投影形態，并在油田的實際應用中取得了良好的效果，對井震標定及隨鉆決策具有較強的指導意義。關的研究。實際上，由于目前海上油田開發井多采用水平井，軌跡的橫向位移比較大，這種情況下地層速度經常存在橫向變化，尤其是當構造條件比較復雜時，借用鄰近探井的時深關系精度往往比較低，通過借用時深關系得到的結果與實際的偏差往往會很大，最終可能會影響到開發井的成敗乃至整個油田的開發效果。

目前主流的地震解釋軟件中時深關系都是以（TVD，T）這樣的時深對形式存在的，其中TVD表示某點的垂直深度，T表示該點對應的地震反射時間，兩者之間是一一對應的關系。若以f表示二者間的關系（時深函數），則

1 常規方法存在的問題

目前生產中所用的地震資料一般是時間域的，而井軌跡的設計及實施是在深度域進行的，因此在時間域的地震剖面上進行井位的相關研究時必須要將深度域的井軌跡通過時深關系投影到時間域地震剖面上，可見時深關系的精度將直接決定著井軌跡在時間域的形態或位置。然而，海上油田的開發井一般沒有自己的時深關系，通常靠借用鄰近探井的時深關系，并以此為基礎來進行相

式（1）中：i為時深對數，i=1，2，…，n。

對于一個設計好的井軌跡，其上任意一點的空間位置可以通過該點的斜深來確定，即P（MD）。那么，要想知道點P（MD）在地震剖面上對應的位置，就要通過時深關系f（TVD，T）來計算該點所對應的地震反射時間T，但是由于變量不一致，故無法直接利用時深關系進行計算。因此，必須將P（MD）換算成以TVD表示的形式。

圖1 井軌跡上斜深與垂深關系示意圖Fig.1 Diagram showing relationship between MD and TVD on well trajectory

然而，由于實際井軌跡的復雜性，MD與TVD常常不是一一對應的，即井軌跡上可能存在多個點MDk、MDm…具有同樣的垂深值TVD0，如圖1所示，這樣就會有也就是說，最終會導致井軌跡上不同位置處的點具有相同的地震反射時間。而實際上，不同位置處的速度常常是不同的，尤其是當它們的平面位置差別較大時，其對應的速度橫向變化往往比較大，即它們對應的真實地震反射時間是不同的，因此采用式（2）、（3）進行深時轉換的結果往往會造成井震解釋上的陷阱。

圖2展示了借用鄰井時深關系的原理，其中A井代表探井，B井代表開發井。對比圖2b與圖2c、d可以看出，時間域地層形態比深度域地層更陡，原因在于：對于上傾段地層，由于平均速度增大，因此地層對應的反射時間就會減小，最終造成上傾段地層在時間域的傾角大于其在深度域的傾角（即地層在時間域更陡）。由于借用時深關系都是水平借用（只要TVD相同，則借用的速度也相同），即圖2b中MD2和MD4兩點處借用的速度都是v1，MD3點借用的速度是v2；按照層速度理論，MD3、MD4的真實速度應該是v3，一般情況下有v1＜v2＜v3。那么，對于MD3至MD4段井軌跡，由于借用的速度低于其真實速度，根據T=H／v，則對應的反射時間T就會增大，最終導致MD3至MD4段井軌跡投影在時間剖面上就會比其真實的位置偏深（圖2c），出現井震不吻合的矛盾，進而造成井震認識上的陷阱。而當采用井軌跡上每點所在處的真實速度進行投影時，井軌跡的投影形態就會符合其真實的位置（圖2d）。

從上述分析可以看出，在實際的地層中，在同一垂深、不同坐標位置處的速度可能不同；當速度不同時，采用傳統的借用時深關系的方法進行井軌跡投影時，往往會出現如圖2c所示的井震矛盾。因此，要想解決上述問題，有必要建立沿井軌跡的時深關系，即基于（MD，T）的時深關系，而不是采用常規的基于（TVD，T）的時深關系。

圖2 借用鄰井速度原理示意圖Fig.2 Diagram showing principle of borrowing adjacent well velocity

2 深時映射新方法

要建立基于（MD，T）的時深關系，即f=f（MD，T），首先需要建立空變的速度體模型，然后沿著井軌跡的位置提取相應的速度值，便可得到沿井軌跡的時深關系f（MD，T）。但是，目前的主流地震解釋軟件并不支持加載基于（MD，T）的時深關系，這對問題的解決又提出了新的挑戰。

研究發現，對于已知的井軌跡上的某點，可以用以下方式進行表征：

與之相對應，時深關系也可表征為

考慮到地震層位的深時轉換，則有

式（6）中：H（x，y，TVD）表示地震深度層位。由式（6）可以看出，該方法不會導致式（2）、（3）中出現的問題。基于此，本文提出如下將井軌跡地震層位化的思路：首先將深度域的井軌跡轉換成深度域的地震層位，然后通過已建立的地質構造約束下的速度模型對該地震層位進行深時轉換，進而得到井軌跡在時間域的地震層位（即等效于井軌跡在時間域的投影形態）。

2.1 地質構造約束下的速度建模

地震勘探技術的基礎是假定地下地質結構以層狀介質形式存在，地震反射界面與地層界面基本上能找到一一對應的關系，這樣便可以通過鉆井分層及其相應的地震反射層間的時間厚度建立起反射層間的層速度模型。地質構造約束下的速度建模正是基于這樣的原理，首先根據油田內實鉆井的時深關系并通過井間插值生成一個初始的速度模型，然后利用鉆井分層及其相對應的地震構造層位建立偽速度模型。在偽速度模型建立的過程中，在橫向上沿地震構造層位進行內插進而生成速度場，這樣就綜合考慮了地質構造的變化對速度的影響。最后利用偽速度模型對初始的速度模型進行校正，便可得到最終的地質構造約束下的速度模型。

2.2 井軌跡地震層位化

首先將設計好的井軌跡進行離散化處理，然后對離散化的井軌跡數據點進行格式重編并最終轉換成地震層位的數據格式，即

式（7）中：i為離散的樣點數，i=1，2，…，n；Hp（xi，yi，TVDi）為井軌跡P（MDi）對應的深度域地震層位；H′p（xi，yi，TVDi）為Hp（xi，yi，TVDi）通過空變速度模型進行深時轉換后得到的井軌跡所對應的時間域的地震層位，該層位等效于井軌跡通過時深關系f（MD，T）在時間域的映射，巧妙地繞過了通過f（MD，T）直接進行井軌跡投影的障礙。

3 應用實例

NB油田位于渤海海域石臼坨凸起的西南端，被斷層分割為南區和北區（圖3），其中南區為發育于西南部邊界大斷層上升盤的斷鼻構造，主力油層分布在新近系明化鎮組下段。該油田以水平井開發為主，但由于受邊界大斷層的影響，地層產狀較陡，給水平井井位研究帶來很大的困難，主要體現在由于地震軟件傳統的井軌跡投影方式（通過水平借用鄰井時深關系進行投影）的精度不夠高，導致研究人員無法精準預測深度域的井軌跡在時間域地震剖面上的對應位置，進而影響對實鉆地層及井震響應關系的正確認識，甚至會影響到隨鉆決策。

圖3 渤海NB油田明化鎮組下段頂面構造圖Fig.3 Structure map of N m L top in NB oilfield，Bohai sea

圖4為NB油田2口井的VSP時深關系對比，由于NB1井遠離邊界大斷層（井點處地層平緩），而NB5井靠近邊界大斷層（井點處地層較陡），在同一深度NB5井的平均速度大于NB1井，即儲層的橫向變化引起了速度的橫向變化。因此，這種情況下通過水平借用鄰井的時深關系顯然已達不到精細研究的目的，必須要建立油田范圍內的空變速度模型，即首先利用NB油田內各井的時深關系曲線通過井間插值生成初始速度模型，然后將已解釋的地震時間層位與相應的地質分層數據加入到初始模型中，通過由地質分層和地震層位建立的偽速度模型對初始模型進行校正，最終得到由地質構造控制下的校正速度體［17-18］，如圖5所示。

圖4 NB油田南區2口井的VSP時深關系對比Fig.4 Comparison of VSP time-depth relationships of 2 wells in NB oilfield

圖5 NB油田南區空變速度模型的建立Fig.5 Space-variant velocity modeling of southern NB oilfield

NB2H井是NB油田南區設計的從低部位打到靠近邊界大斷層高部位的1口水平開發井，過該水平井的時間域地震反演剖面如圖6所示。在圖6中，箭頭①所指的綠線是井軌跡通過借用鄰近探井NB1井時深關系在時間域的投影，可見在水平段的后半段井軌跡已經從儲層的底部穿出，井震信息矛盾突出；箭頭②所指的紫線是井軌跡轉換為深度域的地震層位；箭頭③所指的藍線是井軌跡在深度域的地震層位（紫線）通過空變速度模型（圖5c）轉換為時間域的地震層位。對比箭頭①、③所指的井軌跡的位置形態可以看出，同一個深度域的井軌跡由于采用的時深關系（速度）不同，其投影到時間域的形態和位置是不同的，而且地層傾角越大的地方這種差別越大。

圖6 NB2H井井軌跡地震層位化Fig.6 Transforming well trajectory to seismic horizon for Well NB2H

NB2H井的實際鉆探結果（見圖6中紅色的電阻率測井曲線）揭示，該井井軌跡的水平段一直都在儲層里，箭頭③所指的藍線的形態和位置與實際鉆探結果較為吻合，只是尾部靠近了儲層的底部。這表明，利用本文方法可使井軌跡在時間域的投影位置更加真實可靠，對隨鉆決策及井軌跡的實時調整起到了很好的指導作用，從而確保開發井的儲層鉆遇率。

圖7 NB2H井沿井軌跡上每點處的速度對比Fig.7 Comparison of velocity at each point on trajectory of Well NB2H

圖7為NB2 H井沿井軌跡上每點處的速度對比，可以看出，借用鄰井時深關系時井軌跡上每點處的速度（黑線）只與垂深（綠線）相關，二者的相對變化關系是一致的；而基于空間速度體法（用井軌跡的深度域層位與其時間域層位相除）提取的井軌跡上的速度（紫線）并不完全依賴于垂深，還與軌跡所處的平面位置有關。

4 結論

在從理論模型的角度分析常規時深關系轉換方法存在問題的基礎上，提出了將構造約束下的層位時深轉換理念引入到井軌跡的時深映射中的技術思路和方法，有效克服了地震軟件本身的缺陷，使井軌跡在時間域的投影形態更加客觀真實，而且與儲層的展布更加吻合一致，從本質上解決了井軌跡在時間域的投影問題，從而為井軌跡的鉆前設計及隨鉆過程中的井位優化調整提供了一種新的技術手段和方法，同時對類似構造特征區的時深轉換研究也具有較高的參考價值和借鑒意義。

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