利用反推法速度建場技術提高儲層地質建模精度

張野，許勝利，劉佩佩，彭勝琴，張瀚澎

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司（天津 300452）

0 引言

目前油氣勘探開發中廣泛應用到地震數據，而時間域的地震數據與深度域的測井數據間的縱向對應需要時深關系，或將時間域地震數據體通過速度關系轉換為深度域數據體。建立三維速度場的方法較多[1-3]，目前常用的時深轉換方法包括：多井擬合下同一個時深轉換法，地震層位和多井時深及地質分層控制下的三維速度建場。其中，多井擬合下同一個時深轉換法適用于層面的轉換，誤差較大，需要進行后續的井點校正等；地震層位和多井時深及地質分層控制下的三維速度建場，由于建場方法的選擇，不同參數[4-5]的選取或人為因素造成轉換的層面或數據體與測井存在一定的誤差，影響儲層建模精度等。

如何獲得高精度的深度域地震數據體，進而將地震數據充分地利用于油氣田的開發過程中，是目前各油氣田開發中普遍存在的難題。目前油氣勘探開發中迫切需要一種創新、高效及高質量的速度建場方法，實現高精度的地震速度體時深轉換。

1 地質儲層建模地震約束現狀

1.1 地震體約束下儲層地質建模存在的難題

隨著水平開發井的普遍應用，對于油氣藏儲層空間分布各向異性的認識精度要求越來越高，利用地震儲層反演約束下的地質建模是解決該問題的一種有效手段。由于地質建模在深度域進行，而地震反演是在時間域完成，需要有效地將時間域數據體轉換為深度域地震數據體。如何將時間域的反演體經過時深轉換后與地質上已有的深度域構造認識相一致，一直是一個難題。

對于地震數據體的時深轉換，特別是地震儲層反演成果的時深轉換，轉換后的深度域數據體與井點深度存在一定的偏差，特別是在斷裂帶分布區造成構造畸變。同時，由于各井點和各層段的誤差不同，難以通過數據體的整體時移來消除。因此，造成現階段地質屬性建模多采用層段平面屬性約束的方法完成，存在的不足是其忽視了層間縱向上的非均質性，難以真實地刻畫油藏儲層參數的空間非均質性。

1.2 地質儲層建模地震約束現狀

由于工作中獲得高精度的井震匹配的深度域地震反演數據體存在較大的困難，造成儲層地質建模和油氣藏模擬中，采用儲層平面屬性約束的方法進行儲層地質建模，該方法人為地消除了儲層縱向上的差異，削弱了儲層橫向差異，不利于復雜儲層發育區油氣藏開發方案的科學制定和有效開發。

2 速度建場及時深轉換技術現狀

2.1 空變速度建場技術

理論上，在綜合利用速度譜、VSP 地震速度、地震時間層面、地質層位和合成記錄標定成果等的基礎上，利用層析法和模型迭代[6]進行速度建場，可以得到較高精度的空變速度場。但在實際工作中，由于該方法速度場建立過程復雜、參數較多、方法選取、誤差傳遞等原因[7]，常常造成地震時間層面構造和深度構造不一致的現象[8]，有時在深度域中會出現新的局部構造等現象，造成該方法在實際的構造成圖中較少應用。

2.2 時深關系擬合及時深轉換

在合成地震記錄及地震層位標定的基礎上，利用多井時深擬合一個時深關系式進行時深轉換，是較常用的一種時深轉換方法，其優點是時間域與深度域構造趨勢較為符合，其不足是轉換后還需多井點校正。

3 反推法速度建場技術

3.1 目的

建立精細的空變速度場使深度域地震體與井點相吻合，達到開發階段地質方面的高精度要求，一直是物探工作者追求的目標[9-10]。為了解決深度域內地震數據體與測井數據和已有地質模型等的匹配性難題，實現高效及高質量的速度建場方法，實現高精度的地震速度體時深轉換，利用開發階段已有的成果，采用反推法建立速度場，進行高精度三維速度建場，實現地震地質的有效匹配和應用。

3.2 技術核心

反推法速度建場技術的核心算法是計算第n層面與第n+1 層面間的地層厚度和地震層間時間差，由于地震時間剖面為雙程旅行時間，因此第n層面與第n+1層面間的地層層間等效速度為2倍的地層厚度除以時間差。在實際工作中，利用開發階段獲得的高精度構造數據與地震解釋層位進行對應，從上至下反算出每一層的等效層間速度（等效速度），再從上至下逐層搭建層速度的空間分布，最后形成空間分布的速度場。

3.3 反推法速度建場技術實現

反推法建立速度場技術主要包括以下步驟：

1）獲得多個對應的時間域地震層位和深度域構造層面。收集縱向上包含目的層的多個同時具有時間域和深度域數據的層面。

2）對時間域層面進行質控和局部優化調整。由上而下進行相鄰地震層面空間分布關系的質控，在斷裂分布區消除上、下層位交叉的現象；對時間域層面重新進行網格化，補全由于斷層影響造成的層面缺失區；通過質控和條件語句消除斷裂帶內上、下時間域層位出現的交叉現象，使時間層位縱向分布關系合理。

3）對深度域層面進行質控和局部優化調整。在深度域由上而下進行相鄰地震層面空間分布關系的質控，在斷裂分布區消除上、下層位交叉的現象。對深度域層面重新進行網格化，補全由于斷層影響造成的層面缺失區；通過質控和條件語句消除斷裂帶內上、下深度域層面出現的交叉現象，使深度層位縱向分布關系合理。

4）利用相鄰層面間的時間差和深度差計算各小層間的等效層速度。從上到下依次計算相鄰層面間的層速度，其中最頂層位的層速度可以利用0 ms和0 m常數層位計算，其理論計算公式如下：假設第一層的時間層面為T1，對應的深度構造層面為H1；第二層的時間面為T2，對應的深度構造面為H2；第n層的時間面為Tn，對應的深度構造面為Hn。

則第一層的等效層速度V1計算公式為：

則第n層的等效層速度為Vn：

其中深度單位為m，時間單位為ms。

5）由上而下搭建并建立等效層速度場。利用收集到的地震時間層面由上到下搭建構造模型，并將第4 步生成的各層層速度賦予對應的各層面，從而建立三維速度模型。

6）地震體數據、層位數據等時深轉換。選取第5步建立的三維速度模型進行數據體或層的時深轉換，為保證轉換的精度，縱向插值方法選為none、縱向采樣間隔設為1 m或0.5 m。

7）質量控制。重點是斷裂發育帶。利用時深轉換生成的深度域層面與對應的原始深度域層面間的差值進行平面分布顯示，首先瀏覽差異值域分布，其次重點關注斷裂帶內差異是否平滑，若存在高異常點或區域則返回重復2～7流程，進而獲得高質量的速度場。

利用時深轉換生成的深度域層面與對應的原始深度域層面間的差值平面分布來確定是否重復步驟2，進而獲得高質量的速度場。

反推法建立速度場技術，通過充分利用油氣田開發階段已有的時間域和深度域層位數據，將反推法應用于三維速度建場之中，通過等效層間速度的提取和速度場的建立，獲取高精度速度場，使轉換后的地震數據體或層位與已有成果有較好的對應關系，該方法可提高油氣田開發階段中三維速度建場的工作效率和質量。

4 應用效果

4.1 構造簡單發育區應用效果

在2019 年南海某油田注水層位優選及評價研究項目中，反推法速度建場效果得到了有效檢驗（圖1、圖2、圖3）。從對比圖可以看出，用常規速度建場方法轉換后的地震層位在井點外與已有構造圖存在一定的差異（圖2），而利用反推法速度建場后轉換后的地震層位與原層面近乎完全重合（圖3中黑色線為原構造線，其上疊加的彩色線為時深轉換后的深度面）。從時間域地震剖面（圖1）和深度域地震剖面（圖3）對比可以看出，轉換前后的地震數據具有良好的相似性，說明在簡單構造發育區反推法速度建場的方法具有適用性、可靠性。

圖2 常規速度建場時深轉換深度域地震剖面

4.2 斷裂復雜區應用效果

2019 年在渤海盆地某復雜斷塊油田的地質油藏精細研究中，應用該速度建場技術下時深轉換應用效果對比。通過對斷裂帶內層面處理消除了上下層的交叉現象（圖4、圖5），利用常規方法速度建場下時深轉換后地震層位在局部（特別是在斷層帶附近）存在明顯的畸變（圖6（a）），符合度約為75%；而通過反推法速度建場獲得的深度域地震數據（圖6（b））與時間域地震數據（圖4）具有良好的相似性，且時間層位轉換后的深度層面（圖6（b）中黑色背景中的彩色細線）與原有的各層構造成果（圖6（b）中粗黑線）近于重合，有效地解決了斷層帶附近時深轉換后存在的問題，有力地證明了反推法速度建場方法在構造復雜區同樣具有適用性、可靠性。

圖6 速度建場下時深轉換后深度域地震剖面

5 結論

1）反推法速度建場技術通過充分利用油氣田開發階段已有的時間域地震層位和深度域構造成果，成功地實現了地震體的時深轉換與開發階段構造認識的高精度一致性。

2）該方法適應性好，適用于構造簡單區域和斷裂復雜帶，使轉換后的地震數據體或層位與已有成果有較好的對應關系，符合率接近100%，較好地滿足了地質建模過程中井震一致性的要求。

3）反推法速度建場技術具有操作簡單、高效的特點，可提高油氣田開發中三維速度建場的工作效率和質量。