曾 鸣 狄贵东 彭浩天 屠志慧 孔令霞 韩 嵩

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

2012年11月，中国石油西南油气田公司在双鱼石构造部署了ST1井，并在中二叠统栖霞组、茅口组分别测试获气87.6 104m3/d、126.77 104m3/d，显示出川西北部双鱼石地区中二叠统广阔的勘探前景。勘探突破后，为了满足构造精细解释和储层预测的需要、落实地质研究及勘探部署的要求，在双鱼石区块部署满覆盖面积225.6 km2三维地震勘探。随着SYX131和SYX133连获得超100 104m3/d的测试产量，进一步证实川西北部中二叠统栖霞组滩相白云岩储层具有大面积分布，充分展示了双鱼石区块栖霞组气藏良好的勘探开发潜力[1-5]。

随着四川盆地川西北双鱼石区块勘探开发一体化进程，钻井工程逐渐由早期勘探期直井向开发期大斜度水平井转变。目前，在川西北地区部署一批以ST6为代表的勘探开发井，在钻井过程中，出现了钻遇断裂陡带、构造高点不准、储层钻遇率低等问题，使得推覆构造带准确落实和小断块准确刻画精度降低，制约该区勘探开发进程。分析造成这一现象的原因是由于双鱼石区块属于“双复杂”地区，工区横向速度变化大，而目前支撑井位部署的叠前时间偏移地震资料在这类地区构造精确成像有其局限性，虽然剖面整体能取得良好成像效果，但是在陡倾角区域构造空间位置依然出现偏差，影响钻井成功率。

图1 四川盆地北部地区双鱼石区块区域位置图

叠前深度偏移技术在横向速度模型剧烈变化的介质中成像效果比叠前时间偏移更精确[6-8]，可以较好成像构造空间位置。采用近似真地表的小平滑面预处理，在速度模型建立时利用构造层位、测井速度及非线性反演方法提高模型精度，并应用高斯射线束叠前深度偏移改善剖面成像效果，提高构造成像精度。

1 技术思路

川西北部地区双鱼石区块位于四川盆地川北古中坳陷低缓构造区北缘，跨越龙门山山前断褶构造带，大地构造位置隶属上扬子克拉通北缘龙门山山前褶皱带，位于四川省西北部的广元市青川县、剑阁县和江油市境内（图1）。四川盆地川西北双鱼石区块受龙门山推覆带影响，地表起伏剧烈、地下断裂发育、构造复杂、地震波场复杂，因此这类地区的地震资料往往存在静校正问题突出、信噪比低、速度结构复杂等问题。四川盆地早在20世纪90年代开始引入叠前深度偏移技术，2003年蒋晓光等人[9]已经在川东地区开展相关实验工作，提升了地震成像可靠性，与实际构造形态吻合度提高，提高了钻探符合率及成功率，至此之后深度偏移在四川盆地周边复杂构造带开始得到陆续应用[10-12]。目前在四川地区使用的深度偏移方法大都是通过区域层速度填充构造实体模型建立初始模型，通过沿层分析速度剩余时差优化模型，利用Kirchhoff积分法完成最终偏移成像。该思路在构造复杂地区会存在浮动面数据炮检点偏移地表真实位置、速度模型误差较大和复杂带资料难以成像等问题。针对上述问题，在时间域基于小平滑面的近地表建模处理[13-16]；深度域建模方面采用多信息约束建模及非线性层析反演迭代；偏移算法上基于运算效率、复杂构造适应性及成像效果等综合考虑采用高斯射线束叠前深度偏移算法，开展以深层高陡复杂地质体为目标的叠前深度偏移成像处理。

2 关键处理技术

2.1 基于小平滑面时间域预处理

克希霍夫叠前深度偏移是通过两步完成的：旅行时的计算 （射线追踪）与偏移积分求和。计算旅行时需要已知其炮点和检波点的位置，因此处理过程中保持炮检点位置真实性对于旅行时计算准确性尤为重要。常规的动校正法采用的是单平方根方程，这里隐含了两个假设条件：①近地表无低降速带；②在同一个CMP位置，炮点、检波点和CMP是处于同一水平面（水平层状介质假设）。而在实际山地复杂构造工区中，近地表均有低降速带存在，且高程变化往往是十分剧烈的。对于低降速带问题，可以通过静校正的方法予以解决，而地表高程剧烈变化问题则无法用该公式处理。因为在同一CMP位置的不同偏移距中，炮检点均不是处于同一海拔高程，且高差越大，误差越大，以至于造成成像假象。

同样应用大平滑面在地炮检点高差200 m的情况下误差仅0.45 ms，当高差达到1 400 m的时候误差高达118.20 ms，差异过大。大平滑面不适应地表起伏剧烈的地区，为了消除该因素影响，采用基于小平滑面对高程进行平滑，达到接近于真实地表的效果，更好地保持了波场动力学特征，数据基于时间域小平滑面处理，保持炮、检点位置真实性，将数据校正到小平滑面以后，在同一位置，CMP点，炮点，检波点均处于不同的高程位置（图2），所以在计算旅行时需要将下行波的旅行时和上行波的旅行时分开考虑，即为双平方根动校正公式。该假设条件更符合真实的地质情况，更能保持住波场的动力学信息，确保后续叠前深度偏移旅行时计算的可靠性。

图2 起伏地表下炮检点、CMP点与小浮动面关系示意图

2.2 深度域速度建模

叠前深度偏移之所以能准确成像除了本身算法的适应性，速度模型的精度也尤为关键[17-18]。张宇[19]对偏移方法的发展历程和基本原理进行了详细介绍，并且指出越先进的偏移算法对模型精度要求越高，在速度模型精度不高的情况下，先进算法成像效果还不如传统方法，因此提高速度模型的精度在叠前深度偏移工作中十分重要。

在速度建模过程中，初始模型越接近地下真实情况，后期的反演收敛越好，速度越快；同时层析反演过程中尽可能拉平道集，并加入构造、测井等约束条件可以进一步减少反演结果的多解性。

1）初始速度模型建立

整个速度模型的建立过程中，初始模型的准确性直接决定了后期速度迭代优化的效果。以往建模通常是直接把时间域均方根速度转化为深度域的速度或者通过地质层位结合层速度和速度梯度建立初始模型，模型精度和分辨率低。目前工区有钻井10余口，分布广，初始模型采用构造层位加测井声波速度约束的方式来建立。为提高浅层模型精度，融合了静校正处理中近地表速度模型。最终建立的初始速度模型含有构造信息、近地表速度、测井速度，符合地质情况（图3），横向变化合理，纵向分辨率高，保证后续模型层析反演收敛效果。

2）速度模型迭代及优化

在速度模型的迭代优化过程中，采用了非线性层析反演技术。该技术有别于传统的线性网格层析反演，在线性反演的过程中，由于深度偏移成像不是由单点速度影响，受周围速度及浅层速度影响，因此需要反复用反演出的新模型重新偏移深度域道集，拾取剩余时差，再进行下一轮反演。而非线性反演则在该基础上多了一步求取时间域的不变量，线性反演输出更新后的模型是这些不变量偏移以后的结果，这个过程为下一次的线性反演提供了一组新的剩余时差，因此迭代过程可以不重新偏移道集和重新拾取剩余时差。该方法优势在于整个反演过程中只需要计算一次叠前深度偏移，在得到最终优化后的速度模型即可进行叠前深度整体偏移，大大降低计算周期和运行成本，流程图如下所示（图4）。

图3 初始速度模型及速度钻井匹配图

图4 非线性层析反演流程图

在对速度模型实际非线性层析反演过程中，加入地层倾角、测井速度、层位标定等多重约束条件，保证了更新后的速度符合地质变化规律的同时又和测井信息具有较高吻合度。从速度更新前后的深度偏移道集可以看出，之前由于速度不准确存在的道集校正不足和校正过量的情况得到有效改善，该反演方法所得共成像点道集波组特征更丰富，同相轴更平整（图5）。

2.3 高斯射线束叠前深度偏移

图5 速度模型优化前后共成像点道集对比图

高斯射线束所使用的格林函数是一系列高斯束的叠加，每条高斯束代表地下的局部波场且处处正则，因此其成像效果在大多数情况下都优于Kirchhoff偏移[6]。这些优点对于复杂地区偏移成像来说显得尤为重要，可以克服速度横向变化区域偏移归位不准确的问题，非常适合复杂介质条件下的成像。并且高斯射线束偏移仍然保持了Kirchhoff偏移的高效性和灵活性。双鱼石区块“双复杂”的地质特征决定了该区地震资料地下波场十分复杂，采用高斯射线束偏移方法能克服标准射线方法在不规则区域不成像的缺点，有效改善高陡构造区成像质量，尤其是复杂断裂带区域成像效果（图6），同时显著提升资料信噪比。

图6 Kirchhoff叠前深度偏移和束线法叠前深度偏移对比图

图7 过ST6井叠前定井时间偏移定井剖面及井旁构造恢复示意图

3 应用效果

ST6井为一口部署于秀钟构造的开发井，井底钻至栖霞组7 778 m。从过ST6井的叠前时间偏移剖面可以看出，目前井底位于构造高点位置，且地层倾角较缓（图7a）。但实钻结果证实构造轴线和定井剖面差异较大，利用倾角测井资料，开展井旁构造恢复（图7c），钻井轨迹所达构造位置与叠前时间偏移剖面有明显差异，电成像成果图表明（图7b），在井段6 820～7 776 m，地层倾向为北北西向，平均地层倾角为43°左右，说明目前井底位于构造北西翼，且地层倾角较陡。证实构造高点在叠前时间偏移剖面上向东发生了偏差，断裂复杂带的成果剖面不能准确反映地下真实构造形态。在双鱼石区块，叠前时间偏移方法不能完全解决该区域精确构造成像问题。

在叠前深度偏移剖面投影为构造翼部，其轨迹与井旁构造恢复结果整体符合。从深度偏移剖面分析得出，构造位置向下倾方向移动约230 m，且新解释断层断点向南东偏移200～250 m（图8），根据最新的叠前深度偏移资料，认为若按照原轨迹继续钻进，可能钻遇栖霞组陡带，根据叠前深度偏移资料解释新的构造高点，对ST6井进行了侧钻建议并得到实施（图9）。实钻过程中没有出现明显的井漏，钻井过程顺利，侧钻点实钻栖霞组顶界垂深6 607.8 m，地层倾角南东倾6°，海拔值与叠前深度偏移预测海拔值绝对误差仅为29 m，相对误差0.43 %，顺利钻遇构造顶部。

图8 ST6井区新老资料处理解释栖霞组顶界构造成果对比图

图9 过ST6井叠前深度偏移剖面图

4 结论

在双鱼石区块应用基于小平滑面的非线性网格层析速度建模技术开展叠前深度偏移成像处理有效解决了“双复杂”地区时间域成像不准的问题，根据新的叠前深度偏移资料，修正断层和构造高点位置对ST6井进行了侧钻建议并得到实施，实钻证实叠前深度偏移预测成果的可靠性。该成像技术的推广对双鱼石区块后期勘探开发井位部署及井轨迹优化具有指导作用，并得到如下几点认识：

1）基于小平滑面处理的数据可以有效保持炮检点位置真实性，并对旅行时准确计算必不可少。

2）在构造模式认识较清晰，钻井分布较广的工区，可采用构造层位加测井速度及近地表融合联合建模的方式获取初始速度模型，速度模型迭代过程中采用非线性反演技术，通过地质和钻井约束，提高模型精度并大大缩短运行周期。

3）射线束法叠前深度偏移在高陡复杂区较Kirchhoff深度偏移成像效果更好，对微小断裂刻画精度更高，偏移噪音更少，信噪比更高。