復雜地表三維多約束條件程序化逐點井深設計

摘要：基于復雜地表條件下三維地震勘探精度要求高，且鉆井任務書工作量龐大等問題，本研究通過試驗資料、表層結構和巖性數據等條件進行約束，采用Surfer和Visual FoxPro等軟件聯合完成程序化逐點井深設計，提出了多約束條件程序化逐點井深設計方法。研究成果應用在TK-2011三維項目中，通過程序化設計，批量得到了準確、直觀的鉆井任務書，取得了較好的應用效果。

關鍵詞：復雜地表；多約束條件；程序化；逐點井深設計

0 前言

目前三維地震勘探精度要求越來越高，以往統一井深激發已經不能滿足勘探需要，統一的井深設計經常會導致個別區域主頻變化大，能量不均衡。為了提高全區整體資料品質，需要根據點試驗資料、低降速帶資料、巖性探測和巖性取心資料進行逐點井深設計。

同時隨著社會的發展，地表條件更加復雜。在TK-2011三維項目中，因徒駭河、大型管線、鄉鎮等特殊障礙物的變觀，以及村莊、廠礦、高壓線等的影響，導致炮點布設極為雜亂。采用人工完成逐點井深的任務書制作將帶來龐大的設計工作量。

本文以TK-2011三維項目為依托，研究和探索出多約束條件程序化逐點井深設計方法。保證了高品質資料的獲得，同時快速、準確的完成了直觀鉆井任務書的制作。

1 多約束條件程序化井深設計理論基礎

1.1 多約束條件井深設計理論

激發井深設計一般基于虛反射理論，即在虛反射界面以下激發。激發點在虛反射界面以下的深度根據經驗公式為λ/4獲得，其中λ為最高頻率對應的波長。同時，好的激發巖性也是井深設計的關鍵。

因此井深設計要從四個方面對其約束（Ⅰ-Ⅳ），以獲取最優激發井深：點試驗資料、表層結構數據、粘土層頂界面和粘土層底界面數據。

Ⅰ、點試驗資料約束：藥柱頂和虛反射界面之間的距離。

Ⅱ、低降速帶厚度約束：激發井深=虛反射界面深度+藥柱長度+點試驗資料約束。

Ⅲ、粘土層頂界面數據約束：藥柱頂位于頂界面以下。

Ⅳ、粘土層底界面數據約束：藥柱底位于底界面以上。

1.2 數據網格化理論

在多約束條件下進行逐點井深設計是一個龐大而又復雜的工作，如果想簡單、準確實現這一工作，需要采用程序化設計完成，而網格化提取數據體是進行程序化逐點井深設計的基礎。

程序化設計中需要將低降速帶厚度、粘土層頂界面、粘土層底界面三個約束條件進行網格化并提取激發點約束數據值。數據網格化采用克里格法，其基礎理論如下。

克里格法是以區域化變量理論為基礎，以變差函數為主要工具， 在保證估計值滿足無偏性條件和最小方差條件的前提下求得估計值。估計值為：

其中，fi是已知點的函數值，wi是已知點的權系數，采用最小估計方差求出權系數。克里格法利用變差函數描述函數值的區域變化，不僅考慮了已知點對待插點的影響，而且考慮了已知點之間的相互影響，是一種在最小估計方差意義上的最佳無偏內插法。

2 多約束條件程序化井深設計思路

2.1程序化設計思路

以4個約束條件為基礎，通過2個主導軟件、2個VFP程序完成程序化逐點設計全過程（圖2-1），以數據化設計為設計核心思路、突出批量輸入、輸出數據，獲取最優激發巖性為創新支撐。

主要設計思路：①根據低降速帶資料、巖性探測和巖性取心數據，采用Surfer軟件完成低降速帶厚度、粘土層頂和底界面平面網格化數據體；②應用數據網格化理論提取激發點低降速帶厚度、粘土層頂和底界面的三個數據體；③應用VFP第一個程序，根據四個約束條件完成逐點井深設計，導出激發因素數據體；④應用VFP第二個程序，將激發因素數據體轉化為鉆井任務書數據體，再導入Excel完成任務書制作。

為了便于直觀、明了認識設計思路，如圖2為設計思路圖形化，其展示了本設計思路全過程主要過程。

3 應用實例

TK-2011三維項目地表障礙物眾多，激發點位雜亂，導致逐點井深設計工作量較大。為快速、準確完成井深設計工作，開發了逐點井深設計VFP程序。

根據設計思路，本項目逐點井深設計主要通過以下3個步驟完成：

1、數據網格化

采用Surfer軟件對低降速帶厚度、粘土層頂界面和底界面數據進行克里格數據網格化。

根據三個網格化數據體殘差出每個實際激發點的低降速帶厚度和粘土層頂、低界面數據值，即激發點約束數據值。

2、逐點井深設計

逐點井深設計應用VFP程序1實現，程序設計思路如下：

（1）初步設計：根據1.1節中約束條件Ⅰ、Ⅱ在程序中完成逐點井深的初步設計。本工區初步設計井深=低降速帶厚度+藥柱長度（徒駭河北2.1m/徒駭河南1.6m）+虛反射界面下深度（徒駭河北5m/徒駭河南3m）。

（2）二次約束：根據粘土層頂界面和底界面數據體，結合1.1節中約束條件Ⅲ、Ⅳ再次約束調整每個激發點的井深。

（3）結合激發藥量因素（徒駭河北8kg/徒駭河南6kg）完成每個炮點的激發因素設計工作，輸出激發因素數據體。

3、批量完成鉆井任務書

將逐點激發點因素數據體導入VFP程序2，得到鉆井任務書數據體，再將其導入Excel中，即完成鉆井任務書制作。

4 效果分析

4.1 新老方法時效對比分析

在TK-2011三維項目中，通過程序化逐點設計井深的實施，效率極大提高，同時設計的準確度和實用性也得到了保證，杜絕了人為因素造成的錯誤。下面以1000炮工作量為例，針對激發點井深設計和鉆井任務書制作兩個過程對比新老方法的時效情況。

4.2資料分析

從工區原始單炮分析來看，單炮主要目的層同相軸清晰連續、能量強、信噪比高。

從井深平面圖和主頻平面圖分析來看，工區主頻較均衡。盡管工區地表情況復雜，表層結構和巖性變化快，但通過多約束條件程序化逐點井深設計實施應用，工區資料品質獲取較好。

從現場處理剖面來看，整體構造特征清楚，信噪比高，斷層明顯，斷點清晰，層間地震信息豐富。

總地來看，TK-2011項目中，通過多約束條件程序化逐點井深設計的應用，使每個炮點激發因素得到了最優化設計，保證了激發效果，使整體資料品質得到了保證，有效完成了項目地質任務。

5 認識與建議

多約束條件逐點井深設計是現今大型三維高精度地震勘探的基礎工作，通過逐點井深設計，有效保證了高品質資料的獲得，使全區整體資料品質得到明顯提高。

針對復雜地表，程序化井深設計可以高效、便捷和準確的完成鉆井任務書。針對粘土層變化劇烈區域，完成鉆井任務書的制作后要進行驗證，確保每個炮點在粘土層內激發。保證了局部特殊情況可控性。野外鉆井時，根據激發位置的巖性情況對井深設計工作進行再一次的驗證。

針對巨厚的粉砂層，如果不能避免炮點在其內激發，如何進行井深設計是今后研究的新方向。

參考文獻：

[1] 陸基孟.地震勘探原理[M].北京：石油工業出版社，1990

[2] R.E 謝里夫。勘探地震學 [M].北京：石油工業出版社譯.1999

[3] 李慶忠.走向精細勘探的道路[M].北京：石油工業出版社，1993

[4]郭良輝，孟小紅，郭志宏等.地球物理不規則分布數據的空間網格化法.物探與化探.2005.10.

[5] 何樵登.地震勘探原理和方法.地質出版社.1986

作者簡介

謝孝軍（1985-），男，工程師，現在中石化石油工程地球物理公司勝利分公司從事地震勘探采集技術方法研究。endprint