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专利名称：一种利用钻井轨迹校正vsp上行转换波的处理方法
技术领域：
本发明属于地球物理勘探领域，具体涉及一种利用钻井轨迹校正VSP上行转换波的方法。
背景技术：
通常处理VSP (垂直地震剖面)资料时，一般都假设把石油钻井当作垂直地面90 度，基本不考虑钻井因施工因素与中心垂直线的偏离程度。随着石油勘探程度越来越高，对 VSP资料的采集、处理精度要求也越来越高，例如在岩性勘探和小幅度构造勘探中对速度要求的敏感程度比较高，因为速度精度要求高，当速度出现误差，很容易影响勘探的效果。通常用VSP求得的速度与测井速度一般都是作为基准速度来校正地震速度的，这样由于钻井轨迹偏离中心垂直线而处理时不做任何校正会引起VSP走时路程误差，而走时路程误差进而引起由路程求取得的速度误差，进一步影响勘探的精度。现有的VSP上行转换波处理技术是在假设石油钻井垂直的条件下进行处理。其走时路径计算公式为式(1)sp = ^x2p+H2s = Jx2p+H2 +,J(X-Xp)2+(H-Hr)2(1)当钻井轨迹与中心垂直线偏离较大时，则产生比较大的误差。误差为式(2)
As = s「s =Xpif + (H-Hr)2 -ψ2ρ + H2 + 扣-Xp)2 + (H-Hr)2) (2)图1和图2是实际钻井轨迹偏离中心垂直线的例子，其中，图1是某井的钻井轨迹图，在4200米以下钻井轨迹偏离中垂线比较大，该井处理后的VSP 4200米以下的资料都无法使用。图2是另一个井的钻井轨迹图，在2000以下钻井轨迹偏离中垂线比较大。深度比较大是勘探的目的层，由于钻井轨迹偏离中心垂直线时引起VSP时间误差，因此常规处理 VSP资料在深层会有比较大的误差，如果不进行校正就会引起VSP资料无法解释，并且影响地震资料解释。此外由于钻井轨迹偏离中心垂直线太多，不进行校正而引起的VSP资料无法解释、或者影响地震资料解释的实例也经常发生。

发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种利用钻井轨迹校正 VSP上行转换波的处理方法，提高VSP时间精度和速度精度，减少常规VSP资料处理的失败， 提高勘探经费效率，为岩性勘探、小幅度构造勘探以及复杂地区的勘探提供精确的VSP处理资料。本发明是通过以下技术方案实现的一种利用钻井轨迹校正VSP上行转换波的方法，所述方法利用实际石油钻井轨迹
4与中心垂直线的偏离距离和方位角，对VSP上行转换波的走时路径和走时速度进行校正， 消除由钻井轨迹偏离中心垂直线所引起的VSP上行转换波处理的误差；所述方法首先获得所有的实际走时路径和理论走时路径，然后对每个深度进行计算获得其走时路径误差，再用实际走时路径加或减走时路径误差得到精确走时路径，这样就把所有误差校正到基准线上，即钻井井口的中垂线上了。所述方法包括以下步骤(1)数据输入，包括(11)钻井轨迹数据输入钻井深度仏、井斜角Y和方位角α，其中井斜角γ是钻井与垂直线的夹角，方位角α是在钻井深度点Hk时与中心垂直线的方位角；(12)VSP数据输入偏移距χ、井口与地面震源VSP炮点的方位角β，其中偏移距 X是钻井井口到地面震源VSP炮点的距离；井口与地面震源VSP炮点的方位角β是以井口为原点，钻井井口与地面震源VSP炮点的方位角；(2)计算 X1、d、s、S1 Jp 禾口 xpl d = He · tg γ ；s = ^Jx2p+H2+^(X-xpf+(H-Hr)2= ^J X2pl +H2 + ^(Xl-Xplf+(H-Hr)2X12 =d2 + χ2 -2xd cos6其中，d为钻井中VSP检波器在深度仏时与中垂线的距离；χ为井口到地面震源VSP炮点距离；He为VSP检波器在井中接收点的深度，也就是钻井深度仏；s 为地面震源VSP炮点到理论垂直钻井中VSP检波器波的走时路径；S1为地面震源VSP炮点到实际钻井中VSP检波器波的走时路径；θ为以井口为原点，VSP检波器波与地面震源VSP炮点投影在水平面上的夹角；当 α -β I 彡 180° 时，θ = I α -β |，当 | α-β | > 180° 时，θ = | α -β -180° ；χρ表示理论反射点垂直投影到地面的水平位置与地面震源VSP炮点的距离；χρ1表示实际反射点垂直投影到地面的水平位置与地面震源VSP炮点的距离；(3)计算VSP检波器在深度仏时当反射界面深度为H的走时路径误差
= - 5 = +H2+^(X1-Xia)2+(H-Hr)2- Qx2p +H2+ p-Xpf + (H - Hr)2)(4)误差分析利用步骤(3)得到VSP上行转换波的走时路径误差对VSP上行转换波路径校正后，可以进行上行横波部分的速度校正，还可以进行上行横波部分的速度误差分析。所述步骤(4)中对VSP上行转换波路径校正的方法为以理论垂直钻井中垂线为基准，在校正的深度点当实际走时路径大于理论走时路径时，用实际走时路径减去所述走时路径误差得到精确走时路径；实际走时路径小于理论走时路径时，用实际走时路径加上所述走时路径误差得到精确走时路径。所述步骤中速度校正的方法为校正后的速度为精确走时路径/走时时间。
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所述步骤中所述速度误差分析的方法为原来的速度为理论走时路径/走时时间，校正后的速度为精确走时路径/走时时间，将两者进行比较得出速度误差。与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)利用本发明方法解决了 VSP勘探中的难题，提高了 VSP资料处理的时间精度和速度精度；(2)利用本发明方法减少了常规VSP资料处理的失败，减少了勘探经费的浪费；(3)本发明方法为岩性勘探、小幅度构造勘探以及复杂地区的勘探提供了精确的 VSP处理资料；(4)本发明方法将钻井资料与VSP资料的联合应用也扩大了勘探数据的应用范围。


图1是现有技术中的某井钻井轨迹图。图2是现有技术中的另一口井钻井轨迹图。图3是VSP上行转换波走时示意图。图4是井口、VSP检波器与震源投影在水平面上的投影图。图5是钻井轨迹走时示意6是本发明方法的步骤框图。图7是本发明实施例中某井偏移距120米，方位角340度，反射层深度6000米上行转换波通常方法走时路径(理论走时路径)与用钻井轨迹走时路径(精确走时路径)对比图。数据来源于表1的第6列和第7列。图8是本发明实施例中某井偏移距120米，方位角340度，反射层深度6000米上行转换波通常方法走时(理论走时)与用钻井轨迹走时(精确走时)对比图。数据来源于表1的第8列和第9列。图9是本发明实施例中某井偏移距120米，方位角340度，反射层深度6000米上行转换波走时误差图。数据来源于表1的第10列。图10是本发明实施例中某井偏移距MOO米，方位角140度，反射层深度6000米上行转换波通常方法走时路径(理论走时路径)与用钻井轨迹走时路径(精确走时路径) 对比图。数据来源于表2的第6列和第7列。图11是本发明实施例中某井偏移距MOO米，方位角140度，反射层深度6000米上行转换波通常方法走时(理论走时)与用钻井轨迹走时(精确走时)对比图。数据来源表2第8列和第9列。图12是本发明实施例中某井偏移距MOO米，方位角140度，反射层深度6000米上行转换波走时误差图。数据来源于表2的第10列。图13是本发明实施例中某井偏移距MOO米，方位角220度，反射层深度6000米上行转换波通常方法走时路径(理论走时路径)与用钻井轨迹走时路径(精确走时路径) 对比图。数据来源于表5的第6列和第7列。图14是本发明实施例中某井偏移距MOO米，方位角220度，反射层深度6000米上行转换波通常方法走时(理论走时)与用钻井轨迹走时(精确走时)对比图。数据来源
6于表5的第8列和第9列。图15是本发明实施例中某井偏移距MOO米，方位角220度，反射层深度6000米上行转换波走时误差图。数据来源于表2的第10列。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述一种利用钻井轨迹校正VSP上行转换波的处理方法，所述方法利用实际石油钻井轨迹与中心垂直线的偏离距离和方位角，(H，γ, α)这一组数据是钻井钻头在井中的位置 (表1-表5中的1-3列为该组数据)，可以转换三维空间钻井钻头在井中的(x，y，z)坐标； 对VSP上行转换波的走时路径或走时速度进行校正，消除由钻井轨迹偏离中心垂直线所引起的VSP上行转换波处理的误差。如图6所示，所述方法包括以下步骤(1)数据输入，包括(11)钻井轨迹数据输入钻井深度仏、井斜角Y和方位角α，其中井斜角γ是钻井与垂直线的夹角，方位角α是在钻井深度点Hk时与中心垂直线的方位角；(12)VSP数据输入偏移距χ、井口与地面震源VSP炮点的方位角β，其中偏移距 X是钻井井口到地面震源VSP炮点的距离；井口与地面震源VSP炮点的方位角β是以井口为原点，钻井井口与地面震源VSP炮点的方位角；(2)计算 d、XpSd1Jp 和 χρ1，其中，d = He · tg γ ；X12 =d2 + χ2 - 2xd cos θs = ^Jx2p+H2+^J(X-Xp)2+(H-Hr)2= H +H2+批-Xpl f+(H-Hr f(3)其中d为钻井中VSP检波器在深度仏时与中垂线的距离；χ为井口到地面震源VSP炮点距离；He为VSP检波器在井中接收点的深度，也就是钻井深度仏；s 为地面震源VSP炮点到理论垂直钻井中VSP检波器波的走时路径；S1为地面震源VSP炮点到实际钻井中VSP检波器波的走时路径；θ为以井口为原点，VSP检波器波与地面震源VSP炮点投影在水平面上的夹角，当 α -βI 彡 180° 时，θ = I α -β |，当 | α-β | > 180° 时，θ = | α -β -180° ；χρ表示理论反射点垂直投影到地面的水平位置与地面震源VSP炮点的距离；χρ1表示实际反射点垂直投影到地面的水平位置与地面震源VSP炮点的距离；(3)计算VSP检波器在深度仏时当反射界面深度为H的走时路径误差
Δ5 =-5 = +H2+^j(Xl-Xpl)2+(H-Hr)2-ψ] +H2+ ^(X-Xpf+(H-HR)2) (4)上行转换波校正方法中处理的点永远在HR以下，即H要一直大于HR处理的深度， 并且是反射波。
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(4)误差分析通过步骤( 得到VSP上行转换波误差，利用这个对VSP上行转换波路径校正后，可以进行上行横波部分(因为入射是纵波，反射是横波所以称为转换波，又因为所提的是横波部分速度校正，所以上行转换波又被称为上行横波部分)速度校正，还可以进行上行横波部分的速度误差分析。VSP上行转换波走时路径误差校正类似地面纵波地震勘探的静校正，以理论垂直钻井中垂线为基准，在校正的深度点当实际走时路径大于理论走时路径(表1-表5第4列走时路径误差数值为正值)时减去该值即s- □ s ；在校正的深度点当实际走时路径小于理论走时路径(表1-表5第4列走时路径误差数值为负值)时加上该值即s+ □ S。速度误差分析即未校正前原来的速度为理论走时路径/走时时间；走时路径校正分析后的速度为精确走时路径/走时时间，比较这二速度可以进行误差分析与校正； VSP速度分析方法是成熟技术。在步骤O)中，\和&的求解方法如下因地震和VSP资料处理都是依据均勻介质(即一个水平反射界面)模型的，所以 VSP实用公式也得根据这种模型。分别用α及β表示P波反射角及SV波反射角，\表示反射点垂直投影到地面的水平位置与地面震源VSP炮点的距离，H表示反射点的深度，Hk表示检波器的深度，h = H-He表示检波器到反射面的距离(如图5所示)，从Snell定律r = —=⑶
vp sin a得出Y，这里Vp Vp为纵波速度，Vs为横波速度。观测的VSP资料经处理后可以确定Ηκ、X、Vp等值，图5中的H可以用地面上地震资料中的速度Vp及双程旅行时、表示H = ^vp-10 (6)则\可以用数值的方法求出。根据图5，假设已知Ηκ、χ、xp、H等值，则
Λ sin/ Jh2+xp2(π\^r = —^= ,--—(7)
sina ^h2+(X-Xp)2 xp其中h = H-He,则可由下列(8)式求解\。将(7)式两边平方，得Y2x2[h2 + {χ - χ ρ)2] = {χ - χ p)2 {H 2 + χ p2) (8)经化简整理得{\-γ2)χ4ρ-2{\-γ2)χ·χΙ+{χ2 +H2 -γ2 χ1 -γ2 h2)xp2 -IxH2 χρ+X2H2 = 0 (9)用牛顿-雷扶生方法实现代数方程求解，即将(9)式表示为F(Xp) = 0则F(Xp)
8的一阶导数，如下式
权利要求
1.一种利用钻井轨迹校正VSP上行转换波的方法，其特征在于所述方法利用实际石油钻井轨迹与中心垂直线的偏离距离和方位角，对VSP上行转换波的走时路径和走时速度进行校正，消除由钻井轨迹偏离中心垂直线所引起的VSP上行转换波处理的误差；所述方法首先获得所有的实际走时路径和理论走时路径，然后对每个深度进行计算获得其走时路径误差，再用实际走时路径加或减走时路径误差得到精确走时路径，这样就把所有误差校正到基准线上，即钻井井口的中垂线上了。
2.根据权利要求1所述的利用钻井轨迹校正VSP上行转换波的处理方法，其特征在于 所述方法包括以下步骤(1)数据输入，包括(11)钻井轨迹数据输入钻井深度仏、井斜角Y和方位角α，其中井斜角Y是钻井与垂直线的夹角，方位角α是在钻井深度点Hk时与中心垂直线的方位角；(12)VSP数据输入偏移距χ、井口与地面震源VSP炮点的方位角β，其中偏移距χ是钻井井口到地面震源VSP炮点的距离；井口与地面震源VSP炮点的方位角β是以井口为原点，钻井井口与地面震源VSP炮点的方位角；(2)计算X1^ d、s、S1^ xp 禾口 Xpl
3.根据权利要求2所述的利用钻井轨迹校正VSP上行转换波的处理方法，其特征在于 所述步骤(4)中对VSP上行转换波路径校正的方法为以理论垂直钻井中垂线为基准，在校正的深度点当实际走时路径大于理论走时路径时，用实际走时路径减去所述走时路径误差得到精确走时路径；实际走时路径小于理论走时路径时，用实际走时路径加上所述走时路径误差得到精确走时路径。
4.根据权利要求3所述的利用钻井轨迹校正VSP上行转换波的处理方法，其特征在于 所述步骤中速度校正的方法为校正后的速度为精确走时路径/走时时间。
5.根据权利要求4所述的利用钻井轨迹校正VSP上行转换波的处理方法，其特征在于 所述步骤(4)中所述速度误差分析的方法为原来的速度为理论走时路径/走时时间，校正后的速度为精确走时路径/走时时间，将两者进行比较得出速度误差。
全文摘要
本发明提供了一种利用钻井轨迹校正VSP上行转换波的处理方法，属于地球物理勘探领域。所述方法利用实际石油钻井轨迹与中心垂直线的偏离距离和方位角，对VSP上行转换波的走时路径和走时速度进行校正，消除由钻井轨迹偏离中心垂直线所引起的VSP上行转换波处理的误差。本发明方法校正了钻井轨迹数据偏离中心垂直线VSP上行转换波资料的误差，解决了由部分偏离中心轨迹太多而造成的常规VSP资料处理失败的问题，减少了勘探经费的浪费，提高了地震勘探精度。
文档编号G01V1/48GK102393533SQ201110216959
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者何晓冬, 刘路佳, 吴永栓, 周枫, 王跃, 赵群 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院