复杂地表三维多约束条件程序化逐点井深设计

摘要：基于复杂地表条件下三维地震勘探精度要求高，且钻井任務书工作量庞大等问题，本研究通过试验资料、表层结构和岩性数据等条件进行约束，采用Surfer和Visual FoxPro等软件联合完成程序化逐点井深设计，提出了多约束条件程序化逐点井深设计方法。研究成果应用在TK-2011三维项目中，通过程序化设计，批量得到了准确、直观的钻井任务书，取得了较好的应用效果。

关键词：复杂地表；多约束条件；程序化；逐点井深设计

0 前言

目前三维地震勘探精度要求越来越高，以往统一井深激发已经不能满足勘探需要，统一的井深设计经常会导致个别区域主频变化大，能量不均衡。为了提高全区整体资料品质，需要根据点试验资料、低降速带资料、岩性探测和岩性取心资料进行逐点井深设计。

同时随着社会的发展，地表条件更加复杂。在TK-2011三维项目中，因徒骇河、大型管线、乡镇等特殊障碍物的变观，以及村庄、厂矿、高压线等的影响，导致炮点布设极为杂乱。采用人工完成逐点井深的任务书制作将带来庞大的设计工作量。

本文以TK-2011三维项目为依托，研究和探索出多约束条件程序化逐点井深设计方法。保证了高品质资料的获得，同时快速、准确的完成了直观钻井任务书的制作。

1 多约束条件程序化井深设计理论基础

1.1 多约束条件井深设计理论

激发井深设计一般基于虚反射理论，即在虚反射界面以下激发。激发点在虚反射界面以下的深度根据经验公式为λ/4获得，其中λ为最高频率对应的波长。同时，好的激发岩性也是井深设计的关键。

因此井深设计要从四个方面对其约束（Ⅰ-Ⅳ），以获取最优激发井深：点试验资料、表层结构数据、粘土层顶界面和粘土层底界面数据。

Ⅰ、点试验资料约束：药柱顶和虚反射界面之间的距离。

Ⅱ、低降速带厚度约束：激发井深=虚反射界面深度+药柱长度+点试验资料约束。

Ⅲ、粘土层顶界面数据约束：药柱顶位于顶界面以下。

Ⅳ、粘土层底界面数据约束：药柱底位于底界面以上。

1.2 数据网格化理论

在多约束条件下进行逐点井深设计是一个庞大而又复杂的工作，如果想简单、准确实现这一工作，需要采用程序化设计完成，而网格化提取数据体是进行程序化逐点井深设计的基础。

程序化设计中需要将低降速带厚度、粘土层顶界面、粘土层底界面三个约束条件进行网格化并提取激发点约束数据值。数据网格化采用克里格法，其基础理论如下。

克里格法是以区域化变量理论为基础，以变差函数为主要工具， 在保证估计值满足无偏性条件和最小方差条件的前提下求得估计值。估计值为：

其中，fi是已知点的函数值，wi是已知点的权系数，采用最小估计方差求出权系数。克里格法利用变差函数描述函数值的区域变化，不仅考虑了已知点对待插点的影响，而且考虑了已知点之间的相互影响，是一种在最小估计方差意义上的最佳无偏内插法。

2 多约束条件程序化井深设计思路

2.1程序化设计思路

以4个约束条件为基础，通过2个主导软件、2个VFP程序完成程序化逐点设计全过程（图2-1），以数据化设计为设计核心思路、突出批量输入、输出数据，获取最优激发岩性为创新支撑。

主要设计思路：①根据低降速带资料、岩性探测和岩性取心数据，采用Surfer软件完成低降速带厚度、粘土层顶和底界面平面网格化数据体；②应用数据网格化理论提取激发点低降速带厚度、粘土层顶和底界面的三个数据体；③应用VFP第一个程序，根据四个约束条件完成逐点井深设计，导出激发因素数据体；④应用VFP第二个程序，将激发因素数据体转化为钻井任务书数据体，再导入Excel完成任务书制作。

为了便于直观、明了认识设计思路，如图2为设计思路图形化，其展示了本设计思路全过程主要过程。

3 应用实例

TK-2011三维项目地表障碍物众多，激发点位杂乱，导致逐点井深设计工作量较大。为快速、准确完成井深设计工作，开发了逐点井深设计VFP程序。

根据设计思路，本项目逐点井深设计主要通过以下3个步骤完成：

1、数据网格化

采用Surfer软件对低降速带厚度、粘土层顶界面和底界面数据进行克里格数据网格化。

根据三个网格化数据体残差出每个实际激发点的低降速带厚度和粘土层顶、低界面数据值，即激发点约束数据值。

2、逐点井深设计

逐点井深设计应用VFP程序1实现，程序设计思路如下：

（1）初步设计：根据1.1节中约束条件Ⅰ、Ⅱ在程序中完成逐点井深的初步设计。本工区初步设计井深=低降速带厚度+药柱长度（徒骇河北2.1m/徒骇河南1.6m）+虚反射界面下深度（徒骇河北5m/徒骇河南3m）。

（2）二次约束：根据粘土层顶界面和底界面数据体，结合1.1节中约束条件Ⅲ、Ⅳ再次约束调整每个激发点的井深。

（3）结合激发药量因素（徒骇河北8kg/徒骇河南6kg）完成每个炮点的激发因素设计工作，输出激发因素数据体。

3、批量完成钻井任务书

将逐点激发点因素数据体导入VFP程序2，得到钻井任务书数据体，再将其导入Excel中，即完成钻井任务书制作。

4 效果分析

4.1 新老方法时效对比分析

在TK-2011三维项目中，通过程序化逐点设计井深的实施，效率极大提高，同时设计的准确度和实用性也得到了保证，杜绝了人为因素造成的错误。下面以1000炮工作量为例，针对激发点井深设计和钻井任务书制作两个过程对比新老方法的时效情况。

4.2资料分析

从工区原始单炮分析来看，单炮主要目的层同相轴清晰连续、能量强、信噪比高。

从井深平面图和主频平面图分析来看，工区主频较均衡。尽管工区地表情况复杂，表层结构和岩性变化快，但通过多约束条件程序化逐点井深设计实施应用，工区资料品质获取较好。

从现场处理剖面来看，整体构造特征清楚，信噪比高，断层明显，断点清晰，层间地震信息丰富。

总地来看，TK-2011项目中，通过多约束条件程序化逐点井深设计的应用，使每个炮点激发因素得到了最优化设计，保证了激发效果，使整体资料品质得到了保证，有效完成了项目地质任务。

5 认识与建议

多约束条件逐点井深设计是现今大型三维高精度地震勘探的基础工作，通过逐点井深设计，有效保证了高品质资料的获得，使全区整体资料品质得到明显提高。

针对复杂地表，程序化井深设计可以高效、便捷和准确的完成钻井任务书。针对粘土层变化剧烈区域，完成钻井任务书的制作后要进行验证，确保每个炮点在粘土层内激发。保证了局部特殊情况可控性。野外钻井时，根据激发位置的岩性情况对井深设计工作进行再一次的验证。

针对巨厚的粉砂层，如果不能避免炮点在其内激发，如何进行井深设计是今后研究的新方向。

参考文献：

[1] 陆基孟.地震勘探原理[M].北京：石油工业出版社，1990

[2] R.E 谢里夫。勘探地震学 [M].北京：石油工业出版社译.1999

[3] 李庆忠.走向精细勘探的道路[M].北京：石油工业出版社，1993

[4]郭良辉，孟小红，郭志宏等.地球物理不规则分布数据的空间网格化法.物探与化探.2005.10.

[5] 何樵登.地震勘探原理和方法.地质出版社.1986

作者简介

谢孝军（1985-），男，工程师，现在中石化石油工程地球物理公司胜利分公司从事地震勘探采集技术方法研究。endprint