CN111257946B

CN111257946B - 一种地球物理指导钻井方法及更新地层地震速度的方法

Info

Publication number: CN111257946B
Application number: CN201910846441.6A
Authority: CN
Inventors: 路保平; 袁多; 吴超; 侯绪田
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: CN111257946A

Abstract

一种地球物理指导钻井方法，其包括：获取目标区域的原始基准地震速度模型，根据钻井过程中所获取到的实钻井筒数据为约束对原始基准地震速度模型进行修正更新，得到更新后的地震速度模型；根据更新后的地震速度模型确定地震剖面，并根据所得到的待钻区域的地震剖面，对钻头前方预设地质特征参数进行修正；基于更新后的地震速度模型与预先建立的力学模型，对钻头前方预设钻井地质环境因素进行修正；进行钻井风险故障预测和/或钻井工艺调整优化。本方法能够准确地预测与描述待钻井或待钻地层的地质特征与钻井地质环境因素，能够使得研究人员有的放矢地优化钻井设计与施工，从而实现安全、优质、高效地钻井。

Description

一种地球物理指导钻井方法及更新地层地震速度的方法

相关技术的交叉引用

本申请要求享有2018年11月30日提交的名称为“一种更新已钻开井段井周地层地震速度的方法”的中国专利申请CN201811453359.9、“一种更新待钻地层地震速度的方法”的中国专利申请CN 201811453357.X以及“一种更新地层地震速度的方法”的中国专利申请CN 201811453329.8的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及油气勘探开发技术领域，具体地说，涉及一种地球物理指导钻井方法以及一种更新地层地震速度的方法。

背景技术

多年来众多学者与工程技术人员对地质特征(例如岩性、倾角、缝洞、断层等)和钻井地质环境因素(例如岩石可钻性、钻井模型基础数据、岩石力学参数、地层压力数据等)的预测与描述技术进行了研究探索，并提出了一些理论与方法。

其中，最常见的方法为钻前应用地震资料进行预测与描述，钻井中利用常规测井、随钻测井及钻井录井数据来预测与描述。但其不足之处是钻前预测与描述的精度低，钻井中描述可以实现已钻地层而无法实现对未钻开地层的地质特征与钻井地质环境因素的预测与描述，因而一般多用于地质导向钻进，在科学指导钻井等方面的研究应用不足。

针对该问题，斯伦贝谢公司研发了地震指导钻井技术(Seismic GuidedDrilling，简称为SGD技术)。SGD技术的技术要点是：钻井前通过研究处理井周地震资料，建立速度模型与地质力学模型，预测地层地质特征，描述钻井地质环境因素，依据预测与描述的结果进行钻井方案编制；钻井中利用随钻VSP仪器实时获取地层的层速度等数据，并以其为约束条件，对井周特定范围地质体地层速度模型进行修正，利用修正的新速度模型重新处理井周原始叠前地震数据，实时预测、描述与预报钻头前未钻开地层的地质层特征、钻井地质环境因素与可能出现的复杂情况，段地层特征与钻井地质环境因素预测与描述，精度达到工程应用的要求。然而，该技术过分依赖高端VSP等仪器，对地震速度建模的速率要求极高，且价格高昂，在低油价的情况下，其应用范围得到了限制。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种地球物理指导钻井方法，所述方法包括：

步骤一、获取目标区域的原始基准地震速度模型，根据钻井过程中所获取到的实钻井筒数据为约束对所述原始基准地震速度模型进行修正更新，得到更新后的地震速度模型；

步骤二、根据所述更新后的地震速度模型确定地震剖面，并根据所得到的待钻区域的地震剖面，对钻头前方预设地质特征参数进行修正；

步骤三、基于更新后的地震速度模型与预先建立的力学模型，对钻头前方预设钻井地质环境因素进行修正；

步骤四、根据修正后的钻头前方预设地质特征参数和修正后的钻头前方预设钻井地质环境因素进行钻井风险故障预测和/或钻井工艺调整优化。

根据本发明的一个实施例，所述步骤一包括：

步骤a、获取目标区域中已钻区域的第一类层位的地震时间层位解释结果数据，其中，所述第一类层位表征无法直接获取到原始一维声波测井数据的层位；

步骤b、根据所述地震时间层位解释结果数据和各个层位的真实深度对所述已钻区域的原始基准地震速度模型进行更新，进而得到已钻区域的初始地震速度模型；

步骤c、利用所述已钻区域的初始地震速度模型构建所述目标区域的初始地震速度模型，并用目标区域的初始地震速度模型进行叠前深度偏移，得到所述目标区域的共成像点道集；

步骤d、基于所述共成像点道集，在未钻区域的井轨迹对应的道上选取不同深度的反射点，对于各个反射点，分别获取不同反射角度所对应的成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度；

步骤e、根据所述成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度对各个反射点所对应的未钻区域的地层的初始地震速度进行更新，得到未钻区域更新后的地震速度。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤b中，

根据所述地震时间层位解释结果数据和各个层位的真实深度，确定已钻区域中待更新层位的估算地震速度；

根据所述目标区域中各个层位的真实深度对所述待更新层位的估算地震速度进行更新，得到所述第一类层位的一维地震速度；

对获取到的所述目标区域的第二类层位的原始一维声波测井数据进行滤波，得到所述第二类层位的一维地震速度；

对所述第一类层位的更新后的地震速度和第二类层位的一维地震速度进行拼接；

根据拼接后的一维地震速度得到已钻区域的三维插值地震速度场，将所述三维插值地震速度场与原始基础地震速度场进行融合，得到所述目标区域的已钻区域的初始地震速度模型。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤b中，根据如下表达式对所述估算地震速度进行更新：

其中，z_i和z_i-1分别表示目标区域中第i个层位和第i-1个层位的真实深度，z_j和z_j-1分别表示目标区域中第j个层位和第j-1个层位的真实深度，θ_i和θ_j分别表示目标区域中第i个层位和第j个层位的倾角，

表示第i个层位的更新后的地震速度，c_j和

分别表示第j个层位的预设修正系数和估算地震速度，

表示第j个层位的层位反射地震波旅行时间。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤e中，

根据所述成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度确定地震速度更新模型中的更新系数；

根据所述更新系数，利用所述地震更新模型对各个反射点所对应的未钻区域的地层的初始地震速度进行更新，得到未钻区域更新后的地震速度。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤e中，根据如下表达式确定各个反射点所对应的地震速度变形：

其中，

表示第i个反射点所对应的地层的初始地震速度，θ_1,i和θ_2,i分别表示第i个反射点的两个不同的反射角度，l_1,i和l_2,i分别表示反射角度θ_1,i和θ_2,i所对应的反射射线在第i个反射点所对应的地层内的射线长度，

和

分别表示反射角度θ_1,i和θ_2,i所对应的成像深度，Δm_i表示第i个反射点所对应的地震速度变形，

表示第i个反射点所对应的地层倾角。

根据本发明的一个实施例，根据如下表示确定地震速度更新模型中的更新系数：

其中，

表示第i个反射点所对应的地层的更新后的地震速度，c_0,i和c_1,i表示第i个反射点所对应的更新系数。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤e中，根据如下表达式对各个反射点所对应的未钻区域的地层的初始地震速度进行更新：

其中，

表示第i个反射点所对应的地层的更新后的地震速度，c_0,i和c_1,i表示第i个反射点所对应的更新系数，

表示第i个反射点所对应的地层的初始地震速度。

本发明还提供了一种更新待钻地层地震速度的方法，所述方法包括：

步骤一、获取目标区域中已钻区域的第一类层位的地震时间层位解释结果数据，其中，所述第一类层位表征无法直接获取到原始一维声波测井数据的层位；

步骤二、根据所述地震时间层位解释结果数据和各个层位的真实深度所述已钻区域的地震速度进行更新，得到已钻区域的初始地震速度模型；

步骤三、利用所述已钻区域的初始地震速度模型构建所述目标区域的初始地震速度模型，并利用目标区域的初始地震速度模型进行叠前深度偏移，得到所述目标区域的共成像点道集；

步骤四、基于所述共成像点道集，在未钻区域的井轨迹对应的道上选取不同深度的反射点，对于各个反射点，分别获取不同反射角度所对应的成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度；

步骤五、根据所述成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度对各个反射点所对应的未钻区域的地层的初始地震速度进行更新，得到未钻区域更新后的地震速度。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，根据获取到的实钻录井数据确定所述目标区域中各个层位的真实深度。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，

根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，根据如下表达式对所述估算地震速度进行更新：

表示第i个层位的更新后的地震速度，c_j和

分别表示第j个层位的预设修正系数和估算地震速度，

表示第j个层位的层位反射地震波旅行时间。

根据本发明的一个实施例，确定所述三维插值地震速度场的步骤包括：

将所述更新后的一维地震速度扩展至三维空间，得到三维速度插值结果；

获取所述目标区域的地质构造特征，并根据地质构造特征对所述三维速度插值结果进行构造约束，得到所述三维插值地震速度场。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤五中，

根据本发明的一个实施例，在所述步骤五中，采用如下步骤确定所述更新系数：

根据所述成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度确定各个反射点所对应的地震速度变形；

根据所述地震速度变形确定地震速度更新模型中的更新系数。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤五中，根据如下表达式确定各个反射点所对应的地震速度变形：

其中，

和

表示第i个反射点所对应的地层倾角。

其中，

根据本发明的一个实施例，更新系数c_0,i的取值为1。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤五中，根据如下表达式对各个反射点所对应的未钻区域的地层的初始地震速度进行更新：

其中，

表示第i个反射点所对应的地层的初始地震速度。

本发明所提供的更新待钻地层地震速度的方法能够大幅减少传统地震层析成像的参数数量，从而提高了速度建模效率(在实际使用中使得计算机软件可以快速地在24小时内完成对待钻地层的地震速度的更新以及重新建模)，为实时修正待钻地层地质力学模型打下基础。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的更新地层地震速度的方法的实现流程示意图；

图2是根据本发明一个实施例的目标区域的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的地震时间层位解释结果示意图；

图4是根据本发明一个实施例的已钻穿地层的层位真实深度的示意图；

图5是根据本发明一个实施例的确定已钻区域的初始地震速度模型的实现流程示意图；

图6是根据本发明一个实施例的一维地震速度模型的示意图；

图7是根据本发明一个实施例的目标区域的三维插值地震速度场示意图；

图8是根据本发明一个实施例的地震速度场进行融合的示意图

图9是根据本发明一个实施例的初始叠前深度偏移成像深度示意图；

图10是根据本发明一个实施例的共成像点道集示意图；

图11是根据本发明一个实施例的反射射线的示意图；

图12是根据本发明一个实施例的确定更新系数的实现流程示意图；

图13是根据本发明一个实施例的地球物理指导钻井方法的实现流程示意图；

图14是根据本发明一个实施例的对钻头前关键层位进行修正的示意图；

图15是根据本发明一个实施例的修正后的钻头前方地层孔隙压力模型示意图；

图16是根据本发明一个实施例的修正后的钻头前方地层破裂压力模型示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

油气钻探面临着日趋复杂的地质环境，准确描述目标区域地质与力学特征，合理建立钻前地下模型可以大幅降低钻探风险。目前钻前地下模型的建立方法主要是以常规地震成像为基础，综合运用地球物理和岩石力学方法进行的。

地震成像过程中速度模型的建立往往存在多解性问题，这将导致预测的层位、构造、岩性以及力学特征在某些工区存在较大误差，会对钻井设计的科学性和准确性造成不良影响。

随钻修正地质力学模型需要在实钻过程中快速更新地层的地震速度场信息。传统层析成像技术将整体地层进行网格化，这种方式增加了反演参数的数量，效率较低，不适用于随钻环境。目前公开的文章和专利鲜有提及适用于该环境的地震速度建模方法。

地震成像过程中的速度模型建立往往存在多解性问题，这将导致预测的层位、构造、岩性、力学特征在某些工区存在较大误差，进而对钻井设计的科学性和准确性造成不良影响。目前行之有效的解决方案是利用已钻区域提供的地震速度信息作为约束进行重处理，以改进钻头前方大范围地质力学模型的准确性，该技术被称为地震指导钻井技术。

该技术中一个重要环节是获取已钻区域的三维地震速度。目前普遍采用费用昂贵的随钻VSP等系统获得该信息，但由于受生产成本所限，随钻VSP仪器在国内应用较少，绝大多数井仅具有基本的录井数据卡取的地质层位及声波测井数据，且测井数据不能覆盖全部已钻区域。如何在该种情况下获取已钻区域的三维信息地震速度十分关键。

针对现有技术中所存在的上述问题，本发明所提供的地层地震速度更新方法利用钻井过程中可获取的常规井筒数据来对已钻区域的地震速度进行更新，以得到已钻区域更加准确的地震速度。

如图1所示，本实施例所提供的更新已钻区域井周地层地震速度的方法首先会在步骤S101中根据获取到的目标区域中第一类层位的地震时间层位解释结果数据。其中，本实施例中，该方法在步骤S101中所获取到的地震时间层位解释结果数据优选地包括层位反射地震波旅行时间。本实施例中，目标区域为已钻区域，其优选地分为第一类层位和第二类层位，其中，第一类层位表征无法直接获取到原始一维声波测井数据的层位，而第二类层位则表征可以直接获取到原始一维声波测井数据的层位。

图2示出了典型的已钻井段的数据情况，其中，区域1表示缺少声波测井数据(例如层位反射地震波旅行时间)的井段(即第一类层位)，区域2表示已测并且有声波测井数据的井段(即第二类层位)，区域3表示待钻井段，区域1与区域2合称为已钻区域，而区域3则称为未钻区域。

地震时间层位解释结果数据能够表征出目标区域中各个层位的层位划分。假设在目标深度区域内存在n个地震解释层位，将这些层位从上到下逐层标记为1、2、……、n。如图3所示，各个层位的地震时间层位解释结果T₁、T₂、…、T_n反映了对应层位的层位反射地震波真实的旅行时。

该方法会在步骤S102中会根据获取到的实钻录井数据来确定目标区域中各个层位的真实深度。根据所获取到的实钻过程中的实时录井数据，该方法可以实时确定出已钻穿地层的层位真实深度，这样也就可以得到目标区域中各个层位的真实深度。

具体地，如图4所示，本实施例中，实时录井数据可以确定出已钻穿地层的层位真实深度，通过在诸多层位真实深度与已确定出的目标区域中各个层位进行一一匹配，这样也就可以得到目标区域中各个层位的真实深度。

再次如图1所示，本实施例中，在得到第一类层位的地层时间层位解释结果数据和各个层位的真实深度后，该方法会在步骤S103中根据上述地震时间层位解释结果数据和各个层位的真实深度对已钻区域的原始基准地震模型进行更新，得到已钻区域的初始地震速度模型；

具体地，本实施例中，如图5所示，该方法首先会在步骤S501中根据地震时间层位解释结果数据和各个层位的真实深度，确定待更新层位的估算地震速度。随后再在步骤S502中根据目标区域中各个层位的真实深度对已钻区域中待更新层位的估算地震速度进行更新，得到已钻区域的初始地震速度模型。

本实施例中，该方法在步骤S501中优选的可以通过计算第一类层位的真实深度与地震时间层位解释结果数据的比值来确定上述估算地震速度。

所假设浅层区域(即第一类层位区域)内存在n个地震解释层位，即存在n个待更新层位。这些层位从上到下分别标记为1、2、…、n，从上到下逐层更新一维地震速度。本实施例中，更新地震速度的原则优选地为：在一层内假设速度存在常数倍的误差，用修正系数表示；地震解释的层位时间位置等于真实层位的反射波旅行时。

具体地，本实施例中，该方法优选地根据如下表达式来对已钻区域中待更新层位的估算地震速度进行更新，例如，对于目标区域中第j个层位，存在：

表示第i个层位的更新后的地震速度，c_j和

分别表示第j个层位的预设修正系数和估算地震速度，

表示第j个层位的层位反射地震波旅行时间。

其中，各个层位的预设修正系数优选地可以取值为1。需要指出的所，本实施例中，首层层位的真实深度z₀的取值优选地为零。

当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，已钻区域中各个层位的预设修正系数和/或首层层位的真实深度z₀还可以配置为其他合理值，本发明并不对各个层位的预设修正系数以及首层层位的真实深度z₀的具体取值进行限定。

由此，针对于无法直接获得地震速度的层位，本方法可以根据实钻过程中容易获得的录井数据以及地震时间层位解释结果得到了较为准确的地震速度。

本实施例中，该方法优选地通过获取已钻区域中第二类层位的一维地震速度模型，并对第一类层位的更新后的地震速度和第二类层位的一维地震速度进行拼接，从而得到目标区域(即已钻井段)完整的一维地震速度。

可选地，本实施例中，该方法优选地会在步骤S503中对获取到的目标区域的原始一维声波测井数据进行滤波，从而得到一维地震速度模型。例如，根据实际需要，该方法可以对目标区域的原始一维声波测井数据进行诸如中值滤波与平滑滤波等滤波操作，从而得到诸如图6所示的一维地震速度模型。

当然，在本发明的其他实施例中，该方法还可以采用其他合理方式来确定目标区域的一维地震速度模型，本发明不限于此。

本实施例中，该方法会在步骤S504中对已钻区域的第一类层位的更新后的地震速度和第二类层位的一维地震速度进行拼接，从而得到目标区域中已钻区域的完整的一维地震速度。

需要指出的是，本实施例中，对第一类层位的更新后的地震速度和第二类层位的一维地震速度进行拼接时，如果存在重叠区域，那么该方法优选地以第二类层位(即已测层位)的一维地震速度模型为准。

本实施例中，在得到更新后的一维地震速度模型后，该方法还会在步骤S505中将目标区域的一维地震速度扩展至三维空间，从而得到目标区域的三维插值地震速度场。

具体地，本实施例中，该方法首先会将得到的已钻区域的一维地震速度扩展至三维空间，得到三维速度插值结果，随后再获取目标区域的地质构造特征，并根据该地质构造特征对三维速度插值结果进行构造约束，从而得到已钻区域的三维插值地震速度场。这样也就可以得到如图7所示的三维插值地震速度场。

本实施例中，该方法优选地根据地质构造特征，采用偏微分方程中的椭圆方程对已钻区域的三维速度插值结果进行构造约束。

当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，该方法还可以采用其他合理方式来对已钻区域的三维速度插值结果进行构造约束，或是采用其他合理方式来将已钻区域的一维地震速度扩展至三维空间，本发明不限于此。

如图5所示，本实施例中，在得到已钻区域的三维插值地震速度场后，该方法会在步骤S506中将得到的已钻区域的三维插值地震速度场和已知的该已钻区域的原始基础地震速度场进行融合，从而得到该目标区域的更为准确的地震速度模型。

具体地，本实施例中，该方法优选地首先会分别将目标区域的三维插值地震速度场和已知的该目标区域的原始基础地震速度场转换到波数域，随后再在波数域进行融合，然后再转换回空间域，从而得到目标区域的已钻区域地震速度模型。这样也就可以得到如图8所示的融合后的目标区域的已钻区域地震速度模型的示意图。

例如，本实施例中，该方法可以采用Gabor变换的方式将三维插值地震速度场和原始基础地震速度场分别转换到波数域。

当然，在本发明的其他实施例中，该方法还可以根据实际需要采用其他合理方式来将目标区域的三维插值地震速度场与原始基础地震速度场进行融合，本发明不限于此。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的更新地层地震速度的方法可以根据实钻过程中容易获得的录井数据以及地震时间层位解释结果得到较为准确的地震速度，进而实现对已钻区域井周三维地震速度的更新。

相较于现有方法，本方法能够实现对已钻区域井周的一维地震速度模型以及三维地震速度模型的快速更新修正，这对井旁地震数据实时处理起到了关键的约束作用，有助于实现对钻头前地震模型的实时快速修正。

再次如图1所示，本实施例中，在得到已钻区域的初始地震速度模型后，该方法会在步骤S104中利用已钻区域的初始地震速度模型构建目标区域的初始地震速度模型，并利用目标区域的初始地震速度模型进行叠前深度偏移，得到目标区域的共成像点道集。

当地下地层是水平的或接近水平时，水平叠加剖面上反映的地层位置和形态符合或基本符合地层在地下的实际情况。但当地层是倾斜的或产状起伏变化很大时，水平叠加剖面上反映的地层位置和形态与实际情况会有偏离，甚至还会有很大的偏离。为了纠正这种偏离，就需要进行偏移处理。

因此，本实施例中，该方法会在步骤S104中对目标区域的速度模型进行叠前深度偏移。需要指出的是，本实施例中，目标区域中的已钻区域的速度模型为利用地震时间层位解释结果数据和实钻录井数据更新后的速度模型。

具体地，本实施例中，该方法优选地可以利用诸如高斯束、克希霍夫等基于射线理论的偏移算法来利用目标区域的速度模型进行叠前深度偏移，从而得到成像剖面和共成像点道集。其中，图9示出了本实施例中初始叠前深度偏移成像深度示意图，图10示出了共成像点道集示意图。

当然，在本发明的其他实施例中，该方法还可以根据实际需要采用其他合理方式来对目标区域的速度模型进行叠前深度偏移，本发明不限于此。

再次如图1所示，本实施例中，在叠前深度偏移后，该方法会在步骤S105中基于上述共成像点道集，在未钻区域的井轨迹对应的道上选取不同深度的反射点。具体地，本实施例中，该方法在步骤S105中优选地在井轨迹对应的道上拾取不同深度的反射点的深度坐标，而该拾取操作并不需要特别精确。

当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，该方法在步骤S105中还可以采用其他合理方式来选取反射点，本发明不限于此。

例如，在本发明的一个实施例中，该方法在步骤S105中还可以根据一层位所对应反射点的深度，以及该层位的下一层位的地震时间层位解释结果数据和初始地震速度数据，确定下一层位所对应的反射点。

具体地，该方法可以根据如下表达式确定下一层位所对应的反射点：

其中，

表示第j个层位的地震时间层位解释结果数据，z_i和z_i-1分别表示目标区域中第i个层位所对应的反射点和第i-1个层位所对应的反射点的深度，v_i表示第i个层位的初始地震速度，θ_i表示第i个层位的地层倾角。

这样也就可以得到不同深度的反射点。

在未钻区域的井轨迹对应的道上选取不同深度的反射点后，如图1所示，本实施例中，该方法优选地会在步骤S106中对于各个反射点，分别获取不同反射角度所对应的成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度，并在步骤S107中根据不同反射角度所对应的成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度对各个反射点所对应的未钻区域的地层的初始地震速度进行更新，得到未钻区域更新后的地震速度。

具体地，本实施例中，针对于任一反射点，该方法在步骤S106中优选地通过在共成像点道集中拾取剩余时差RMO，并根据剩余时差RMO来获取不同反射角度所对应的成像深度。

例如，如图11所示，第i个反射点的两个不同的反射角度分别为θ_1,i和θ_2,i，这两个反射角度所对应的成像深度分别为

和

对于每个反射角度所对应的模拟出的反射射线，本实施例中，该方法优选地会从发射点以指定反射角来向地表方向追踪反射射线，并且，对于反射射线的追踪优选地追踪至已钻区域与未钻区域的分界面即可，而不需要完全追踪至地表。即，该方法所获取到的反射射线在各个层位内的总长度优选地为反射点到未钻区域与已钻区域分界面之间的射线长度。

当然，在本发明的其他实施例中，该方法还可以采用其他合理方式来确定不同反射角度所对应的成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度。

具体地，本实施例中，该方法优选地会根据所得到的成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度确定地震速度更新模型中的更新系数，随后再根据所述更新系数，利用地震更新模型对各个反射点所对应的未钻区域的地层的初始地震速度进行更新，从而得到未钻区域更新后的地震速度。

如图12所示，本实施例中，该方法优选地会在步骤S1201中根据所得到的成像深度以及对应的反射射线在各个层位内的射线长度确定各个反射点所对应的地震速度变形，随后再在步骤S1202中根据地震速度变形确定地震速度更新模型中的更新系数。

具体地，例如对于第i个反射点，本实施例中，该方法在步骤S1201中优选地根据如下表达式确定该反射点所对应的地震速度变形：

其中，

表示第i个反射点所对应的地层的初始地震速度，θ_1,i和θ_2,i分别表示第i个反射点的两个不同的反射角度，l_1,i和l_2,i分别表示反射角度θ_1,i和θ_2,i所对应的反射射线在第个反射点所对应的地层内射长度，

和

分别表示，Δm_i表示第i个反射点所对应的地震速度变形，

表示第i个反射点所对应的地层倾角。

根据表达式(3)，该方法可以确定给出第i个反射点所对应的地震速度变形Δm_i。而该方法在步骤S1202中优选地基于第i个反射点所对应的地震速度变形Δm_i，利用如下表达式来确定地震速度更新模型中的更新系数：

其中，

表示第i个反射点所对应的地层的更新后的地震速度，c_0,i和c_1,i表示更新系数。

本实施例中，更新系数c₀的取值为1。当然，在本发明的其他实施例中，更新系数c₀的取值的取值还可以为其他合理值。

利用表达式(4)，该方法也就可以确定出第i个反射点所对应的更新系数c_0,i和c_1,i。基于相同原理，该方法同样可以确定出第i个反射点所对应的更新系数。

在得到更新系数后，该方法则可以根据上述更新系数，利用地震更新模型对各个发射点所对应的地层的初始地震速度进行更新。

具体地，本实施例中，地震更新模型可以表示为：

其中，

表示第i个反射点所对应的地层的初始地震速度。

基于上述原理，该方法也就可以实现对每个发射点所对应的地层的地震速度的更新，进而使得最终所得到的共成像点道集中的每个反射面得以拉平。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的更新待钻地层地震速度的方法能够大幅减少传统地震层析成像的参数数量，从而提高了速度建模效率(在实际使用中使得计算机软件可以快速地在24小时内完成对待钻地层的地震速度的更新以及重新建模)，为实时修正待钻地层地质力学模型打下基础。

基于上述更新地层地震速度的方法，本发明还提供了一种地球物理指导钻井方法，该方法能够准确地预测钻头前未钻开地层的某些地质特征参数，继而可以有的放矢地优化钻井设计与施工，从而实现安全、优质、高效地钻井。

图13示出了本实施例所提供的地球物理指导钻井方法的实现流程示意图。

如图13所示，本实施例所提供的地球物理指导钻井方法首先会在步骤S1301中获取目标区域的原始基准地震速度模型，根据钻井过程中所获取到的实钻井筒数据为约束对所述原始基准地震速度模型进行修正更新，得到更新后的地震速度模型。

本实施例中，该方法在步骤S1301中所获取到的目标区域的原始地震数据优选地为中心点落入根据井底位移大小而确定的井周一定范围内(例如，一般为井底位移加3000m-5000m)的叠前地震数据及相应区域的初始地震速度模型。当然，在本发明的其他实施例中，上述目标区域的原始地震数据还可以为其他合理区域的地震数据。

其中，步骤S1301的具体实现方式在前面关于更新地层地震速度的方法中已经详细介绍，故在此不再对步骤S1301的具体内容进行赘述。

在得到更新后的地震速度模型后，如图13所示，本实施例中，该方法优选地会在步骤S1302中根据更新后的地震速度模型确定地震剖面，并在步骤S1303中根据步骤S1302中所得到的地震剖面获取到待钻区域的地震剖面，根据待钻区域的地震剖面对钻头前方预设地质特征参数进行修正。

具体地，本实施例中，该方法在步骤S1302中优选地应用更新后的井周地震速度模型来进行深度偏移成像，从而得到最新的待钻区域地震成像资料，继而得到最新的地震剖面。同时，在步骤S1303中，该方法可以根据最新的待钻区域地震成像资料，结合钻前钻井敏感地质特征解释结论，对关键层位、断层、储层位置等地质特征参数进行修正，同时应用主成分分析及曲率体分析技术对即将钻遇的地层倾角及裂缝带进行重新刻画。

图14示出了对钻头前关键层位(例如层位1和层位2)进行修正的示意图。如图14所示，设计深度与实钻井深相差较大，更新后的地层1与地层2在纵向上的位置都发生了较大变换(分别调整了80米和136米)，更新后深度与实测深度之间的误差明显缩小，准确度分别提高了94.1％和80％。

再次如图13所示，本实施例中，在得到更新后的地震速度模型后，为了得到分辨率更高的地震速度模型，该方法优选地会在步骤S1304中根据更新后的地震速度模型与预先建立的力学模型，对钻头前方预设钻井地质环境因素进行修正。

本实施例中，上述钻头前方预设钻井地质环境因素可以包括钻头前方地层孔隙压力和/或钻头前方地层破裂压力，该方法在步骤S1304中可以对钻头前方地层孔隙压力模型和/或钻头前方地层破裂压力模型进行修正。

具体地，该方法优选地会依据已钻井段的井径数据，来剔除不合规深度段的测井数据。该方法还会收集已钻地层的测井纵横波速度数据，并对这些数据进行归一化处理。

例如，该方法可以通过如下表达式来对测井纵横波速度数据进行归一化处理：

X_nor＝(X_i-X_min)/(X_max-X_min) (6)

其中，X_nor表示归一化后的速度值，X_i表示归一化前横波或纵波的速度值，X_max和X_min分别表示纵波速度或横波速度的最大值和最小值。

本实施例中，该方法优选地可以采用GDBT算法来模拟纵波速度与横波速度在本口井的关系。当然，在本发明的其他实施例中，模拟纵波速度与横波速度在本口井的关系还可以通过其他合理算法来得到，本发明并不对此进行具体限定。

随后，该方法优选的会根据GR测井数据，通过选取已钻井段的泥页岩地层，并剔除井径不规则部分后，利用纵波速度测井数据来拟合其与深度的线性线性关系获得本口井的正常压实趋势线。

本实施例中，在确定压实趋势线过程中所使用到的压实的弹性模量和泊松比数值优选地由地层密度和声波深度来决定。

例如，该方法可以根据如下表达式来确定弹性模量和泊松比：

其中，E表示弹性模量，μ表示泊松比，v_p和v_s分别表示纵波速度和横波速度，ρ表示地层密度。

需要指出的是，在步骤S1304中，根据实际需要，该方法优选地还可以利用叠后地震反演技术来根据步骤S1303中所确定出的地震剖面来得到分辨率更高的叠前地震速度模型，从而根据分辨率更高的叠前地震速度模型与预先建立的力学模型，对钻头前方预设钻井地质环境因素进行修正。

本实施例中，该方法所建立的力学模型优选地包括上覆地层压力模型。该方法在建立上覆地层压力模型时，优选地首先确定上覆压力梯度，随后根据上覆压力梯度和井深来建立全井段的上覆地层压力模型。

本实施例中，该方法优选地利用本口井(即待分析井)的邻井密度测井资料来计算本口井的上覆地层压力梯度的散点数据。上覆地层压力梯度则可以根据如下表达式来计算得到：

其中，G₀表示上覆地层压力梯度，a₁、a₂、a₃和a₄均表示计算参数，h表示井深。

当然，在本发明的其他实施例中，该方法还可以采用其他合理方式来确定上覆地层压力模型，本发明并不对此进行具体限定。

地层岩石孔隙中的流体所产生的压力称为孔隙压力，地层孔隙压力与声速关系非常密切。本实施例中，该方法优选地根据如下表达式来确定地层孔隙压力：

其中，P_p表示地层孔隙压力，σ₀表示上覆压力，P₀表示静水压力，v₀表示正常压实速度(可以通过描绘正常压实趋势线得到)，E₀表示计算参数。图15示出了本实施例中修正后的钻头前方地层孔隙压力模型示意图。

通过分析发现，地应力的计算过程需要考虑的影响因素包括：弹性模量、泊松比、孔隙压力以及构造应力系数。本实施例中，该方法优选地根据如下表达式来计算地应力：

其中，σ_H和σ_h分别表示水平最大地应力和水平最小地应力，ξ_H和ξ_h分别表示最大水平构造地应力系数和最小水平构造地应力系数(可以由实验室岩石力学实验或钻井现场测试结果拟合得到)，σ_v表示上覆地层压力。

当然，在本发明的其他实施例中，该方法根据实际需要还可以采用其他合理方式来计算地应力，本发明并不对此进行具体限定。

岩石抗张强度又叫抗拉强度，是指岩石在拉力作用下达到破坏的极限强度，在数值上等于破坏时的最大拉应力。本实施例中，该方法优选地通过岩石力学性能测试结果统计分析来得到岩石抗拉强度与岩石弹性模量、泥质含量的关系式。例如，该定量关系式可以表示为：

S_t＝[K₀E_d(1-V_sh)+K₁V_shE_d]/K_t (13)

其中，S_t表示抗拉强度，K₀、K₁和K_t均表示计算参数，E_d表示动态弹性模量，V_sh表示泥质含量。

本实施例中，该方法优选地根据声波速度来计算泥质含量V_sh。例如，该方法可以根据如下表达式来计算泥质含量V_sh：

V_sh＝b₁+b₂v_p+b₃v_s (14)

其中，b₁、b₂和b₃均为计算参数。

在地层某深度处，当井内的钻井液柱所产生的压力升高到足以压裂地层，那么将会使其原有的裂隙张开延伸或形成新的裂隙，此时的井内流体压力称为地层的破裂压力。地层的破裂压力的大小和地应力的大小密切相关。从力学上说，地层破裂是由于井内钻井液密度过大使岩石所受的周向应力达到岩石的抗拉强度而造成的。

本实施例中，该方法优选地根据如下表达式来计算地层破裂压力：

P_f＝3σ_h-σ_H-αP_p+S_t (15)

其中，P_f表示地层破裂压力，α表示有效应力系数。

图16示出了本实施例中修正后的钻头前方地层破裂压力模型示意图。

当然，在本发明的其他实施例中，该方法根据实际需要还可以采用其他合理方式来对钻头前方地层孔隙压力模型和/或钻头前方地层破裂压力模型进行修正，本发明并不对此进行限定。

同时，需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，上述钻头前方预设钻井地质环境因素还可以包含其他合理参数，本发明同样不对此进行具体限定。

最后，在完成对钻头前方预设地质特征参数和钻头前方预设钻井地质环境因素的修正后，该方法优选地会在步骤S1305中根据修正后的钻头前方预设地质特征参数和修正后的钻头前方预设钻井地质环境因素进行钻井风险故障预测和/或钻井工艺调整优化。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的地球物理指导钻井方法能够利用钻井过程中所得到的实钻井筒数据来随钻修正更新地层深度模型，并且能够实时处理井眼周围一定范围内的叠前地震资料，从而实现钻头前方指定井段的地层特征与钻井地质环境因素的预测与描述，继而指导优化钻井施工工艺。通过实验验证，本方法的整体更新时效小于20小时，其能够满足钻井时效性的要求。

本方法能够准确地预测与描述待钻井或待钻地层的地质特征与钻井地质环境因素，其对于科学钻井设计与高效钻井施工有着十分重要的意义。同时，本方法还能够使得研究人员有的放矢地优化钻井设计与施工，从而实现安全、优质、高效地钻井。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。