西湖1井鉆前地震壓力預(yù)測(cè)

徐群洲，王 惠，魏金蘭，楊文華

（中國(guó)石油新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

西湖1井鉆前地震壓力預(yù)測(cè)

徐群洲，王 惠，魏金蘭，楊文華

（中國(guó)石油新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

西湖1井是準(zhǔn)噶爾盆地南緣深部地層進(jìn)一步油氣勘探研究提供基礎(chǔ)資料而部署的一口風(fēng)險(xiǎn)預(yù)探井。該井鉆探構(gòu)造高陡，鉆遇斷裂多，地層變化大，鉆前地層壓力預(yù)測(cè)更為重要。在地震地質(zhì)解釋研究的基礎(chǔ)上，綜合分析了工區(qū)內(nèi)已鉆的異常壓力分布情況和形成機(jī)理，確定了本區(qū)地層壓力的經(jīng)驗(yàn)公式。通過(guò)對(duì)地震速度研究，建立三維速度場(chǎng)，進(jìn)行層速度反演，提取井點(diǎn)地震速度。正確地估算了西湖1井的地層壓力，為井身結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，確保了鉆井的順利，地層壓力預(yù)測(cè)結(jié)果與完鉆后地層壓力測(cè)試一致。

地震速度；地層壓力；壓力預(yù)測(cè)；速度場(chǎng)

0 前言

西湖1井構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前沖斷帶四棵樹凹陷西湖背斜，是為了落實(shí)西湖背斜的含油氣性，是以發(fā)現(xiàn)新的含油氣領(lǐng)域而部署的一口超深風(fēng)險(xiǎn)探井，設(shè)計(jì)井深6 268.00m。鉆探目的為該區(qū)的下組合白堊系、侏羅系的進(jìn)一步油氣勘探研究提供基礎(chǔ)資料。將鉆遇西域組的高速礫巖層、區(qū)域高地層壓力的安集海河組塑性泥巖層、大型逆掩斷裂和新層系，鉆前地層壓力預(yù)測(cè)復(fù)雜，使得井身結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)困難。

以往同一構(gòu)造上的西參2井、西5井等在鉆穿安集海河組塑性泥巖層的過(guò)程中，多次出現(xiàn)卡鉆、井壁坍塌、泥漿漏失等工程事故。處理各種事故前、后耗費(fèi)了大量的時(shí)間，嚴(yán)重制約了鉆井速度，鉆井泥漿比重過(guò)大，耗費(fèi)了大量的人力、物力及財(cái)力，所以鉆前異常地層壓力預(yù)測(cè)更為重要。

1 研究區(qū)地層壓力特征

準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前構(gòu)造帶異常壓力主要成因是地應(yīng)力引起，其次是地層中粘土增溫?zé)崤蛎浰?。異常壓力的出現(xiàn)往往與區(qū)域上大段厚泥巖層段有關(guān)，特別是在安集海河組上部，但分布不穩(wěn)定。在安集海河組及紫泥泉子組泥巖層內(nèi)，過(guò)剩壓力的壓力系數(shù)大約為0.2～0.4。在緊靠天山的山前構(gòu)造上測(cè)得的壓力普遍較高，由于上新世以來(lái)強(qiáng)烈的抬升剝蝕，地層直接出露地表，正常壓實(shí)段很難劃分，泥質(zhì)巖內(nèi)的壓力無(wú)法估算。

根據(jù)鄰井西5井實(shí)鉆壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果看，該區(qū)沙灣組及其以上地層，基本為正常壓力系統(tǒng)，壓力系數(shù)在1.03左右。安集海河組、紫泥泉子組和吐谷魯群屬于異常高壓地層，壓力系數(shù)在1.59～1.90之間。侏羅系地層在南緣沒(méi)有鉆遇過(guò)，臨區(qū)侏羅系地層壓力系數(shù)在1.03～1.40之間。

2 鉆前地層壓力預(yù)測(cè)

2.1 計(jì)算地層壓力的算法

地球物理資料預(yù)測(cè)地層壓力方法主要有兩大類：①井參數(shù)預(yù)測(cè)壓力；②地震資料預(yù)測(cè)壓力。目前提高地震資料預(yù)測(cè)壓力精度的根本，是提高速度分析的精度和獲得有針對(duì)目標(biāo)區(qū)塊的經(jīng)驗(yàn)公式。依據(jù)大量的現(xiàn)場(chǎng)鉆井和測(cè)井資料，進(jìn)行有針對(duì)特定實(shí)例或一定范圍內(nèi)的樣品統(tǒng)計(jì)分析，或針對(duì)一定的地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式，就可以得到特殊地質(zhì)情況的經(jīng)驗(yàn)公式，用于地層壓力預(yù)測(cè)。那么如何得到精確的地層速度資料，就是地震地層壓力預(yù)測(cè)的技術(shù)核心問(wèn)題。

2.2 新井壓力預(yù)測(cè)的地震速度分析

2.2.1 用地震速度簡(jiǎn)單地預(yù)測(cè)異常地層壓力的步驟

（1）建立單井的壓力系統(tǒng)概念模型。利用單井壓實(shí)資料建立單井的壓力系統(tǒng)概念模型，詳細(xì)分析壓力對(duì)井旁道速度的影響，提取壓力在速度譜上的響應(yīng)特征。

（2）以井旁速度分析指導(dǎo)和在地質(zhì)模型的控制下拾取所需的疊加速度。

（3）對(duì)疊加速度進(jìn)行分析和平滑。

（4）利用DIX公式求取層速度。

（5）平滑層速度。

獲得層速度后，利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算地層壓力。從CMP道集的疊加速度分析中得到的地震速度，常誤用于孔隙壓力分析。疊加速度為處理速度，目的是生成一個(gè)疊加地震剖面以突出構(gòu)造細(xì)節(jié)。但是，從常規(guī)疊加速度分析中推導(dǎo)出的層速度，未經(jīng)再處理，如果沒(méi)有正確理解地震資料采集、處理和解釋，以及資料約束條件，一味地使用常規(guī)疊加或處理速度，在地壓分析時(shí)就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。速度橫向變化大以及在地層傾斜時(shí)運(yùn)用Dix公式，不能將疊加速度轉(zhuǎn)換為真正的層速度，而且當(dāng)疊加速度隨深度降低時(shí)，用Dix公式轉(zhuǎn)換而來(lái)的層速度預(yù)測(cè)壓力極不穩(wěn)定。

2.2.2 層速度預(yù)測(cè)地層孔隙壓力的難點(diǎn)

（1）影響層速度的因素較多。層速度與地層孔隙壓力有關(guān)，但與其它地層參數(shù)也有關(guān)，如巖性、孔隙度等。這樣，在對(duì)其它影響因素未作描述或適當(dāng)假設(shè)的情況下，直接由層速度求取地層孔隙壓力，容易產(chǎn)生較大誤差。

（2）層速度有誤差且分辨率比較低。層速度的誤差包括隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，而且層速度是兩主要反射層之間的平均速度，分辨率較低。這將影響壓力預(yù)測(cè)結(jié)果及深度的準(zhǔn)確性。

運(yùn)用西湖背斜的實(shí)際速度譜資料來(lái)分析，該區(qū)速度譜點(diǎn)少，密度稀，各譜所點(diǎn)的時(shí)間速度對(duì)較少，最少的只有四個(gè)數(shù)據(jù)，斷裂附近速度譜值倒轉(zhuǎn)，逆掩斷裂垂直斷距為200m，因此，不能直接使用過(guò)井測(cè)線的原始疊加速度譜進(jìn)行地層壓力計(jì)算。作者在本次研究中，采用以下思路進(jìn)行速度提取工作：通過(guò)速度譜解釋、處理獲得疊加速度，地質(zhì)解釋的地震反射層、建立地質(zhì)模型，用模型模擬迭代法進(jìn)行三維地震層速度建場(chǎng)，最后在三維速度場(chǎng)中，提取井點(diǎn)處的層速度（見(jiàn)圖1）。

圖1 西湖1井地震地質(zhì)解釋剖面和西湖1井點(diǎn)原始疊加速度譜圖Fig.1 Seismic geological interpretation section of the Xihu－1 well and the stack velocity spectrum from Xihu－1well

2.3 三維層速度場(chǎng)研究

（1）時(shí)間解釋層地質(zhì)構(gòu)造建模。對(duì)每個(gè)時(shí)間解釋層位進(jìn)行帶斷層的網(wǎng)格化，通過(guò)各層時(shí)間曲面與斷層的交點(diǎn)計(jì)算斷面空間模型，最后，用時(shí)間解釋模型與斷面模型的疊置接觸關(guān)系建立目標(biāo)三維空間地質(zhì)模型。

（2）模型模擬層析法計(jì)算層速度。用模型模擬層析法計(jì)算層速度是在建立T0及速度場(chǎng)的空間地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，模擬地震波的自激自收，根據(jù)射線傳播理論計(jì)算模型中層速度的走時(shí)曲線。根據(jù)速度譜點(diǎn)的共中心點(diǎn)道集，從地質(zhì)模型的第一層開始，先估計(jì)第一層的層速度，模擬道集內(nèi)每一道在地質(zhì)模型中的射線傳播、反射、透射過(guò)程，計(jì)算接收時(shí)間，得出時(shí)距曲線，再模擬處理過(guò)程中相應(yīng)的動(dòng)校正方法求出要拉直這一時(shí)距曲線需要的速度，最后與實(shí)際速度譜上的疊加速度比較。如不相等，則調(diào)整相應(yīng)層速度重復(fù)以上過(guò)程，直至兩者相等。然后再模擬第二層、第三層，直到最后一層。

（3）三維層速度建場(chǎng)。通過(guò)模型模擬層析法計(jì)算層速度，不僅能計(jì)算出層速度和反射界面，也同時(shí)計(jì)算出了反射點(diǎn)偏離入射點(diǎn)的空間距離量。在獲得了每一層的層速度和反射界面后，通過(guò)迭代求取符合地質(zhì)模型的層速度和確定反射界面，最后建立研究區(qū)的各反射層位控制的層速度場(chǎng)。

（4）井點(diǎn)的層速度提取。在精細(xì)地震資料解釋建模的基礎(chǔ)上，建立高精度的三維空間速度場(chǎng)，不僅提高了構(gòu)造成圖的精度，而且也為新探井的壓力預(yù)測(cè)，提供了精確位置的層速度（見(jiàn)圖2）。

（5）預(yù)測(cè)結(jié)果分析。運(yùn)用精細(xì)解釋的地震速度和地震資料中得到的層位信息，利用盆地南緣的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)公式，鉆前計(jì)算的西湖1井地層壓力（見(jiàn)下頁(yè)圖3），可作出3 200m以上為正常壓力，壓力系數(shù)為1.01～1.05；3 200m～3 950m為高壓層，壓力系數(shù)為1.05～1.20；在3 950m 出現(xiàn)拐點(diǎn)，3 950m～5 400m為異常高壓層，壓力系數(shù)為1.20～1.90；5 400m～5 700m 為地層壓力降低段，壓力系數(shù)為1.90～1.63；5 700m～6 260m為異常高壓層，壓力系數(shù)為1.63～1.85。

西湖地區(qū)的其它井都是采用表、技、油三層套管，西湖1井在5 400m以下存在地層壓力降低，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就得增加一層技術(shù)套管，這將大大增加鉆井成本。

3 鉆井錄井結(jié)果分析

該井2011年8月完鉆，隨鉆檢測(cè)DG指數(shù)法其地層壓力監(jiān)測(cè)成果如圖3所示：①1 360m以上為正常壓實(shí)地層，壓力系數(shù)在1.03～1.10之間；②1 360m～3 960m地層壓力較高，壓力系數(shù)在1.10～1.30之間；③3 960m～4 424m為超高地層壓力，壓力系數(shù)在1.40～1.88之間；④4 424m～5 400m為高地層壓力，壓力系數(shù)在1.88～1.70之間；⑤5 400m～6 268m為高地層壓力，壓力系數(shù)在1.70～1.82之間。

圖2 西湖1井點(diǎn)的層速度圖和地層壓力預(yù)測(cè)結(jié)果圖Fig.2 Xihu－1well formation pore pressure prediction and reality of the Xihu－1well drilling results

圖3 西湖1井地層孔隙壓力預(yù)測(cè)與實(shí)鉆結(jié)果對(duì)比圖Fig.3 Comparison of Xihu－1well formation pore pressure prediction and reality of the Xihu－1well drilling results

顯然，利用地震速度預(yù)測(cè)的地層壓力結(jié)果，與實(shí)測(cè)的孔隙壓力結(jié)果對(duì)應(yīng)的相當(dāng)好，壓力隨深度的變化趨勢(shì)一致。特別是準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了白堊系地層的地層壓力降低，使得井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，保證了鉆井的順利進(jìn)行。常規(guī)套管完井，表套下深為508.00m，第一層技套下深3 956.10m，第二層技套下深5 397.08m，油層技套下深6 265.94m。

4 結(jié)論與建議

在準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前的三排構(gòu)造中，逆掩斷裂的發(fā)育，存在程度不同的地層重復(fù)，造成地層速度的變化，特別是背斜軸部的速度譜常出現(xiàn)速度倒轉(zhuǎn)，由此引起的地震速度異常，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)解釋構(gòu)造模型進(jìn)行判斷，在利用地震速度進(jìn)行地層壓力計(jì)算時(shí)要分上下盤分別計(jì)算。

通過(guò)攻關(guān)研究，形成了解決鉆前地層壓力預(yù)測(cè)的地震速度分析難題，在準(zhǔn)噶爾盆地的推廣應(yīng)用，為勘探鉆井提供了準(zhǔn)確的地層壓力預(yù)測(cè)，有效地降低了鉆井事故率。使得鉆井地層壓力預(yù)測(cè)誤差由20%下降到10%，三維層速度分析技術(shù)的推廣應(yīng)用取得了良好的效果。

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A

10.3969／j.issn.1001－1749.2012.05.04

1001—1749（2012）05—0523—04

2011－11－10 改回日期：2012－06－03

徐群洲（1967－），男，陜西戶縣人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì)。