基于高低頻速度閉合技術(shù)的地層壓力預(yù)測

吳 波,王 薦,潘樹林,趙 爽

(1.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院,四川成都610041;2.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,四川成都610500)

基于高低頻速度閉合技術(shù)的地層壓力預(yù)測

吳 波1,王 薦1,潘樹林2,趙 爽1

(1.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院,四川成都610041;2.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,四川成都610500)

常規(guī)地震處理后的地震層速度是主頻較低的速度,只能反映速度宏觀變化趨勢,在縱向上不能體現(xiàn)速度的細(xì)節(jié)變化,導(dǎo)致預(yù)測的地層孔隙壓力縱向分辨率較低,不利于反映地層孔隙壓力的縱向分布情況。為此,提出了高低頻速度閉合技術(shù),以提高地震層速度體和壓力預(yù)測數(shù)據(jù)的縱向分辨率。利用疊后阻抗得到具有豐富細(xì)節(jié)的主頻較高的速度體,然后用地震層速度體對疊后阻抗反演速度體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到高低頻閉合速度體,最終利用Fillippone壓力預(yù)測模型計算地層孔隙壓力。實際資料應(yīng)用結(jié)果表明,該方法能夠?qū)⒆杩狗囱菟俣扰c地震層速度進(jìn)行無縫對接,處理后的層速度體既保持了地震層速度的低頻變化趨勢,又具備阻抗反演速度的高頻變化特征,提高了壓力預(yù)測數(shù)據(jù)的縱向分辨率,預(yù)測精度與疊后阻抗精度保持一致,能有效指導(dǎo)鉆井施工。

地層孔隙壓力;壓力預(yù)測;阻抗反演;縱向分辨率;閉合速度

油氣田開發(fā)過程中,地震地層壓力預(yù)測方法可以用于描述縱、橫向地層壓力的分布特征,有助于系統(tǒng)研究油氣層壓力分布規(guī)律。常用的地層壓力預(yù)測方法主要分為3類,即鉆前預(yù)測法、隨鉆監(jiān)測法和鉆后檢測法。鉆前預(yù)測法利用地震資料來預(yù)測異常地層壓力位置,此類方法不依賴于正常壓實趨勢線,其計算精度受控于研究工區(qū)的實際情況與經(jīng)驗假設(shè)條件的符合程度,主要適用于地層壓力變化與地層速度相關(guān)性較好的地層;隨鉆監(jiān)測法利用機械鉆速與鉆壓、鉆頭轉(zhuǎn)速、水力因素的關(guān)系預(yù)測異常壓力,此類方法由于受現(xiàn)場泥漿密度變化、鉆頭磨損等影響,因而其監(jiān)測效果往往不準(zhǔn)確;鉆后檢測法是鉆后通過測井評價檢測地層壓力的方法,是一種“事后”技術(shù),常用方法包括聲波時差求取地層壓力法、Eaton法[1]等,其中Eaton方法中數(shù)冪n隨不同地區(qū)變化而變化,較難確定,需要較多的井?dāng)?shù)據(jù)作為先驗信息。因此,在新鉆井或無鉆井地區(qū),必須采用鉆前預(yù)測法得到初探區(qū)空間壓力分布信息。

在鉆前預(yù)測方法中,建立正確的壓力預(yù)測模型和提高地震層速度精度是提高壓力預(yù)測精度的關(guān)鍵點。

在建立壓力預(yù)測模型方面,國內(nèi)外廣泛采用的是FILLIPPONE[2]通過對墨西哥灣等地區(qū)的鉆井、測井、地震等多方面資料的綜合研究,提出的不依賴于正常壓實速度趨勢線,而利用地震層速度預(yù)測壓力的Fillippone公式,該方法建立了地層壓力隨層速度變化的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。隨后,MARTINEZ[3]和劉震等[4]在Fillippone公式基礎(chǔ)上考慮了密度影響,提出應(yīng)根據(jù)工區(qū)情況校正地層壓力和速度之間的關(guān)系。雖然眾多學(xué)者完善了壓力預(yù)測模型,但若要提高壓力預(yù)測數(shù)據(jù)縱向分辨率和橫向分辨率,必須從提高地震層速度計算精度方面進(jìn)行研究。

基于以上分析,本文提出以疊前時間偏移速度計算的地震層速度體低頻速度(主頻較低的速度)為背景,并利用該速度背景對目標(biāo)層的波阻抗反演層速度(主頻較高的速度)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,將標(biāo)準(zhǔn)化后的高低頻閉合速度體作為壓力預(yù)測計算的層速度體,最后結(jié)合Fillippone壓力預(yù)測模型計算地層壓力的新方法。

1 方法原理

利用高低頻速度閉合技術(shù),對目標(biāo)層波阻抗反演層速度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,再融入到地震層速度背景中,生成高低頻閉合速度體,最后采用Fillippone壓力預(yù)測模型計算地層壓力。

1.1 高低頻速度閉合算法

地震層速度和疊后阻抗反演層速度分別代表了低頻(主頻較低)和高頻(主頻較高)的速度信息,它們用于壓力預(yù)測時各有優(yōu)勢。其中,地震層速度能夠較準(zhǔn)確反映深度信息和密度信息,而深度和密度是計算地層孔隙壓力的必要條件,但由于地震層速度相對關(guān)系變化不大,所計算的壓力數(shù)據(jù)體縱向分辨率低,無法準(zhǔn)確反映較小地層之間的壓力變化。而疊后阻抗反演層速度是從波阻抗反演而來,繼承了阻抗的高頻性質(zhì),能夠較準(zhǔn)確地反映目標(biāo)層層速度之間的相對變化,縱向分辨率高;但阻抗反演層速度是一個相對速度,其絕對值范圍不準(zhǔn)確,不能直接計算地層壓力。因此,若要采用這兩種層速度計算地層孔隙壓力,必須利用地震層速度的值域范圍對疊后阻抗反演層速度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,標(biāo)準(zhǔn)化后的速度,保持了波阻抗的低頻和高頻特征,并被層速度的值域約束,這種速度才能應(yīng)用到壓力預(yù)測模型中。

首先,通過疊后反演獲得波阻抗后,根據(jù)目標(biāo)層段的巖性情況,結(jié)合不同巖性中速度和密度的經(jīng)驗公式,獲得層速度,在巖性較復(fù)雜時,一般采用Gardner公式[19]和阻抗計算公式,計算目標(biāo)層阻抗反演層速度:

(1)

(2)

式中:I為波阻抗,單位g·cm-3·m·s-1;ρ為密度,單位g/cm3;vimp為阻抗反演的縱波速度,單位km/s,聯(lián)合公式(1)和公式(2)可得:

(3)

計算得到目標(biāo)層的阻抗反演層速度后,利用目標(biāo)層的地震層速度對阻抗反演層速度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,有:

(4)

水利工程概（估）算編制規(guī)定（以下簡稱“編規(guī)”）可以區(qū)分工種或技術(shù)等級制定人工預(yù)算單價標(biāo)準(zhǔn)，但不應(yīng)按工程類別制定。不能說電排站混凝土的技術(shù)要求比樞紐工程進(jìn)水閘的低，也不能說堤防工程的施工機械操作人員技能比樞紐工程的低。實際支付時承包人也不會因為是樞紐工程多支付工資、堤防工程少支付工資。

1.2 壓力預(yù)測

計算得到高低頻閉合速度體后,結(jié)合Fillippone壓力預(yù)測公式[2]計算地層壓力,具體公式為:

(5)

式中:Pov為上覆地層壓力;vmax,vmin分別為地層孔隙率接近于零和剛性接近于零時的地層速度,前者近似于基質(zhì)速度,后者近似于孔隙流體速度,即:

(6)

式中:K=(vσ-vσ0)/(T-T0),其中,vσ,vσ0分別表示T和T0時刻的均方根速度,T與T0分別為某一層底面和頂面的雙程旅行時;v0=vσ-KT0。上覆

地層壓力(Pov)計算可采用如下經(jīng)驗公式:

(7)

2 實際資料應(yīng)用

在JY地區(qū),1870測線過JK1井,此井有聲波測井資料,在疊后波阻抗反演過程中,主要針對目的層段QZS組進(jìn)行反演,整個數(shù)據(jù)采樣間隔為4ms,時間長度為3s;目的層段為1350～2150ms,深度約為3300～5600m,為優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育區(qū)。此次地層壓力預(yù)測的目的是分析目標(biāo)層壓力異常分布規(guī)律,用縱向分辨率較高的壓力數(shù)據(jù)體指導(dǎo)鉆井跟蹤,并進(jìn)一步預(yù)測油氣藏成藏機制。在壓力預(yù)測過程中,首先采用高低頻速度閉合技術(shù),將目標(biāo)層阻抗反演層速度與地震層速度融合成新的高低頻閉合速度體;然后,用閉合速度體結(jié)合Fillippone壓力預(yù)測公式計算出1870過井測線的壓力系數(shù)剖面和壓力值剖面。

2.1 高低頻速度閉合技術(shù)應(yīng)用

圖1顯示了地震層速度和疊后阻抗反演層速度無縫閉合的應(yīng)用效果。圖1a是目標(biāo)層(QZS)的阻抗體,圖1b是目標(biāo)層(QZS)阻抗體反演后的層速度,可以觀察到,反演層速度繼承了阻抗體的高頻特點,能夠清晰反映出采樣點之間的速度信息相對變化,但值域變化很大,范圍為3500～7000m/s,結(jié)果不準(zhǔn)確。圖1c 是地震層速度剖面,地震目標(biāo)層速度范圍為5500～6200m/s,與阻抗反演速度差別較大。圖1d是未經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的目標(biāo)阻抗體反演層速度替代目標(biāo)層地震低頻層速度的效果圖,可以看出,目標(biāo)區(qū)域阻抗反演速度體與地震層速度值域完全不同,非常突兀,速度范圍為3300～7000m/s,因此,在計算目標(biāo)層的地層壓力時,無法正確利用地震層速度的深度和密度信息,即無法正確計算目標(biāo)層地層壓力。圖1e是用標(biāo)準(zhǔn)化處理后的反演層速度替代目標(biāo)層地震低頻層速度的效果圖,可以發(fā)現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)化處理后的反演層速度與地震層速度的值域相同,均為3300～6500m/s,無縫融入到了地震層速度背景中,同時又能夠體現(xiàn)出目標(biāo)層中速度之間的相對變化關(guān)系。對比圖1c和圖1e 可以看出,兩個剖面中目標(biāo)層速度體的趨勢變化非常接近,因此,經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后的速度體能夠用于壓力預(yù)測計算。

圖1 地震層速度和疊后阻抗反演層速度無縫閉合的應(yīng)用效果a 目標(biāo)層阻抗體; b 目標(biāo)層阻抗反演層速度; c 地震層速度剖面; d 用未經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的目標(biāo)阻抗體層速度替代目標(biāo)層地震低頻層速度的剖面; e 用標(biāo)準(zhǔn)化處理后的目標(biāo)阻抗體層速度替代目標(biāo)層地震低頻層速度的剖面

圖2顯示了JK1井點處理后目標(biāo)層反演速度與實測速度對比結(jié)果(背景為波阻抗)。從圖2中發(fā)現(xiàn),兩種速度均能反映低速對應(yīng)低阻抗,高速對應(yīng)高阻抗的特點,且變換后反演速度變化趨勢和實測速度相對變化特征吻合,說明閉合處理的反演速度符合實際資料情況;處理后目標(biāo)層的反演層速度值域與目標(biāo)層地震層速度值域一致,保持了地震層速度的低頻變化趨勢,能夠結(jié)合地震層速度體從淺至深計算深度、密度和上覆地層壓力,共同計算地層壓力。

圖2 JK1井點處理后目標(biāo)層反演速度與實測速度對比

2.2 地層壓力計算

采用Fillippone公式對地震層速度體和處理后的高低頻閉合速度體進(jìn)行地層壓力計算,并進(jìn)行效果對比。圖3顯示了過JK1井的QZS組目標(biāo)層分別用地震層速度和高低頻閉合速度預(yù)測的壓力系數(shù)時間剖面對比結(jié)果。從圖3a中可以發(fā)現(xiàn),基于地震層速度計算的壓力系數(shù)縱向分辨率很低,無法體現(xiàn)壓力趨勢的細(xì)節(jié)特征,壓力系數(shù)范圍在1.20～1.46;從圖3b中觀察到,基于高低頻閉合速度預(yù)測的壓力系數(shù)具有豐富的細(xì)節(jié)變化,時間剖面上出現(xiàn)明顯的高壓和常壓之間的強弱轉(zhuǎn)換,特別是出現(xiàn)了兩個常壓層之間的高壓層,有利于指導(dǎo)工程鉆井施工,壓力系數(shù)范圍為1.17～1.50;從圖3c可以發(fā)現(xiàn),QZS組底部頁巖從南至北存在壓力系統(tǒng)聯(lián)通性,油氣保存條件較好。

分別用地震層速度和高低頻閉合速度對過JK1井的QZS組目標(biāo)層進(jìn)行壓力預(yù)測,其時間剖面如圖4 所示。從圖4a中可以看出,基于地震層速度計算的壓力值縱向分辨率很低,壓力值范圍在45～73MPa;從圖4b中可以看出,高低頻閉合速度預(yù)測的地層壓力值具有豐富的細(xì)節(jié)變化,特別是隨著深度變化,時間剖面上出現(xiàn)明顯的常壓—弱超壓—常壓之間的壓力轉(zhuǎn)換,這說明該目標(biāo)區(qū)域弱超壓特征明顯,不符合常規(guī)變化規(guī)律(常規(guī)變化是壓力隨著深度增大而增大),壓力值范圍為43～75MPa。

表1為JK1井分別采用地震層速度和高低頻閉合速度體的預(yù)測壓力系數(shù)、壓力值與實測壓力系數(shù)及壓力值對比結(jié)果,從表1可以看出,地震層速度的預(yù)測結(jié)果誤差大于10%,而高低頻閉合速度體預(yù)測結(jié)果誤差在6%以內(nèi),與實測結(jié)果基本吻合,其預(yù)測精度高于地震層速度預(yù)測精度。

圖3 過JK1井分別用地震層速度和閉合后反演速度預(yù)測的壓力系數(shù)時間剖面對比a 基于地震層速度計算的壓力系數(shù); b 基于高低頻閉合速度計算的壓力系數(shù); c 壓力系數(shù)與振幅疊合效果

圖4 過JK1井QZS組目標(biāo)層的基于地震層速度(a)和高低頻閉合速度(b)計算的壓力值時間剖面

深度/m壓力系數(shù)壓力值/MPa實測地震層速度預(yù)測誤差閉合速度預(yù)測誤差實測地震層速度預(yù)測誤差閉合速度預(yù)測誤差34001.2711.14310%1.2621%48.342.911%45.56%35001.3011.15811%1.2991%49.843.812%47.85%36001.3531.17713%1.3392%51.644.913%50.72%37001.3771.17115%1.3681%53.546.513%53.21%38001.3761.16915%1.3641%55.548.313%54.52%39001.3891.16716%1.3781%57.849.115%56.53%40001.3791.17215%1.3652%59.250.315%57.53%

3 結(jié)論

利用地震層速度預(yù)測地層壓力時,高低頻速度閉合技術(shù)無法反映地層壓力縱向細(xì)節(jié)的問題,我們提出利用地震層速度的值域?qū)ψ杩狗囱輰铀俣冗M(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,使處理后的層速度體既具有地震層速度準(zhǔn)確的值域范圍,又保留了阻抗高頻細(xì)節(jié)變化的特征,從而在壓力計算中提高地層壓力數(shù)據(jù)體的縱向分辨率。實際資料處理結(jié)果表明,基于該技術(shù)的壓力預(yù)測結(jié)果,在縱向上能夠?qū)δ繕?biāo)層的低壓帶、常壓帶、弱超壓帶和超壓帶進(jìn)行定性劃分,并可觀察目標(biāo)層的壓力系統(tǒng)或單元之間的連通性,為鉆井跟蹤工作提供高分辨率的壓力系數(shù)剖面,有效指導(dǎo)鉆井施工,對于頁巖工區(qū)具有很好的應(yīng)用前景。

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(編輯：顧石慶)

Formation pressure prediction based on a closed velocity body by merging the high frequency velocity with the low frequency velocity

WU Bo1,WANG Jian1,PAN Shulin2,ZHAO Shuang1

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopmentinOilandgasCorporationofSouthwest,SINOPEC,Chengdu610041,China;2.SchoolofResourcesandEnvironmentEngineering,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China)

Because the seismic interval velocity is low-frequency,merely reflecting the variation trend of velocity on a macro-scale,absence of velocity changes in vertical.It leads to low resolution of predicting the formation pore pressure of the longitudinal and don’t favor to reflect the vertical distribution the formation pore pressure.Therefore,in this paper we proposed a technique of merging high frequency velocity with the low frequency velocity to improve the vertical resolution of seismic interval velocity bodies and pressure prediction data.Its workflow includes:using post-stack impedance to invert a high frequency velocity body with rich details,standardizing this inverted velocity body from seismic interval velocity body,getting a closed velocity body by merging the high frequency velocity with the low frequency velocity,finally the closed velocity body is used to calculate the formation pore pressure from the pressure predicting model.Application results of actual data show that,this method can seamlessly integrate the impedance inversion velocity and seismic interval velocity,processed velocity block not only keeps the low frequency trend of seismic interval velocity,but also has the high frequency characteristic of impedance inversion velocity.It significantly improves the vertical resolution of pressure prediction data the predicted accuracy is consistent with poststack impedance accuracy,and effectively guides the drilling construction.

formation pore pressure,pressure prediction,impedance inversion,longitudinal resolution,closure velocity

2016-10-19;改回日期：2017-04-07。

吳波(1981—),男,博士,高級工程師,主要從事地球物理處理技術(shù)、靜校正、壓力預(yù)測等方面的研究工作。

國家自然科學(xué)基金項目(41204101)和天然氣地質(zhì)四川省重點實驗室開放基金資助項目(2015trqdz03)共同資助。

P631

A

1000-1441(2017)04-0575-06

10.3969/j.issn.1000-1441.2017.04.014

This research is financially supported by the National Science Foundation of China (Grant No.41204101) and the Opening Foundation of Sichuan Provincial Key Laboratory of Gas Geology (Grant No.2015trqdz03).