高陡構(gòu)造區(qū)枯竭型油氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫配套地震解釋技術(shù)序列

唐緒磊 趙振偉 王蘭英 王 征 徐 敏 郭海洋 吳戰(zhàn)培

中國石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司西南物探研究院

0 引言

1 地質(zhì)需求及面臨的問題

儲(chǔ)氣庫建設(shè)的核心是注采井的鉆探，需要我們?cè)诰_落實(shí)關(guān)鍵地層形態(tài)和深度的基礎(chǔ)上，對(duì)地層傾角進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，合理設(shè)計(jì)鉆井軌跡，并在鉆井過程中實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)整，保障注采井的精準(zhǔn)入靶，同時(shí)確保目的層段的進(jìn)尺。XGS儲(chǔ)氣庫建設(shè)面臨的難題有以下3個(gè)：①地表地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造高陡且隆起幅度大、地層橫向變化快，應(yīng)力復(fù)雜、斷裂及裂縫發(fā)育等特點(diǎn)，難以對(duì)地下地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行精確刻畫。②在摸清構(gòu)造形態(tài)的基礎(chǔ)上，如何進(jìn)行目標(biāo)靶點(diǎn)的選擇和地層傾角的定量預(yù)測(cè)。③在注采井的鉆探過程中如何進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤調(diào)整。

2 解決思路及關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于上述問題，我們通過研究及實(shí)踐，以地震預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，形成一套有針對(duì)性的技術(shù)序列。針對(duì)問題①，我們使用多井控制的高陡復(fù)雜構(gòu)造地震地質(zhì)綜合解釋技術(shù)，先在時(shí)間域摸清構(gòu)造形態(tài)，然后構(gòu)建精細(xì)的空間速度場(chǎng)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，對(duì)目的層進(jìn)行精細(xì)的三維空間雕刻，從而分析氣藏的連通性和密閉性，確保氣藏的穩(wěn)定性。針對(duì)問題②，我們使用隨鉆目標(biāo)精準(zhǔn)入靶技術(shù)，首先對(duì)可能的目標(biāo)靶區(qū)進(jìn)行扇形掃描分析，確定靶點(diǎn)位置，然后使用極限的思想，對(duì)地層進(jìn)行網(wǎng)格化，通過三角函數(shù)計(jì)算地層視傾角。針對(duì)問題③，隨鉆目標(biāo)動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)可以動(dòng)態(tài)平衡地震預(yù)測(cè)與鉆井施工，實(shí)時(shí)指導(dǎo)井軌跡的調(diào)整。

2.1 高陡復(fù)雜構(gòu)造地震地質(zhì)綜合解釋技術(shù)

XGS儲(chǔ)氣庫是利用XGS主體構(gòu)造的石炭系氣藏采空區(qū)作為地下儲(chǔ)氣庫，同時(shí)注采井布設(shè)要求井軌跡距離斷層100 m以上。因此，準(zhǔn)確落實(shí)XGS主體構(gòu)造形態(tài)及斷層展布尤為重要。XGS構(gòu)造位于是華鎣山構(gòu)造群中的一個(gè)局部構(gòu)造，構(gòu)造高陡且隆起幅度大、斷裂系統(tǒng)發(fā)育，地層速度變化快，儲(chǔ)層呈薄層狀。研究中根據(jù)高陡構(gòu)造的特點(diǎn)，首先根據(jù)三維數(shù)據(jù)體和三維振幅切片，從不同方向和不同時(shí)間段了解淺、中、深層構(gòu)造的展布趨勢(shì)和較大規(guī)模斷層的延伸情況；然后，從已知井出發(fā)，通過合成地震合成記錄與過井地震剖面對(duì)比，把地質(zhì)層位準(zhǔn)確標(biāo)定到過井地震剖面上；再對(duì)基干剖面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合水平疊加剖面，確定地質(zhì)解釋方案，根據(jù)反射層的波形特征、波組關(guān)系、振幅特征、反射層間時(shí)差和各種地質(zhì)現(xiàn)象的反射特點(diǎn)，再結(jié)合鉆井資料對(duì)構(gòu)造展布格局進(jìn)行深入分析研究，正確區(qū)分各類反射波，準(zhǔn)確識(shí)別背斜與向斜的反射波組特征，確定地腹構(gòu)造的高低關(guān)系，采用強(qiáng)相位對(duì)比、波組關(guān)系對(duì)比和相鄰剖面的相似性對(duì)三維地震資料的各反射波進(jìn)行合理的地質(zhì)解釋。

2.1.1 精細(xì)層位標(biāo)定

原則上研究區(qū)內(nèi)的井位均需要進(jìn)行合成記錄的制作和標(biāo)定，重點(diǎn)分析測(cè)井井段長(zhǎng)、地震資料品質(zhì)好、目的層齊全的井位，并根據(jù)區(qū)域巖性、地震波組特征，綜合標(biāo)定地震剖面上的相應(yīng)反射層位[21-22]。根據(jù)井旁道提取子波與地震數(shù)據(jù)的極性和主頻進(jìn)行對(duì)比分析，確保研究區(qū)的成果數(shù)據(jù)為正極性。通過加載實(shí)際鉆井井斜數(shù)據(jù)到地震工區(qū)，從三維數(shù)據(jù)體中抽取沿實(shí)際鉆井軌跡的地震剖面，將合成記錄與井軌跡地震剖面對(duì)應(yīng)的地震反射層位進(jìn)行標(biāo)定，使波組關(guān)系、波形特征一一對(duì)應(yīng)（圖1）；利用單井和連井剖面進(jìn)行多井閉合標(biāo)定。在此基礎(chǔ)上對(duì)三維數(shù)據(jù)多方向、多條連井線上目的層反射的準(zhǔn)確追蹤對(duì)比，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地質(zhì)分層[16]。

2.1.2 精確“地質(zhì)戴帽”

將地面地質(zhì)露頭剖面按相同比例尺和地震剖面進(jìn)行匹配（圖2），俗稱“戴帽”，使地面實(shí)際構(gòu)造情況與地下構(gòu)造地質(zhì)解釋相吻合，指導(dǎo)地震剖面的對(duì)比解釋，使其更符合地質(zhì)規(guī)律[23-25]。

羅爹爹說：“正出門，就碰到巴嫂子倒地。老巴慌得險(xiǎn)些站不起身。我屋里四強(qiáng)搭幫他送人去了醫(yī)院。老巴托我?guī)兔φ湛匆幌掳⒗?。街里街坊的，相互關(guān)個(gè)心也是該的。少打一天拳，沒得關(guān)系?！绷_爹爹嘆口氣，轉(zhuǎn)向阿里說：“阿里，好吃就多吃點(diǎn)。爹爹荷包有錢?！?/p>

2.1.3 實(shí)鉆井地質(zhì)剖面恢復(fù)

地震資料解釋中綜合利用地震和地質(zhì)資料非常重要，特別是高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)斷層附近構(gòu)造解釋方案的準(zhǔn)確確定，關(guān)系到鉆探工程的成功與否。在解釋過程中應(yīng)充分利用測(cè)井、地震、地質(zhì)、鉆井靜動(dòng)態(tài)等多種數(shù)據(jù)信息，采用交互分析、相關(guān)分析等手段進(jìn)行綜合地質(zhì)分析[16]，可以正確合理地確定構(gòu)造模式和地震剖面的解釋方案，指導(dǎo)資料的解釋工作（圖3）。

2.1.4 復(fù)雜斷裂三維立體空間解釋

復(fù)雜構(gòu)造是因受多個(gè)不同方向應(yīng)力的綜合響應(yīng)，斷層是形成復(fù)雜構(gòu)造各類圈閉的必要條件。因此，復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域斷層的解釋尤其重要，斷點(diǎn)位置是否準(zhǔn)確、斷層平面組合是否合理，直接影響最終構(gòu)造成果的精度。

復(fù)雜斷裂地震解釋首先通過瀏覽三維數(shù)據(jù)體、等時(shí)切片、相干體數(shù)據(jù)體和沿層相干切片等，對(duì)研究區(qū)的斷裂發(fā)育規(guī)模和縱橫向展布建立一個(gè)整體的、概括性的立體空間概念，然后在結(jié)合實(shí)鉆井地質(zhì)恢復(fù)剖面確定的構(gòu)造模式，對(duì)地震剖面進(jìn)行斷裂性質(zhì)、縱向斷開層位及產(chǎn)狀精細(xì)刻畫。根據(jù)地震剖面上的斷層特征，即波組變化、同相軸錯(cuò)、斷斷面波等標(biāo)志，先識(shí)別斷點(diǎn)，然后再對(duì)縱、橫向的斷點(diǎn)進(jìn)行閉合解釋[23]，進(jìn)而準(zhǔn)確確定縱向上淺、中、深層斷點(diǎn)在剖面上的位置和平面相鄰斷點(diǎn)的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜斷裂三維空間雕刻（圖4）。

2.1.5 儲(chǔ)氣庫保存條件分析

由于儲(chǔ)氣庫建設(shè)對(duì)氣藏的封閉性有極高的需求，需要對(duì)蓋層的密封性和斷層的封堵性開展研究，同時(shí)結(jié)合歷年靜、動(dòng)態(tài)鉆井資料，對(duì)氣藏的可靠性進(jìn)行分析[12]。

XGS儲(chǔ)氣庫是石炭系氣藏，上覆為下二疊統(tǒng)梁山組地層，為泥頁巖地層，致密性強(qiáng)，對(duì)石炭系氣藏具有良好的封閉作用。同時(shí)，梁山組之上為下二疊統(tǒng)棲霞組的致密石灰?guī)r，全區(qū)均有分布，鉆遇厚度均在70 m以上，棲霞組的封閉作用為氣藏的保存條件提供了進(jìn)一步的保障，因此認(rèn)為XGS儲(chǔ)氣庫蓋層密封性良好（圖5）。

斷層對(duì)油氣封堵具有重要的作用，從斷層上下盤地層巖性組合關(guān)系來看（圖6）： ⑤號(hào)斷層下盤下二疊統(tǒng)致密灰?guī)r或泥灰?guī)r作為斷層溢出點(diǎn)的封堵層，③號(hào)斷層下盤為下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組致密灰?guī)r或頁巖作為斷層溢出點(diǎn)的封堵層，具備良好的封閉條件。再結(jié)合歷年動(dòng)靜態(tài)鉆井資料，在氣藏整個(gè)開采過程中各井地層壓力下降速度相同，同期折算地層壓力基本一致，表明氣藏各井具有很好的連通性。通過以上的分析，說明XGS構(gòu)造主體石炭系氣藏為一整裝氣藏，且蓋層和斷層的封堵性較好，氣藏可靠性和穩(wěn)定性高[25]。

2.1.6 精細(xì)空間時(shí)深轉(zhuǎn)換速度場(chǎng)的建立

時(shí)深轉(zhuǎn)換至關(guān)重要，它決定了我們是否能精確預(yù)測(cè)關(guān)鍵地層的形態(tài)和深度，從而合理的設(shè)計(jì)注采井軌跡。時(shí)深轉(zhuǎn)換的核心是速度模型的建立，傳統(tǒng)的模型建立方法是每間隔50～150個(gè)CDP點(diǎn)取一個(gè)速度控制點(diǎn)，取點(diǎn)原則一般為構(gòu)造頂部、構(gòu)造兩翼以及井點(diǎn)必取。這種方法所建立的速度模型并沒有完全吻合于構(gòu)造，且由于控制點(diǎn)相對(duì)較少，不能從細(xì)節(jié)上反應(yīng)地下速度的變化規(guī)律，并不滿足精確預(yù)測(cè)目的層深度的需要。本次建模采用速度控制層+速度場(chǎng)的方式：縱向上選取速度差異大的地質(zhì)界面和主要目的層作為速度控制層（圖7）；橫向上采用實(shí)鉆井資料編制速度平面圖（圖8），須滿足由于壓實(shí)作用造成的埋深越大速度越大的基本規(guī)律；最后將速度場(chǎng)充填速度控制層，建立時(shí)深轉(zhuǎn)換速度模型。相比于傳統(tǒng)模型，區(qū)別在于三維的每一個(gè)空間點(diǎn)都有速度控制且平滑過渡，更加吻合于構(gòu)造形態(tài)，時(shí)效和準(zhǔn)確度上有大幅提高。

2.2 隨鉆目標(biāo)精準(zhǔn)入靶技術(shù)

2.2.1 地質(zhì)目標(biāo)扇形掃描

在井位設(shè)計(jì)階段或?qū)嶋H鉆進(jìn)過程中，在已選定好的目標(biāo)靶區(qū)，為尋找最佳入靶點(diǎn)，需要結(jié)合鉆、測(cè)井資料和三維地震數(shù)據(jù)，從不同方位的過井剖面，對(duì)目標(biāo)靶區(qū)的地質(zhì)層位進(jìn)行精細(xì)對(duì)比解釋以尋找最佳目標(biāo)點(diǎn)，并對(duì)目標(biāo)靶點(diǎn)的關(guān)鍵地層作精確的深度預(yù)測(cè)。同時(shí)對(duì)隨鉆中出現(xiàn)的井震誤差仔細(xì)分析原因，合理的調(diào)整對(duì)比解釋方案和調(diào)整速度模型，以便對(duì)目標(biāo)靶區(qū)的關(guān)鍵地層深度做到精確的預(yù)測(cè)[17]。

2.2.2 陡傾地層視傾角地震預(yù)測(cè)

研究區(qū)內(nèi)注采井進(jìn)入目標(biāo)靶區(qū)后，井斜角高達(dá)700以上，甚至達(dá)到900，為了盡可能增大鉆井軌跡穿越儲(chǔ)層的進(jìn)尺，必須使井斜角與地層視傾角最大限度的保持一致，如果不慎鉆穿目的層，可能導(dǎo)致鉆探失敗，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，此時(shí)進(jìn)行側(cè)鉆則有可能造成泄漏點(diǎn)，破壞儲(chǔ)氣庫氣藏的保存條件，對(duì)一次性鉆探成功率有較高要求。常規(guī)的水平井地質(zhì)導(dǎo)向一般通過隨鉆測(cè)井技術(shù)能對(duì)已鉆軌跡內(nèi)的地層變化做出精確測(cè)量，并以此為依據(jù)對(duì)前方未鉆區(qū)域內(nèi)的地層變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，但這種技術(shù)存在一定局限性，特別是在川東高陡構(gòu)造區(qū)，地層的沉積演化和構(gòu)造的橫向變化相當(dāng)復(fù)雜，僅憑這種技術(shù)很難對(duì)定向井進(jìn)行精確的導(dǎo)向。因而需要我們基于地震資料對(duì)地層視傾角進(jìn)行定量預(yù)測(cè)[4]。利用鉆測(cè)井資料（測(cè)井分層、傾角測(cè)井）、高分辨率三維地震深度數(shù)據(jù)，基于設(shè)計(jì)鉆井目標(biāo)井軌跡剖面段層位上每個(gè)相鄰道的坐標(biāo)信息，預(yù)測(cè)出鉆井目標(biāo)陡傾界面段的視傾角，從而有效指導(dǎo)注采井的鉆探。地層視傾角預(yù)測(cè)示意圖，圖中紅線為設(shè)計(jì)井軌跡，由于井軌跡需在儲(chǔ)層中穿行，因此認(rèn)為儲(chǔ)層軌跡即為設(shè)計(jì)井軌跡（圖9）。不難看出，圖中“S”的最小長(zhǎng)度單元為一個(gè)面元的大小，所以地層傾角的預(yù)測(cè)精度可以精確到每?jī)蓚€(gè)CDP點(diǎn)，即按地震資料面元大小計(jì)算，可以每個(gè)面元計(jì)算一個(gè)地層視傾角。

2.3 隨鉆目標(biāo)動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)

在井位設(shè)計(jì)階段及實(shí)際鉆進(jìn)過程中，結(jié)合鉆、測(cè)井資料和三維地震數(shù)據(jù)綜合分析，對(duì)選定的目標(biāo)靶區(qū)內(nèi)尋找最佳入靶點(diǎn)，從不同方位的過井剖面對(duì)目標(biāo)靶區(qū)的地質(zhì)層位進(jìn)行精細(xì)對(duì)比解釋，并對(duì)目標(biāo)靶點(diǎn)的關(guān)鍵地層進(jìn)行傾角和深度預(yù)測(cè)[4-5,21]。

在隨鉆中，實(shí)時(shí)將實(shí)鉆結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果相比較（地層傾角、深度），若兩者一致，則不作調(diào)整。反之，分析出現(xiàn)井震誤差的原因，利用最新的實(shí)鉆井資料，合理的調(diào)整對(duì)比解釋方案或時(shí)深轉(zhuǎn)換速度模型，進(jìn)行新一輪關(guān)鍵地層傾角和深度預(yù)測(cè)，并對(duì)隨鉆井和擬鉆井進(jìn)行構(gòu)造分析，以便判斷實(shí)時(shí)軌跡是否能夠準(zhǔn)確入靶，然后提出隨鉆井軌跡方案調(diào)整建議，這是一個(gè)地震預(yù)測(cè)和鉆井動(dòng)態(tài)結(jié)合的循環(huán)過程。

3 實(shí)踐效果

形成的地震導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用于多口注采井，取得了較好的效果。XGS儲(chǔ)氣庫共完成了12口注采井的鉆探。成功建成了西南地區(qū)首座地下儲(chǔ)氣庫，為川渝地區(qū)5千多萬居民季節(jié)調(diào)峰用氣。XC16井在鉆探過程中，通過動(dòng)態(tài)跟蹤，發(fā)現(xiàn)在鉆至A點(diǎn)時(shí)（圖10），高于靶點(diǎn)約33 m，離石炭系地層頂界面真厚約30 m，水平位移已達(dá)554 m，超設(shè)計(jì)4 m，已無入靶可能，于是對(duì)鉆探方案進(jìn)行調(diào)整，從茅一段側(cè)鉆，最后成功命中靶點(diǎn)，且在石炭系地層水平進(jìn)尺54 m，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

XC15井最終完鉆石炭系地層鉆井進(jìn)尺209 m，同樣完美達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。該井鉆進(jìn)方向垂直于構(gòu)造軸向，因此任何細(xì)微的地層傾角變化都將導(dǎo)致鉆穿目的層，針對(duì)這一情況，進(jìn)行了逐個(gè)CDP點(diǎn)的傾角預(yù)測(cè)，并且對(duì)目的層的陡緩轉(zhuǎn)折進(jìn)行了詳細(xì)的分析（圖11），在進(jìn)入目的層后，井深約2 392 m附近地層傾角開始逐漸變緩再逐漸變陡，這一預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆是吻合的。同時(shí)該井的井鉆井海拔與地震預(yù)測(cè)誤差在5 m以內(nèi)。隨著配套技術(shù)的成熟，注采井目的層段的水平進(jìn)尺也有顯著增加，平均水平段進(jìn)尺從技術(shù)運(yùn)用前的37 m增加到了技術(shù)運(yùn)用后期的97 m，增幅達(dá)到162%，這說明地震導(dǎo)向技術(shù)對(duì)注采井鉆探的支撐是切實(shí)有效的。

4 結(jié)論

1）針對(duì)XGS地下構(gòu)造復(fù)雜，利用復(fù)雜構(gòu)造地震地質(zhì)綜合解釋技術(shù)，準(zhǔn)確落實(shí)地下構(gòu)造真實(shí)形態(tài)。在鉆井過程中開展地震動(dòng)態(tài)深度預(yù)測(cè)，及時(shí)修正關(guān)鍵目標(biāo)地層深度，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)地層傾角為地質(zhì)導(dǎo)向提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

2）形成的地震導(dǎo)向技術(shù)，在XGS儲(chǔ)氣庫建設(shè)中成功應(yīng)用，為注采井的實(shí)施提供了強(qiáng)有力的物探技術(shù)支撐，有效地指導(dǎo)了注采井工藝的設(shè)計(jì)、實(shí)施，為提高髙陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)鉆探成功率提高了可靠的資料，提高了鉆井速度與效益。

3）本技術(shù)序列能有效解決儲(chǔ)氣庫建設(shè)中遇到地質(zhì)問題，實(shí)時(shí)指導(dǎo)注采井鉆探。已運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)。在XGS儲(chǔ)氣庫建設(shè)中，已成功為目標(biāo)靶點(diǎn)的確定提供充分依據(jù)，并有效指導(dǎo)多口水平井鉆探，大大增加了目的層鉆探水平進(jìn)尺，為XGS儲(chǔ)氣庫建設(shè)在物探技術(shù)需求方面保駕護(hù)航，具有廣泛的推廣潛力。