疊前深度偏移及儲層精細預測技術(shù)在鉆井軌跡調(diào)整中的應用

李春梅 彭 才 張 旋 郭鴻喜 段 杰 李雯琪

(①東方地球物理公司西南物探研究院，四川成都 610000； ②中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610000； ③中國石油西南油氣田分公司勘探事業(yè)部，四川成都610000)

1 概況

在油氣勘探、開發(fā)過程中，地震解釋成果是井位部署的重要依據(jù)，但根據(jù)地震數(shù)據(jù)預測的圈閉形態(tài)、層位深度及儲層特征往往與鉆井數(shù)據(jù)存在一定差異。井位跟蹤是解釋人員及時獲得鉆井及測井信息，利用地震分析技術(shù)對原有地震勘探成果進行確認或修正，并采取相應的地震資料采集、處理和解釋技術(shù)獲得新的地震成果的過程，以及時指導進一步鉆探施工[1-4]。近年來有關(guān)部門將四川盆地井位跟蹤作為一項重點工作實施，力保部署井位順利完鉆。川西北SYS及川中GM作為兩大重點開發(fā)區(qū)塊，自開展井位跟蹤以來，縮短了鉆井周期，提高了鉆探一次性成功率及優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率。

SYS區(qū)塊位于龍門山山前褶皺帶(圖1)，地表起伏劇烈，地下構(gòu)造復雜。2014年以來，在潛伏構(gòu)造高點附近的風險探井ST1于棲霞組取得重大突破，測試產(chǎn)氣率達86.7×104m3/d，展示了該區(qū)下二疊統(tǒng)的良好勘探前景。隨后，利用ST1井區(qū)疊前時間偏移解釋成果，先后部署了大批預探井及開發(fā)井，多口井獲得高產(chǎn)商業(yè)氣流。但隨著探勘、開發(fā)的深入，出現(xiàn)實鉆構(gòu)造與地震預測構(gòu)造的差異較大、構(gòu)造高點偏移、預測地層產(chǎn)狀不準確現(xiàn)象[5]，導致鉆探一次性成功率降低、側(cè)鉆次數(shù)增加，增加了時間及經(jīng)濟成本，迫切需要更精細的地震處理、解釋成果支撐井位部署及鉆探。為解決偏移歸位問題，近年來逐步開展了高精度各向異性疊前深度偏移處理。該技術(shù)充分考慮了地下介質(zhì)的各向異性，在精確求取各向異性參數(shù)基礎(chǔ)上進行疊前深度偏移，可使地下構(gòu)造準確歸位，避免了陡傾地層信息丟失，提高了地震成像品質(zhì)，構(gòu)造勘探誤差明顯減小，鉆探成功率顯著提高。

GM區(qū)塊位于四川盆地中部(圖1)，地勢平坦，構(gòu)造相對簡單。燈影組發(fā)育丘灘相白云巖，且遭受桐灣Ⅰ幕及Ⅱ幕兩期巖溶改造作用，儲層大面積分布，是該區(qū)主力產(chǎn)層。但由于沉積及溶蝕作用差異，導致儲層孔隙結(jié)構(gòu)復雜，非均質(zhì)性強，精細預測儲層難度極大，優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率低[6-10]。為提高儲層鉆遇率，根據(jù)新完鉆井及正鉆井資料，壓制GM區(qū)塊地震資料中的寒武系底部強振幅反射，并實施疊后高分辨率地質(zhì)統(tǒng)計學反演、多屬性縫洞預測，實時調(diào)整鉆探目標及井軌跡，確保井軌跡沿優(yōu)質(zhì)儲層鉆進。強振幅壓制技術(shù)基于全圍巖(無儲層)理論模型，通過模擬構(gòu)建新數(shù)據(jù)體，對比實際地震數(shù)據(jù)體與模擬數(shù)據(jù)體差異，尋找儲層信息，對識別屏蔽于強振幅下的薄儲層效果較好。地質(zhì)統(tǒng)計學反演以地質(zhì)框架模型、測井及地震資料為基礎(chǔ)，利用儲層參數(shù)與地震資料的相關(guān)性進行隨機模擬，反演結(jié)果的縱、橫向分辨高，適應油氣勘探、開發(fā)需求[11-13]。多屬性縫洞預測技術(shù)主要從眾多屬性中挑選對裂縫及溶蝕孔洞較敏感的屬性進行融合，進而預測縫洞，指導井位部署及鉆進[14-16]。依靠上述技術(shù)，顯著提高了GM區(qū)塊燈影組儲層的刻畫精度，有效指導了井位部署及鉆探，大幅提高了優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率。

圖1 四川盆地構(gòu)造分區(qū)圖

2 技術(shù)方案及實例分析

2.1 SYS區(qū)塊構(gòu)造勘探精度低的解決方案及實例

SYS區(qū)塊構(gòu)造復雜，目的層棲霞組埋深大(7000～8000m)，前期利用疊前時間偏移成果已取得初步進展。隨著勘探、開發(fā)深入，出現(xiàn)構(gòu)造高點偏移及預測產(chǎn)狀不準的情況，疊前時間偏移數(shù)據(jù)已不能滿足開發(fā)井部署及調(diào)整的精度需求。為準確落實SYS構(gòu)造高點及地層產(chǎn)狀、提高成像精度，在井位跟蹤過程中，利用鉆、測井資料，聯(lián)合處理、解釋建立深度域?qū)铀俣葓?，開展高精度各向異性疊前深度偏移，以獲得真實的地下構(gòu)造形態(tài)及位置，為大斜度井和水平鉆探提供技術(shù)支撐。

2.1.1 各向異性疊前深度偏移技術(shù)理論基礎(chǔ)及流程

各向異性是指物質(zhì)在各個方向的物理、化學性能呈現(xiàn)差異的特性。橫向各向同性(Transverse Isotropy,TI)介質(zhì)是地球介質(zhì)中最常見的各向異性介質(zhì)，分為VTI(具有垂直對稱軸)、TTI(具有傾斜對稱軸)、HTI(具有水平對稱軸)介質(zhì)三種，其中TTI介質(zhì)具有普遍性，VTI及HTI介質(zhì)可以看做TTI介質(zhì)的特例。TI介質(zhì)引起的地震各向異性主要表現(xiàn)為速度各向異性，若忽視這種各向異性，可能導致地質(zhì)體垂向深度與橫向位置的偏差及陡傾地層信息丟失[17-20]。因此，在地震資料處理中須考慮速度各向異性。

圖2為各向異性疊前深度偏移流程。首先，開展各向同性疊前深度偏移，在此基礎(chǔ)上解釋層位，形成具有地層信息的Formation體(具有地層走向、方位及層位信息的構(gòu)造框架模型)。隨后，求取各向異性參數(shù)。然后，開展目標線各向異性疊前深度偏移，檢查道集是否校平、偏移結(jié)果是否與井數(shù)據(jù)吻合：若檢查結(jié)果合格，則利用確定的各向異性參數(shù)進行體偏移； 若線偏移效果不合格，則在偏移結(jié)果上修改層位，形成新的Formation體，進而確定新的各向異描述VTI介質(zhì)各向異性程度的彈性參數(shù)為ε、γ和δ(ε表示縱波各向異性，γ表示橫波各向異性，δ表示變異系數(shù))，TTI介質(zhì)較VTI介質(zhì)增加了地層傾角θ及方位角φ信息。利用測井信息根據(jù)經(jīng)驗公式求得δ，也可以根據(jù)偏移結(jié)果確定； 通過計算偏移道集得到ε； 利用Formation體逐點計算θ及φ

圖2 各向異性疊前深度偏移流程

性參數(shù)及層速度，直到合格為止。

2.1.2 處理效果

經(jīng)過攻關(guān)處理，疊前深度偏移數(shù)據(jù)與鉆井數(shù)據(jù)吻合度較高，目的層構(gòu)造海拔絕對誤差控制在35m以內(nèi)，相對誤差控制在0.5%以內(nèi)(表1)，精度較疊前時間偏移數(shù)據(jù)明顯提高，符合勘探、開發(fā)需求，可用于后續(xù)井位部署及跟蹤。

利用最新處理、解釋成果對正鉆井跟蹤，提出井軌跡調(diào)整建議，確保部署井位順利鉆探。ST6井原計劃鉆探構(gòu)造高部位棲霞組頂部儲層(圖3a)，入靶點位于構(gòu)造頂部。該井鉆入目的層棲霞組約3m后，按照井位設(shè)計剖面(圖3a)，茅口組應已翻過構(gòu)造軸線并鉆至地層的南東翼(地層下傾)。但井底實鉆結(jié)果顯示，地層傾向為北西向(上傾)，構(gòu)造變陡，地層傾角約為40°，與疊前時間偏移地震數(shù)據(jù)預測的該井處地層產(chǎn)狀不符，導致構(gòu)造預測誤差大。為指導下一步鉆探，跟蹤團隊及時開展小范圍疊前深度偏移處理(約100km2，包含部分跟蹤井及已知井)，最新處理結(jié)果顯示(圖3b)，該井構(gòu)造高點發(fā)生偏移，較疊前時間偏移地震數(shù)據(jù)的高點偏移約200m，導致正眼井(按設(shè)計軌跡實施的井)鉆入構(gòu)造陡翼，未能準確入靶。利用最新成果，建議沿構(gòu)造高部位進行側(cè)鉆(圖3b中藍色調(diào)整軌跡)，該方案被采納并實施。實鉆地層深度、產(chǎn)狀與疊前深度偏移預測結(jié)果吻合，表明各向異性疊前深度偏移資料可靠。在此基礎(chǔ)上，將各向異性疊前深度偏移技術(shù)推廣至全區(qū)，并獲得高品質(zhì)成像資料，可指導下一步井位部署及鉆探。

表1 SYS區(qū)塊茅口組底界構(gòu)造誤差統(tǒng)計表

圖3 過ST6井軌跡疊前時間偏移(a)、疊前深度偏移(b)地震剖面

2.2 GM區(qū)塊儲層勘探精度低解決方案及實例

GM區(qū)塊碳酸鹽巖臺地平面上由西向東分為臺地邊緣(臺緣)及臺地內(nèi)部(臺內(nèi))，縱向上由深至淺地層分為燈影組一段、二段、三段、四段，本文的研究對象為燈影組四段的溶蝕白云巖儲層。根據(jù)溶蝕程度差異，又將燈影組四段分為上、下兩層。

燈影組四段儲層主要分布于燈影組四段上層頂部，呈連片分布，少量分布于燈影組四段上層內(nèi)幕； 燈影組四段下層儲層品質(zhì)相對較差，非均質(zhì)性強。根據(jù)GM區(qū)塊燈影組四段儲層發(fā)育特點，利用寒武系底部強振幅反射壓制、疊后地質(zhì)統(tǒng)計學反演及縫洞預測等多信息儲層預測技術(shù)指導軌跡優(yōu)化及靶體目標調(diào)整，獲得了較好效果。

2.2.1 寒武系底部強波峰壓制技術(shù)定性識別燈影組四段上層頂部優(yōu)質(zhì)儲層

GM區(qū)塊寒武系筇竹寺組為一套穩(wěn)定泥巖，厚約200m，震旦系燈影組四段為白云巖，二者呈不整合接觸。由于波阻抗差異，地震數(shù)據(jù)在寒武系底部形成一個穩(wěn)定強波峰。當燈影組四段頂部遭受巖溶改造致使儲層發(fā)育時(儲層厚度大于30m)，寒武系底部強波峰呈能量減弱或復波特征，此地震響應模式為識別燈影組四段頂部儲層的主要依據(jù)。當燈影組四段頂部儲層厚度小于30m時，寒武系底部強波峰無明顯減弱特征，在地震響應特征上無法準確識別頂部薄儲層，薄儲層地震響應屏蔽于寒武系底部強波峰之下[21]。圖4為過GS108及GS103井疊后時間偏移地震剖面及其去除寒武系底部強波峰后結(jié)果?？梢姡孩貵S103及GS108井儲層均發(fā)育于燈影組四段頂部，GS103井儲層垂厚為35m，寒武系底部波峰呈振幅減弱特征； GS108井儲層垂厚為21m，寒武系底部強波峰無振幅減弱特征，薄儲層響應屏蔽于強波峰之下(圖4上)。②在GS108井疊后時間偏移剖面上無法識別的薄儲層在去除強波峰剖面上(圖4下)可有效識別(寒武系底界向下20ms范圍存在波峰亮點)。

為進一步驗證該套數(shù)據(jù)的可靠性，對研究區(qū)燈影組四段55口開發(fā)建產(chǎn)井進行統(tǒng)計分析，其中48口井儲層發(fā)育情況與去除強波峰數(shù)據(jù)體吻合，7口井由于受地質(zhì)體邊界及斷層影響不吻合，吻合率達87.3%，獲得了較好效果。利用最新數(shù)據(jù)體，沿寒武系底界向下開時窗(20ms)，提取最大波峰振幅屬性，能有效刻畫燈影組四段頂部儲層平面展布。根據(jù)去除強波峰數(shù)據(jù)體剖面及平面預測結(jié)果，對正鉆井及待鉆井進行靶體目標調(diào)整，確保部署井位順利完成預期地質(zhì)目標。

針對燈影組四段頂部薄儲層(儲層厚度小于30m)，采用地震正演技術(shù)壓制寒武系底部強波峰，以突出儲層信息，輔助靶體目標調(diào)整及井軌跡優(yōu)化。

具體步驟如下：

(1)利用解釋層位建立地質(zhì)構(gòu)造模型；

(2)根據(jù)測井資料統(tǒng)計燈影組四段內(nèi)部骨架白云巖波阻抗值；

(3)在地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，結(jié)合骨架白云巖波阻抗數(shù)據(jù)開展正演模擬，得到燈影組四段致密白云巖(非儲層)正演地震數(shù)據(jù)體；

(4)利用原始地震數(shù)據(jù)體減去正演地震數(shù)據(jù)體，得到與燈影組四段頂部儲層相關(guān)的成果數(shù)據(jù)體；

(5)利用最新成果數(shù)據(jù)體開展平面及剖面解釋，摸清儲層縱、橫向展布規(guī)律。

MX129H原目標在疊后時間偏移剖面上表現(xiàn)為復波特征(圖5a)，去除寒武系底部強波峰剖面上顯示寒武系底部向下20ms范圍內(nèi)存在強波峰(圖5b)，表明原目標處儲層發(fā)育。但去除寒武系底部強波峰后的亮點屬性平面圖顯示，原目標位于強亮點邊緣(圖5c)。為提高該井優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率，調(diào)整靶體目標至亮點中部。實鉆該井儲層發(fā)育良好，測試產(chǎn)氣率達141.19×104m3/d，打開了GM區(qū)塊東北部燈影組四段勘探新局面，進一步驗證了寒武系底部強波峰壓制技術(shù)的有效性。

2.2.2 利用疊后高分辨率地質(zhì)統(tǒng)計學反演預測儲層展布

GM區(qū)塊燈影組碳酸鹽巖儲層非均質(zhì)性極強，利用鄰井資料作為反演參數(shù)輸入進行疊后地質(zhì)統(tǒng)計學反演，能夠提高反演精度，有效指導與修正鉆井軌跡。GS001-H27井原設(shè)計為水平井(圖6a中藍色軌跡所示)，進入燈影組四段上層設(shè)計箱體后，鉆井及錄井參數(shù)顯示第①段儲層較好，第②段儲層較差，決定修正原設(shè)計進行下探(第③段)，但實際下探效果較差。因此第③段鉆完后，需要重新認識儲層分布規(guī)律，以指導下一步鉆進。通過加入鄰井信息，快速開展小范圍內(nèi)地質(zhì)統(tǒng)計學儲層孔隙度反演預測，結(jié)合地震響應特征(斷續(xù)亮點以上儲層發(fā)育)綜合分析，認為該井優(yōu)質(zhì)儲層位于燈影組四段上層亮點(斷續(xù)波峰)之上，因此建議增斜、調(diào)整井軌跡繼續(xù)鉆入斷續(xù)亮點以上波谷，該建議被采納并實施。實鉆該井第④段儲層發(fā)育良好，最終測試產(chǎn)氣率達101.17×104m3/d，進一步證明了井軌跡實時調(diào)整的重要性。

圖5 MX129H井靶體調(diào)整方案(a)疊后時間偏移剖面； (b)圖a去除寒武系底部強波峰后結(jié)果； (c)去除寒武系底部強波峰后亮點屬性平面圖

圖6 GS001-H27井軌跡調(diào)整實例(a)疊后時間偏移剖面； (b)孔隙度反演剖面

2.2.3 多屬性融合預測縫洞及小斷裂

GM區(qū)塊燈影組四段氣井產(chǎn)能主要受沉積、古地貌、縫洞控制，在巖溶殘丘或坡折帶鉆遇縫洞體是儲層高產(chǎn)的重要保障。燈影組四段儲層溶蝕類型主要為表層巖溶，縫洞尺度小，以厘米級為主，地震響應特征主要為“斷續(xù)、雜亂反射”[22]。常用的表征地震波形雜亂程度的屬性主要有紋理、振幅差異及曲率等。由曲率及振幅差異刻畫的溶蝕孔洞較離散，不符合該區(qū)儲層連片、層狀分布的特征，故選用紋理刻畫溶蝕孔洞。紋理刻畫的溶蝕孔洞主要分布于燈影組四段頂部，呈較連續(xù)的層狀分布，符合宏觀地質(zhì)規(guī)律，且與鉆井數(shù)據(jù)吻合較好。刻畫裂縫的常用屬性主要有方差、曲率、螞蟻體。其中方差及曲率對于大尺度裂縫較靈敏，但難以刻畫微小斷裂； 螞蟻體在全空間隨機搜索，可以更精細地反映橫向不連續(xù)特征，適用于刻畫微小斷裂，故采用螞蟻體檢測裂縫。本文融合紋理與螞蟻體預測縫洞。

GS001-X25井是為動用燈影組四段上層儲量而部署的一口開發(fā)井，在鉆進過程中發(fā)現(xiàn)該井燈影組四段下層地震響應特征與鄰井GS8井相似，具有亮點特征(圖7a)。GS8井燈影組四段上層測試產(chǎn)氣率為22.45×104m3/d，燈影組四段下層測試產(chǎn)氣率為54.70×104m3/d。結(jié)合縫洞預測結(jié)果認為，GS001-X25井燈影組四段下層縫洞發(fā)育(圖7b)，故建議該井加深至燈影組四段下層，該建議被采納并實施。GS001-X25井實鉆結(jié)果表明，燈影組四段下層儲層發(fā)育，井底出現(xiàn)放空，合試產(chǎn)氣率為102.16×104m3/d。

靶體內(nèi)部的微小地質(zhì)異常體往往難以識別并引起地震響應假象。GS118井原目標靶體為寒武系底部復波(已驗證的高產(chǎn)井模式)，但實鉆儲層品質(zhì)較差。這是由于原目標靶體頂部復波為斷層響應(非儲層響應)，原解釋方案在靶體處未解釋出小斷層(圖8a、圖8b)，新解釋方案(曲率屬性)指示該處小斷層特征明顯(圖8d)。為回避小斷層影響，選取東南方位寒武系底部振幅減弱區(qū)域為側(cè)鉆目標(圖8c)，該建議被采納并實施。實鉆側(cè)眼井鉆遇大的縫洞，累計漏失鉆井液7000余方，測試產(chǎn)氣率為109.45×104m3/d，為GM區(qū)塊臺內(nèi)首口日產(chǎn)百萬方氣井，擴展了GM區(qū)塊臺內(nèi)勘探領(lǐng)域，進一步證實了臺內(nèi)區(qū)微小斷裂刻畫的重要性。

圖7 GS001-X25井井軌跡調(diào)整實例(a)疊后時間偏移剖面； (b)紋理、螞蟻體融合剖面

圖8 GS118井側(cè)鉆目標選取方案(a)疊后時間偏移剖面； (b)寒武系底部構(gòu)造圖(設(shè)計)； (c)寒武系底部波峰振幅； (d)寒武系底部最大正曲率

3 井位跟蹤效果

自2018年以來，累計跟蹤SYS及GM區(qū)塊井位百余口，提出鉆井調(diào)整建議50余次。表2為2020年井位調(diào)整詳情，圖9為不同年份構(gòu)造深度絕對誤差、儲層鉆遇率、平均測試產(chǎn)量、高產(chǎn)井占比對比圖?？梢?，構(gòu)造深度絕對誤差逐年降低，儲層鉆遇率、部署井位測試產(chǎn)量、高產(chǎn)井占比逐年升高(圖9)，印證了井位實時跟蹤的重要性。

表2 2020年井位調(diào)整詳情

圖9 不同年份的構(gòu)造深度絕對誤差(a)、儲層鉆遇率(b)、平均測試產(chǎn)量(c)、高產(chǎn)井占比(d)直方圖

4 結(jié)論

(1)應用各向異性疊前深度偏移處理技術(shù)，有效落實了SYS區(qū)塊二疊系棲霞組地下構(gòu)造真實形態(tài)及位置，利用新數(shù)據(jù)體調(diào)整后的靶體目標實鉆結(jié)果誤差較小。

(2)應用寒武系底部強波峰壓制、疊后地質(zhì)統(tǒng)計學反演、縫洞預測等技術(shù)，精細預測了GM區(qū)塊燈影組四段儲層的分布，確保鉆井軌跡沿優(yōu)質(zhì)儲層鉆進，極大地提高了優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率。

(3)實施鉆井、地震、地質(zhì)一體化跟蹤后，部署井位目的層構(gòu)造深度誤差逐年下降，儲層鉆遇率、平均測試產(chǎn)量、高產(chǎn)井占比逐年增高，進一步印證了井位實時跟蹤的重要性。