基于VSP振幅属性特征的盐下构造钻前深度预测新方法

2017-12-18蔡志东张晓丹付检刚崔晓杰

石油地球物理勘探 2017年6期

关键词：库车振幅反演

王冲王静蔡志东张晓丹付检刚崔晓杰

(东方地球物理公司新兴物探开发处，河北涿州 072751)

·综合研究·

基于VSP振幅属性特征的盐下构造钻前深度预测新方法

王冲*王静蔡志东张晓丹付检刚崔晓杰

(东方地球物理公司新兴物探开发处，河北涿州 072751)

由于对地质、地震资料认识的局限性，在地面地震剖面上很难准确识别塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带盐下构造T8反射层位置，且常规VSP钻前深度预测方法也难以准确预测目的层深度，影响钻井工程顺利实施。因此提出一种基于VSP振幅属性特征的钻前深度预测新方法，该方法利用波阻抗反演预测盐下构造层的速度，进而准确预测盐下目的层T8的深度。在库车坳陷KS102井取得了良好的应用效果，深度预测误差仅为1m。

钻前深度预测盐下构造 VSP振幅属性特征波阻抗反演

1 引言

中国西部典型的盐下构造以新疆库车坳陷山地为代表，自上而下发育新近系、古近系、白垩系和侏罗系陆相地层，主要目的层是盐下白垩系巴什基奇克组[1]。库车坳陷的主力生油层为盐下的三叠—侏罗系煤系地层，古近系盖层以膏盐岩、膏泥岩为主，封盖了白垩系巨厚砂岩、细砂岩优质储层，膏盐层对其下的油气起到了很好的保护作用。库车坳陷地质条件优越，地下蕴藏着丰富的油气资源，勘探前景广阔[2-5]。但是库车坳陷克拉苏构造带富含古近系膏盐层，膏盐层具有不稳定性、会产生塑性流动，膏盐层的溶解或扩散常常导致井眼缩径或形成“大肚子”井眼或井眼坍塌，存在很大的钻井风险，是中国陆上钻井难度最大、难题最集中的地层之一[6]。因此钻井过程中需要在钻进到一定深度后预测盐下目的层T8的深度来降低钻井风险。库车坳陷地质情况复杂、地震资料品质相对较差，造成盐下目的层波组特征不明显、构造归位效果差、层位识别及断层解释困难，利用地面地震资料计算的盐下目的层深度往往存在较大的偏差，不能满足实际钻井生产需求[7-11]。VSP资料与地面地震资料相比，其优势在于地震波传播过程中至多穿过一次低降速带，对于数据的振幅和频率保护较好，同时检波器放置在井筒中，靠近储层，易于获得更真实的地层反射信息，因此VSP钻前深度预测是解决库车坳陷深度预测的一种好方法[12]。蔡志东等[13]充分利用库车坳陷地区VSP波场信息丰富的特点，提出一种全新的利用多波VSP数据开展深度预测的方法，在库车高陡构造地区结合理论分析和实际生产数据，取得了较好的应用效果。

在库车坳陷山地区，对盐下目的层在地震剖面上反射轴认识不清，常规VSP钻前深度预测方法不再适用。基于历年对库车坳陷山地区20口井的VSP资料统计分析，本文提出一种基于VSP振幅属性特征的盐下构造钻前深度预测新方法。利用该方法在库车坳陷克拉苏构造带克深区带成功进行了5口井的钻前深度预测工作，均准确预测了T8的深度，降低了钻探风险，取得了良好的应用效果。

2 地质情况及问题

2.1 复杂的地质条件

KS102井是位于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带克深区带上的一口评价井。该井设计井深7330m，目的层为白垩系巴什基奇克组。根据相邻探井钻遇的地层剖面，结合周边露头资料和地震资料，预测该井钻遇地层从上至下依次为第四系西域组、新近系库车组、康村组、吉迪克组，古近系苏维依组、库姆格列木群，白垩系巴什基奇克组。该地区有两套比较明显的岩性标准层：库姆格列木群泥岩段和白云岩段。库姆格列木群泥岩段底界(T7)在地面地震剖面上表现为一套强波峰反射，为该区重要的标志层；白云岩段厚度较小，它的出现预示着钻头下方随时可能钻遇库姆格列木群底界(T8)，但是在地震剖面上波组特征不明显。古近系库姆格列木群泥岩、膏盐岩、膏质泥岩是整个克拉苏构造带的优质区域性盖层，由于受构造挤压变形影响，厚度变化较大，因此在该地区对T8反射特征认识存在一定局限性[14-16]。该区带主力储层为T8下伏的白垩系巴什基奇克组，因此在钻井过程中钻遇T8是揭示油气储层的关键。根据已有的资料解释结果，该井钻井地质设计的T8目的层埋深为7120m(表1)。

表1 KS102井设计地层分层表

注：观测井深度从钻井平台海拔起算，补心高为10.5m。

从表1中可以看出该井在库姆格列姆群下部可能存在逆断层，造成膏盐岩段、白云岩段及膏泥岩段地层重复。

2.2 资料品质差

在库车坳陷南部地层较平缓，地震资料品质较好，但是北部属于高陡构造地区，随着地层倾角变大，地震资料品质变差[17]。其盐下构造复杂，断裂发育，地层倾角大，地震波场复杂。T7以上地层均为大倾角地层，T7以下地层构造复杂，地震资料品质更差，油气主要聚集在T8以下盐下地层。地震波场复杂和地震成像品质较差，给认识T8的反射特征和构造形态带来较大困难。该区的三维地震资料信噪比较低，特别在构造比较复杂的盐下段T8波组关系极为复杂，不利于地震解释，可能造成盐下钻井地质层位设计失误。

2.3 钻井过程中出现的问题

设计KS102井T8埋深为7120m，但当钻头打到6856.2m时出现了5m厚的白云岩和膏泥岩，如果没有逆断层的存在，预示着即将打到目的层T8，与设计的白云岩段地层深度浅了近7045.0-6856.2=188.8m。因此提出进行VSP中途测井，利用VSP钻前深度预测方法弄清楚钻头离T8还有多远，以避免钻井工程风险。根据地质认识在地震剖面上识别的T8反射轴位置3661ms，利用常规VSP钻前深度预测方法预测了T8的深度为7120m，与地质设计结果基本一致(图1)。但是，当钻头打到7200m时仍然不见T8，并且重复出现了一套膏盐岩、白云岩和膏泥岩。钻井证实了库姆格列姆群下部逆断层的存在，此时对T8的地震反射特征的认识出现了分歧，同时也面临着一个决策性的难题：到底有没有T8?如果有，埋深到底是多少？

3 解决问题的方法

为了解决该井的地质问题，选择了VSP中途测井进行钻前深度预测。但是常规VSP钻前深度预测方法在KS102井已经不适用。该井的核心问题是对盐下目的层T8认识不清，利用VSP资料自身的信息预测目的层T8的反射位置至关重要。

3.1 利用VSP振幅属性特征确定T8反射层时间

VSP与地面地震相比，具有反射振幅强、信噪比高、初至波清晰、波场信息丰富的特点，可以提取高精度的振幅属性。振幅是地震波最重要的属性之一，与储层流体的变化和岩性的变化等因素密切相关，针对特殊的岩性界面可以通过振幅属性进行识别[18，19]。结合库车坳陷的地质条件，充分利用VSP资料相对保真的振幅信息，提出一种基于VSP振幅属性特征的盐下构造钻前深度预测新方法。该方法主要根据库车高陡构造的特点进行VSP振幅属性提取对比分析，筛选出绝对振幅属性对T8反射层位置进行预测。根据区域上T7、T8的绝对振幅属性特征来确定目的层T8的反射时间，进行准确的深度预测。分析该地区近20口井的VSP振幅属性特征表明(图2)：标志层T7表现为强振幅，在VSP拉平记录振幅属性上表现为一套强振幅反射的第二个强反射轴。而T8表现为盐下一套强振幅反射波组底部第一个弱振幅反射。从地面地震剖面上看，T8的反射波组特征横向变化剧烈，单纯通过地面地震资料确定T8反射位置很困难。因此利用VSP数据进行振幅属性提取，找到了同样的振幅属性特征，预测该井T8反射轴时间为3703ms(图3)。

图1 常规VSP钻前深度预测方法T8深度预测结果

3.2 预测钻头底部到盐下目的层的速度

确定盐下T8目的层反射时间后，钻头以下地层的速度就是钻前深度预测精度的关键。常规VSP钻前深度预测方法主要通过区域上该地层的速度填充(直达波初至相遇法)或者邻井的速度填充(邻井速度填充法)进行预测，但这些方法不是假定井底以下速度不变，就是用附近区域内的速度替代。为了得到更准确的深度预测结果，还应进行速度反演，得到井底以下可靠的地层速度，据此计算井底以下目的层的深度。本文采用波阻抗反演方法预测该井井底以下地层的速度，该方法主要通过如下三步来实现。

首先，建立可靠的初始速度模型。通常利用零井源距VSP走廊叠加资料进行波阻抗反演，获得速度。但反演结果都具有多解性，并且依赖于初始速度模型，而且由于地震数据低频信息的缺失，使反演结果只有高频成分，低频成分主要来自于建立的初始模型，因此为了得到一个可靠的初始低频速度模型至关重要。其方法是从零井源距VSP动校拉平剖面上判断出井底以下特征明显的反射层的反射时间，按照初至波与目的层的一次反射波同相轴在井底以下的趋势向深处延伸，两同相轴相交的深度就指示目的层的深度。有了深度和反射时间，就可以计算出这些大套层的速度，再对速度进行平滑建立相应的初始速度模型，其中没有密度资料的井可根据Gardner公式计算。

然后，从零井源距VSP的下行波中提取地震子波，对VSP走廊叠加道按牛顿迭代法构建迭代格式，进行波阻抗反演，选取波阻抗为模型参数，通过观测数据与理论正演模拟数据的最佳拟合确定介质的波阻抗。在反演迭代过程中采用马奎特法不断修改阻尼因子，以及引入预条件共轭梯度法求解方程组，来增强解的稳定性和提高收敛速度[20-22]，具体的迭代反演流程如图4所示。

图2 不同井盐下构造VSP属性特征

图3 VSP振幅属性特征预测T8反射层时间

图4 基于模型的非线性迭代反演算法流程

图5 VSP钻前深度预测

最后，由这个初始模型进行迭代反演，不断地修正模型，使反演得到的速度与提取的子波褶积的结果和VSP走廊叠加数据之间的误差达到最小，此时得到一个较为准确的速度反演结果。利用反演速度重新计算井底以下目的层的深度，这个计算结果与一开始直达波初至相遇法预测的深度结果相比，会更加精确。

根据该方法对该井钻头以下盐下层的速度进行了预测，结合T8反射时间预测T8的深度为7262m(图5)，预测结果经多方论证后决定继续往下钻。当钻头打到7261m时钻遇了T8，并获得了较好的油气层。预测的深度误差仅为7262-7261=1m，成功解决了该井的地质问题。

4 预测精度对比分析

在KS102井预测实例中，在钻前对T8反射位置错误认识的基础上，两种常规VSP钻前深度预测方法(直达波初至相遇法和邻井速度填充法)误差均很大，绝对误差在百米以上、相对误差在24%以上。但是利用VSP振幅属性预测法准确预测T8的反射位置以后，直达波初至相遇法相对误差为12.2%、邻井速度填充法相对误差为1.9%，而VSP振幅属性预测法(波阻抗反演方法预测速度)相对误差仅为0.23%。相比之下，采用VSP振幅属性预测法所获得的预测结果在精度上比直达波初至相遇法提高了约53倍，比邻井速度填充法提高了8倍。KS102井T8深度不同方法预测结果如表2所示。

表2 KS102井T8深度预测结果

注：深度从钻井平台海拔起算

5 结束语

(1)在库车坳陷高陡构造区，特别是对盐下目的层地震资料反射轴认识不清的情况下，创新性地提出VSP振幅属性预测法来预测钻头前方盐下构造目的层的反射位置，是解决该区问题的关键。

(2)在准确预测盐下构造目的层的反射位置的前提下，利用波阻抗反演方法准确预测盐下目的层的速度，是提高深度预测的精度的关键。

(3)基于VSP振幅属性特征的盐下构造钻前深度预测新方法已经通过库车坳陷地区20口井VSP资料的验证，并在该区成功指导了5口井的实际钻探，降低了钻井风险。

(4)实践证明，基于VSP振幅属性特征的盐下构造钻前深度预测新方法周期短、精度高、成本低，值得在类似地区推广应用。

本文研究得到了中国石油塔里木油田分公司吴超、李青的指导和支持，在此表示感谢；感谢中国石油集团东方地球物理公司新兴物探开发处张庆红、鲍磊英、彭继新的悉心指导。

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*河北省涿州市东方地球物理公司新兴物探开发处，072751。Email：wangchong0731@163.com

本文于2016年10月10日收到，最终修改稿于2017年9月7日收到。

本项研究受国家“十三·五”重大科技专项“库车拗陷深层—超深层天然气田开发示范工程”(2016ZX05051)资助。

1000-7210(2017)06-1246-07