高陡复杂构造区三维地震精细刻画技术在储气库建设中的应用

2021-01-11巫芙蓉王兰英雷开强司阳涛唐绪磊朱亚东

天然气勘探与开发 2020年4期

徐敏巫芙蓉王兰英雷开强王征司阳涛唐绪磊朱亚东

1.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司西南物探研究院 2.中国石油东方地球物理勘探有限责任公司西南物探分公司

0 引言

地下储气库按其储集类型不同，可划分为枯竭油气田型、含水层型、盐穴型和废煤矿型。枯竭型油气藏储气库占全世界储气库总数的78%，具有建设周期短、储气量大、成本低的优势。国内外几十年的天然气利用经验充分证明了地下储气库是最有效、最可靠的调峰和储备手段[1-3]，建设地下储气库具有极其重要的能源战略储备意义。

随着国家对地下储气库建设需求的加大，储气库建设对物探技术的需求也将日益增大。物探技术预测储气层埋深及厚度的精确性和可靠性是影响储气库建设成败的一个重要原因，急需开展储气库建设的物探技术研究[4-9]。

在四川盆地东部XGS构造建设储气库属于枯竭型油气藏储气库，是西南地区首座大型地下储气库。主要为川渝地区提供季节调峰、战略应急供气等服务，建成至今取得了显著的经济效益和社会效益[10-11]。2015年1月首次采出1.2 108m3天然气实现了季节调峰，满足了川渝地区3千万居民1个月的用气量需求。截至2018年12月，XGS储气库已经历“六注五采”，现有“12+1”井网的注采能力已不能满足方案设计指标，现有井网采气调峰能力不能满足应急调峰用气需求，补充注采井十分迫切。

由于建库区位于构造主体，需要精确落实气藏规模及形态，对地震成果精度要求较高。存在的主要问题是：构造高陡、地层横向变化快；储气层薄、非均质性强；应力复杂、断裂及裂缝发育；陡倾地层精准入靶难，钻到盖层、底托层都可能破坏储气库的封闭性和完整性。在建库前期已利用物探技术对上述难点开展了针对性的研究，并成功指导了储气库工程建设。但在储气库建设中仍有多口注采井钻井海拔与地震解释海拔存在一定误差，尤其是二叠系上统底及二叠系下统底，实际钻井海拔比地震海拔偏浅5～30 m；受构造主体西北翼资料品质影响个别井附近钻遇高点位置与构造成果存在误差（60 m ）。

为确保储气库的安全和平稳运行，需要对XGS三维地震资料进行重新处理解释，以储气层石炭系为主要目的层，开展精细地震研究，精细刻画储气层石炭系的构造细节、高点位置、断层纵横向展布，为注采井的成功钻探提供支撑。

1 研究区概况

XGS储气库位于重庆市两江新区境内，距重庆市区60 km，距中贵线83 km，紧邻四川盆地环形输气管网南干线东段，具有季节调峰和事故应急功能，在天然气输配系统中位置优越。区域构造属于川东南中隆高陡构造区华蓥山构造群南端的一个局部构造XGS构造，是华莹山背斜带中的一个分支，呈北北东向展布。构造西邻悦来场向斜，东隔沙坪向斜与铜锣峡背斜相望，北与四海山背斜正鞍相接，南端倾没于重庆大渡口向斜中。构造狭长，顶部褶皱强烈，断层发育，延伸范围广。构造东西翼各发育一条大型倾向构造轴部的逆断层，XGS构造主体为断垒式背斜（图1）。

四川盆地东部XGS构造发现于1942年, XGS构造钻探始于1960年的相2井，1977年相18井石炭系获得工业气流并投入开发，拉开四川盆地石炭系勘探开发序幕。已获长兴组、茅口组、栖霞组、石炭系4个气藏，主力气藏为茅口组和石炭系气藏，主产层为石炭系。

图1 区域构造位置图

2 井震结合的高陡复杂构造成像技术

为了精细刻画XGS构造石炭系的构造细节、断点位置、断层纵横向展布，落实储层空间展布情况，采用利于细节、陡倾界面成像的高精度三维叠前时间偏移技术完成本次偏移处理。

求取准确偏移速度场的是地震处理的重心，也是提高偏移归位效果的关键[12-15]。在XGS构造顶部复杂区，构造狭窄，倾角变化大，目的层石炭系厚度薄（10 m左右），断层也比较发育。建库需要对构造形态、规模、倾角特征等进行精细刻画，对断点位置精准预测，否则注采井会钻不到目的层或者钻入断层陡带，导致注采失败。处理过程中对构造顶部的速度控制点进行加密，从500 500 m加密到250 250 m，更好地控制了构造形态。在拾取速度时参考相邻相同构造部位速度点的速度，保证同一套地层层速度变化不大，同时在处理过程中加入钻井和地质分析，偏移成像结果反复与合成记录特征对比，特别是对目的层石炭系薄层局部放大分析地震响应特征，根据对比结果再进行速度场优化调整。

从图2可以看出，速度谱跟拉平的道集能量强弱有很好的对应，表征速度选择合理。

图2 叠前时间偏移速度分析图

3 精细构造解释技术

3.1 精细地震反射层位标定

对研究区的已知井制作合成记录进行从浅层到深层地震地质层位标定。先进行单井标定，由于研究区的注采井基本都是大斜度井，充分利用三维数据体，沿着井斜轨迹抽取地震剖面，将合成记录和地震反射同相轴进行一一对应，确定出地震追踪对比解释层位；然后，再进行连井标定，按照构造轴线抽取多个不同方向连井剖面，从不同钻井的合成记录和地震剖面上对应的同相轴研究不同井标定的地震层位的变化特征，从而进一步确定地震解释层位；针对储气层石炭系地层较薄，横向变化较大，地震反射特征变化明显，各个井标定存在差异，根据其沉积相再结合地质、钻井、测井特征建立石炭系地震响应的识别模式，进而在全工区展开对比追踪。在标定过程中，注意声波合成记录与过井剖面井旁地震道的波形特征、相位特征、波组关系、能量强弱关系及波组间时差，精确落实地震反射层的对比解释正确可信[16]。

图3是注采井XC15井的标定。储气层垂厚仅8～10 m，已知井的标定对于储气层顶底的精细对比非常关键。主要目的层合成记录（红色）与井旁道地震反射特征标定较好，同相轴的强弱关系与地震剖面上一一对应，证实了本次处理效果的可靠性。目的层储气层顶界（石炭系顶界）为一较弱波峰特征，合成记录为一弱同相轴。储气层顶界横向连续性较好，易于对比追踪，断层断点位置清晰可靠。

图3 合成记录标定剖面图

3.2 钻井地质剖面恢复构造模式，准确落实储气库及上覆地层地下真实形态

XGS构造储气库注采井主要钻在构造顶部，但构造顶部断层发育，小断层多，同相轴连续性较差。地下储气库是否能注得进、装得住，采得出是最重要的，主要取决于2大因素：①储气层本身的储气能力（缝洞发育，物性好）；②主控断层的封堵性，以及上腹地层（茅口组、栖霞组）的断层对于注采井的影响。基于此，主体构造的大小断层的断点位置、断层向上、向下的消失部位和小断层的精细刻画是解释的关键。因此，构造解释方案的确定和储气层石炭系的地震响应特征的变化分析是三维地震解释的重点。通过充分解析已钻井成果，结合地面地质资料、钻井资料、测井资料恢复地质剖面，建立合理的构造模式，既要注重构造格局的变化，又要合理解释构造之间的接触关系，才能精细刻画地下构造的真实地质形态[17]。

XC1井在钻井过程中从构造西翼穿过构造轴部钻至构造东翼目的层，构造狭窄，倾角大，顶部地震反射品质较差。结合成像测井资料和倾角测井综合确定解释方案。成像测井资料表征目的层下二叠统钻遇裂缝，倾向由西北转向东南，倾角为在钻达目的层之前地层强项为西北方向，倾角为8 ～15 ，钻至石炭系之后倾向转向为西南方向，倾角增大到70 ～85 ，穿过石炭系之后，倾向转为偏北东向，地层倾角变小5 ～8 。根据实钻轨迹，恢复出地质剖面，再根据地质剖面，在地震剖面上寻找到相应的反射同相轴，结合地震反射特征，进行目的层精细对比，恢复出地下构造形态（图4）。

3.3 变速成图时深转换技术

图4 钻井地质地震恢复流程图

以往时深转换主要是利用区内钻、测井资料计算得到各个地层层速度，再结合地震资料处理的偏移速度来建立时深转换速度场。由于偏移速度场较粗略，没有精细的地质模型加以约束，导致时深转换数据体在高陡复杂区域构造形态畸变，且与实钻井误差较大。

为了确保速度在同一构造层横向上以一种逐渐平滑过渡方式实现速度梯度变化，避免因相邻测线层速度的突变而造成的地下构造形态的畸变，使构造间的起伏和接触关系尽可能反映地下真实的构造形态，准确反映构造圈闭规模和埋藏深度，采用了变速成图技术，建立合适的时深转换速度场，得到与实际地腹构造更加吻合的深度域地震资料[18-20]。精准的时深转换能准确还原地下储气库的真实形态，为后期新的注采井部署和跟踪提供可靠的关键层位的埋深、地层倾角等资料。进而能满足储气库对于地震成果低于1%的井震误差率的特殊要求。

时深转换速度场是采用区内及邻区的钻井深度、测井声波时差数据及地震反射时间综合确定。首先，采用速度层实际钻井深度差与地震反射时间差T0进行井点处的速度计算；然后进行变速模型制作，根据研究区沉积特征选取了5套速度层（基准面—须家河组底界，须家河组—飞四段底，飞四段底—上二叠统底，上二叠统底—下二叠统底，下二叠统底—奥陶系底），其中须家河组及以上地层为碎屑岩沉积，层速度变化符合地层的压实规律，速度介于3 800～4 200 m/s，非井点处的层速度值可根据已钻井计算的速度拟合出非线性曲线获得；须家河组以下为碳酸盐岩沉积，厚度稳定，整体横向速度变化不大，向斜区构造平缓，地层速度差介于50～100 m/s，在XGS主体东南翼断下盘陡带及相东和左家坪潜伏构造区，由于地层起伏大，速度差异较大（0～200 m/s），非井点处的层速度值同样根据已钻井计算的速度拟合出的非线性曲线来获得，在此基础上，利用精细的构造解释层位和层速度来建立二维速度模型（图5）；最后，将三维区块内每条测线所取的二维速度模型加载到解释软件中，通过软件内插形成三维空间的速度模型，从点—线—体逐步建立精细的符合地质规律的时深转换速度数据体。利用该速度体将时间域数据体及层位、断层进行统一时深转换，得到深度域数据，并与实钻井深度对比分析，检查速度模型和构造模型的合理性。

图5 时深转换速度模型图

该技术首先利用实际钻井资料反算了井点处的层速度，保证了井点处深度的准确性；其次结合了地质特征对须家河组及以上碎屑岩地层进行了非线性拟合速度曲线求取全区速度值，然后由于深层碳酸盐地层的层速度变化不大，考虑了拟合速度曲线、构造形态、相邻测线及目的层埋深综合因素确定了每个点的层速度值，保证了速度模型的合理性。通过该技术的应用，新成果的构造形态、目的层埋藏深度更接近地下真实情况。

4 效果分析

采用井震结合的加密速度控制点处理技术，通过对偏移速度场进行精细速度分析和建模，所获剖面品质改善明显，目的层波组特征清楚，主体成像提高、纵向上各目的层资料品质要优于老资料；断层可靠性高，深、浅层断点清晰，地层接触关系更为清楚；优化了时深转换速度模型，构造形态更可靠，反映的构造顶部及潜伏构造形态更加准确，构造细节更加清楚、合理（图6）。

同以往平面成果相比（图7），在局部构造细节存在一定的差异，两轮成果所反映的XGS主体构造的形态基本一致，构造的轴线均为北东向。两轮成果XGS构造均只有1个高点。主要差异体现在高点轴线有些变化：在构造中部往北新成果较老成果向东南偏移，XC1至XC7井向东偏移较大（约60～90 m），其余轴线延伸长度基本相当。后期钻遇的XC15、16等井均验证了成果的可靠性，新地震勘探成果与钻井深度吻合较好，绝对误差值介于0～8 m，误差率小于1%。

图6 新老成果深度剖面对比图

图7 地震反射构造图

本轮成果较为精细落实了XGS地下储气库的构造形态及圈闭规模，与已知井符合率高，相对老成果精度提高了5%。XC8、16、15井10 m左右的薄储气层内水平钻进均超过200 m，显著提高了钻井速度与效益，有效避免了工程事故，成果可以有效地指导储气库注采井的论证实施。目前根据该轮成果又提出了8口注采井目标建议。