高陡构造区枯竭型油气藏改建地下储气库配套地震解释技术序列

2021-07-15唐绪磊赵振伟王兰英郭海洋吴战培

天然气工业 2021年6期

唐绪磊赵振伟王兰英王征徐敏郭海洋吴战培

中国石油东方地球物理勘探有限责任公司西南物探研究院

0 引言

1 地质需求及面临的问题

储气库建设的核心是注采井的钻探，需要我们在精确落实关键地层形态和深度的基础上，对地层倾角进行准确的预测，合理设计钻井轨迹，并在钻井过程中实时跟踪调整，保障注采井的精准入靶，同时确保目的层段的进尺。XGS储气库建设面临的难题有以下3个：①地表地质条件复杂，构造高陡且隆起幅度大、地层横向变化快，应力复杂、断裂及裂缝发育等特点，难以对地下地质构造进行精确刻画。②在摸清构造形态的基础上，如何进行目标靶点的选择和地层倾角的定量预测。③在注采井的钻探过程中如何进行实时的跟踪调整。

2 解决思路及关键技术

对于上述问题，我们通过研究及实践，以地震预测为基础，形成一套有针对性的技术序列。针对问题①，我们使用多井控制的高陡复杂构造地震地质综合解释技术，先在时间域摸清构造形态，然后构建精细的空间速度场进行时深转换，对目的层进行精细的三维空间雕刻，从而分析气藏的连通性和密闭性，确保气藏的稳定性。针对问题②，我们使用随钻目标精准入靶技术，首先对可能的目标靶区进行扇形扫描分析，确定靶点位置，然后使用极限的思想，对地层进行网格化，通过三角函数计算地层视倾角。针对问题③，随钻目标动态跟踪技术可以动态平衡地震预测与钻井施工，实时指导井轨迹的调整。

2.1 高陡复杂构造地震地质综合解释技术

XGS储气库是利用XGS主体构造的石炭系气藏采空区作为地下储气库，同时注采井布设要求井轨迹距离断层100 m以上。因此，准确落实XGS主体构造形态及断层展布尤为重要。XGS构造位于是华蓥山构造群中的一个局部构造，构造高陡且隆起幅度大、断裂系统发育，地层速度变化快，储层呈薄层状。研究中根据高陡构造的特点，首先根据三维数据体和三维振幅切片，从不同方向和不同时间段了解浅、中、深层构造的展布趋势和较大规模断层的延伸情况；然后，从已知井出发，通过合成地震合成记录与过井地震剖面对比，把地质层位准确标定到过井地震剖面上；再对基干剖面进行对比，结合水平叠加剖面，确定地质解释方案，根据反射层的波形特征、波组关系、振幅特征、反射层间时差和各种地质现象的反射特点，再结合钻井资料对构造展布格局进行深入分析研究，正确区分各类反射波，准确识别背斜与向斜的反射波组特征，确定地腹构造的高低关系，采用强相位对比、波组关系对比和相邻剖面的相似性对三维地震资料的各反射波进行合理的地质解释。

2.1.1 精细层位标定

原则上研究区内的井位均需要进行合成记录的制作和标定，重点分析测井井段长、地震资料品质好、目的层齐全的井位，并根据区域岩性、地震波组特征，综合标定地震剖面上的相应反射层位[21-22]。根据井旁道提取子波与地震数据的极性和主频进行对比分析，确保研究区的成果数据为正极性。通过加载实际钻井井斜数据到地震工区，从三维数据体中抽取沿实际钻井轨迹的地震剖面，将合成记录与井轨迹地震剖面对应的地震反射层位进行标定，使波组关系、波形特征一一对应（图1）；利用单井和连井剖面进行多井闭合标定。在此基础上对三维数据多方向、多条连井线上目的层反射的准确追踪对比，进一步认识地质分层[16]。

2.1.2 精确“地质戴帽”

将地面地质露头剖面按相同比例尺和地震剖面进行匹配（图2），俗称“戴帽”，使地面实际构造情况与地下构造地质解释相吻合，指导地震剖面的对比解释，使其更符合地质规律[23-25]。

罗爹爹说：“正出门，就碰到巴嫂子倒地。老巴慌得险些站不起身。我屋里四强搭帮他送人去了医院。老巴托我帮忙照看一下阿里。街里街坊的，相互关个心也是该的。少打一天拳，没得关系。”罗爹爹叹口气，转向阿里说：“阿里，好吃就多吃点。爹爹荷包有钱。”

2.1.3 实钻井地质剖面恢复

地震资料解释中综合利用地震和地质资料非常重要，特别是高陡复杂构造区断层附近构造解释方案的准确确定，关系到钻探工程的成功与否。在解释过程中应充分利用测井、地震、地质、钻井静动态等多种数据信息，采用交互分析、相关分析等手段进行综合地质分析[16]，可以正确合理地确定构造模式和地震剖面的解释方案，指导资料的解释工作（图3）。

2.1.4 复杂断裂三维立体空间解释

复杂构造是因受多个不同方向应力的综合响应，断层是形成复杂构造各类圈闭的必要条件。因此，复杂构造区域断层的解释尤其重要，断点位置是否准确、断层平面组合是否合理，直接影响最终构造成果的精度。

复杂断裂地震解释首先通过浏览三维数据体、等时切片、相干体数据体和沿层相干切片等，对研究区的断裂发育规模和纵横向展布建立一个整体的、概括性的立体空间概念，然后在结合实钻井地质恢复剖面确定的构造模式，对地震剖面进行断裂性质、纵向断开层位及产状精细刻画。根据地震剖面上的断层特征，即波组变化、同相轴错、断断面波等标志，先识别断点，然后再对纵、横向的断点进行闭合解释[23]，进而准确确定纵向上浅、中、深层断点在剖面上的位置和平面相邻断点的关系，从而实现复杂断裂三维空间雕刻（图4）。

2.1.5 储气库保存条件分析

由于储气库建设对气藏的封闭性有极高的需求，需要对盖层的密封性和断层的封堵性开展研究，同时结合历年静、动态钻井资料，对气藏的可靠性进行分析[12]。

XGS储气库是石炭系气藏，上覆为下二叠统梁山组地层，为泥页岩地层，致密性强，对石炭系气藏具有良好的封闭作用。同时，梁山组之上为下二叠统栖霞组的致密石灰岩，全区均有分布，钻遇厚度均在70 m以上，栖霞组的封闭作用为气藏的保存条件提供了进一步的保障，因此认为XGS储气库盖层密封性良好（图5）。

断层对油气封堵具有重要的作用，从断层上下盘地层岩性组合关系来看（图6）： ⑤号断层下盘下二叠统致密灰岩或泥灰岩作为断层溢出点的封堵层，③号断层下盘为下三叠统飞仙关组致密灰岩或页岩作为断层溢出点的封堵层，具备良好的封闭条件。再结合历年动静态钻井资料，在气藏整个开采过程中各井地层压力下降速度相同，同期折算地层压力基本一致，表明气藏各井具有很好的连通性。通过以上的分析，说明XGS构造主体石炭系气藏为一整装气藏，且盖层和断层的封堵性较好，气藏可靠性和稳定性高[25]。

2.1.6 精细空间时深转换速度场的建立

时深转换至关重要，它决定了我们是否能精确预测关键地层的形态和深度，从而合理的设计注采井轨迹。时深转换的核心是速度模型的建立，传统的模型建立方法是每间隔50～150个CDP点取一个速度控制点，取点原则一般为构造顶部、构造两翼以及井点必取。这种方法所建立的速度模型并没有完全吻合于构造，且由于控制点相对较少，不能从细节上反应地下速度的变化规律，并不满足精确预测目的层深度的需要。本次建模采用速度控制层+速度场的方式：纵向上选取速度差异大的地质界面和主要目的层作为速度控制层（图7）；横向上采用实钻井资料编制速度平面图（图8），须满足由于压实作用造成的埋深越大速度越大的基本规律；最后将速度场充填速度控制层，建立时深转换速度模型。相比于传统模型，区别在于三维的每一个空间点都有速度控制且平滑过渡，更加吻合于构造形态，时效和准确度上有大幅提高。

2.2 随钻目标精准入靶技术

2.2.1 地质目标扇形扫描

在井位设计阶段或实际钻进过程中，在已选定好的目标靶区，为寻找最佳入靶点，需要结合钻、测井资料和三维地震数据，从不同方位的过井剖面，对目标靶区的地质层位进行精细对比解释以寻找最佳目标点，并对目标靶点的关键地层作精确的深度预测。同时对随钻中出现的井震误差仔细分析原因，合理的调整对比解释方案和调整速度模型，以便对目标靶区的关键地层深度做到精确的预测[17]。

2.2.2 陡倾地层视倾角地震预测

研究区内注采井进入目标靶区后，井斜角高达700以上，甚至达到900，为了尽可能增大钻井轨迹穿越储层的进尺，必须使井斜角与地层视倾角最大限度的保持一致，如果不慎钻穿目的层，可能导致钻探失败，达不到设计要求，此时进行侧钻则有可能造成泄漏点，破坏储气库气藏的保存条件，对一次性钻探成功率有较高要求。常规的水平井地质导向一般通过随钻测井技术能对已钻轨迹内的地层变化做出精确测量，并以此为依据对前方未钻区域内的地层变化情况进行预测，但这种技术存在一定局限性，特别是在川东高陡构造区，地层的沉积演化和构造的横向变化相当复杂，仅凭这种技术很难对定向井进行精确的导向。因而需要我们基于地震资料对地层视倾角进行定量预测[4]。利用钻测井资料（测井分层、倾角测井）、高分辨率三维地震深度数据，基于设计钻井目标井轨迹剖面段层位上每个相邻道的坐标信息，预测出钻井目标陡倾界面段的视倾角，从而有效指导注采井的钻探。地层视倾角预测示意图，图中红线为设计井轨迹，由于井轨迹需在储层中穿行，因此认为储层轨迹即为设计井轨迹（图9）。不难看出，图中“S”的最小长度单元为一个面元的大小，所以地层倾角的预测精度可以精确到每两个CDP点，即按地震资料面元大小计算，可以每个面元计算一个地层视倾角。

2.3 随钻目标动态跟踪技术

在井位设计阶段及实际钻进过程中，结合钻、测井资料和三维地震数据综合分析，对选定的目标靶区内寻找最佳入靶点，从不同方位的过井剖面对目标靶区的地质层位进行精细对比解释，并对目标靶点的关键地层进行倾角和深度预测[4-5,21]。

在随钻中，实时将实钻结果和预测结果相比较（地层倾角、深度），若两者一致，则不作调整。反之，分析出现井震误差的原因，利用最新的实钻井资料，合理的调整对比解释方案或时深转换速度模型，进行新一轮关键地层倾角和深度预测，并对随钻井和拟钻井进行构造分析，以便判断实时轨迹是否能够准确入靶，然后提出随钻井轨迹方案调整建议，这是一个地震预测和钻井动态结合的循环过程。

3 实践效果

形成的地震导向技术应用于多口注采井，取得了较好的效果。XGS储气库共完成了12口注采井的钻探。成功建成了西南地区首座地下储气库，为川渝地区5千多万居民季节调峰用气。XC16井在钻探过程中，通过动态跟踪，发现在钻至A点时（图10），高于靶点约33 m，离石炭系地层顶界面真厚约30 m，水平位移已达554 m，超设计4 m，已无入靶可能，于是对钻探方案进行调整，从茅一段侧钻，最后成功命中靶点，且在石炭系地层水平进尺54 m，达到预期目标。

XC15井最终完钻石炭系地层钻井进尺209 m，同样完美达到预期目标。该井钻进方向垂直于构造轴向，因此任何细微的地层倾角变化都将导致钻穿目的层，针对这一情况，进行了逐个CDP点的倾角预测，并且对目的层的陡缓转折进行了详细的分析（图11），在进入目的层后，井深约2 392 m附近地层倾角开始逐渐变缓再逐渐变陡，这一预测结果与实钻是吻合的。同时该井的井钻井海拔与地震预测误差在5 m以内。随着配套技术的成熟，注采井目的层段的水平进尺也有显著增加，平均水平段进尺从技术运用前的37 m增加到了技术运用后期的97 m，增幅达到162%，这说明地震导向技术对注采井钻探的支撑是切实有效的。