劉穎宇 田 洪 李 東 趙前華

(1.中海石油伊拉克有限公司; 2.中海油田服務(wù)股份有限公司)

作為一種地面地震和測(cè)井相結(jié)合的技術(shù)手段,垂直地震剖面(VSP)技術(shù)在油氣勘探、開發(fā)中發(fā)揮了獨(dú)特的作用[1]。研究表明,通過中途VSP資料進(jìn)行鉆頭下方地層層速度反演,可以獲得未鉆遇地層界面深度和速度數(shù)據(jù),為下一步工程作業(yè)提供重要依據(jù)[2-3]。

有關(guān)利用VSP資料預(yù)測(cè)鉆頭下方地層層速度的技術(shù)時(shí)有報(bào)道,但通常情況下其預(yù)測(cè)精度有限,實(shí)際應(yīng)用范圍不廣泛,作用也有限[4]。近些年,中海油田服務(wù)股份有限公司與高校合作,改進(jìn)了2種用于現(xiàn)場(chǎng)的零偏移距VSP資料層速度反演方法,即波阻抗反演和波動(dòng)方程反演,其具體的反演原理和方法見文獻(xiàn)[2]。近些年幾十口井次的生產(chǎn)實(shí)踐證明,在VSP資料、常規(guī)測(cè)井(聲波、密度)資料質(zhì)量可靠的情況下,利用VSP資料可以精確預(yù)測(cè)鉆頭下方300～400 m地層的層速度,層界面深度誤差在10 m左右[5]。

以往采用中途VSP資料進(jìn)行層速度反演,主要是用反演的層速度信息對(duì)下部地層的壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)[6]。本文通過2個(gè)實(shí)例對(duì)中途VSP資料反演層速度的應(yīng)用進(jìn)行拓展和討論,包括首次利用中途VSP反演的地層層速度信息估算儲(chǔ)層物性和在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件下中途VSP反演層速度的應(yīng)用,并對(duì)這些應(yīng)用的條件及限制進(jìn)行了初步探討,以更全面地認(rèn)識(shí)中途VSP的反演結(jié)果。

1 利用中途VSP反演的地層層速度估算儲(chǔ)層物性

中國(guó)某海域A井中途完井時(shí),通過常規(guī)測(cè)井和中途VSP資料的聯(lián)合反演,得到了下部地層層速度(圖1),對(duì)下部?jī)?chǔ)層物性進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

圖1 中國(guó)某海域A井利用中途 VSP資料反演的鉆頭下方地層層速度

從圖 1 可以看到 ,在3250、3290、3310、3340 m附近,A井地層層速度平均值從3700 m/s降低至3500～3400 m/s。結(jié)合區(qū)域資料和該井上部聲波測(cè)井折算的地層層速度,認(rèn)為這些低速層段就是砂巖儲(chǔ)層。這些低速層段的層速度轉(zhuǎn)換成聲波時(shí)差為87～89μs/ft,按照 W ylie公式計(jì)算,其儲(chǔ)層孔隙度為23%～25%。

圖2為A井完鉆后下部聲波時(shí)差測(cè)井資料折算的地層層速度與VSP反演層速度的對(duì)比圖。從圖2可以看出,除3100～3200 m井段井眼垮塌引起聲波時(shí)差失真,導(dǎo)致對(duì)比效果不很理想外,在3250～3600 m井段的對(duì)比效果較好。另外,中途VSP反演層速度預(yù)測(cè)的該井在深度3250、3290、3310、3340 m附近的砂巖儲(chǔ)層均得到了鉆井證實(shí),實(shí)鉆儲(chǔ)層物性與預(yù)測(cè)結(jié)果的差別很小。

圖2 中國(guó)某海域A井中途VSP資料反演的地層層速度與實(shí)測(cè)聲波時(shí)差折算的地層層速度對(duì)比圖

由此可見,利用中途VSP反演的地層層速度可以對(duì)儲(chǔ)層物性進(jìn)行預(yù)測(cè),但在實(shí)際應(yīng)用中需要注意以下幾個(gè)問題:①要求VSP及測(cè)井資料質(zhì)量?jī)?yōu)良;②要保證VSP反演的層速度是較為準(zhǔn)確的,因此就要求鉆頭前方地層最好不要有大的速度起伏;③在儲(chǔ)層物性預(yù)測(cè)井段,不同類型巖石的速度差異必須較為明顯,以便把預(yù)測(cè)的層速度信息轉(zhuǎn)換為合理的巖石信息。只有滿足了這3個(gè)條件,才能利用中途VSP反演的地層層速度進(jìn)行儲(chǔ)層物性預(yù)測(cè),從而獲得較好的應(yīng)用效果。

2 復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件下中途 VSP反演層速度的應(yīng)用

中國(guó)某海域B井在鉆至2960 m時(shí),為防止下部地層可能存在異常高壓等危險(xiǎn),決定采集中途VSP和常規(guī)測(cè)井資料,并對(duì)下部地層情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

B井位于一個(gè)大型構(gòu)造斷裂帶的下降盤,地質(zhì)構(gòu)造情況復(fù)雜。按照地質(zhì)設(shè)計(jì)該井在2700 m處開始沿?cái)嗝鎯A向方向造斜,至2960 m時(shí)最大井斜角已達(dá)24°,最大井底水平位移已超過120 m,因此采集的VSP資料從2700 m開始已經(jīng)不是零偏移距VSP資料,這些因素增加了中途VSP層速度反演的難度,也影響了反演的精度。

對(duì)B井2470～2960 m井段共50道上行波VSP數(shù)據(jù)進(jìn)行了多道波動(dòng)方程地層層速度反演,其結(jié)果如圖3所示。從圖3可以得到以下認(rèn)識(shí):多道VSP層速度反演的結(jié)果具有很好的一致性,即在井底以下2950～3080 m井段地層層速度變化特征基本一致(圖3中標(biāo)注段1),在3080 m以下深度段地層層速度有一個(gè)較大的低速帶(圖3中標(biāo)注段2)。分析認(rèn)為,多道VSP層速度反演結(jié)果的一致性反映出VSP反演的可靠性;把各道的反演結(jié)果按照道檢波器由深到淺排列,這個(gè)低速帶的深度是從3120 m逐漸變到3080 m左右,如圖3中藍(lán)色箭頭所示。問題的關(guān)鍵是這個(gè)低速帶是否代表一個(gè)可能的異常高壓帶?為什么不同道反演結(jié)果中低速帶的深度會(huì)有差異?

圖3 中國(guó)某海域B井多道 VSP反演的地層層速度

圖4 中國(guó)某海域B井構(gòu)造及VSP檢波器接受信號(hào)示意圖

由B井地震構(gòu)造模型(圖4)可見,該井西北部為構(gòu)造邊界(大正斷層),斷層下盤的下部為剛性、高速的火成巖侵入體。用該構(gòu)造模型對(duì)VSP儀器測(cè)量方式進(jìn)行射線追蹤模擬(圖4中的藍(lán)線所示),可見位于井眼中的檢波器所檢測(cè)到的上行波其實(shí)只能反映出該檢波器到斷層面之間的地層層速度信息,斷層上盤下部的層狀地層信息所反射的信號(hào)無法被VSP檢波器所獲得。也就是說,VSP觀測(cè)方式存在盲區(qū),圖4中b檢波器只能反映b檢波器深度到B點(diǎn)的地層層速度信息,而不能反映B點(diǎn)以下地層(如B點(diǎn)到A點(diǎn)之間)的速度信息。

分析認(rèn)為,正斷層的斷裂面一般多為張性破裂帶,表現(xiàn)為一個(gè)低速帶,因此認(rèn)為圖3中VSP反演得到的低速帶不是高壓帶,而是斷層的張性破裂帶。由于不同道檢波器探測(cè)的斷層面深度不同,如圖4中c檢波器探測(cè)的斷層面深度在C點(diǎn),而b檢波器探測(cè)的斷層面深度是在B點(diǎn),因此這個(gè)模型同時(shí)也解釋了不同道反演結(jié)果中低速帶深度有差異的問題。

綜合以上的分析結(jié)果,認(rèn)為B井VSP層速度反演結(jié)果在2960～3100 m井段基本客觀地反映了中途完井井底至斷層面之間的地層信息,3100 m以下的低速帶反映了正斷層破裂帶的速度信息,低速帶以下的層速度信息完全是由于雜亂波場(chǎng)引起的,不能反映任何有用的地層信息。由于該井并沒有垂直往下鉆探,而是近乎平行于斷層面進(jìn)行鉆探,因此在后期的鉆探中將不可能鉆遇正斷層破裂帶反映的低速層。B井完井時(shí)測(cè)量的聲波時(shí)差資料證實(shí)了以上的分析結(jié)果(圖5)。

圖5 中國(guó)某海域 B井VSP資料反演的地層層速度與實(shí)測(cè)聲波時(shí)差折算的地層速度對(duì)比圖

3 結(jié)束語

在中途VSP資料反演的地層層速度準(zhǔn)確且不同類型巖石層速度差異較為明顯的情況下,可以利用VSP反演的地層層速度對(duì)儲(chǔ)層物性進(jìn)行估算;在地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的情況下,對(duì)VSP資料反演的地層層速度結(jié)果應(yīng)結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行客觀分析,這樣才能提高應(yīng)用效果,發(fā)揮該項(xiàng)技術(shù)在生產(chǎn)中的預(yù)測(cè)與指導(dǎo)作用。

[1] 謝里夫 R E,吉爾達(dá)特L P.勘探地震學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999:599-601.

[2] 朱光明.垂直地震剖面方法[M].北京:石油工業(yè)出版社,1988:360-369.

[3] 謝明道.垂直地震剖面法應(yīng)用技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1991:4,116-127.

[4] PAYNEM A.Looking ahead with vertical seismic profiles[J].Geophysics,1994,59(8):1182-1191.

[5] 劉穎宇.VSP資料在鉆頭下地層層速度預(yù)測(cè)中的作用[C]∥第三屆中俄測(cè)井國(guó)際學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.2004:188-199.

[6] 王振峰,羅曉容.鶯瓊盆地高溫高壓地層鉆井壓力預(yù)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004:114-120.