中途VSP地層層速度反演技術的拓展應用

劉穎宇 田 洪 李 東 趙前華

(1.中海石油伊拉克有限公司; 2.中海油田服務股份有限公司)

作為一種地面地震和測井相結合的技術手段,垂直地震剖面(VSP)技術在油氣勘探、開發中發揮了獨特的作用[1]。研究表明,通過中途VSP資料進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據,為下一步工程作業提供重要依據[2-3]。

有關利用VSP資料預測鉆頭下方地層層速度的技術時有報道,但通常情況下其預測精度有限,實際應用范圍不廣泛,作用也有限[4]。近些年,中海油田服務股份有限公司與高校合作,改進了2種用于現場的零偏移距VSP資料層速度反演方法,即波阻抗反演和波動方程反演,其具體的反演原理和方法見文獻[2]。近些年幾十口井次的生產實踐證明,在VSP資料、常規測井(聲波、密度)資料質量可靠的情況下,利用VSP資料可以精確預測鉆頭下方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資料進行層速度反演,主要是用反演的層速度信息對下部地層的壓力進行預測[6]。本文通過2個實例對中途VSP資料反演層速度的應用進行拓展和討論,包括首次利用中途VSP反演的地層層速度信息估算儲層物性和在復雜地質構造條件下中途VSP反演層速度的應用,并對這些應用的條件及限制進行了初步探討,以更全面地認識中途VSP的反演結果。

1 利用中途VSP反演的地層層速度估算儲層物性

中國某海域A井中途完井時,通過常規測井和中途VSP資料的聯合反演,得到了下部地層層速度(圖1),對下部儲層物性進行了預測。

圖1 中國某海域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。結合區域資料和該井上部聲波測井折算的地層層速度,認為這些低速層段就是砂巖儲層。這些低速層段的層速度轉換成聲波時差為87～89μs/ft,按照 W ylie公式計算,其儲層孔隙度為23%～25%。

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

圖2 中國某海域A井中途VSP資料反演的地層層速度與實測聲波時差折算的地層層速度對比圖

由此可見,利用中途VSP反演的地層層速度可以對儲層物性進行預測,但在實際應用中需要注意以下幾個問題:①要求VSP及測井資料質量優良;②要保證VSP反演的層速度是較為準確的,因此就要求鉆頭前方地層最好不要有大的速度起伏;③在儲層物性預測井段,不同類型巖石的速度差異必須較為明顯,以便把預測的層速度信息轉換為合理的巖石信息。只有滿足了這3個條件,才能利用中途VSP反演的地層層速度進行儲層物性預測,從而獲得較好的應用效果。

2 復雜地質構造條件下中途 VSP反演層速度的應用

中國某海域B井在鉆至2960 m時,為防止下部地層可能存在異常高壓等危險,決定采集中途VSP和常規測井資料,并對下部地層情況進行預測。

B井位于一個大型構造斷裂帶的下降盤,地質構造情況復雜。按照地質設計該井在2700 m處開始沿斷面傾向方向造斜,至2960 m時最大井斜角已達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B井2470～2960 m井段共50道上行波VSP數據進行了多道波動方程地層層速度反演,其結果如圖3所示。從圖3可以得到以下認識:多道VSP層速度反演的結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中標注段1),在3080 m以下深度段地層層速度有一個較大的低速帶(圖3中標注段2)。分析認為,多道VSP層速度反演結果的一致性反映出VSP反演的可靠性;把各道的反演結果按照道檢波器由深到淺排列,這個低速帶的深度是從3120 m逐漸變到3080 m左右,如圖3中藍色箭頭所示。問題的關鍵是這個低速帶是否代表一個可能的異常高壓帶?為什么不同道反演結果中低速帶的深度會有差異?

圖3 中國某海域B井多道 VSP反演的地層層速度

圖4 中國某海域B井構造及VSP檢波器接受信號示意圖

由B井地震構造模型(圖4)可見,該井西北部為構造邊界(大正斷層),斷層下盤的下部為剛性、高速的火成巖侵入體。用該構造模型對VSP儀器測量方式進行射線追蹤模擬(圖4中的藍線所示),可見位于井眼中的檢波器所檢測到的上行波其實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無法被VSP檢波器所獲得。也就是說,VSP觀測方式存在盲區,圖4中b檢波器只能反映b檢波器深度到B點的地層層速度信息,而不能反映B點以下地層(如B點到A點之間)的速度信息。

分析認為,正斷層的斷裂面一般多為張性破裂帶,表現為一個低速帶,因此認為圖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的斷層面深度不同,如圖4中c檢波器探測的斷層面深度在C點,而b檢波器探測的斷層面深度是在B點,因此這個模型同時也解釋了不同道反演結果中低速帶深度有差異的問題。

綜合以上的分析結果,認為B井VSP層速度反演結果在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井完井時測量的聲波時差資料證實了以上的分析結果(圖5)。

圖5 中國某海域 B井VSP資料反演的地層層速度與實測聲波時差折算的地層速度對比圖

3 結束語

在中途VSP資料反演的地層層速度準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儲層物性進行估算;在地下地質構造復雜的情況下,對VSP資料反演的地層層速度結果應結合實際地質情況進行客觀分析,這樣才能提高應用效果,發揮該項技術在生產中的預測與指導作用。

[1] 謝里夫 R E,吉爾達特L P.勘探地震學[M].北京:石油工業出版社,1999:599-601.

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

[3] 謝明道.垂直地震剖面法應用技術[M].北京:石油工業出版社,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測中的作用[C]∥第三屆中俄測井國際學術交流會論文集.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監測技術研究[M].北京:石油工業出版社,2004:114-120.