西湖1井鉆前地震壓力預測

徐群洲，王 惠，魏金蘭，楊文華

（中國石油新疆油田分公司 勘探開發研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

西湖1井鉆前地震壓力預測

徐群洲，王 惠，魏金蘭，楊文華

（中國石油新疆油田分公司 勘探開發研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

西湖1井是準噶爾盆地南緣深部地層進一步油氣勘探研究提供基礎資料而部署的一口風險預探井。該井鉆探構造高陡，鉆遇斷裂多，地層變化大，鉆前地層壓力預測更為重要。在地震地質解釋研究的基礎上，綜合分析了工區內已鉆的異常壓力分布情況和形成機理，確定了本區地層壓力的經驗公式。通過對地震速度研究，建立三維速度場，進行層速度反演，提取井點地震速度。正確地估算了西湖1井的地層壓力，為井身結構工程設計提供了依據，確保了鉆井的順利，地層壓力預測結果與完鉆后地層壓力測試一致。

地震速度；地層壓力；壓力預測；速度場

0 前言

西湖1井構造上位于準噶爾盆地南緣山前沖斷帶四棵樹凹陷西湖背斜，是為了落實西湖背斜的含油氣性，是以發現新的含油氣領域而部署的一口超深風險探井，設計井深6 268.00m。鉆探目的為該區的下組合白堊系、侏羅系的進一步油氣勘探研究提供基礎資料。將鉆遇西域組的高速礫巖層、區域高地層壓力的安集海河組塑性泥巖層、大型逆掩斷裂和新層系，鉆前地層壓力預測復雜，使得井身結構工程設計困難。

以往同一構造上的西參2井、西5井等在鉆穿安集海河組塑性泥巖層的過程中，多次出現卡鉆、井壁坍塌、泥漿漏失等工程事故。處理各種事故前、后耗費了大量的時間，嚴重制約了鉆井速度，鉆井泥漿比重過大，耗費了大量的人力、物力及財力，所以鉆前異常地層壓力預測更為重要。

1 研究區地層壓力特征

準噶爾盆地南緣山前構造帶異常壓力主要成因是地應力引起，其次是地層中粘土增溫熱膨脹所致。異常壓力的出現往往與區域上大段厚泥巖層段有關，特別是在安集海河組上部，但分布不穩定。在安集海河組及紫泥泉子組泥巖層內，過剩壓力的壓力系數大約為0.2～0.4。在緊靠天山的山前構造上測得的壓力普遍較高，由于上新世以來強烈的抬升剝蝕，地層直接出露地表，正常壓實段很難劃分，泥質巖內的壓力無法估算。

根據鄰井西5井實鉆壓力監測結果看，該區沙灣組及其以上地層，基本為正常壓力系統，壓力系數在1.03左右。安集海河組、紫泥泉子組和吐谷魯群屬于異常高壓地層，壓力系數在1.59～1.90之間。侏羅系地層在南緣沒有鉆遇過，臨區侏羅系地層壓力系數在1.03～1.40之間。

2 鉆前地層壓力預測

2.1 計算地層壓力的算法

地球物理資料預測地層壓力方法主要有兩大類：①井參數預測壓力；②地震資料預測壓力。目前提高地震資料預測壓力精度的根本，是提高速度分析的精度和獲得有針對目標區塊的經驗公式。依據大量的現場鉆井和測井資料，進行有針對特定實例或一定范圍內的樣品統計分析，或針對一定的地質模型實驗得出的經驗公式，就可以得到特殊地質情況的經驗公式，用于地層壓力預測。那么如何得到精確的地層速度資料，就是地震地層壓力預測的技術核心問題。

2.2 新井壓力預測的地震速度分析

2.2.1 用地震速度簡單地預測異常地層壓力的步驟

（1）建立單井的壓力系統概念模型。利用單井壓實資料建立單井的壓力系統概念模型，詳細分析壓力對井旁道速度的影響，提取壓力在速度譜上的響應特征。

（2）以井旁速度分析指導和在地質模型的控制下拾取所需的疊加速度。

（3）對疊加速度進行分析和平滑。

（4）利用DIX公式求取層速度。

（5）平滑層速度。

獲得層速度后，利用經驗公式計算地層壓力。從CMP道集的疊加速度分析中得到的地震速度，常誤用于孔隙壓力分析。疊加速度為處理速度，目的是生成一個疊加地震剖面以突出構造細節。但是，從常規疊加速度分析中推導出的層速度，未經再處理，如果沒有正確理解地震資料采集、處理和解釋，以及資料約束條件，一味地使用常規疊加或處理速度，在地壓分析時就會產生錯誤結果。速度橫向變化大以及在地層傾斜時運用Dix公式，不能將疊加速度轉換為真正的層速度，而且當疊加速度隨深度降低時，用Dix公式轉換而來的層速度預測壓力極不穩定。

2.2.2 層速度預測地層孔隙壓力的難點

（1）影響層速度的因素較多。層速度與地層孔隙壓力有關，但與其它地層參數也有關，如巖性、孔隙度等。這樣，在對其它影響因素未作描述或適當假設的情況下，直接由層速度求取地層孔隙壓力，容易產生較大誤差。

（2）層速度有誤差且分辨率比較低。層速度的誤差包括隨機誤差和系統誤差，而且層速度是兩主要反射層之間的平均速度，分辨率較低。這將影響壓力預測結果及深度的準確性。

運用西湖背斜的實際速度譜資料來分析，該區速度譜點少，密度稀，各譜所點的時間速度對較少，最少的只有四個數據，斷裂附近速度譜值倒轉，逆掩斷裂垂直斷距為200m，因此，不能直接使用過井測線的原始疊加速度譜進行地層壓力計算。作者在本次研究中，采用以下思路進行速度提取工作：通過速度譜解釋、處理獲得疊加速度，地質解釋的地震反射層、建立地質模型，用模型模擬迭代法進行三維地震層速度建場，最后在三維速度場中，提取井點處的層速度（見圖1）。

圖1 西湖1井地震地質解釋剖面和西湖1井點原始疊加速度譜圖Fig.1 Seismic geological interpretation section of the Xihu－1 well and the stack velocity spectrum from Xihu－1well

2.3 三維層速度場研究

（1）時間解釋層地質構造建模。對每個時間解釋層位進行帶斷層的網格化，通過各層時間曲面與斷層的交點計算斷面空間模型，最后，用時間解釋模型與斷面模型的疊置接觸關系建立目標三維空間地質模型。

（2）模型模擬層析法計算層速度。用模型模擬層析法計算層速度是在建立T0及速度場的空間地質模型的基礎上，模擬地震波的自激自收，根據射線傳播理論計算模型中層速度的走時曲線。根據速度譜點的共中心點道集，從地質模型的第一層開始，先估計第一層的層速度，模擬道集內每一道在地質模型中的射線傳播、反射、透射過程，計算接收時間，得出時距曲線，再模擬處理過程中相應的動校正方法求出要拉直這一時距曲線需要的速度，最后與實際速度譜上的疊加速度比較。如不相等，則調整相應層速度重復以上過程，直至兩者相等。然后再模擬第二層、第三層，直到最后一層。

（3）三維層速度建場。通過模型模擬層析法計算層速度，不僅能計算出層速度和反射界面，也同時計算出了反射點偏離入射點的空間距離量。在獲得了每一層的層速度和反射界面后，通過迭代求取符合地質模型的層速度和確定反射界面，最后建立研究區的各反射層位控制的層速度場。

（4）井點的層速度提取。在精細地震資料解釋建模的基礎上，建立高精度的三維空間速度場，不僅提高了構造成圖的精度，而且也為新探井的壓力預測，提供了精確位置的層速度（見圖2）。

（5）預測結果分析。運用精細解釋的地震速度和地震資料中得到的層位信息，利用盆地南緣的實際經驗公式，鉆前計算的西湖1井地層壓力（見下頁圖3），可作出3 200m以上為正常壓力，壓力系數為1.01～1.05；3 200m～3 950m為高壓層，壓力系數為1.05～1.20；在3 950m 出現拐點，3 950m～5 400m為異常高壓層，壓力系數為1.20～1.90；5 400m～5 700m 為地層壓力降低段，壓力系數為1.90～1.63；5 700m～6 260m為異常高壓層，壓力系數為1.63～1.85。

西湖地區的其它井都是采用表、技、油三層套管，西湖1井在5 400m以下存在地層壓力降低，井身結構設計時就得增加一層技術套管，這將大大增加鉆井成本。

3 鉆井錄井結果分析

該井2011年8月完鉆，隨鉆檢測DG指數法其地層壓力監測成果如圖3所示：①1 360m以上為正常壓實地層，壓力系數在1.03～1.10之間；②1 360m～3 960m地層壓力較高，壓力系數在1.10～1.30之間；③3 960m～4 424m為超高地層壓力，壓力系數在1.40～1.88之間；④4 424m～5 400m為高地層壓力，壓力系數在1.88～1.70之間；⑤5 400m～6 268m為高地層壓力，壓力系數在1.70～1.82之間。

圖2 西湖1井點的層速度圖和地層壓力預測結果圖Fig.2 Xihu－1well formation pore pressure prediction and reality of the Xihu－1well drilling results

圖3 西湖1井地層孔隙壓力預測與實鉆結果對比圖Fig.3 Comparison of Xihu－1well formation pore pressure prediction and reality of the Xihu－1well drilling results

顯然，利用地震速度預測的地層壓力結果，與實測的孔隙壓力結果對應的相當好，壓力隨深度的變化趨勢一致。特別是準確地預測了白堊系地層的地層壓力降低，使得井身結構設計合理，保證了鉆井的順利進行。常規套管完井，表套下深為508.00m，第一層技套下深3 956.10m，第二層技套下深5 397.08m，油層技套下深6 265.94m。

4 結論與建議

在準噶爾盆地南緣山前的三排構造中，逆掩斷裂的發育，存在程度不同的地層重復，造成地層速度的變化，特別是背斜軸部的速度譜常出現速度倒轉，由此引起的地震速度異常，應結合地質解釋構造模型進行判斷，在利用地震速度進行地層壓力計算時要分上下盤分別計算。

通過攻關研究，形成了解決鉆前地層壓力預測的地震速度分析難題，在準噶爾盆地的推廣應用，為勘探鉆井提供了準確的地層壓力預測，有效地降低了鉆井事故率。使得鉆井地層壓力預測誤差由20%下降到10%，三維層速度分析技術的推廣應用取得了良好的效果。

［1］ 張衛華，何生，郭全仕.地震資料預測壓力方法和展望［J］.地球物理學進展，2005，19（3）：814.

［2］ 查明，張衛海，曲江秀.準噶爾盆地異常高壓特征、成因及勘探意義［J］.石油勘探與開發，2000，27（2）：31.

［3］ PILLIPPONE W R.Estim ation of form ation parameters and the prediction of overpressure from seismic data［J］.The SEG Re—search Symp，Geopressure studies.1982，10：850.

［4］ 李軍.各向異性介質多波速度分析方法及軟件實現［J］.物探化探計算技術，2010，32（4）：359.

［5］ 吳曉智，王立宏，宋志理.準噶爾盆地南緣構造應力場與油氣運聚的關系［J］.新疆石油地質，2000，21（2）：97.

［6］ 云美厚.地震地層壓力預測［J］.石油地球物理勘探，1996，31（4）：575.

［7］ 賈義蓉.變速三維地震速度場的構建與應用［J］.物探化探計算技術，2011，33（3）：243.

［8］ 樊洪海.利用聲速檢測欠壓實泥巖異常高壓的簡易方法與應用［J］.石油鉆井技術，2001，29（5）：211.

［9］ 孫祥娥.地震波速度求取若干問題研究［M］.成都：成都理工大學，2007.

［10］韓慶功.利用地震層速度預測地層壓力［J］.石油物探技術，1988，9（3）：295.

［11］賀錫雷，吳永國，賀振華.速度誤差對時間偏移和深度偏移的影響分析［J］.物探化探計算技術，2010，32（5）：459.

［12］葛家理.現代油氣藏滲流力學原理［M］.北京：石油工業出版，2003.

［13］張辛耘，王敬農，郭彥軍.隨鉆測井技術進展和發展趨勢［J］.測井技術，2006，30（1）：10.

［14］李顎榮.地應力測量理論研究與應用［M］.北京：地質出版社，1987.

P 631.4

A

10.3969／j.issn.1001－1749.2012.05.04

1001—1749（2012）05—0523—04

2011－11－10 改回日期：2012－06－03

徐群洲（1967－），男，陜西戶縣人，高級工程師，研究方向為石油地質。