高陡構造區枯竭型油氣藏改建地下儲氣庫配套地震解釋技術序列

唐緒磊 趙振偉 王蘭英 王 征 徐 敏 郭海洋 吳戰培

中國石油東方地球物理勘探有限責任公司西南物探研究院

0 引言

1 地質需求及面臨的問題

儲氣庫建設的核心是注采井的鉆探，需要我們在精確落實關鍵地層形態和深度的基礎上，對地層傾角進行準確的預測，合理設計鉆井軌跡，并在鉆井過程中實時跟蹤調整，保障注采井的精準入靶，同時確保目的層段的進尺。XGS儲氣庫建設面臨的難題有以下3個：①地表地質條件復雜，構造高陡且隆起幅度大、地層橫向變化快，應力復雜、斷裂及裂縫發育等特點，難以對地下地質構造進行精確刻畫。②在摸清構造形態的基礎上，如何進行目標靶點的選擇和地層傾角的定量預測。③在注采井的鉆探過程中如何進行實時的跟蹤調整。

2 解決思路及關鍵技術

對于上述問題，我們通過研究及實踐，以地震預測為基礎，形成一套有針對性的技術序列。針對問題①，我們使用多井控制的高陡復雜構造地震地質綜合解釋技術，先在時間域摸清構造形態，然后構建精細的空間速度場進行時深轉換，對目的層進行精細的三維空間雕刻，從而分析氣藏的連通性和密閉性，確保氣藏的穩定性。針對問題②，我們使用隨鉆目標精準入靶技術，首先對可能的目標靶區進行扇形掃描分析，確定靶點位置，然后使用極限的思想，對地層進行網格化，通過三角函數計算地層視傾角。針對問題③，隨鉆目標動態跟蹤技術可以動態平衡地震預測與鉆井施工，實時指導井軌跡的調整。

2.1 高陡復雜構造地震地質綜合解釋技術

XGS儲氣庫是利用XGS主體構造的石炭系氣藏采空區作為地下儲氣庫，同時注采井布設要求井軌跡距離斷層100 m以上。因此，準確落實XGS主體構造形態及斷層展布尤為重要。XGS構造位于是華鎣山構造群中的一個局部構造，構造高陡且隆起幅度大、斷裂系統發育，地層速度變化快，儲層呈薄層狀。研究中根據高陡構造的特點，首先根據三維數據體和三維振幅切片，從不同方向和不同時間段了解淺、中、深層構造的展布趨勢和較大規模斷層的延伸情況；然后，從已知井出發，通過合成地震合成記錄與過井地震剖面對比，把地質層位準確標定到過井地震剖面上；再對基干剖面進行對比，結合水平疊加剖面，確定地質解釋方案，根據反射層的波形特征、波組關系、振幅特征、反射層間時差和各種地質現象的反射特點，再結合鉆井資料對構造展布格局進行深入分析研究，正確區分各類反射波，準確識別背斜與向斜的反射波組特征，確定地腹構造的高低關系，采用強相位對比、波組關系對比和相鄰剖面的相似性對三維地震資料的各反射波進行合理的地質解釋。

2.1.1 精細層位標定

原則上研究區內的井位均需要進行合成記錄的制作和標定，重點分析測井井段長、地震資料品質好、目的層齊全的井位，并根據區域巖性、地震波組特征，綜合標定地震剖面上的相應反射層位[21-22]。根據井旁道提取子波與地震數據的極性和主頻進行對比分析，確保研究區的成果數據為正極性。通過加載實際鉆井井斜數據到地震工區，從三維數據體中抽取沿實際鉆井軌跡的地震剖面，將合成記錄與井軌跡地震剖面對應的地震反射層位進行標定，使波組關系、波形特征一一對應（圖1）；利用單井和連井剖面進行多井閉合標定。在此基礎上對三維數據多方向、多條連井線上目的層反射的準確追蹤對比，進一步認識地質分層[16]。

2.1.2 精確“地質戴帽”

將地面地質露頭剖面按相同比例尺和地震剖面進行匹配（圖2），俗稱“戴帽”，使地面實際構造情況與地下構造地質解釋相吻合，指導地震剖面的對比解釋，使其更符合地質規律[23-25]。

羅爹爹說：“正出門，就碰到巴嫂子倒地。老巴慌得險些站不起身。我屋里四強搭幫他送人去了醫院。老巴托我幫忙照看一下阿里。街里街坊的，相互關個心也是該的。少打一天拳，沒得關系。”羅爹爹嘆口氣，轉向阿里說：“阿里，好吃就多吃點。爹爹荷包有錢。”

2.1.3 實鉆井地質剖面恢復

地震資料解釋中綜合利用地震和地質資料非常重要，特別是高陡復雜構造區斷層附近構造解釋方案的準確確定，關系到鉆探工程的成功與否。在解釋過程中應充分利用測井、地震、地質、鉆井靜動態等多種數據信息，采用交互分析、相關分析等手段進行綜合地質分析[16]，可以正確合理地確定構造模式和地震剖面的解釋方案，指導資料的解釋工作（圖3）。

2.1.4 復雜斷裂三維立體空間解釋

復雜構造是因受多個不同方向應力的綜合響應，斷層是形成復雜構造各類圈閉的必要條件。因此，復雜構造區域斷層的解釋尤其重要，斷點位置是否準確、斷層平面組合是否合理，直接影響最終構造成果的精度。

復雜斷裂地震解釋首先通過瀏覽三維數據體、等時切片、相干體數據體和沿層相干切片等，對研究區的斷裂發育規模和縱橫向展布建立一個整體的、概括性的立體空間概念，然后在結合實鉆井地質恢復剖面確定的構造模式，對地震剖面進行斷裂性質、縱向斷開層位及產狀精細刻畫。根據地震剖面上的斷層特征，即波組變化、同相軸錯、斷斷面波等標志，先識別斷點，然后再對縱、橫向的斷點進行閉合解釋[23]，進而準確確定縱向上淺、中、深層斷點在剖面上的位置和平面相鄰斷點的關系，從而實現復雜斷裂三維空間雕刻（圖4）。

2.1.5 儲氣庫保存條件分析

由于儲氣庫建設對氣藏的封閉性有極高的需求，需要對蓋層的密封性和斷層的封堵性開展研究，同時結合歷年靜、動態鉆井資料，對氣藏的可靠性進行分析[12]。

XGS儲氣庫是石炭系氣藏，上覆為下二疊統梁山組地層，為泥頁巖地層，致密性強，對石炭系氣藏具有良好的封閉作用。同時，梁山組之上為下二疊統棲霞組的致密石灰巖，全區均有分布，鉆遇厚度均在70 m以上，棲霞組的封閉作用為氣藏的保存條件提供了進一步的保障，因此認為XGS儲氣庫蓋層密封性良好（圖5）。

斷層對油氣封堵具有重要的作用，從斷層上下盤地層巖性組合關系來看（圖6）： ⑤號斷層下盤下二疊統致密灰巖或泥灰巖作為斷層溢出點的封堵層，③號斷層下盤為下三疊統飛仙關組致密灰巖或頁巖作為斷層溢出點的封堵層，具備良好的封閉條件。再結合歷年動靜態鉆井資料，在氣藏整個開采過程中各井地層壓力下降速度相同，同期折算地層壓力基本一致，表明氣藏各井具有很好的連通性。通過以上的分析，說明XGS構造主體石炭系氣藏為一整裝氣藏，且蓋層和斷層的封堵性較好，氣藏可靠性和穩定性高[25]。

2.1.6 精細空間時深轉換速度場的建立

時深轉換至關重要，它決定了我們是否能精確預測關鍵地層的形態和深度，從而合理的設計注采井軌跡。時深轉換的核心是速度模型的建立，傳統的模型建立方法是每間隔50～150個CDP點取一個速度控制點，取點原則一般為構造頂部、構造兩翼以及井點必取。這種方法所建立的速度模型并沒有完全吻合于構造，且由于控制點相對較少，不能從細節上反應地下速度的變化規律，并不滿足精確預測目的層深度的需要。本次建模采用速度控制層+速度場的方式：縱向上選取速度差異大的地質界面和主要目的層作為速度控制層（圖7）；橫向上采用實鉆井資料編制速度平面圖（圖8），須滿足由于壓實作用造成的埋深越大速度越大的基本規律；最后將速度場充填速度控制層，建立時深轉換速度模型。相比于傳統模型，區別在于三維的每一個空間點都有速度控制且平滑過渡，更加吻合于構造形態，時效和準確度上有大幅提高。

2.2 隨鉆目標精準入靶技術

2.2.1 地質目標扇形掃描

在井位設計階段或實際鉆進過程中，在已選定好的目標靶區，為尋找最佳入靶點，需要結合鉆、測井資料和三維地震數據，從不同方位的過井剖面，對目標靶區的地質層位進行精細對比解釋以尋找最佳目標點，并對目標靶點的關鍵地層作精確的深度預測。同時對隨鉆中出現的井震誤差仔細分析原因，合理的調整對比解釋方案和調整速度模型，以便對目標靶區的關鍵地層深度做到精確的預測[17]。

2.2.2 陡傾地層視傾角地震預測

研究區內注采井進入目標靶區后，井斜角高達700以上，甚至達到900，為了盡可能增大鉆井軌跡穿越儲層的進尺，必須使井斜角與地層視傾角最大限度的保持一致，如果不慎鉆穿目的層，可能導致鉆探失敗，達不到設計要求，此時進行側鉆則有可能造成泄漏點，破壞儲氣庫氣藏的保存條件，對一次性鉆探成功率有較高要求。常規的水平井地質導向一般通過隨鉆測井技術能對已鉆軌跡內的地層變化做出精確測量，并以此為依據對前方未鉆區域內的地層變化情況進行預測，但這種技術存在一定局限性，特別是在川東高陡構造區，地層的沉積演化和構造的橫向變化相當復雜，僅憑這種技術很難對定向井進行精確的導向。因而需要我們基于地震資料對地層視傾角進行定量預測[4]。利用鉆測井資料（測井分層、傾角測井）、高分辨率三維地震深度數據，基于設計鉆井目標井軌跡剖面段層位上每個相鄰道的坐標信息，預測出鉆井目標陡傾界面段的視傾角，從而有效指導注采井的鉆探。地層視傾角預測示意圖，圖中紅線為設計井軌跡，由于井軌跡需在儲層中穿行，因此認為儲層軌跡即為設計井軌跡（圖9）。不難看出，圖中“S”的最小長度單元為一個面元的大小，所以地層傾角的預測精度可以精確到每兩個CDP點，即按地震資料面元大小計算，可以每個面元計算一個地層視傾角。

2.3 隨鉆目標動態跟蹤技術

在井位設計階段及實際鉆進過程中，結合鉆、測井資料和三維地震數據綜合分析，對選定的目標靶區內尋找最佳入靶點，從不同方位的過井剖面對目標靶區的地質層位進行精細對比解釋，并對目標靶點的關鍵地層進行傾角和深度預測[4-5,21]。

在隨鉆中，實時將實鉆結果和預測結果相比較（地層傾角、深度），若兩者一致，則不作調整。反之，分析出現井震誤差的原因，利用最新的實鉆井資料，合理的調整對比解釋方案或時深轉換速度模型，進行新一輪關鍵地層傾角和深度預測，并對隨鉆井和擬鉆井進行構造分析，以便判斷實時軌跡是否能夠準確入靶，然后提出隨鉆井軌跡方案調整建議，這是一個地震預測和鉆井動態結合的循環過程。

3 實踐效果

形成的地震導向技術應用于多口注采井，取得了較好的效果。XGS儲氣庫共完成了12口注采井的鉆探。成功建成了西南地區首座地下儲氣庫，為川渝地區5千多萬居民季節調峰用氣。XC16井在鉆探過程中，通過動態跟蹤，發現在鉆至A點時（圖10），高于靶點約33 m，離石炭系地層頂界面真厚約30 m，水平位移已達554 m，超設計4 m，已無入靶可能，于是對鉆探方案進行調整，從茅一段側鉆，最后成功命中靶點，且在石炭系地層水平進尺54 m，達到預期目標。

XC15井最終完鉆石炭系地層鉆井進尺209 m，同樣完美達到預期目標。該井鉆進方向垂直于構造軸向，因此任何細微的地層傾角變化都將導致鉆穿目的層，針對這一情況，進行了逐個CDP點的傾角預測，并且對目的層的陡緩轉折進行了詳細的分析（圖11），在進入目的層后，井深約2 392 m附近地層傾角開始逐漸變緩再逐漸變陡，這一預測結果與實鉆是吻合的。同時該井的井鉆井海拔與地震預測誤差在5 m以內。隨著配套技術的成熟，注采井目的層段的水平進尺也有顯著增加，平均水平段進尺從技術運用前的37 m增加到了技術運用后期的97 m，增幅達到162%，這說明地震導向技術對注采井鉆探的支撐是切實有效的。

4 結論

1）針對XGS地下構造復雜，利用復雜構造地震地質綜合解釋技術，準確落實地下構造真實形態。在鉆井過程中開展地震動態深度預測，及時修正關鍵目標地層深度，動態預測地層傾角為地質導向提供準確的依據。

2）形成的地震導向技術，在XGS儲氣庫建設中成功應用，為注采井的實施提供了強有力的物探技術支撐，有效地指導了注采井工藝的設計、實施，為提高髙陡復雜構造區鉆探成功率提高了可靠的資料，提高了鉆井速度與效益。

3）本技術序列能有效解決儲氣庫建設中遇到地質問題，實時指導注采井鉆探。已運用于實際生產。在XGS儲氣庫建設中，已成功為目標靶點的確定提供充分依據，并有效指導多口水平井鉆探，大大增加了目的層鉆探水平進尺，為XGS儲氣庫建設在物探技術需求方面保駕護航，具有廣泛的推廣潛力。