楊學(xué)民,彭成斌

(斯倫貝謝美國(guó)休士頓總部,休士頓,德克薩斯州,美國(guó),77042)

得益于三維地震數(shù)據(jù)采集及成像技術(shù)的不斷進(jìn)步和開(kāi)采技術(shù)的不斷更新,深海及超深儲(chǔ)層已成為石油勘探開(kāi)發(fā)的重要領(lǐng)域之一,隨之而來(lái)的是不斷增加的勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)挑戰(zhàn)和高額的鉆井成本。如何增加勘探成功率及儲(chǔ)藏鉆遇率,進(jìn)一步降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)及成本,是石油工業(yè)界需要長(zhǎng)期探索的問(wèn)題。石油勘探開(kāi)采涉及到地震成像、構(gòu)造解釋、屬性反演、井位部署、鉆井目標(biāo)選擇、井軌跡設(shè)計(jì)、井壓預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等眾多領(lǐng)域。地震成像和構(gòu)造解釋是井位部署和鉆井目標(biāo)選擇的重要依據(jù),也是勘探和鉆井作業(yè)成功的關(guān)鍵。通常使用已有或新采集的地面地震數(shù)據(jù)求取地下速度場(chǎng),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像,并以此為依據(jù)開(kāi)展勘探工作。然而,求取地下速度場(chǎng)是一個(gè)反演過(guò)程,其結(jié)果是不唯一的。地下速度場(chǎng)的各向異性,更增加了精準(zhǔn)建模和成像的難度。因此,地震解釋、儲(chǔ)層反演、井位選取、井壓預(yù)測(cè)等都具有很大的不確定性,從而增加了勘探和開(kāi)發(fā)鉆探的風(fēng)險(xiǎn)。近些年來(lái),已鉆井?dāng)?shù)據(jù)(如聲波測(cè)井、VSP、校驗(yàn)炮走時(shí)、層位標(biāo)定等)被越來(lái)越多地應(yīng)用于地震建模和成像,使速度場(chǎng)的準(zhǔn)確度和成像精度有了一定程度的提高,但仍然不能滿足實(shí)際鉆井的要求,鉆前對(duì)井下地質(zhì)預(yù)測(cè)(包括主要層位和孔隙壓力等)的偏差仍然很高。為此,PENG[1],ZHAO等[2]和ESMERSOY等[3]提出了地震導(dǎo)向鉆井(Seismic Guided Drilling,簡(jiǎn)稱SGD)的新思想,即利用地面地震及鉆井過(guò)程中不斷獲得的新數(shù)據(jù),對(duì)井眼前方及周邊的三維區(qū)域進(jìn)行重新預(yù)測(cè),為實(shí)時(shí)鉆井決策提供科學(xué)依據(jù)。

SGD技術(shù)能夠利用鉆井過(guò)程中不斷獲得的信息實(shí)時(shí)地逐步提高地震成像的準(zhǔn)確度和精度,進(jìn)而確定井眼前方及其周圍的地質(zhì)災(zāi)害體、斷層和目標(biāo)儲(chǔ)層的位置,優(yōu)化套管方案和鉆井軌跡。該技術(shù)首先在墨西哥灣深海得到了較好的應(yīng)用[3],隨后被推廣應(yīng)用到井壓預(yù)測(cè)[4],并在亞洲和墨西哥灣深海進(jìn)行了應(yīng)用[5-8]。2014年以來(lái),SGD技術(shù)在中國(guó)西部的陸上鉆探中也得到了應(yīng)用,為鉆遇超深(>6000m)的碳酸鹽巖洞穴提供了更精確的靶點(diǎn)[9-10],顯著提高了縫洞體的鉆遇率[11]。

SGD技術(shù)的實(shí)施共分三個(gè)階段:①可行性研究;②鉆前評(píng)估及預(yù)測(cè);③隨鉆地質(zhì)模型的更新及鉆頭前方地質(zhì)狀況的預(yù)測(cè)。本文首先回顧了SGD技術(shù)的思路,然后詳細(xì)闡述了SGD技術(shù)每個(gè)階段的目標(biāo)與實(shí)施流程,并給出了第二和第三階段實(shí)施后的一些實(shí)際成果。

1 SGD技術(shù)思路

地震建模及成像技術(shù)在油田勘探和開(kāi)發(fā)中有著至關(guān)重要的作用。在傳統(tǒng)的物探過(guò)程中,首先要利用已采集的地面地震數(shù)據(jù)建立地下速度模型并對(duì)其進(jìn)行偏移成像;然后對(duì)地下速度模型和地震成像數(shù)據(jù)體進(jìn)行地質(zhì)解釋、儲(chǔ)層識(shí)別和井位確定等;最后根據(jù)鉆探目標(biāo)和預(yù)測(cè)深度進(jìn)行鉆井方案和套管設(shè)計(jì)等。然而,在實(shí)際鉆井過(guò)程中獲得隨鉆測(cè)量/隨鉆測(cè)井/電纜測(cè)井(MWD/LWD/WL)等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后,往往會(huì)發(fā)現(xiàn)鉆前提供的地下模型和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存在明顯差異,比如VSP/Checkshot數(shù)據(jù)和速度模型誤差越來(lái)越大。目前采取的對(duì)策是,用已獲得的實(shí)測(cè)速度對(duì)井口模型速度進(jìn)行重新標(biāo)定,并用標(biāo)定后的模型速度對(duì)成像進(jìn)行一維縱向拉伸,據(jù)此來(lái)更新預(yù)測(cè)深度。如果鉆前模型不夠準(zhǔn)確,且井眼上覆巖層比較復(fù)雜,速度橫向變化過(guò)快,那么鉆前提供的目標(biāo)體橫向位置也會(huì)有很大的偏差,這種一維的縱向拉伸就不能將鉆井目標(biāo)歸位到正確的空間位置。在這種情況下鉆井,往往不能鉆遇到最佳儲(chǔ)層位置,或找不到目標(biāo)儲(chǔ)層。地震導(dǎo)向鉆井技術(shù)(SGD)綜合現(xiàn)有的跨學(xué)科技術(shù)及流程,在不影響鉆井作業(yè)的情況下,用地面地震數(shù)據(jù)和鉆井過(guò)程中不斷獲得的測(cè)井資料,對(duì)地下速度模型及成像結(jié)果進(jìn)行快速實(shí)時(shí)更新和快速解釋反演,以便更新目標(biāo)儲(chǔ)層空間位置預(yù)測(cè)結(jié)果,為調(diào)整鉆井軌跡提供依據(jù)。

圖1展示了SGD的概念。首先利用三維地面地震數(shù)據(jù)進(jìn)行速度建模和偏移成像。按以往慣例,當(dāng)偏移成像道集被拉平后(圖1a右邊),就認(rèn)為該速度模型及地震成像基本合理,解釋人員根據(jù)鉆前地震成像結(jié)果選取鉆探目標(biāo),鉆井工程部門選取井口位置、設(shè)計(jì)井軌跡(圖1a中間)并進(jìn)行鉆井。在鉆井過(guò)程中實(shí)時(shí)采集測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),鉆前得到的速度場(chǎng)通常比實(shí)測(cè)的速度快(圖1a左邊)。如果根據(jù)鉆頭后方(已鉆段)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)速度場(chǎng)進(jìn)行一維標(biāo)定(圖1b 左邊),會(huì)發(fā)現(xiàn)井眼前方的鉆前速度要明顯高于真實(shí)速度,地震成像道集的同相軸下拉嚴(yán)重(圖1b右邊)。為此,我們采用井約束層析成像方法對(duì)整個(gè)速度場(chǎng)進(jìn)行三維更新,將成像道集拉平(圖1c右邊),不但使得鉆頭后方的模型速度與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合,而且使得鉆頭前方及周邊的速度場(chǎng)與地下真實(shí)的速度場(chǎng)更加吻合(圖1c左邊)。比較圖1a和圖1c發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)三維速度場(chǎng)更新后,鉆探地質(zhì)目標(biāo)明顯變淺并且向右移動(dòng)。采用傳統(tǒng)的一維標(biāo)定速度和縱向拉伸成像方法無(wú)法對(duì)井軌跡進(jìn)行三維優(yōu)化調(diào)整,鉆頭往往打不到地下真實(shí)的鉆探目標(biāo)。

圖1 SGD的概念(左邊為速度曲線;中間為地震剖面和鉆前設(shè)計(jì)的井軌跡(紅色虛線);右邊是成像道集,其重要層位的拉平程度由紅色實(shí)線標(biāo)出)a 地震速度建模與偏移成像; b 測(cè)井標(biāo)定速度與縱向拉伸成像; c 三維速度場(chǎng)更新與井約束層析成像

SGD的出發(fā)點(diǎn)是利用鉆井過(guò)程中不斷獲取的新測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),重新處理地面地震資料,快速修改或更新地下三維模型和三維地震成像,為實(shí)時(shí)鉆井決策提供最新信息,避免或降低鉆井風(fēng)險(xiǎn),優(yōu)化鉆井軌跡,最終達(dá)到鉆遇最佳儲(chǔ)層位置的目的。

2 SGD技術(shù)實(shí)施

2.1 SGD實(shí)施流程

實(shí)施SGD的每個(gè)項(xiàng)目都會(huì)針對(duì)具體地質(zhì)目標(biāo)和工程挑戰(zhàn)制定特定的流程,包括以下三個(gè)階段:①先期可行性研究,選擇相關(guān)技術(shù),給出具體實(shí)施方案與建議;②鉆前評(píng)估及預(yù)測(cè),建立鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型(包括三維成像模型和巖石物理模型)與成像,優(yōu)化實(shí)時(shí)參數(shù)與技術(shù)流程;③隨鉆地質(zhì)模型更新與鉆頭前方地質(zhì)預(yù)測(cè),及時(shí)提供最新的信息,為鉆井決策提供依據(jù)[3]?；谀壳暗挠?jì)算機(jī)資源和計(jì)算能力,SGD通常只能對(duì)以井眼為中心的10km×10km范圍建立鉆前基準(zhǔn)模型,并對(duì)5km×5km范圍進(jìn)行高精度實(shí)時(shí)更新。每一次SGD的隨鉆更新過(guò)程要在24h之內(nèi)完成,更新內(nèi)容包括地質(zhì)模型及工程力學(xué)參數(shù)、鉆探目標(biāo)的新位置和鉆頭前方及周圍可能存在的鉆井風(fēng)險(xiǎn)(例如斷層、地質(zhì)災(zāi)害體、高壓區(qū)、泥漿泄漏區(qū)、泥漿窗口狹小段等)。

圖2顯示了SGD的總體技術(shù)流程。由于每個(gè)階段的任務(wù)性質(zhì)和目標(biāo)不同,使用的技術(shù)和流程也不相同。在具體實(shí)施過(guò)程中,針對(duì)不同的地質(zhì)環(huán)境、地震成像和鉆井難點(diǎn),以及地物、地質(zhì)部門和鉆井部門的特定需求,SGD使用的技術(shù)和流程也要做出相應(yīng)的調(diào)整。

圖2 SGD的總體技術(shù)流程(隨鉆決策要在24h內(nèi)完成)

2.2 可行性研究

可行性研究的目的是了解待鉆井區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境、鉆探目的、可能的鉆井挑戰(zhàn)及風(fēng)險(xiǎn)。包括初步檢查已有的地面地震數(shù)據(jù);對(duì)已有的地質(zhì)模型和地震成像及構(gòu)造解釋等進(jìn)行評(píng)估;選擇適當(dāng)?shù)慕Ａ鞒?例如井約束、地質(zhì)約束、巖石物理約束等)和成像技術(shù)(例如克?；舴蚱?、逆時(shí)偏移、全波形反演等);預(yù)判已有的地面地震數(shù)據(jù)和鉆井中將要獲取的新數(shù)據(jù)能否滿足鉆井工程的具體要求,能否為鉆井決策提供有用的信息。

2.3 鉆前評(píng)估及預(yù)測(cè)

鉆前評(píng)估及預(yù)測(cè)的重點(diǎn)是建立鉆前基準(zhǔn)模型,包括用于地震成像的速度模型和用于井壓預(yù)測(cè)的巖石物理模型。首先,收集盡可能多的已鉆井資料,包括測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)(如校驗(yàn)炮、VSP、聲波、密度,等)、工程數(shù)據(jù)(如孔隙壓力、破裂壓力、泥漿比重,等)、錄井及層位鉆遇數(shù)據(jù)、完井報(bào)告等;同時(shí),收集待鉆井的設(shè)計(jì)報(bào)告,盡可能多地了解鉆井風(fēng)險(xiǎn)并準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)的技術(shù)方案;然后選擇合適的流程,建立各向異性的速度模型和巖石物理模型,并進(jìn)行高精度成像;最后進(jìn)行層位和斷層解釋、地質(zhì)災(zāi)害體識(shí)別、鉆井風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)等。

在一些深海探區(qū),待鉆井附近往往沒(méi)有已鉆井資料或已鉆井資料較少,這給求取與地下地質(zhì)相吻合的速度模型帶來(lái)挑戰(zhàn)?；诖?DUTTA等提出了一套巖石物理約束建模的方法[12-14],并在SGD項(xiàng)目中首先進(jìn)行了應(yīng)用[5]。此后,該方法被廣泛應(yīng)用于大面積的深度偏移建模及成像[8,15]。

圖3展示了一個(gè)深海區(qū)SGD應(yīng)用的實(shí)例。在SGD實(shí)施前,已經(jīng)用深度偏移成像數(shù)據(jù)體選擇了井位并設(shè)計(jì)了井軌跡。在啟動(dòng)SGD鉆前研究前,該井已經(jīng)開(kāi)鉆。獲得新的成像結(jié)果后發(fā)現(xiàn),之前解釋的深層鉆探目標(biāo)(圖3a)已經(jīng)發(fā)生了顯著的橫向位移(圖3b)。雖然新老成像剖面都是采用克?；舴虔B前深度偏移方法得到的,然而新的成像剖面的品質(zhì)明顯提高。由于該井已經(jīng)開(kāi)鉆,無(wú)法移動(dòng)井口位置,鉆井工程師只能根據(jù)新的成像資料對(duì)井軌跡進(jìn)行必要的調(diào)整,改直井為斜井。雖然斜井的鉆井成本比直井顯著增加,但這一決策能確保鉆遇地質(zhì)目標(biāo)。

圖4展示了中國(guó)西部塔里木盆地的一個(gè)陸上SGD應(yīng)用實(shí)例,奧陶系碳酸鹽巖洞穴(縫洞體)是該區(qū)重要的儲(chǔ)層之一。圖4a顯示了用不同成像模型給出的洞穴空間分布,其中綠色顯示了用傳統(tǒng)建模成像方法得到的洞穴位置,紅色顯示了用SGD基準(zhǔn)地質(zhì)模型成像方法得到的洞穴位置。可以看出,兩者的偏差在東部相對(duì)較小,向西逐漸加大。為了更加直觀,圖4b和圖4c顯示了兩個(gè)模型在一條連接縫洞體中心的任意線上洞穴位置的差異。在A和E兩點(diǎn),縫洞體中心橫向位置基本一致,在B和D兩點(diǎn)各相差80m左右,在C點(diǎn)相差達(dá)100m。由于鉆井目標(biāo)很小(通常直徑在50～100m),埋深很大(地下6000～7000m),即使洞穴中心位置的偏差很小,也很可能導(dǎo)致鉆井失利。

圖3 深海區(qū)SGD應(yīng)用實(shí)例a 老的深度偏移剖面; b 利用SGD基準(zhǔn)地質(zhì)模型得到的新的深度偏移剖面

多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用在SGD建模過(guò)程中具有至關(guān)重要的作用,能使得到的地下速度模型及地震成像結(jié)果更加接近地下真實(shí)情況。從以上兩個(gè)實(shí)例可以看出,在地質(zhì)目標(biāo)及井位選取之前,應(yīng)盡早建立鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型并進(jìn)行成像,以利于井位的選取、井軌跡設(shè)計(jì)、鉆井施工方案確定等。

圖4 陸上SGD應(yīng)用實(shí)例a 不同成像模型得到的洞穴空間分布; b老資料深度偏移洞穴中心位置; c SGD基準(zhǔn)地質(zhì)模型深度偏移洞穴中心位置

2.4 隨鉆更新及預(yù)測(cè)

鉆井過(guò)程中實(shí)施更新的價(jià)值體現(xiàn)在能夠快速地為鉆井作業(yè)提供有用信息。盡管在建立鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型階段,已經(jīng)用附近已鉆井?dāng)?shù)據(jù)和多種地質(zhì)信息對(duì)模型進(jìn)行了約束層析反演及成像,但結(jié)果與地下真實(shí)情況仍存在一定偏差。在鉆井過(guò)程中,通過(guò)隨鉆測(cè)量不斷獲得地下新的數(shù)據(jù),利用這些新的井中信息對(duì)該井附近基準(zhǔn)地質(zhì)模型和成像做進(jìn)一步的更新,此乃SGD技術(shù)精華之所在。

SGD的實(shí)時(shí)更新不同于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),不是在鉆井過(guò)程中對(duì)地下情況進(jìn)行通常意義上的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(例如,每分鐘、每小時(shí)或隨鉆上傳的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)),而是在一些關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)施隨鉆更新及預(yù)測(cè)(如,下套管的位置,即將進(jìn)入高壓層或即將達(dá)到目標(biāo)區(qū),等等)。關(guān)鍵點(diǎn)的選擇取決于鉆井作業(yè)的需求及鉆井過(guò)程中所遇到的實(shí)際地質(zhì)問(wèn)題,比如,意外鉆遇到高壓層后需要SGD預(yù)測(cè)高壓層的厚度,以便調(diào)整下套管的位置。

隨鉆更新的第一步是對(duì)成像模型和巖石物理模型進(jìn)行快速三維更新,這個(gè)過(guò)程一般在4～6h內(nèi)完成。模型更新和對(duì)鉆頭前方的預(yù)測(cè)需要以下兩個(gè)方面的數(shù)據(jù):①鉆井時(shí)隨鉆或電纜校驗(yàn)炮、聲波測(cè)井、鉆遇層位等信息;②密度測(cè)井、孔隙壓力和破裂壓力測(cè)量、鉆井使用的泥漿比重和鉆井班報(bào)等信息。模型更新完成后再進(jìn)行快速地震成像,更新層位和斷層的位置,識(shí)別可能的地質(zhì)災(zāi)害體,預(yù)測(cè)孔隙壓力,標(biāo)定靶點(diǎn)的新位置。在可能的情況下,也會(huì)根據(jù)需要對(duì)儲(chǔ)層厚度及物性進(jìn)行預(yù)測(cè)。整個(gè)隨鉆更新的實(shí)施要在24h內(nèi)完成,圖5給出了隨鉆更新及預(yù)測(cè)的實(shí)施流程。

2.4.1 隨鉆更新實(shí)例一

實(shí)例一來(lái)自墨西哥灣深海區(qū)一個(gè)勘探鉆井項(xiàng)目。該鉆井是一口垂直井,總設(shè)計(jì)深度約為11710ft(3570m,1ft≈0.3048m)。該井附近的地質(zhì)情況很復(fù)雜,目標(biāo)地層高角度傾斜,周圍斷層發(fā)育(圖6)。鉆前速度分析顯示,在9500ft(2900m)深度,地層速度開(kāi)始倒轉(zhuǎn),可能存在一個(gè)高孔隙壓力區(qū),因此存在鉆井安全隱患。實(shí)施SGD更新的工程要求是,當(dāng)該井鉆到8200ft(2500m)時(shí),獲取校驗(yàn)炮速度數(shù)據(jù),對(duì)井口附近鉆頭前方的速度及孔隙壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。圖7a對(duì)比了SGD更新前后速度與實(shí)測(cè)校驗(yàn)炮速度。與鉆前速度相比,更新后的速度不但與已鉆段(鉆頭后方)的速度擬合得更好,而且能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未鉆段(鉆頭前方)速度倒轉(zhuǎn)的位置與幅度,這為更新孔隙壓力預(yù)測(cè)結(jié)果提供了可靠的依據(jù)(圖7b)。在鉆井決策中,孔隙壓力的預(yù)測(cè)至關(guān)重要,它關(guān)系到泥漿比重和套管位置的選擇。準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)孔隙壓力可以讓鉆井作業(yè)者提前做好準(zhǔn)備,應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的安全事故,從而降低鉆井風(fēng)險(xiǎn),節(jié)省不必要的開(kāi)支。

圖5 SGD隨鉆更新流程

2.4.2 隨鉆更新實(shí)例二

實(shí)例二同樣來(lái)自墨西哥灣深水區(qū)?？碧骄瓹是一口待鉆井,圖8是一張深度域連井地震剖面,顯示了這口勘探井所在的位置及其鉆井設(shè)計(jì)方案。該鉆井的主要難點(diǎn)是需要在第二個(gè)同生斷層面以下放置一個(gè)套管,以避免可能的地質(zhì)災(zāi)害和沿第一斷層面分布的焦油體。另一個(gè)目的是要鉆到儲(chǔ)層頂部的正確位置。因此,地震成像的關(guān)鍵是能夠提供斷層在三維空間上的正確位置。隨鉆過(guò)程中重新快速成像是SGD技術(shù)實(shí)施的重要組成部分。在建立鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型時(shí),我們使用了旁井B的測(cè)井資料。這些數(shù)據(jù),特別是速度信息,不僅為鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型的三維速度場(chǎng)提供了約束,而且為各向異性參數(shù)估計(jì)提供了可接受的參數(shù)取值范圍,從而提高了速度模型與實(shí)際地質(zhì)情況的吻合度,改善了深度成像的可信度與精度。與傳統(tǒng)建模方法相比,井約束建模同樣可以降低待鉆井處成像的井震誤差,為井位選取和井軌跡設(shè)計(jì)提供更可信的依據(jù)。在隨鉆過(guò)程中,利用井C中的校驗(yàn)炮數(shù)據(jù)再對(duì)地質(zhì)模型及成像結(jié)果進(jìn)行多次更新,使其精度進(jìn)一步提高。圖9對(duì)比了應(yīng)用SGD技術(shù)得到的最終成像剖面和老成像剖面。由于SGD更新后的模型更接近真實(shí)地質(zhì)情況,新的成像剖面更加清晰,分辨率更高,位置更準(zhǔn)確。從圖9可以看出,斷層的縱向和橫向位置都發(fā)生了重大變化,鉆前依據(jù)老資料解釋的斷層位置(圖9中的紅線)及套管位置(圖9中的藍(lán)色菱形點(diǎn))在SGD更新后明顯變淺并向右移動(dòng)(圖9中的黃線及綠色菱形點(diǎn))。這些信息為最終確定套管位置提供了重要依據(jù)。

圖6 墨西哥灣某井位處的橫測(cè)線(a)和縱測(cè)線(b)地震剖面

圖7 墨西哥灣某井的速度(a)和孔隙壓力(b)與預(yù)測(cè)結(jié)果

圖8 墨西哥灣勘探井C附近地震成像及鉆井設(shè)計(jì)方案

圖9 墨西哥灣勘探井C附近老的深度剖面(a)與SGD更新后的深度剖面(b)對(duì)比

2.4.3 隨鉆更新實(shí)例三

實(shí)例三是在中國(guó)西部塔里木盆地實(shí)施的一個(gè)SGD試驗(yàn)項(xiàng)目,也是SGD第一次在陸上應(yīng)用。該地區(qū)很多儲(chǔ)層都在埋深達(dá)4500～8000m的奧陶系碳酸鹽巖地層中。地質(zhì)環(huán)境是喀斯特干燥地貌,非均質(zhì)裂縫性孔洞系統(tǒng)非常發(fā)育,并伴有眾多的大型洞穴。這些碳酸鹽巖洞穴和縫洞為油氣主要儲(chǔ)集地,是鉆探的主要目標(biāo)。然而,由于洞穴埋藏很深,橫向尺度小,在地震成像中僅表現(xiàn)為一些強(qiáng)振幅的亮點(diǎn)(圖10左上部),要準(zhǔn)確鉆探到這些洞穴并非易事。從以往的鉆井統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,有40%的井直接打中了洞穴,如圖10中的井3;有40%的井沒(méi)有直接打中洞穴,但經(jīng)酸壓后能與儲(chǔ)層溝通,如圖10中的井2,也算是打井成功;還有20%的井屬于失利井,如圖10中的井1[11]。

圖11顯示了不同成像數(shù)據(jù)體中碳酸鹽巖洞穴位置的差別。已鉆井A是一口失利井,該井的洞穴靶點(diǎn)位置是根據(jù)老資料確定的(圖11a)。根據(jù)老成像資料,該井靠近洞穴中心的位置,應(yīng)該能成功。SGD鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型成像結(jié)果顯示,這口井打到了洞穴的邊緣(圖11b),與實(shí)際鉆井結(jié)果相符。這是由于地震頻率過(guò)低,陸地采集的觀測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)格過(guò)于稀疏,造成地震剖面上洞穴的成像看起來(lái)比實(shí)際的要大,該井實(shí)際上離洞穴的邊緣還有一定的距離。隨后的酸壓作業(yè)沒(méi)有與儲(chǔ)層溝通也間接證明了這一點(diǎn)。要想直接打中洞穴,就要對(duì)洞穴位置和大小進(jìn)行精準(zhǔn)成像。SGD的實(shí)施就是要在鉆井過(guò)程中利用新的實(shí)時(shí)測(cè)井信息進(jìn)一步提高靶點(diǎn)預(yù)測(cè)的精度,指導(dǎo)鉆井作業(yè),達(dá)到直接打中洞穴的目的。

圖10 地震成像剖面上的碳酸鹽巖洞穴及其鉆探井

圖11 不同成像數(shù)據(jù)體中碳酸鹽巖洞穴位置對(duì)比a 老資料; b SGD鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型

本次SGD試驗(yàn)項(xiàng)目共分兩期進(jìn)行。作為前期試驗(yàn),第一期對(duì)10km×10km范圍的工區(qū)A建立了鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型并進(jìn)行了地震成像,據(jù)此選出4口井做了SGD隨鉆更新。在第二期試驗(yàn)中,共選了10口井進(jìn)行隨鉆更新,其中4口井選在第一期試驗(yàn)工區(qū)A內(nèi),另外6口選在鄰近的工區(qū)B內(nèi)。SGD隨鉆更新前,并沒(méi)有采用工區(qū)B的地震數(shù)據(jù)建立SGD鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型,該工區(qū)內(nèi)的井位及洞穴位置根據(jù)已有的成像數(shù)據(jù)體確定,不是最佳選擇。

表1和表2分別列出了兩期試驗(yàn)的結(jié)果。在第一期試驗(yàn)中,4口井都直接命中洞穴;在第二期試驗(yàn)中,6口井直接命中洞穴,4口井經(jīng)輕微酸壓后與儲(chǔ)層溝通。綜合兩期的試驗(yàn)結(jié)果,直接命中井為71%,酸壓溝通井為29%,無(wú)失利井,總成功率為100%。然

表1 第一期SGD鉆井結(jié)果統(tǒng)計(jì)

注:4口井泥漿漏失—直接命中。

而,仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn),酸壓的井中只有一口在工區(qū)A內(nèi),且靠近工區(qū)邊緣。這是由于成像模型與成像的邊緣效應(yīng)影響了縫洞體的準(zhǔn)確成像,導(dǎo)致提供的靶點(diǎn)位置有一定的額外偏差。如果按工區(qū)來(lái)統(tǒng)計(jì),在建有鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型的工區(qū)A內(nèi),共鉆了8口井,有7口直接打中洞穴,命中率為88%。在沒(méi)有建立鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型的工區(qū)B內(nèi),共鉆了6口井,3口直接打中洞穴,3口需要酸壓,直接命中率為50%。總之,兩個(gè)工區(qū)實(shí)際SGD應(yīng)用都取得了明顯效果。

以上分析也說(shuō)明了建立鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型的重要性,它能使鉆前的井位選擇和靶位確定更加合理,使隨鉆更新的結(jié)果更加精準(zhǔn),從而大幅增加直接打中洞穴的機(jī)率。

圖12展示了第二期試驗(yàn)中一口直接命中井的SGD應(yīng)用效果,比較了隨鉆更新前后洞穴靶點(diǎn)位置

圖12 SGD隨鉆更新前后的靶點(diǎn)位置a 洞頂層位振幅屬性切片(±20m時(shí)窗); b 連接鉆前計(jì)劃靶點(diǎn)及建議新靶點(diǎn)的成像剖面

的變化。由于該井不在第一期試驗(yàn)工區(qū)內(nèi),鉆前給出的靶點(diǎn)位置偏差了70m以上(圖12a)。經(jīng)過(guò)SGD隨鉆更新后,井軌跡按建議的新靶點(diǎn)位置進(jìn)行了調(diào)整(圖12b),直接命中了洞穴,使鉆井獲得成功。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一套SGD技術(shù)流程,充分利用地面地震數(shù)據(jù),降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)和成本,增加儲(chǔ)層鉆遇率。通過(guò)應(yīng)用實(shí)例展示了SGD廣泛的應(yīng)用前景。在建立SGD鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型的過(guò)程中,由于使用了包括井?dāng)?shù)據(jù)、地質(zhì)資料、巖石物理模型等多種信息對(duì)地面地震資料的反演進(jìn)行約束,使得成像模型更加接近地下真實(shí)情況,因而得到的地震成像結(jié)果更加精準(zhǔn)。SGD隨鉆更新能在不影響鉆井作業(yè)的情況下,利用地面地震資料和鉆井過(guò)程中獲得的新的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),快速地更新鉆前基準(zhǔn)地質(zhì)模型和成像結(jié)果,對(duì)鉆頭前方及周圍的預(yù)測(cè)結(jié)果不斷優(yōu)化,為及時(shí)調(diào)整鉆井施工方案提供更可靠的依據(jù)。