張向前 譚忠健 鄧津輝 曹 軍 苑仁國 袁亞東 趙才順

(①中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；②中海石油(中國)有限公司天津分公司)

0 引 言

渤海灣盆地是中生代以來疊覆在古生界克拉通基底之上的多旋回裂谷斷陷盆地[1]。盆地內(nèi)斷層較為發(fā)育，同時為裂縫的產(chǎn)生提供了基本地質(zhì)條件。渤中34油田位于渤海灣盆地東南部黃河口凹陷，緊鄰郯廬斷裂渤南段中支，構(gòu)造活動強烈，區(qū)域內(nèi)低序級斷層發(fā)育，鉆井過程中井漏頻發(fā)。在海洋石油鉆井費用高昂的背景下，井漏不僅會造成鉆井周期的延長，而且會增加次生風險(井噴、井涌、井壁失穩(wěn)以至井眼廢棄等)發(fā)生的概率，給渤中34油田開發(fā)帶來了較大影響。

針對井漏預(yù)測需要，盧世浩等[2]利用主曲率法預(yù)測順北區(qū)塊二疊系井漏，但預(yù)測精度受井位的分布及井的數(shù)量影響，劉彪等[3]提出利用支持向量回歸的方法進行井漏預(yù)測工作。此外，應(yīng)用相干體技術(shù)也可提高斷層的識別精度[4]。

本次研究根據(jù)工區(qū)特點及作業(yè)實際情況，通過研究分析與實踐探索，建立了綜合利用常規(guī)地震剖面、方差體、螞蟻追蹤三種技術(shù)相結(jié)合的井漏風險等級判識決策樹。實踐表明，此方法具有可操作性強、識別準確度高等優(yōu)點，取得了良好應(yīng)用效果，為渤中34油田開發(fā)鉆井工程預(yù)防井漏工作提供了重要技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況及井漏特征

1.1 研究區(qū)概況

渤中34油田是近年來在渤海海域發(fā)現(xiàn)的最大的新生界火成巖下優(yōu)質(zhì)油田，其新近系、古近系多層系含油，復(fù)式成藏。油田位于渤海灣盆地萊北低凸起北部、黃河口凹陷中洼南斜坡帶，且緊鄰郯廬斷裂渤南段中支，由于構(gòu)造活動強烈，構(gòu)造主體區(qū)為受中部一組大斷層控制的復(fù)雜斷塊構(gòu)造，多級斜列式斷層和“Y”字形斷層相互切割，導(dǎo)致斷層和裂縫十分發(fā)育，加之區(qū)域內(nèi)存在多期噴發(fā)、區(qū)域式噴發(fā)的火山活動，主噴發(fā)時間為古近系東營組沉積時期，造成火山巖裂縫和微小孔洞較為發(fā)育[5-7](圖1)。區(qū)域內(nèi)復(fù)雜的地質(zhì)條件成為井漏頻發(fā)的誘因。

圖1 渤中34油田構(gòu)造位置

1.2 井漏特征分析

渤中34油田于2018年底進行開發(fā)鉆井作業(yè)，前期井漏頻率高，至2019年7月古近系共鉆探22口井，其中15口井發(fā)生20次漏失(表1)，漏失率68.2%。

表1 渤中34油田漏失層位、巖性及漏速統(tǒng)計 m3/h

從漏失速度來看，20次井漏中，有7次為小漏(漏速10～30 m3/h)，占比35%；有8次為中漏(漏速30～60 m3/h)，占比40%；有3次為大漏(漏速>60 m3/h)，占比15%；有2次為嚴重漏失(失返)，占比10%[8]。從漏失層位來看，除1口井由于憋壓造成的漏失層位在新近系館陶組外，其余井漏失層位均在古近系，主要發(fā)生在東二下亞段、東三段、沙一段和沙三段。從漏失巖性來看，有8次發(fā)生在火山巖地層，12次發(fā)生在砂/泥巖地層。

通過對井漏層段的地質(zhì)資料進行分析，20次井漏中，有1次發(fā)生在常規(guī)地震剖面解釋的斷層處，18次發(fā)生在常規(guī)地震剖面難以解釋的微斷層或裂縫處，有1次是由于憋壓導(dǎo)致。

2 地球物理方法預(yù)測井漏技術(shù)研究

2.1 常規(guī)地震剖面技術(shù)

在常規(guī)地震剖面上，斷層、裂縫具有一些特有的地震響應(yīng)特征，如同相軸扭動、同相軸錯斷、同相軸能量突變、同相軸地層產(chǎn)狀突變等。

2.2 方差體技術(shù)

當?shù)叵麓嬖跀鄬印?gòu)造裂縫等地層不連續(xù)變化時，部分地震道的反射特征會與其相鄰地震道的反射特征存在差異，造成地震道的局部不連續(xù)。方差體技術(shù)是一種加權(quán)移動方差算法，通過計算道集內(nèi)地震道與平均地震道的方差值得到方差體，能夠突出反映相鄰地震道的差異性。因此，斷層、巖層構(gòu)造裂縫等地層不連續(xù)變化會在方差切片上表現(xiàn)為方差值異常。地層的異常突變越大，方差異常越明顯；反之，方差值的微小變化則反映了微斷層、巖層構(gòu)造裂縫的存在。方差體技術(shù)的核心是計算三維地震數(shù)據(jù)體全部樣點的方差值，即在計算時窗內(nèi)使用該點和周圍相鄰地震道所有樣點計算的均值間的方差[9-11]，方差剖面如圖2所示。

2.3 螞蟻追蹤技術(shù)

螞蟻追蹤技術(shù)，也被稱為斷裂自動分析技術(shù)，是近年來應(yīng)用較廣泛的一種疊后裂縫預(yù)測技術(shù)，具有識別精度高等優(yōu)點。螞蟻追蹤算法是由Colorni等提出，由Dorigo M等進一步解釋的一種仿生優(yōu)化算法。該技術(shù)的原理是，在斷裂識別中將大量的電子螞蟻散播在地震數(shù)據(jù)體中，使電子螞蟻沿著可能的斷層面和地層裂縫發(fā)育的路線向前移動。如果移動的路徑滿足預(yù)先設(shè)定的斷裂條件，則釋放電子信息素，并召集一定范圍的其他螞蟻在該斷裂處集中進行識別、追蹤，直到完成斷裂的識別；反之，則不會釋放或只釋放少量的電子信息素。該技術(shù)的實質(zhì)是利用地震數(shù)據(jù)體中振幅及相位存在差異的特點進行追蹤，最終得到一個斷裂軌跡清晰的三維螞蟻體(圖3)。該技術(shù)原理類似于螞蟻搬運食物，螞蟻在巢穴附近隨機尋找食物，發(fā)現(xiàn)食物后會在巢穴和食物源之間的路徑上留下食物信息素，周圍的螞蟻會通過感知信息素追蹤到食物，進而實現(xiàn)共同搬運食物[12-17]。

圖3 螞蟻體剖面

螞蟻追蹤技術(shù)主要步驟：

(1)地震資料預(yù)處理，消除噪聲，提高信噪比。

(2)濾波加邊緣處理，突出斷裂位置同相軸的不連續(xù)性特征。

(3)根據(jù)地層傾角等地質(zhì)實際情況，優(yōu)化不連續(xù)檢測屬性的計算參數(shù)，如傾角約束、縱向平滑系數(shù)、橫向計算樣點數(shù)量等，刻畫斷裂發(fā)育特征。

(4)優(yōu)選適合工區(qū)的螞蟻追蹤參數(shù)，應(yīng)用三維可視化技術(shù)，對不同級別斷裂系統(tǒng)進行分級雕刻，組合斷裂平面展布特征，提取多尺度斷裂碎片。

2.4 井漏風險等級判識決策樹的建立

通過對渤中34油田井漏的原因進行分析，得出以下結(jié)論：渤中34油田古近系地層裂縫發(fā)育，絕大多數(shù)漏失為裂縫性漏失[18]；常規(guī)地震剖面解釋斷層處往往斷距較大、封閉性較好，與井漏相關(guān)性不大；發(fā)生井漏處往往是常規(guī)地震剖面難以解釋的斷距小、延伸小的中小尺度斷層(裂縫)發(fā)育部位，在方差和螞蟻體屬性上可見明顯響應(yīng)(表2)。

表2 渤中34油田部分井漏失層位地震屬性特征

對常規(guī)地震剖面、方差屬性、螞蟻體屬性的優(yōu)缺點進行總結(jié)分析認為：常規(guī)地震剖面資料獲取方便，對尺度較大斷層識別準確度高，對解釋人員經(jīng)驗要求高，缺點是易遺漏中小尺度斷層(裂縫)；方差屬性計算速度快，對斷層、裂縫極其敏感，在識別中小尺度斷層上有獨特優(yōu)勢，但在巖性突變區(qū)域會出現(xiàn)明顯方差異常；螞蟻追蹤技術(shù)識別斷裂效率高、精度高、客觀性強，斷裂軌跡清晰，能識別中小尺度斷層，但由于螞蟻追蹤技術(shù)對地震數(shù)據(jù)的變化非常敏感，地震數(shù)據(jù)中留存的部分噪聲信息會被螞蟻追蹤技術(shù)誤解釋為斷裂，螞蟻體屬性主要反映了數(shù)據(jù)體的斷層、裂縫和地震噪聲等特征，解釋結(jié)果具有多解性。為提高裂縫性井漏風險預(yù)測精度，確立了利用常規(guī)地震剖面、方差屬性、螞蟻體屬性綜合分析評估裂縫性井漏的基本思路。

通過研究分析與實踐探索，建立了適用于渤中34油田的井漏風險等級判識決策樹(圖4)，劃分了高井漏風險、中井漏風險和低井漏風險三個等級，并采取相應(yīng)的鉆井應(yīng)對措施，包括避鉆、小參數(shù)鉆進、降低排量、提前加入隨鉆堵漏材料或備堵漏漿等，有效提高了井漏風險預(yù)測的準確度與精確度[19-21]。

圖4 渤中34油田井漏風險等級判識決策樹

3 應(yīng)用實例

2019年7月以來，井漏風險等級判識決策樹在渤中34油田全面鋪開應(yīng)用，通過在鉆前對每口井的井漏風險進行預(yù)測，并向鉆井施工方做出風險提示，從而采取針對性措施。實踐表明，基于地球物理方法的裂縫性井漏預(yù)測技術(shù)的應(yīng)用能夠有效降低渤中34油田的漏失率。據(jù)統(tǒng)計，渤中34油田古近系鉆井漏失率由該技術(shù)應(yīng)用前的68.2%降至目前的16.3%，同時平均井漏處理時間由36 h/次降為9 h/次，取得了良好的應(yīng)用效果。

以H 2井為例，從圖5、圖6可以看出，H 2井在時間深度2 030 ms處常規(guī)地震剖面同相軸錯斷，方差屬性為強異常“黑團”特征，應(yīng)用井漏風險等級判識決策樹判斷此處井漏風險高，根據(jù)VSP資料預(yù)測該井段深度為3 107 m(垂深2 523 m)，在鉆進至此井段之前，采取加入隨鉆堵漏材料、控制鉆速及降低排量的措施。本井鉆進至3 082 m(垂深2 505 m)，井下發(fā)生輕微漏失，得益于提前采取了有力措施，得以有效降低漏速及井漏處理時間，最終安全鉆進至完鉆井深。

圖5 H 2井常規(guī)地震剖面

圖6 H 2井方差剖面

4 結(jié) 論

(1)綜合常規(guī)地震剖面、方差屬性、螞蟻體屬性等地球物理方法形成了一種有效的裂縫性井漏預(yù)測評估方法，能夠有效提高裂縫性井漏預(yù)測的準確度、精確度與時效性，適用于高節(jié)奏的“工廠化”鉆井作業(yè)，在渤中34油田開發(fā)鉆井作業(yè)中取得了顯著應(yīng)用效果。

(2)方差體技術(shù)能夠突出反映地層的不連續(xù)變化，是識別中小尺度斷層(裂縫)的一種有效手段。螞蟻追蹤技術(shù)具有運行效率高、裂縫識別精度高等優(yōu)點，但受地震噪音影響，需與方差屬性結(jié)合來提高裂縫識別的準確度。

(3)該方法為鉆井作業(yè)中的“被動堵漏”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃臃缆碧峁┝思夹g(shù)基礎(chǔ)。通過提前判斷井漏風險點，能夠在設(shè)計階段優(yōu)化井軌跡避鉆風險點；如果不能避鉆，則建議在鉆至該深度處控制鉆井參數(shù)或提前加入隨鉆堵漏材料，同時平臺備好堵漏漿。