王智瑞

(中海油田服務股份有限公司 物探事業(yè)部，天津 300451)

1 引 言

在油氣勘探過程中，地層孔隙壓力是油氣聚集，分布及運移至關重要的參數之一，孔隙壓力的準確預測能夠有效提高探井的成功率。在鉆井工程當中，泥漿比重以孔隙壓力系數作為重要的參考依據，因此能否準確預測地層孔隙壓力，直接影響到鉆井全程，甚至能夠決定鉆井的成敗。隨著勘探目標由淺層向深層擴展，在鉆井過程中遇到異常高壓的風險事件越來越多，很多石油勘探學者也開始更加重視地層孔隙壓力預測方法的開發(fā)和利用。

在20世紀初期，已經開始有學者提出異常地層壓力是導致井眼垮塌，井漏及井噴等鉆井事故的主要因素之一，甚至危及到生命財產安全，但是當時幾乎沒有相關工作的開展和研究。Hottman等(1965)提出利用地層類比法進行正常壓實趨勢線的擬合，即著名的等效深度法。該方法適用于構造簡單的地層，對于復雜構造地層，例如橫向速度劇烈變化的地層，該方法無法進行壓力外推反演，從而降低孔隙壓力預測的精度[1]。在1968年，Pennebaker等提出利用疊后地震資料來計算地層孔隙壓力，該方法在墨西哥灣地區(qū)得到了良好的應用效果[2]。Eaton(1975)提出非常著名的伊頓法。該方法利用統計目標工區(qū)的已鉆井信息來確定伊頓指數，雖然這種方法仍然有一些問題。例如，層速度場無法準確求??；由于測井曲線資料缺失，無法得到準確的正常壓實趨勢線等。但是這種方法需要的參數較少，所以具有非常高的應用價值[3]。在1980年，Fillippone將鉆井資料，地震資料與測井資料聯合起來進行應用，提出一種利用單一地層參數計算孔隙壓力的方法。該方法無需進行正常壓實曲線的求取，進而避免了正常壓實速度求取不準帶來的誤差[4,5]。1987年，Foster等提出利用經驗公式建立垂直應力場，進而利用求取的垂直應力反演孔隙壓力。該方法在經驗公式建立過程當中加入了異常壓力成因機制的影響因素分析步驟，進一步提高了壓力預測方法的普適性[6]。

劉震(1990)發(fā)現地層壓力與速度的關系并不是簡單的線性關系，利用該理論對Fillippone公式進行了修改，大幅度提高了孔隙壓力預測的精度[7，8]。2003年，樊洪海等提出利用層析反演方法優(yōu)化地震波層速度場模型，進而應用于孔隙壓力預測當中，提高了孔隙壓力預測精度[9-12]。2018年，徐嘉亮由正常壓實情況下的背景速度場出發(fā)結合Eaton公式推導了角道集剩余曲率與孔隙壓力系數之間的函數關系，消除了層速度參數對壓力預測的影響[13,14]。

常規(guī)層析成像方法能夠對較厚(大于1/4波長)的低速泥巖層進行精確的建模，但是對于(小于1/4波長)厚度較小的泥巖層段，常規(guī)層析成像方法的分辨率及精度無法滿足速度建模的精度需求。

本文提出針對薄層具有較好反演效果的小尺度網格層析方法進行速度場模型的建立，進而進行孔隙壓力預測的策略在渤海A油田得到較好的應用，計算得到的孔隙壓力系數與實測壓力系數吻合度較高，該方法有望在實際生產當中得到廣泛的應用[15-17]。

2 小尺度網格層析層速度建立

目前，異常超壓包括多種類型，例如熱傳導超壓，生烴超壓，泥巖欠壓實超壓等。其中泥巖欠壓實主導的孔隙壓力異常表現為低電阻率、低速的特點。一般情況下，層速度隨著埋藏深度的增加而增大，但在部分泥巖層段，由于地層擠壓作用，孔隙水不能有效排出，而是保留在泥巖孔隙當中，該部分孔隙水會導致異常高壓的產生，而且該層段由于存在地層水而表現為低速的特點[18]。

對于厚度較大的泥巖欠壓實地層，常規(guī)速度建模方法能夠對低速泥巖層段速度進行校正優(yōu)化。但是當低速泥巖厚度較小時，由于常規(guī)層析速度建模方法分辨率的限制，無法準確反演低速泥巖層段的速度，從而導致孔隙壓力預測產生較大誤差[19,20]。

圖1 復雜構造薄泥巖欠壓實地層剖面

偏移速度場中，微小的速度擾動都會帶來偏移道集動校正量的改變，即

(1)

式(1)中，Δt為i點的到時剩余時差(s)，Δt的大小取決于Δz和Δvi的變化量；Δz為偏移深度與聚焦深度的垂直距離(m)；v表示平均速度(m/s)；Δvi為剩余速度(m/s)；i表示速度模型被網格離散化任意一點；θ為反射角；φ為地層傾角；vi為任意一點的層速度(m/s)。

為使偏移道集同相軸拉平，需要對網格剖面的剖分點速度值進行速度校正，即

(2)

式(2)中，Z′為地層真實深度(m)；Z1為中遠偏移距的深度(m)。為了得到真實地層層速度，需要使Δz≈0，即

(3)

式(3)中，v0為初始速度(m/s)；v′為真實速度(m/s)；t0為旅行時(s)。當進行速度校正時，利用式(3)逐點校正網格點的速度值[21]。

本文方法沿用全局速度場迭代優(yōu)化思路，其具體實現步驟包括：①拾取偏移道集剩余曲率；②利用拾取的剩余曲率建立剩余旅行時矩陣；③采用共軛梯度算法求解剩余旅行時矩陣，得到剩余速度體；④利用HRS軟件對疊前及疊后地震數據進行掃描，以提取地層傾角及方位角；⑤利用剩余速度體修正速度場模型，完成一次速度校正；⑥重復①至④步驟，通過偏移道集是否存在剩余曲率作為迭代是否終止的判別依據。利用網格層析速度建模方法進行孔隙壓力預測流程圖如圖2所示。

圖2 孔隙壓力預測流程

3 目標實際數據應用

A油田存在多發(fā)欠壓實薄泥巖層段，如圖3所示，該區(qū)存在高壓甚至是超高壓風險，為后續(xù)鉆井帶來非常不利的影響。

圖3 薄泥巖欠壓實地層

分別利用常規(guī)層析方法和小尺度網格層析速度建模方法進行三維速度場模型的建立，本文采用10 m×10 m的網格步長進行網格剖分，并且抽取1井Inline線進行方法對比，如圖4所示。常規(guī)層析方法由于速度場分辨率低，對于小于1/4波長厚度的地層沒有響應，所以無法對泥巖欠壓實低速層進行速度校正，利用該速度模型進行孔隙壓力預測顯然是不正確的。利用本文提出的小尺度網格層析方法進行速度建模能夠對小于1/4波長的低速層進行精確的速度校正，進而提高速度場建模精度及壓力預測精度。

圖4 速度模型

圖5所示為抽取的單道速度曲線與實鉆井聲波速度曲線的比較。常規(guī)層析成像方法建立的速度在中淺層與聲波速度吻合程度較高，在泥巖欠壓實層段存在較大的誤差。小尺度網格層析速度建模方法建立的速度模型與聲波速度在淺中深層段吻合程度均較高，從而說明本文方法對于低速泥巖速度場建模更為適用。

圖5 速度曲線

孔隙壓力系數為真實地層實測壓力與正常壓實情況下的壓力比值，它用來表征地層壓力的異常情況。分別應用圖4所示的速度場進行孔隙壓力系數計算，預測結果如圖6所示。常規(guī)方法計算得到的孔隙壓力系數與實測壓力系數值吻合度較差，誤差為0.3 P/Mpa，利用本文方法預測的孔隙壓力系數與實測壓力系數吻合程度較好，誤差僅為0.01 P/Mpa。

圖6 實測壓力系數與本文方法測量結果比較

4 結 論

常規(guī)層析成像方法能夠對初始層速度模型進行速度校正，以得到更為精準的層速度，但是該方法受地震資料品質的限制，其精度及分辨率均難以得到有效保障。本文針對渤海A油田中深層廣泛發(fā)育低速泥巖，且存在較大超高壓風險的實際情況，提出利用小尺度網格層析成像方法進行速度場模型建立，進而計算孔隙壓力值。由本文方法與常規(guī)方法比較中可得出以下結論：

1)常規(guī)層速度建模方法對于地震資料品質的依賴程度較高，且對于小尺度構造或較薄地層無法獲得準確速度場，小尺度網格層析速度建模方法針對局部構造進行網絡剖分，通過校正網格點速度值以優(yōu)化速度場模型，該方法對于目標層位的速度優(yōu)化更為適用，且精度更高。

2)小尺度網格層析方法計算效率由網格步長大小決定，減小網格步長能夠提高速度反演精度，但是同時降低了計算效率；相反，增大網格步長能夠提高計算效率，但計算精度有所下降。

3)層析成像方法對于地震資料品質的依賴程度較高，應用低信噪比和低分辨率的地震數據無法獲得高精度的速度場模型。所以在進行本文方法前，應對疊前數據進行去噪處理，以滿足層析速度建模需求。