浅层气对下伏地层深度预测影响定量研究及在渤海B油田中的应用
刘建辉, 夏同星, 郭军, 周学锋
中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海石油研究院,天津 300452

作者简介: 刘建辉(1985-),男,工程师,2010年毕业于中国石油大学(华东)地球探测与信息技术专业,获硕士学位,现主要从事地震综合解释与储层预测研究工作。E-mail:liujh8@cnooc.com.cn

摘要

浅层气的存在造成下伏地层地震反射出现假象,使得深度预测不准确,增大了油田开发钻井风险。为提高浅层气下伏地层深度预测精度,利用理论模型分析量化描述浅层气对下伏地层的影响范围和影响程度,同时通过正演模拟手段构建时差定量校正量版,指导储层高精度深度预测。根据研究成果和认识,成功解释了渤海B油田两口已钻井深度误差出现的原因,并进一步利用时差校正量版提高了该油田区目标储层深度预测的精度,成功指导了后续多口开发井的准确钻探。

关键词: 浅层气; 理论模型分析; 正演模拟; 深度预测; 定量研究
中图分类号:P631.4 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)04-0763-08 doi: 10.11720/wtyht.2016.4.20
Quantitative research and application of influence of shallow gas on depth prediction for underlying strata in B oilfield in Bohai
LIU Jian-Hui, XIA Tong-Xing, GUO Jun, ZHOU Xue-Feng
Bohai Oilfireld Petroleum Research Institute, Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300452,China
Abstract

The quality of seismic image of underlying strata is negatively affected by shallow gas. Therefore, it is difficult to predict the depth of target zone accurately. Thus the drilling risk of horizontal wells is greatly raised as well. In order to improve the accuracy of depth prediction, we use theoretical model analysis to quantize the gas influence including the range and extent. Furthermore, we build many models to achieve pre-stack forward modeling and acquire a series of correlation templates which can be applied to quantitatively depth correlation. According to our research, we successfully explain why there exits so large depth difference between two drilled wells in B oilfield. Furthermore, we compute correlation templates to achieve a high-precision depth prediction for underlying reservoir of shallow gas. Therefore we efficiently guide the drilling of follow-up development wells. We believe our research production will be well used in other offshore oilfields containing shallow gas as well, especially under the condition of sparse well patterns offshore.

Keyword: shallow gas; theoretical model analysis; forward modeling; depth prediction; quantitative research

众所周知, 当地层含气之后, 其地震波速度会明显减低, 造成地震反射时间增长, 导致下伏地层地震反射出现不同程度“ 下拉” 现象 13, 从而给储层深度预测带来陷阱。在油田开发阶段, 当利用邻井速度预测待钻井储层深度时, 如果两口井受浅层气影响程度不同, 往往会出现深度预测误差, 给水平井钻探带来巨大的风险。

针对浅层气下伏地层深度预测不准的问题, 诸多学者提出了多种校正方法 49, 但对于下伏地层应校正的横向范围、纵向深度及校正量, 笔者认为目前的研究不够深入。大多数学者在校正过程中直接将浅层气的横向发育范围等同于下伏地层深度校正的范围, 纵使有个别学者意识到浅层气下伏地层受影响范围要大于浅层气本身的发育范围, 但由于无法准确刻画只能进行粗略估计; 同时, 在校正时未考虑下伏地层距浅层气的深度差异, 校正量的求取或依据地层拉平原则, 或基于属性求取, 校正精确不高, 仍有进一步提升的空间。

首先明确引起浅层气对下伏地层影响的主要因素, 然后通过理论模型分析和正演模拟手段, 定量化描述浅层气对下伏地层的影响范围和影响程度, 并构建了理论时差模板, 指导储层高精度的深度预测工作。在渤海B油田的应用效果表明, 本研究成果极大地提高了浅层气下伏地层深度预测的精度, 规避了油田开发水平井钻探风险, 具有较好的应用前景。

1 浅层气对下伏地层影响的定量研究
1.1 理论模型分析实现半定量描述

为了明确浅层气对下伏地层的影响范围和影响程度, 尽可能精确地为深度校正提供准确的参考依据, 笔者首先利用理论模型分析展开半定量化研究, 分析影响范围和影响程度。

基于地震采集及叠前时间偏移原理分析, 明确浅层气对下伏地层影响的主要因素为含气层厚度、尺度、埋深、与目的层之间的距离、采集接收缆长(海上拖缆放炮采集)、地层速度等。

为了便于实现, 设定模型时假定如下简化条件:①不考虑具有倾角入射时引起的纵横波转换; ②不考虑具有倾角入射时不同介质中波的传播方向的改变; ③不考虑不同偏移距道之间能量的差异。基于主要影响因素, 对于浅层含气层(图1中黄色方形长条)下方地层上任意一点而言, 共有ABC三种存在情况, 如图1所示, 基于最理想的射线入射反射传播原理, 示意性画出三种情况下各点在一定接收缆长下的射线传播路径。

图1 浅层气下伏地层任一点受气层影响示意

进一步假设含气层下方任意一点受影响程度最大为自激自收产生的双程旅行时差, 计算公式为:

ΔT=2×hgvg-2×hgv=2×v-vgvg×v×hg, (1)

其中:hg为含气层厚度, vg为含气层速度, v为围岩速度。那么, ABC三种情况下下伏地层任一点受影响程度可以用公式

ΔTA=X20.5×lmax×ΔT, (2)ΔTB=X2+X1/20.5×lmax×ΔT, (3)ΔTC=X1/20.5×lmax×ΔT4

进行量化计算。其中:X1为射线一次穿过气层后检波器接收长度, X2为射线两次穿过气层后检波器接收长度, lmax为海上采集接收电缆长度。

基于以上公式, 通过Matlab编程实现不同模型参数下浅层气下伏地层任一点受影响情况的半定量描述。以图2中所给模型为例, 进行模拟计算, 量化研究含气层下伏地层的受影响情况。

图2b中受影响范围和程度是由时间量来衡量, 模拟结果表明, 含气层下方受影响范围(黑色阴影处)随深度增加呈现发散状增大, 但受影响程度整体逐渐降低, 影响程度最大的区域为含气层正下方的倒三角区域, 当目的层距离含气层足够远时, 可以忽略含气层对其的影响。从结果中还可看出, 含气层下方受影响范围往往大于含气层本身的横向范围, 而含气层下方同一深度处随横向位置变化受影响的程度也不同。

图2 模型参数(a)及模拟结果(b)

进一步设计多组参数进行模拟, 明确不同参数下浅层气对下伏地层的影响情况。由于浅层气厚度对下伏地层的影响是线性的, 而目前常用海上拖缆采集观测系统参数也相对固定, 在此不再进行模拟实验, 重点对含气层横向尺度以及所处埋深变化时进行模拟分析, 结果见图3。从结果中可以得出以下认识:①气层尺度不变, 埋深增加, 下伏地层受影响范围变窄, 受影响程度增加; ②气层埋深不变, 尺度增加, 下伏地层受影响范围变大, 受影响程度增加。

图3 多组理论模型分析结果对比

至此, 通过编程实现理论模型正演分析, 明确了浅层气下伏地层受影响范围和程度, 基本实现半定量化描述。

1.2 正演模拟定量研究与理论量版构建

为了进一步定量研究浅层气对下伏地层的影响范围和程度, 设定如图4所示的地质模型, 假定采集观测系统一定, 其中接收电缆长度为3 000 m, 炮间距为50 m, 道间距为50 m, 最小炮检距为50 m, 121炮激发, 121道接收。设定浅层气厚度一定(模型中为40 m, 影响程度与厚度基本成正比), 根据实际油田统计的地层速度参数, 建立两组含气地质模型, 两组地质模型中含气层尺度分别为1 000 m和500 m, 分别将含气层置于600、800、1 000 m处, 定量化其下伏800、1 000、 1 200 、1 400、1 600、1 800 m深度处不同横向位置处所受影响情况。

图4 含气层地质模型

对每个地质模型进行海上拖缆放炮激发接收正演模拟, 并对炮集进行Kirchhoff叠前时间偏移处理, 然后自动追踪拾取含气层下伏不同深度处地震反射同相轴时间, 求取含气层引起的同相轴下拉时差量。图5所示为浅层气下伏不同深度处的时差校正量版之一, 可以看出, 浅层气下伏地层受影响范围和程度与理论模型正演结果揭示的规律相吻合。

图5 浅层气下伏不同深度的时差校正量版之一

对多组模型进行正演模拟, 可以得到不同气层尺度在不同深度处, 含气层引起的时差下拉量的所有量版, 在实际油田钻井深度预测工作中, 可以参照理论量版提高浅层气下伏目的层深度预测精度。

2 在油田中的实际应用

渤海B油田位于渤海南部海域, 为复杂断块油田, 主力油层在明化镇组, 油藏埋深1 000~2 000 m。油田构造复杂, 断裂发育, 且部分区域发育有浅层气, 浅层气发育区成像较差, 深度预测工作直接影响开发井特别是水平井钻探, 是开发地震研究工作的重点。

首先, 利用前述研究成果来解释油田区已钻探的两口开发井深度差异问题。如图6所示, B1和B2两口已钻井目的层处相距400 m, 反演剖面上两口井在A砂体顶面时间基本相同。钻前分析预测两口井砂体顶面深度基本一致, 但实钻结果却揭示, B1井储层顶深比B2井深了7 m。由于钻前深度预测不准确, 导致B1井从原本设计的水平井改为大斜度井完钻, 未达到预期钻探效果。

图6 过B1和B2井反演剖面

图7为过B2井的地震剖面, 从中可以看见油田目的层(黑色箭头所示)上方存在多层浅层气(红色箭头所示), 其在剖面上表现为“ 亮点” 强振幅反射特征 1015。同时从过两口井的地震剖面(图8)上可见, 在海底还存在两套浅层气。根据前述分析及钻后分析认为, 正是由于存在这些浅层气, 造成了地震反射同相轴的下拉, 引起了两口井钻井深度预测的误差。因此, 下面通过正演模拟手段, 结合构建的理论时差量版来进行验证。

图7 过B2井地震剖面

图8 过B1和B2井连井剖面中浅层气相关参数

根据油田区已钻井测井解释结果, 结合该区浅层气“ 亮点” 地震反射特征, 追踪解释B1和B2井目的层上方存在的浅层气, 并对其实际参数进行了统计, 包括含气层深度、横向尺度及厚度等(图8), 为模型构建做好了数据准备工作。

首先, 利用前述构建的理论时差量版对浅层600以下4套气层在A砂体B2和B1井处引起的时差进行估算(表1)。按目的层处平均速度2 100 m/s计算, 用B2的速度预测B1井的靶点深度, 仅会偏浅3 m左右。这说明浅层4套气层并不能完全引起两口井目的层处7 m的深度差异。

表1 时差量版估算4套气层引起两口井时差量

为了验证时差量版的可靠性, 首先利用已统计的地层参数, 用工区内不含气的已钻井M2井进行背景速度模型插值, 并仅将4套气层至于模型中(见图9a中模型一), 设置正演观测系统参数如下:接收电缆长度为3 000 m, 炮间距为50 m, 道间距为25 m, 最小炮检距为50 m, 121炮激发, 121道接收。模拟海上拖缆放炮激发接收方式进行二维叠前正演, 并对正演所得炮记录进行叠前时间偏移。从图9b所示结果中可见, A砂体处B2井仅比B1井深了3 ms左右, 与时差量版估算的深度差异基本一致, 从而验证了理论时差量版的可靠性。

图9 地质模型一(a)及其叠前时间偏移结果(b)

然而, 文中构建的时差量版仅适用于深度在600~1 000 m处发育的浅层气层, 对海底的浅层气无法进行估算。因此, 在模型一基础上将海底浅层气进行简化处理, 加入模型中构建得到模型二(图10a), 进行同样的正演模拟和偏移处理。从图10b偏移结果中可见, A砂体处B2井比B1井深了6.5 ms左右, 按目的层处平均速度2 100 m/s计算约为7 m, 这与实钻结果吻合较好, 从而合理解释了两口井存在的深度差异原因所在。

图10 地质模型二(a)及其叠前时间偏移结果(b)

通过两口实钻井深度预测案例, 我们也得到启示:该油田区海底浅层气及浅层气层均有可能对下伏目的层的深度预测造成影响。为了提高目的层深度预测的精准度, 在模型二正演模拟结果基础上, 追踪拾取整条测线因浅层气造成的目的层处时差下拉量, 并制成二维量版(图11), 依据此量版指导相邻开发井靶点深度的预测工作。

图11 B油田B1、B2井区二维测线时差量版

基于研究认识, 参考时差校正量版对B油田即将钻探的水平井B3、B4靶点深度进行重新预测, 并对原靶点深度进行了调整。按照新的深度预测结果顺利完成两口井的钻探实施, 均达到了预期效果。如表2所示, 钻后结果表明, 两口井实钻深度与新预测深度仅分别相差1 m和1.5 m, 充分证实了本文研究成果良好的应用效果, 较好地解决了B油田后续开发井深度预测难题。

表2 实钻与预测深度对比
3 结论

1)针对浅层气对下伏地层影响情况, 在一定简化条件下, 创新提出通过理论模型开展定量化分析, 基本明确了浅层气下伏地层所受影响范围与影响程度, 并进一步统计实际地层参数构建多组地质模型进行正演模拟, 构建了深度预测理论校正量版, 为钻井深度高精度预测提供了重要参考依据。

2)通过在渤海B油田的实际应用可见, 本文研究成果可以有效指导浅层气下方目的层处钻井的靶点深度预测, 规避钻井风险, 保证钻探效果, 具有较好的推广应用前景。

3)文中仅针对埋深500 m以下浅层气层构建了影响下伏地层的时差量版, 海底气云相关参数由于较难获取, 目前尚未能够构建出较为合理的参考量版, 有待于进一步展开攻关研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

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