引用本文
刘爱群, 范彩伟, 蔡军, 方小宇, 李文拓, 严恒. 高温高压盆地东方区黄流组三维压力建模技术[J]. 物探与化探, 2016,40(2): 423-428.
LIU Ai-Qun, FAN Cai-Wei, CAI Jun, FANG Xiao-Yu, LI Wen-Tuo, YAN Heng. The three-dimensional pressure modeling technology for Huangliu Formation of Dongfang area in the HTHP basin[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(2): 423-428.
Doi:10.11720/wtyht.2016.2.31  
Permissions
Copyright©2016, 物探与化探编辑部
© 《物探与化探》编辑部
高温高压盆地东方区黄流组三维压力建模技术
刘爱群, 范彩伟, 蔡军, 方小宇, 李文拓, 严恒
中海石油(中国)有限公司 湛江分公司,广东 湛江 524057

作者简介: 刘爱群(1981-),男,物探高级工程师,2007年毕业于中国海洋大学地球探测与信息技术专业,硕士,现在中海石油(中国)有限公司湛江分公司从事综合地球物理研究工作。

收稿日期: 2014-07-21
基金: 国家“十三五”重大专项(2016ZX05024-005)和“深水区高精度破裂压力预测技术研究” 项目联合资助
摘要

莺歌海盆地是一个富烃盆地,在中深层、特别是在高温超压地层中,存在着众多的大型勘探目标,其中东方区中深层高温超压领域天然气勘探势头良好,其黄流组目的层为中深层勘探的主力层系,已实现探明储量千亿方。准确的压力预测和三维压力模型的建立是勘探取得重大突破的基石,三维压力模型的建立又基于三维岩性模型,本次岩性模型的建立突破了传统的以地震阻抗门槛值为唯一手段的岩性预测方法,而采用三重趋势约束方法构建岩性模型。通过钻后测压数据与钻前预测的三维压力模型数据进行校验,证实三维压力模型建立技术方法的有效性,并指示该技术方法有着广泛的发展应用前景。

关键词: 东方区; 相模型; 地震属性模型; 岩性模型; 三维压力模型
中图分类号:P631.4 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)02-0423-06 doi: 10.11720/wtyht.2016.2.31
The three-dimensional pressure modeling technology for Huangliu Formation of Dongfang area in the HTHP basin
LIU Ai-Qun, FAN Cai-Wei, CAI Jun, FANG Xiao-Yu, LI Wen-Tuo, YAN Heng
Zhanjiang Branch of CNOOC Co.,Ltd.,Zhanjiang 524057,China
Abstract

The Yinggehai Basin is a hydrocarbon-rich basin,and in the high-temperature and overpressure strata,there exist numerous large-sized exploration targets.Especially in the high-temperature and overpressure field at the medium and deep depths in the Dongfang area,the natural gas exploration is very promising.The target strata of Huangliu Formation in the Dongfang area serve as the major strata,where a thousand billion cubic meters of gas resources have been proved.The accurate pressure prediction and the establishment of the three-dimensional pressure model constitute the cornerstone for the breakthrough in the exploration,and the establishment of the three-dimensional pressure model is based on the three-dimensional lithologic model.The establishment of this lithologic model breaks through the traditional lithologic prediction method in which the seismic impedance threshold value is used as the only means.In this study,the triple constraint trends lithological model is adopted to establish the lithologic model.The verification based on post-drilling pressure-measuring data and pre-drilling predicted three-dimensional pressure model data has proved the effectiveness of the technology of the three-dimensional pressure model,and demonstrated the extensive development vista of this technology.

Keyword: Dongfang area; facies model; seismic attributes model; lithologic model; three-dimensional pressure model

莺歌海盆地是一个快速沉降的新生代沉积盆地, 异常高温高压是其重要特征之一。异常高压主要是由于晚期快速沉降和快速沉积形成巨厚的欠压实泥岩产生的, 晚中新统以后稳定沉降和构造活动微弱是保持异常高压的重要条件[1, 2, 3, 4, 5]。盆地中央底辟区超压界面均较浅, 但不同底辟构造仍有不同的超压界面, 超压顶界面一般在1 500~2 500 m; 而在盆地南部及其边缘非底辟区超压界面一般较深, 且超压界面明显受地层和岩性以及盆地边界断裂的控制。据文献报道, 世界沉积盆地的2/3以上都发育不同程度的超压, 其中约有160个沉积盆地的油气分布与超压体有着紧密的成因联系, 国外石油公司已在超压盆地中找到了大型、中型气田, 这说明超压与油气的生成、运移、富集、分布等有着密切的关系。

多年来由于压力预测不能突破, 导致储层地质评价和钻井安全存在问题, 严重制约着高温高压领域的突破。东方区是莺歌海盆地已证实的富生烃区, 主要目的层段为莺歌海组和黄流组, 几口已钻井都已证实目的层均为高压地层, 但井与井间压力存在一定的差异, 通过常规的压力预测方法预测新钻井的压力会出现较大的误差。若是从区域应力的大小和方向的角度入手, 预测新钻井的压力误差会减小, 这就要构建三维的压力模型, 而三维压力模型的基础除应力的大小和方向外主要受控于岩性模型, 但是传统岩性预测方法是以地震阻抗门槛值为唯一手段[6, 7, 8, 9], 底辟区由于岩性和受模糊带的影响, 砂泥岩仅靠阻抗单一参数很难预测其纵横向展布特征, 故本次研究采用三重趋势约束方法构建岩性模型, 克服了单是阻抗属性无法较好预测砂泥岩的缺点, 同时构建了高精度的岩性模型用于三维压力模型的构建, 取得了较高的预测精度。

1 构造模型和相模型
1.1 构造模型

构造模型反映地层的空间格架, 构造作为相模型及属性模型的框架约束, 是地质建模的基础。构造模型由层面模型和断层模型组成, 由于研究区内主要目的层段基本无断层, 因此本次构造建模主要根据构造面控制建立。为了后续盖层质量评价的需要, 根据黄流组一段上部的三层细分泥岩顶面构造解释, 将泥岩段分成4层。为了地质建模模拟的需要, 将目的层段设置平面网格间距定为100 m× 100 m, 垂向网格设置105层。具体纵向层划分如下:盖层部分四套泥岩依次等分为20、10、10、15层; 下部储层等分为50层; 模拟单层平均厚度2.2 m。

1.2 相模型

黄流组一段(T30-T31)沉积时, 盆地中心处在坡折带以内, 具备发育重力流的沉积背景, 随海侵加剧, 沉积范围明显扩大, 然而周边物源体系的活跃使盆地中心接受了大型储集体系。地震相具有前积叠瓦状向杂乱丘状过渡的特征, 反映西边为低位三角洲, 往东直接连接了海底扇, 三维地震剖面显示水道和主水道具有明显的下切现象, 表明经历了快速强力冲刷, 与国内外其他深水扇实例有相近的外形。

东方1-1构造西翼以三角洲前缘— 前三角洲亚相沉积为主, 三角洲砂体在构造翼部上倾尖灭, 在本层序上覆高位域泥岩及低位前三角洲泥岩的包裹下可以形成上倾尖灭型岩性圈闭。东方1-1构造东部黄一段发育以海南物源为主的滨外浅滩、砂坝, 已钻DFA井黄一段Ⅲ 气组钻遇砂体边部较薄的部位, 该气层段的反韵律组成预示了水动力来向, 更高部位、砂体更厚的坝主体部位可能存在渗透率更高的储层。

在沉积相认识的基础上, 将沉积相边界数字化[10, 11, 12], 建立了确定性的沉积相模型(图1), 作为岩性模型及属性模型的约束框架。

图1 莺歌海盆地东方区沉积相模型(DFB、DFC、DFD为已钻井)

2 地震属性模型

地震信号包含了大量的地质信息, 分析各种地震属性数据可以从中获得许多对地质建模有利的空间预测信息。众多的地震属性是在一个相同的地震道上分解出来的信息, 只是从不同的角度认识和解释它与地质信息间的关系。地震属性具有多解性, 如流体、储层物性、沉积环境等变化都可引起属性异常响应。结合本区实钻情况及沉积相分析认为, 常规的地震属性能较好地反映本区沉积储层的变化。

2.1 波阻抗模型

对研究区4口井的岩石物理分析表明:纵波阻抗属性能较好地区分砂泥岩, 泥岩表现为高阻抗, 主要集中在大于8× 106(kg/m3)· (m/s)的区域, 砂岩表现为低阻抗, 主要集中在小于8× 106(kg/m3)· (m/s)的区域。因此, 进行波阻抗反演, 可以基本描述井间砂泥岩的变化特征。所以在构造建模的基础上, 将波阻抗反演结果采样到模型网格, 得到了波阻抗反演模型(图2)。

图2 东方区波阻抗模型

2.2 纵波速度模型

纵波速度的获得通常有三种方式:叠前同步反演直接得到纵波速度, 地震资料处理得到叠加速度再通过DIX公式计算得到纵波速度, 利用地震速度与其它地震属性数据较好的相关性计算纵波速度。由于本次研究全部从叠后资料出发, 所以叠前同步反演的方法在本区不适用。本次研究中用两种方法建立了纵波速度模型:一种是由地震资料处理得到的叠加速度, 再通过DIX公式得到纵波速度(层速度)。该方法输入为速度散点, 再采样到地质模型里进行内插, 形成层速度模型[12, 13, 14, 15, 16]。通过该方法形成层速度模型后, 提取各井点的处理层速度与井点对比, 差异比较明显。另一种建立速度模型的方法是利用各种地震属性与速度的关系来建立速度模型。通过工区内已钻井的速度与波阻抗数据进行统计分析(图3), 可以看出两种属性具有较好的相关性, 通过幂指数公式拟和可以看到R方值达到0.98, 说明利用阻抗来预测速度是可行的。所以在已经建立的波阻抗体基础上利用该统计公式换算出纵波速度模型。

图3 阻抗与速度交会分析

针对两种方法建立的层速度模型, 在各单井上进行了对比与效果分析, , 认为处理层速度由于处理时主要考虑地震资料的成像, 并没有充分考虑时深转换及压力预测速度, 同时由于速度谱分辨率的限制, 局部的低速或高速地层是很难解释出来的。因此, 处理层速度的变化比较平稳, 而波阻抗换算层速度能反映局部的高速和低速地层, 趋势也与声波速度趋势相似, 用来预测压力的变化应该更为准确。

3 岩性模型

岩性建模的原理是从井点岩性出发, 采用随机建模方法, 利用各种约束条件, 来建立井间的岩性, 预测储层结构。岩性建模的准确度一方面取决于地质认识的精细程度, 另一方面取决于约束条件[17, 18, 19]。当地震信息对岩性有良好的响应时, 在三维空间利用地震信息来辅助建立岩性模型会有良好的效果。

从实钻井波阻抗与岩性的关系来看, 研究区阻抗能很好地反映砂泥岩性, 因此, 利用阻抗来预测井间岩性精度较高。从井点录井及综合解释岩性出发, 为了岩性建模时能更好地利用阻抗数据体, 建模时将井点岩性归为砂岩和泥岩两类。在实际建模过程中具体操作流程如下:

1)将研究区4口已钻井井点岩性根据模型网格进行采样粗化;

2)对井点岩性进行地质统计学分析, 分析垂向比例和变差函数等, 统计特征作为岩性建模的约束, 同时根据沉积相模型制作反应岩性平面变化趋势的砂岩含量等值线, 作为岩性模型平面上的趋势约束;

3)统计分析不同岩性的波阻抗特征及对应关系, 该统计特征作为岩性模型的空间约束;

4)通过随机模拟算法, 在上述井点及约束情况下, 建立多个岩性模型, 再根据地质认识进行模型优选。

在纵向、平面和三维相控三重趋势约束下, 建立了东方区的岩性模型(图4)。

图4 岩性模型顺层切片a— 第67层顺层切片; b— 第100层顺层切片

4 三维孔隙压力模型

在本次研究中, 一共建立了四种孔隙压力模型。针对少井区的压力预测, 我们采取从速度和地震信息出发, 建立孔隙压力预测模型; 针对井相对较多的地区, 从实钻井压力系数出发, 建立了孔隙压力实体模型。四种模型都能用来预测地层孔隙压力。

4.1 孔隙压力预测模型

通过工区已有井的声波时差曲线, 结合钻井测压取样数据, 总结出东方区压力预测基础模型, 该模型表述的是纵波速度差与压力系数的关系[20, 21]。由于压力预测的基础数据为纵波层速度数据, 地震属性模型建立过程中已经建立了基于地震处理速度和波阻抗换算的纵波速度(层速度)两种模型。结合压力预测基础模型和两种速度体模型, 研究过程中分别利用判别函数得到了孔隙压力预测模型。

本次研究还对两种模型结果的预测误差进行了分析, 波阻抗换算层速度预测压力与实测压力比较接近、精度高, 主要是由于处理速度主要考虑地震资料的成像, 并没有充分考虑时深转换及压力预测速度; 同时由于速度谱分辨率的限制, 局部的低速或是高速地层是很难解释出来的, 这就导致局部的压力异常很难通过这种速度得到。利用处理速度计算孔隙压力只能得到垂向上整体的压力变化趋势。而阻抗换算速度得到的孔隙压力能反映局部高速和低速的趋势, 反映压力特征更为精细。因此, 综合分析认为:通过波阻抗模型换算纵波速度模型预测的孔隙压力精度和准确度更高。推荐用波阻抗模型换算层速度得到的压力预测模型(图5)来预测压力。

图5 黄流组压力预测模型

4.2 孔隙压力实体模型

与孔隙压力预测模型不同, 孔隙压力实体模型是从已钻井出发, 井间采用预测模型作为内插的趋势控制得到的模型。由单井的压力系数作为基础, 地震属性作为横向变化趋势, 在不断有新井加入时而不断更新的模型为孔隙压力实体模型。对于东方区而言, 孔隙压力实体模型适用于资料品质较好、层速度比较准确, 压力系数同层速度相关性较好的前提下。不同层段由已钻井压力系数数据和层速度数据共同控制, 若是井比较少, 但层速度体较准确这种方法得到的孔隙压力实体模型还是比较准确的。

图6是通过阻抗换算层速度的压力预测模型约束得到的压力系数实体模型储层段和盖层段的等值线。从图中可以看出, 储层段压力系数集中在1.91~1.93之间, 平均在1.93左右, 局部压力高的区域压力系数达到了1.94。盖层的压力系数变化相对较大, 压力系数集中在1.7~1.8之间, 平均值在1.78, 局部压力高的区域压力系数达到了1.81, 可以体现出盖层的封盖能力。同时储盖层不同的压力系数和结构对钻井的泥浆比重有不同的要求。

图6 黄流组储层与盖层压力系数等值线a— 储层段压力系数等值线; b— 盖层段压力系数等值线

5 结论及认识

1)三维构造模型、相模型、波阻抗模型是速度模型和岩性模型建立的基础; 速度模型的建立可以用来完成时深转换和压力预测模型的建立; 岩性模型要采用纵向、平面、波阻抗变化趋势约束建立, 结合区域应力分析可以构建三维应力场模型。

2)孔隙压力模型的建立分为孔隙压力预测模型和孔隙压力实体模型两种:孔隙压力预测模型对地层孔隙压力具有较好的预测功能; 孔隙压力实体模型在不断的有新井加入来更新模型时, 得到的结果越来越接近真实地层的孔隙压力。

总之, 若是在钻前可以较准确地预测地层孔隙压力, 就可以指导钻井井身结构设计, 大大提高钻井安全和节约钻井成本。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 谢玉洪, 王振峰, 李绪深, 等. 莺琼盆地隐蔽气藏成藏条件及有利目标评价[R]. 中海石油(中国)有限公司湛江分公司, 2005. [本文引用:1]
[2] 王振峰, 罗晓容. 莺琼盆地高温高压地层钻井压力监测技术研究[M]. 北京: 石油工业出版社, 2004 [本文引用:1]
[3] 杨计海, 胡忠良. 莺—琼盆地中深层高温超压天然气成藏条件研究[R]. 中海石油(中国)有限公司湛江分公司, 2000. [本文引用:1]
[4] 吴胜和, 金振奎, 黄沧钿, 等. 储层建模[M]. 北京: 石油工业出版社, 1999. [本文引用:1]
[5] 张一伟, 熊琦华, 王志章, 等. 陆相油藏描述[M]. 北京: 石油工业出版社, 1997. [本文引用:1]
[6] 张团峰, 王家华. 油气储层随机模拟的地质应用[M]. 北京: 地质出版社, 1995: 62-73. [本文引用:1]
[7] 冉建斌, 李建雄, 刘亚村. 基于三维地震资料的油藏描述技术和方法[J]. 石油地球物理勘探, 2004, 39(1): 102-112. [本文引用:1]
[8] 杨振武, 谢用良, 唐建明. 多井约束地震地层反演技术在川西致密砂岩气藏描述中的应用[J]. 物探化探计算技术, 2000, 22(1): 235-238. [本文引用:1]
[9] 陈欢庆, 朱筱敏. 精细油藏描述中的沉积微相建模进展[J]. 地质科技情报, 2008, 27(2): 73-77. [本文引用:1]
[10] 吕晓光, 马福士, 田东辉. 隔层岩性、物性及分布特征研究[J]. 石油勘探与开发, 1994, 21(5): 81-85. [本文引用:1]
[11] 魏嘉. 地质建模技术[J]. 勘探地球物理进展, 2007, 30(1): 1-6. [本文引用:1]
[12] 魏嘉, 唐杰, 岳承祺, 等. 三维地质构造建模技术研究[J]. 石油物探, 2008, 47(4): 319-327. [本文引用:2]
[13] 潘欣, 李继红, 周立发, 等. 复杂断块群油气藏构造建模及其应用[J]. 断块油气田, 2008, 15(6): 53-58. [本文引用:1]
[14] 丁可新. 复杂断块油藏精细构造建模技术——以富林油田为例[J]. 石油天然气学报, 2008, 30(5): 247-250. [本文引用:1]
[15] 永庆, 代开梅, 陈舒薇. 砂质辫状河储层三维地质建模研究[J]. 大庆石油地质与开发, 2002, 21(5): 34-36. [本文引用:1]
[16] 邹先雄, 吴亚红. 复杂断块稠油油藏剩余油分布规律及挖潜研究[J]. 重庆科技学院学报: 自然科学版, 2009, 11(1): 12-15. [本文引用:1]
[17] 陈路原. 复杂断块油藏精细油藏描述与剩余油分布规律研究[D]. 南充: 西南石油学院, 2001. [本文引用:1]
[18] 汪立君, 孙玉峰. 复杂断块油气藏储层剩余油分布研究与预测[J]. 新疆石油天然气, 2006, 2(4): 47-53. [本文引用:1]
[19] 刘振峰, 郝天珧, 杨长春. 沉积模型和储层随机建模[J]. 地球物理学进展, 2003, 18(3): 519-523. [本文引用:1]
[20] 张胜利, 夏斌. 复杂构造建模技术综述[J]. 地球物理学进展, 2007, 6(12): 1900-1903. [本文引用:1]
[21] 刘爱群, 陈殿远, 欧振能. 琼东南盆地崖南区少井岩性建模技术研究[J]. 地球物理学进展, 2012, 27(2) : 634-641. [本文引用:1]