中途VSP地层层速度反演技术的拓展应用

2011-01-23刘颖宇赵前华

中国海上油气 2011年3期

刘颖宇田洪李东赵前华

(1.中海石油伊拉克有限公司; 2.中海油田服务股份有限公司)

作为一种地面地震和测井相结合的技术手段,垂直地震剖面(VSP)技术在油气勘探、开发中发挥了独特的作用[1]。研究表明,通过中途VSP资料进行钻头下方地层层速度反演,可以获得未钻遇地层界面深度和速度数据,为下一步工程作业提供重要依据[2-3]。

有关利用VSP资料预测钻头下方地层层速度的技术时有报道,但通常情况下其预测精度有限,实际应用范围不广泛,作用也有限[4]。近些年,中海油田服务股份有限公司与高校合作,改进了2种用于现场的零偏移距VSP资料层速度反演方法,即波阻抗反演和波动方程反演,其具体的反演原理和方法见文献[2]。近些年几十口井次的生产实践证明,在VSP资料、常规测井(声波、密度)资料质量可靠的情况下,利用VSP资料可以精确预测钻头下方300～400 m地层的层速度,层界面深度误差在10 m左右[5]。

以往采用中途VSP资料进行层速度反演,主要是用反演的层速度信息对下部地层的压力进行预测[6]。本文通过2个实例对中途VSP资料反演层速度的应用进行拓展和讨论,包括首次利用中途VSP反演的地层层速度信息估算储层物性和在复杂地质构造条件下中途VSP反演层速度的应用,并对这些应用的条件及限制进行了初步探讨,以更全面地认识中途VSP的反演结果。

1 利用中途VSP反演的地层层速度估算储层物性

中国某海域A井中途完井时,通过常规测井和中途VSP资料的联合反演,得到了下部地层层速度(图1),对下部储层物性进行了预测。

图1 中国某海域A井利用中途 VSP资料反演的钻头下方地层层速度

从图 1 可以看到 ,在3250、3290、3310、3340 m附近,A井地层层速度平均值从3700 m/s降低至3500～3400 m/s。结合区域资料和该井上部声波测井折算的地层层速度,认为这些低速层段就是砂岩储层。这些低速层段的层速度转换成声波时差为87～89μs/ft,按照 W ylie公式计算,其储层孔隙度为23%～25%。

图2为A井完钻后下部声波时差测井资料折算的地层层速度与VSP反演层速度的对比图。从图2可以看出,除3100～3200 m井段井眼垮塌引起声波时差失真,导致对比效果不很理想外,在3250～3600 m井段的对比效果较好。另外,中途VSP反演层速度预测的该井在深度3250、3290、3310、3340 m附近的砂岩储层均得到了钻井证实,实钻储层物性与预测结果的差别很小。

图2 中国某海域A井中途VSP资料反演的地层层速度与实测声波时差折算的地层层速度对比图

由此可见,利用中途VSP反演的地层层速度可以对储层物性进行预测,但在实际应用中需要注意以下几个问题:①要求VSP及测井资料质量优良;②要保证VSP反演的层速度是较为准确的,因此就要求钻头前方地层最好不要有大的速度起伏;③在储层物性预测井段,不同类型岩石的速度差异必须较为明显,以便把预测的层速度信息转换为合理的岩石信息。只有满足了这3个条件,才能利用中途VSP反演的地层层速度进行储层物性预测,从而获得较好的应用效果。

2 复杂地质构造条件下中途 VSP反演层速度的应用

中国某海域B井在钻至2960 m时,为防止下部地层可能存在异常高压等危险,决定采集中途VSP和常规测井资料,并对下部地层情况进行预测。

B井位于一个大型构造断裂带的下降盘,地质构造情况复杂。按照地质设计该井在2700 m处开始沿断面倾向方向造斜,至2960 m时最大井斜角已达24°,最大井底水平位移已超过120 m,因此采集的VSP资料从2700 m开始已经不是零偏移距VSP资料,这些因素增加了中途VSP层速度反演的难度,也影响了反演的精度。

对B井2470～2960 m井段共50道上行波VSP数据进行了多道波动方程地层层速度反演,其结果如图3所示。从图3可以得到以下认识:多道VSP层速度反演的结果具有很好的一致性,即在井底以下2950～3080 m井段地层层速度变化特征基本一致(图3中标注段1),在3080 m以下深度段地层层速度有一个较大的低速带(图3中标注段2)。分析认为,多道VSP层速度反演结果的一致性反映出VSP反演的可靠性;把各道的反演结果按照道检波器由深到浅排列,这个低速带的深度是从3120 m逐渐变到3080 m左右,如图3中蓝色箭头所示。问题的关键是这个低速带是否代表一个可能的异常高压带?为什么不同道反演结果中低速带的深度会有差异?

图3 中国某海域B井多道 VSP反演的地层层速度

图4 中国某海域B井构造及VSP检波器接受信号示意图

由B井地震构造模型(图4)可见,该井西北部为构造边界(大正断层),断层下盘的下部为刚性、高速的火成岩侵入体。用该构造模型对VSP仪器测量方式进行射线追踪模拟(图4中的蓝线所示),可见位于井眼中的检波器所检测到的上行波其实只能反映出该检波器到断层面之间的地层层速度信息,断层上盘下部的层状地层信息所反射的信号无法被VSP检波器所获得。也就是说,VSP观测方式存在盲区,图4中b检波器只能反映b检波器深度到B点的地层层速度信息,而不能反映B点以下地层(如B点到A点之间)的速度信息。

分析认为,正断层的断裂面一般多为张性破裂带,表现为一个低速带,因此认为图3中VSP反演得到的低速带不是高压带,而是断层的张性破裂带。由于不同道检波器探测的断层面深度不同,如图4中c检波器探测的断层面深度在C点,而b检波器探测的断层面深度是在B点,因此这个模型同时也解释了不同道反演结果中低速带深度有差异的问题。

综合以上的分析结果,认为B井VSP层速度反演结果在2960～3100 m井段基本客观地反映了中途完井井底至断层面之间的地层信息,3100 m以下的低速带反映了正断层破裂带的速度信息,低速带以下的层速度信息完全是由于杂乱波场引起的,不能反映任何有用的地层信息。由于该井并没有垂直往下钻探,而是近乎平行于断层面进行钻探,因此在后期的钻探中将不可能钻遇正断层破裂带反映的低速层。B井完井时测量的声波时差资料证实了以上的分析结果(图5)。