西湖1井钻前地震压力预测

2012-01-11徐群洲魏金兰杨文华

物探化探计算技术 2012年5期

关键词：西湖钻井系数

徐群洲，王惠，魏金兰，杨文华

（中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830013）

西湖1井钻前地震压力预测

徐群洲，王惠，魏金兰，杨文华

（中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830013）

西湖1井是准噶尔盆地南缘深部地层进一步油气勘探研究提供基础资料而部署的一口风险预探井。该井钻探构造高陡，钻遇断裂多，地层变化大，钻前地层压力预测更为重要。在地震地质解释研究的基础上，综合分析了工区内已钻的异常压力分布情况和形成机理，确定了本区地层压力的经验公式。通过对地震速度研究，建立三维速度场，进行层速度反演，提取井点地震速度。正确地估算了西湖1井的地层压力，为井身结构工程设计提供了依据，确保了钻井的顺利，地层压力预测结果与完钻后地层压力测试一致。

地震速度；地层压力；压力预测；速度场

0 前言

西湖1井构造上位于准噶尔盆地南缘山前冲断带四棵树凹陷西湖背斜，是为了落实西湖背斜的含油气性，是以发现新的含油气领域而部署的一口超深风险探井，设计井深6 268.00m。钻探目的为该区的下组合白垩系、侏罗系的进一步油气勘探研究提供基础资料。将钻遇西域组的高速砾岩层、区域高地层压力的安集海河组塑性泥岩层、大型逆掩断裂和新层系，钻前地层压力预测复杂，使得井身结构工程设计困难。

以往同一构造上的西参2井、西5井等在钻穿安集海河组塑性泥岩层的过程中，多次出现卡钻、井壁坍塌、泥浆漏失等工程事故。处理各种事故前、后耗费了大量的时间，严重制约了钻井速度，钻井泥浆比重过大，耗费了大量的人力、物力及财力，所以钻前异常地层压力预测更为重要。

1 研究区地层压力特征

准噶尔盆地南缘山前构造带异常压力主要成因是地应力引起，其次是地层中粘土增温热膨胀所致。异常压力的出现往往与区域上大段厚泥岩层段有关，特别是在安集海河组上部，但分布不稳定。在安集海河组及紫泥泉子组泥岩层内，过剩压力的压力系数大约为0.2～0.4。在紧靠天山的山前构造上测得的压力普遍较高，由于上新世以来强烈的抬升剥蚀，地层直接出露地表，正常压实段很难划分，泥质岩内的压力无法估算。

根据邻井西5井实钻压力监测结果看，该区沙湾组及其以上地层，基本为正常压力系统，压力系数在1.03左右。安集海河组、紫泥泉子组和吐谷鲁群属于异常高压地层，压力系数在1.59～1.90之间。侏罗系地层在南缘没有钻遇过，临区侏罗系地层压力系数在1.03～1.40之间。

2 钻前地层压力预测

2.1 计算地层压力的算法

地球物理资料预测地层压力方法主要有两大类：①井参数预测压力；②地震资料预测压力。目前提高地震资料预测压力精度的根本，是提高速度分析的精度和获得有针对目标区块的经验公式。依据大量的现场钻井和测井资料，进行有针对特定实例或一定范围内的样品统计分析，或针对一定的地质模型实验得出的经验公式，就可以得到特殊地质情况的经验公式，用于地层压力预测。那么如何得到精确的地层速度资料，就是地震地层压力预测的技术核心问题。

2.2 新井压力预测的地震速度分析

2.2.1 用地震速度简单地预测异常地层压力的步骤

（1）建立单井的压力系统概念模型。利用单井压实资料建立单井的压力系统概念模型，详细分析压力对井旁道速度的影响，提取压力在速度谱上的响应特征。

（2）以井旁速度分析指导和在地质模型的控制下拾取所需的叠加速度。

（3）对叠加速度进行分析和平滑。

（4）利用DIX公式求取层速度。

（5）平滑层速度。

获得层速度后，利用经验公式计算地层压力。从CMP道集的叠加速度分析中得到的地震速度，常误用于孔隙压力分析。叠加速度为处理速度，目的是生成一个叠加地震剖面以突出构造细节。但是，从常规叠加速度分析中推导出的层速度，未经再处理，如果没有正确理解地震资料采集、处理和解释，以及资料约束条件，一味地使用常规叠加或处理速度，在地压分析时就会产生错误结果。速度横向变化大以及在地层倾斜时运用Dix公式，不能将叠加速度转换为真正的层速度，而且当叠加速度随深度降低时，用Dix公式转换而来的层速度预测压力极不稳定。

2.2.2 层速度预测地层孔隙压力的难点

（1）影响层速度的因素较多。层速度与地层孔隙压力有关，但与其它地层参数也有关，如岩性、孔隙度等。这样，在对其它影响因素未作描述或适当假设的情况下，直接由层速度求取地层孔隙压力，容易产生较大误差。

（2）层速度有误差且分辨率比较低。层速度的误差包括随机误差和系统误差，而且层速度是两主要反射层之间的平均速度，分辨率较低。这将影响压力预测结果及深度的准确性。

运用西湖背斜的实际速度谱资料来分析，该区速度谱点少，密度稀，各谱所点的时间速度对较少，最少的只有四个数据，断裂附近速度谱值倒转，逆掩断裂垂直断距为200m，因此，不能直接使用过井测线的原始叠加速度谱进行地层压力计算。作者在本次研究中，采用以下思路进行速度提取工作：通过速度谱解释、处理获得叠加速度，地质解释的地震反射层、建立地质模型，用模型模拟迭代法进行三维地震层速度建场，最后在三维速度场中，提取井点处的层速度（见图1）。

图1 西湖1井地震地质解释剖面和西湖1井点原始叠加速度谱图Fig.1 Seismic geological interpretation section of the Xihu－1 well and the stack velocity spectrum from Xihu－1well

2.3 三维层速度场研究

（1）时间解释层地质构造建模。对每个时间解释层位进行带断层的网格化，通过各层时间曲面与断层的交点计算断面空间模型，最后，用时间解释模型与断面模型的叠置接触关系建立目标三维空间地质模型。

（2）模型模拟层析法计算层速度。用模型模拟层析法计算层速度是在建立T0及速度场的空间地质模型的基础上，模拟地震波的自激自收，根据射线传播理论计算模型中层速度的走时曲线。根据速度谱点的共中心点道集，从地质模型的第一层开始，先估计第一层的层速度，模拟道集内每一道在地质模型中的射线传播、反射、透射过程，计算接收时间，得出时距曲线，再模拟处理过程中相应的动校正方法求出要拉直这一时距曲线需要的速度，最后与实际速度谱上的叠加速度比较。如不相等，则调整相应层速度重复以上过程，直至两者相等。然后再模拟第二层、第三层，直到最后一层。

（3）三维层速度建场。通过模型模拟层析法计算层速度，不仅能计算出层速度和反射界面，也同时计算出了反射点偏离入射点的空间距离量。在获得了每一层的层速度和反射界面后，通过迭代求取符合地质模型的层速度和确定反射界面，最后建立研究区的各反射层位控制的层速度场。

（4）井点的层速度提取。在精细地震资料解释建模的基础上，建立高精度的三维空间速度场，不仅提高了构造成图的精度，而且也为新探井的压力预测，提供了精确位置的层速度（见图2）。

（5）预测结果分析。运用精细解释的地震速度和地震资料中得到的层位信息，利用盆地南缘的实际经验公式，钻前计算的西湖1井地层压力（见下页图3），可作出3 200m以上为正常压力，压力系数为1.01～1.05；3 200m～3 950m为高压层，压力系数为1.05～1.20；在3 950m 出现拐点，3 950m～5 400m为异常高压层，压力系数为1.20～1.90；5 400m～5 700m 为地层压力降低段，压力系数为1.90～1.63；5 700m～6 260m为异常高压层，压力系数为1.63～1.85。

西湖地区的其它井都是采用表、技、油三层套管，西湖1井在5 400m以下存在地层压力降低，井身结构设计时就得增加一层技术套管，这将大大增加钻井成本。

3 钻井录井结果分析

该井2011年8月完钻，随钻检测DG指数法其地层压力监测成果如图3所示：①1 360m以上为正常压实地层，压力系数在1.03～1.10之间；②1 360m～3 960m地层压力较高，压力系数在1.10～1.30之间；③3 960m～4 424m为超高地层压力，压力系数在1.40～1.88之间；④4 424m～5 400m为高地层压力，压力系数在1.88～1.70之间；⑤5 400m～6 268m为高地层压力，压力系数在1.70～1.82之间。

图2 西湖1井点的层速度图和地层压力预测结果图Fig.2 Xihu－1well formation pore pressure prediction and reality of the Xihu－1well drilling results

图3 西湖1井地层孔隙压力预测与实钻结果对比图Fig.3 Comparison of Xihu－1well formation pore pressure prediction and reality of the Xihu－1well drilling results

显然，利用地震速度预测的地层压力结果，与实测的孔隙压力结果对应的相当好，压力随深度的变化趋势一致。特别是准确地预测了白垩系地层的地层压力降低，使得井身结构设计合理，保证了钻井的顺利进行。常规套管完井，表套下深为508.00m，第一层技套下深3 956.10m，第二层技套下深5 397.08m，油层技套下深6 265.94m。

4 结论与建议

在准噶尔盆地南缘山前的三排构造中，逆掩断裂的发育，存在程度不同的地层重复，造成地层速度的变化，特别是背斜轴部的速度谱常出现速度倒转，由此引起的地震速度异常，应结合地质解释构造模型进行判断，在利用地震速度进行地层压力计算时要分上下盘分别计算。

通过攻关研究，形成了解决钻前地层压力预测的地震速度分析难题，在准噶尔盆地的推广应用，为勘探钻井提供了准确的地层压力预测，有效地降低了钻井事故率。使得钻井地层压力预测误差由20%下降到10%，三维层速度分析技术的推广应用取得了良好的效果。

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