地球物理学进展  2017, Vol. 32 Issue (1): 152-159   PDF    
特殊地质条件下的时深转换方法探讨——以涠西南凹陷南部斜坡带X井为例
郭璃, 邓勇, 赵顺兰, 陈林, 盖永浩, 汤翟     
中海石油 (中国) 有限公司湛江分公司研究院, 湛江 524057
摘要:涠西南凹陷南部斜坡带断裂复杂,地层埋深变化剧烈,沉积相平面变化较大,传统的时深转换方法很难满足高精度勘探的需求.根据该区块的地质和地球物理特点,在认真对比分析现有时深预测方法的基础上,提出用变速剥层法对南部斜坡带的X井进行钻前时深预测,对该区在勘探钻井过程中面临的时深预测问题进行了有益的新尝试,取得了较好的勘探效果.该方法结合多学科理论知识,充分考虑了速度的横、纵向变化,沉积相变化,井上岩性变化等综合地质影响因素,相对它法而言能更为准确的完成时深转换,满足勘探钻井需求.
关键词时深转换    变速剥层法    层速度    沉积相    
Research and discussion of time-depth conversion methods under special geological conditions
GUO Li , DENG Yong , ZHAO Shun-lan , CHEN Lin , GAI Yong-hao , TANG Di     
ZhanJiang Branch of CNOOC Ltd., ZhanJiang 524057, China
Abstract: The southern slope of Weixinan sag has a complicated fracture system, a drastically change in formation depth, and a giant change in sedimentary facies, so the traditional time-depth conversion method is difficult to meet the needs of high resolution exploration. According to the geological and geophysical characteristics of the target area and after serious analysis of the existing time to depth conversion method, variable velocity stripping method was come up with to solve the time-depth prediction problem of X well in southern slope. It is a new and beneficial way to solve the time-depth prediction problem in that area, and it has achieved good results. This method combining multidisciplinary knowledge, giving a full consideration to the comprehensive geological factors such as change of speed、sedimentary facies and lithology, can complete time-depth conversion more accurately to meet the demand of exploration drilling.
Key words: time-depth conversion     variable velocity stripping method     interval velocity     sedimentary facies    
0 引言

时深转换问题是地震研究永恒的课题,在钻前的地球物理研究中,时深预测只是一个小环节,但却非常关键,因其准确程度直接影响着地震解释及勘探钻井的各个环节及最终成果.精确预测压力界面深度,能简化套管程序,准确取资料,降低成本,在油气勘探开发过程中具有重要意义 (陆基孟,1993刘爱群等,2008凌云等,2011李伍志,2011张英德等,2012).北部湾盆地涠西南凹陷东南斜坡带断裂复杂,地层埋深变化剧烈,沉积相平面变化较大,传统的时深转换方法如速度体建模、单井VSP拟合、常速剥层法,往往难以满足高精度勘探需求.本文使用变速剥层法预测X井时深关系,充分考虑速度的横、纵向变化及沉积相的平面变化对速度的影响,实钻证明相对它法而言,变速剥层法在本区的准确度更高.

1 目标区地质及地球物理特征分析

涠西南凹陷位于南海西部北部湾盆地,是已证实的富生烃凹陷,目前已钻井190余口,发现多个油田和含油构造,地质条件复杂,圈闭类型以复杂断块为主.该凹陷A、B、C三个次洼周源分布着1号断裂带、2号断裂带和南部斜坡带等3个紧邻富生烃凹陷的有利油气聚集带 (图 1).目标区X井位于南部斜坡带中段,具有断裂复杂、岩性组合变化复杂、速度纵横向变化剧烈等地质和地球物理特征.

图 1 X井构造位置图 Figure 1 Tectonic location of X well
1.1 断裂复杂

涠西南凹陷主要经历了古近纪张裂阶段 (断陷) 及新近纪裂后沉降演化阶段 (坳陷),张裂时期构造沉降中心跃迁较大,多期构造运动使凹陷断裂十分发育 (图 2),地质构造特征复杂 (董贵能和李俊良,2010).X井位于涠西南凹陷南部斜坡带中段,埋深变化剧烈,断裂错综复杂 (图 3),给构造解释和时深预测带来较大困难.

图 2 过涠西南凹陷主干断裂典型地震剖面 Figure 2 Typical seismic profile across major faults in Weixinan sag

图 3 过X井典型地震剖面 Figure 3 Typical seismic profile across X well
1.2 岩性组合变化复杂

X井主要目的层为流一段下层序的岩性圈闭和流二段的L2Ⅰ油组、L2Ⅱ油组.在流一段沉积时期,南部物源的三角洲发育 (张春生等,2000席敏红等,2007王健等,2010),围区各井横向上岩性突变很快 (图 4),距离很近的两口井,在相同层段就有着截然不同的岩性,如H、A、B、C、F井在T80-T82层和T82-T83层之间,由于埋深与沉积相的横向突变,使得岩相变化剧烈.

图 4 X井区邻井连井对比图 Figure 4 Stratigraphic comparison of 5 wells in target area
1.3 速度纵横向变化复杂

通过分析斜坡地带围区9口井 (图 5) 的区域时深关系可知,速度差异随埋深变大具有逐渐加大的趋势 (图 6),而且各层的层速度的井间差异较大,如T80-T82的井间变化幅度超过2000m/s (图 7).换言之,在围区,找不到一个各层埋深都与X井相当的井,因此,此处需要充分考虑速度的横向变化 (蔡刚和屈志毅,2005).

图 5 X井围区各井地理位置示意图 Figure 5 Plane location of drilled wells in target ar

图 6 目标区已钻井时深关系拟合曲线图 Figure 6 The comparison diagram of 7 wells' VSP in target area

图 7 围区已钻井层速度对比分析图 Figure 7 The comparison diagram of 9 well's interval velocity in target area
2 传统时深转换方法及适应性分析 2.1 单井VSP拟合

单井VSP拟合是指利用工区内单 (多) 口井的VSP数据回归成时间与深度的线性方程进行常速时深转换,该方法主要适用于小范围的局部构造,各层埋深接近,而且断裂比较简单的区域.

2.2 常速剥层法

常速剥层法是指根据地层岩性和速度变化特征,划分出多个具有不同层速度的地层,然后由各井点求出各个速度层的层速度,将时间厚度乘以层速度得到单层厚度,从而逐层累加得到目的层深度.该方法允许地层有一定的起伏,但是要求速度的横向变化比较小.常速剥层法并未综合考虑到地层的厚度变化带来的速度横向变化,在地形起伏较大、地层横向厚薄变化剧烈的区域并不适用.

变速拟合法是指分段拟合地层速度和时间差的关系,利用拟合关系计算该层的层速度,得到随地层厚度变化的层速度场,然后采用剥层法的思想,累加单个速度层厚度得到目的层深度.变速拟合法虽然仍沿用剥层法的思想,但它在实现过程中,每一层的层速度是通过井点时深曲线拟合得到的一个变量,地层层速度随着时间的变化而变化,因此该方法不仅考虑到上覆地层厚度的横向变化,也考虑到地层厚度变化等地质因素引起的速度横向变化,相比单 (多) 井VSP拟合和常速度剥层法,更加合理和精确 (陈林等,2014).

2.3 地震速度体建模法

速度体建模,地震速度体建模是以地震资料处理中速度谱解释获取的叠加速度为基础资料,利用Dix公式将其转换为层速度和平均速度,人工修改异常值后,经平滑得到层 (平均) 速度体,通过提取沿层平均速度完成转换的变速时深转换方法.该方法的精度与速度体的解释密度和精度有关,与断裂复杂程度有关 (唐必锐等,2005黄兆辉等,2008刘爱群等,2011).它主要用于无井或少井区,可以得到一个区域可用的较为粗略的结果,并不适用于高精度勘探.

3 变速剥层法及效果分析

变速剥层法是建立在各层位精细地震解释研究的基础上,需要准确读取各层界面的双程反射时间twt,再选择剥层的起始面,以确定起始面以上的时深关系,然后通过沉积相平面研究、地震相特征分析等方法合理选择往下每一层的层速度 (刘江平等,1999徐立恒等,2014),以求得各界面的预测深度,层层累加最终得到目的层的预测深度及全井段的预测时深关系 (图 8).

图 8 变速剥层法流程图 Figure 8 The flow of variable velocity stripping method

根据前面的分析,涠西南凹陷东南斜坡带具有断裂复杂,地层埋深变化剧烈,沉积相平面变化较大等地质和地球物理特征,传统的时深转换方法如速度体建模、单井VSP拟合、常速剥层法,难以满足高精度勘探需求.下面,使用变速剥层法对X井时深关系进行预测计算.

3.1 起始剥层面的选择

使用变速剥层法首先要选择一个剥层的起始面.剥层起始面最好是比较浅的标准反射层,即“反射能量强,区域连续性好,比较平缓,有明确地质含义”,因为该层作为剥层法中的起始层,其上覆地层的层速度要用对应的平均速度代替,所以求准了该层的层速度 (深度),可以有效减小浅层误差向下伏地层的叠加累积.

根据实钻情况,目标区T80界面以上的浅层地层埋深起伏变化较小,地层相对稳定,深度预测误差也较小,而T80以下,埋深变化剧烈 (图 9).因此,选择目的层上方的T80作为剥层起始面,并选择与目标井距离较近,全井段有VSP的A井标定后的时深关系,作为T80以上的时深关系.可以看到,两口井T80界面以上各层的埋深也是相近的.基准面选好后,就可以层层下剥.

图 9 过X、A、B、C四口井连井地震剖面 Figure 9 Seismic profile across 4 wells
3.2 基于沉积相分析的层速度拟合

T80-T82层速度选取:结合区域地质认识,位于目标井上升盘的B井和F井在流一段下层序均钻遇一套滨浅湖泥岩 (图 10),推测目标井区在该段应该也是以泥岩为主,于是T80-T82这一层不能继续使用A井的层速度,而使用B井与F井层速度的平均值.

图 10 目标区流一段上层序沉积相平面图 Figure 10 Sedimentary facies map of upper sequence of Liu_1 formation

T82-T83层速度选取:流一段下层序沉积时期,南部物源的扇三角洲顺着层层断阶向下推进,在各断层下降盘沉积三角洲前缘砂体 (图 11).已钻的扇三角洲埋深较浅,没有代表性,因此,使用埋深与X井相似的A井的湖底扇的速度,作为扇三角洲的层速度.

图 11 过X、A、B三口井连井地震剖面 Figure 11 Seismic profile across 3 wells

T83-L2Ⅰ油组层速度选取:由于T83界面下有一套在区域范围内广泛存在的低速泥岩层 (图 12),且其埋深、厚度横向变化较大.为剥去其对深层成像变形的影响 (周蒂等,2008何敏等,2007),使用中间时间和层速度拟合时速曲线,刻画这套泥岩的起伏 (图 13).

图 12 过E、D、F、C、B井连井地震剖面 Figure 12 Seismic profile across 5 wells

图 13 中间时间与层速度关系图 Figure 13 The diagram of mid-time and interval velocity

如图所示,B井因其钻遇断面,地层断缺,故数据点在其他几口井的规律之外.若去掉这口井的影响,可以看到,各井中间时间与层速度有较好的线性拟合关系 (图 14).通过公式便可得到层速度,继而得到该层厚度和L2Ⅰ油组的预测深度.

图 14 去掉异常点后时深曲线拟合 Figure 14 The comparison diagram of 4 well's VSP after removing outliers

L2Ⅰ油组-L2Ⅱ油组层速度选取:结合区域地质认识,X井与位于其上升盘的B井沉积环境接近 (图 15),均为滩砂亚相,推测岩性应该较为相似,并且距离也比其他井更近,因此这一层取B井的层速度作为X井的层速度.

图 15 流二段中部Ⅰ油组沉积相平面图 Figure 15 Sedimentary facies map of middle sequence of Liu-2 formation

L2Ⅱ油组-T85层速度选取:L2Ⅱ油组到油页岩的顶,围区只有D、E这两口井钻穿该层,其中D井全井段有VSP,而E井没有,而且在该层段声波资料不全 (图 16),因此该层最终参考D井的层速度.

图 16 过E、D、C三口井地震剖面 Figure 16 Seismic profle across 3 wells
3.3 应用效果分析

通过使用变速剥层法对X井进行时深预测,与实钻结果对比可知,浅层的误差较小,但从T83界面开始,深层有较大的深度误差 (表 1).

表 1 变速剥层法进行时深预测误差对比表 Table 1 Statistic analyses of time-depth prediction by using variable velocity stripping method

经过钻后井震标定复查,排除了地震解释的问题.于是,又尝试了单井VSP拟合与常速剥层法两种方法,结果发现,深度预测误差更大 (表 2).相比较而言,变速剥层法,比单井VSP拟合和常速剥层法,误差相对更小.

表 2 其他方法进行时深预测误差分析表 Table 2 Statistic analyses of time-depth prediction by using other methods
3.4 误差分析

分析变速剥层法的误差:浅层误差小,说明T80以上的时深关系和T80-T82的层速度选取比较合理,但是深层误差较大,其原因究竟是什么呢?是由于深层各层层速度均选取有误,还是由于T82-T83层速度选取不合理,导致各层深度叠加时出现累积误差呢?

X井实钻分析认为,该井在流一段下层序岩性以含砾细砂岩为主,比B井更粗,推测为扇三角洲前缘水下分流河道、河口坝砂岩,速度相对高速 (图 11).实钻层速度高达3800 m/s.拾取此层速度,用之前的方法计算深层深度,可以看到实钻与预测深度相差无几 (表 3).这说明,深层层速度选取比较合理,其深度误差是由于T82-T83层速度的误差造成.

表 3 误差分析表 (校正层速度后) Table 3 Statistic analyses of errors (after corrected the wrong interval velocity)
4 结语 4.1

实例计算和理论分析综合表明,在涠西南凹陷南部斜坡X井区做时深预测,单井VSP拟合和常速剥层法不再适用,而变速剥层法,相对而言准确程度更高,有利于更准确地确定压力深度界面和构造的真实形态.通过对常用时深转换方法进行类比研究,总结各自技术特点、适用条件及应用效果,对特殊地质条件下的时深转换方法进行了一次有益探讨.研究还发现,变速剥层法的精度与该区沉积相的认识研究深度有很大关系,因此,速度预测不能仅限于地球物理专业,需要更多跨专业的知识才能将速度预测推向精细化 (刘丽峰等,2006张春贺等,2011).

4.2

值得注意的是,在运用变速剥层法进行某层段的层速度拟合时,需要对所用的数据点 (即井点) 有选择性地剔除掉一些特殊井点,如钻遇断面的井点、距离目标区较远的井点、沉积相带跨度较大的井点、钻遇特殊岩性的井点等等.另外,在某些勘探程度较低的地区,通常没有足够多的井来拟合地层速度与地层时间差的拟合关系式,或者沉积相的平面研究不够精细,此时,不宜采用变速拟合法完成时深转换.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持!
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