2017, Vol. 32
2. 中国石油集团东方地球物理公司研究院, 河北涿州 072750
2. Research Institute of Bureau of Geophysical Prospecting, CNPC, Hebei Zhuozhou 072750, China
塔里木盆地碳酸盐岩储层主要以裂缝、裂缝孔洞、洞穴型储层为主，储层纵横向非均质性很强(朱光有等，2011；龚洪林等，2014).近年来，塔里木盆地碳酸盐岩勘探与开发均取得较大突破，但由于该地区二叠系火成岩极为发育，且喷发岩、侵入岩交相叠置，致使岩性变化极为复杂，再加上火成岩厚度分布极不均匀，导致速度很难精确的求取.受此影响，基于常规方法的叠前偏移资料很难准确还原缝洞的真实位置，以此为基础确定的井位大多出现了偏差(彭更新等，2011；李佳蔚等，2016).因此在碳酸盐岩开发过程中会遇到钻井落空或由于没有钻遇设计的缝洞体系而导致产量低等问题.有学者(Shi et al., 2014；史鸿祥等，2016)在塔里木盆地哈拉哈塘区块进行了基于随钻地震测井的地震导向钻井技术研究，解决了由于速度不确定性以及地质模型的不确定性导致的储集体归位不准确的难题，并指导两口井顺利命中目标.目前该技术只有Schlumberger公司能提供相关的服务，并且技术对国内是完全封锁的.但是该方法占井时间长，成本高.具有明显的应用局限性，不适于在该地区大范围推广应用.
垂直地面剖面(VSP)在求取地层速度参数、时深转换与标定等方面具有优势(郭向宇等，2010).因此针对塔里木碳酸盐岩缝洞储集层，本文提出了一种基于零井源距VSP资料的井地联合溶洞定位方法来解决溶洞定位问题.该项技术是碳酸盐岩地区在现有三维地震数据基础上提高优质储层直接钻遇率最经济有效的手段.
1 技术方法和工作流程基于零井源距VSP资料的井地联合溶洞定位方法主要是在钻头钻穿火成岩以后进行VSP中途测井，利用钻井过程中得到的VSP速度修正三维地震速度场(原设计井位的三维地震数据)，对三维地震资料进行重新偏移处理，确定溶洞的空间位置变化，实时提供钻井的靶心坐标，提高中靶精度.该方法的技术核心是利用VSP的速度和深度域走廊叠加剖面数据进行井控重新偏移处理(如图 1).根据前期方法的研究和现场生产资料的验证，已经形成了一套完整的基于零井源距VSP资料的井地联合溶洞定位方法的工作流程(如图 2).该流程能保障VSP资料采集、VSP资料处理解释、地震资料井控重新处理解释三者达到无缝衔接，真正实现了VSP采集处理解释和地震处理解释一体化作业，保证了提交成果的及时性.
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图 1 溶洞定位方法技术流程图 Figure 1 The flow of karst cave positioning method |
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图 2 溶洞定位方法工作流程图 Figure 2 The working flow of karst cave location method |
为了检验该方法的可靠性和时效性，2015年，在塔里木盆地塔北碳酸盐岩地区进行了一口井的试验，Schlumberger公司同时进行基于随钻地震测井的地震导向钻井技术工作.基于零井源距VSP资料的井地联合溶洞定位的技术方法主要有三个部分研究内容.
1.1 VSP资料采集、处理和解释为了保证VSP资料采集的品质和时效性，形成了两种VSP采集方法.第一种采集方法：套管井VSP采集方法.采用高动态范围的Geochain三分量数字检波器进行全套管井采集，该方法适用于中完井全套管井段作业，缺点是如果钻头距离溶洞太近，不能满足钻井工程要求.第二种采集方法：裸眼井VSP采集方法.该方法在套管井VSP采集方法的基础上，利用研制六级水听器进行采集，并配套研制了打捞工具，降低井下作业安全风险，保证采集安全，提高采集效率.该方法更适用于裸眼井作业，可以在钻井的任一阶段进行VSP采集作业，占井时间短，且能最大限度满足钻井工程要求.
H井是塔里木盆地塔北隆起轮南低凸起西斜坡的一口开发井.该井设计井深6690.0 m，目的层为奥陶系一间房组.二开中完深度6608 m，没有钻遇到目的层.因而实施基于零井源距VSP资料的井地联合溶洞定位方法来确定钻前溶洞的真实位置.由于该井是全套管井，项目采用套管井VSP采集方法进行VSP数据采集.该项目从接井到VSP资料采集完成共计占用井场19 h.高效地完成了VSP资料的采集工作.采集资料品质较高(图 3).原始Z分量上下行直达波能量强，起跳干脆，便于拾取准确的初至，获取准确的VSP速度.
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图 3 VSP采集原始Z分量记录 Figure 3 The original Z component records of VSP acquisition |
可以利用VSP走廊叠加剖面进行准确的层位标定.VSP层位标定要考虑地震资料处理基准面、波组特征等综合地质信息，实现VSP反射层位与三维地震剖面的对比标定.在准确层位标定的基础上，根据VSP拉平剖面上的波组响应特征确定溶洞顶的反射位置(李凡异等，2012；曲寿利等，2012；杨平等，2015).利用溶洞顶界面反射时间与该地层的层速度，可以预测溶洞顶的深度为6660 m(图 4).
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图 4 溶洞顶界面深度预测图 Figure 4 Depth prediction of karst cave roof |
针对碳酸盐岩特殊的溶洞型储层地区，要提高溶洞的成像精度，叠前深度偏移处理的关键因素是高精度速度场的建立和准确的各向异性参数求取(龚洪林等，2012；张军华等，2014；沈水荣等，2015；张国栋等，2016).本文应用井地联合叠前深度偏移处理技术的核心思想主要是利用中途测井获取的准确VSP速度场修正地震三维速度场，对地震三维资料进行重新叠前深度偏移处理(三维地震工区面积：约30 km2).
首先调查井点位置及以往深度偏移工区的范围，确定最佳的基础三维工区，如果井位于工区不满覆盖区，通过CMP道集振幅处理解决不满覆盖区能量问题.
其次利用VSP速度沿层填充生成初始速度，采用网格层析等手段更新偏移孔径内速度，拉平道集生成速度体，在VSP速度偏移数据基础上统计井震速度误差，分析井震速度误差的相对关系(如图 5)，进而计算出速度横向变化系数平面图.从更新前后的速度剖面对比来看，更新后的速度场更精细，更合理(图 6a、图 6b).
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图 5 VSP层速度与声波层速度对比 Figure 5 Comparison of VSP velocity and acoustic velocity |
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图 6 更新前后速度和地震剖面对比图 (a)更新前速度剖面；(b)更新后速度剖面；(c)更新前地震剖面；(d)更新后地震剖面. Figure 6 The speed profile and seismic profile of before and after correction (a)The original velocity profile; (b)The corrected velocity profile; (c)The original seismic velocity profile; (d)The remigration processed seismic profile. |
最后，根据井震深度和速度误差求取各向异性参数，保证地震资料纵向精度，进行各向异性叠前深度偏移成像.从更新前后的地震剖面对比来看(图 6c、图 6d)，溶洞的形态变化不大，但溶洞的位置发生了变化.
1.3 资料综合分析及更新靶点坐标有学者(王立华等，2008；吕云远等，2012)研究表明，碳酸盐岩溶洞储层在平面上可以利用振幅能量属性进行识别，因此利用均方根振幅属性对溶洞进行刻画和识别.对比更新前后一间房组底界平面图(图 7a、图 7b)可以看出，一间房组地层整体构造趋势没有发生大的变化，只是局部存在细微变化.而串珠平面位置(图 7c、图 7d)有向西北方向移动的趋势.
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图 7 更新前后一间房组底界平面图和串珠平面位置图对比 (a)更新前一间房组底界平面图；(b)更新后一间房组底界平面图；(c)更新前串珠平面位置图；(d)更新后串珠平面位置图. Figure 7 The plan of To2y and the plan of karst cave of before and after correction (a)The original plan of To2y; (b)The corrected plan of To2y; (c)The original plan of karst cave; (d)The corrected plan of karst cave. |
更新后串珠形态更加对称，串珠中心变深约0~22 m，横向上串珠中心位置向西北方向移动(图 8a、图 8b).因此建议新靶点向西北方向偏移30 m(图 8c、图 8d).Schlumberger公司利用基于随钻地震测井的地震导向钻井技术提供的建议靶点是向西北方向偏移37 m.结果与本文结果基本一致.
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图 8 更新前后串珠地震雕刻平面图及串珠靶点坐标平面图对比 (a)更新前串珠地震雕刻平面图；(b)更新后串珠地震雕刻平面图；(c)更新前串珠靶点坐标平面图；(d)更新后串珠靶点坐标平面. Figure 8 This plan of the karst cave seismic engraving and this plan of the karst cave target coordinate of before and after correction (a)The original plan of the karst cave seismic engraving; (b)The corrected plan of the karst cave seismic engraving; (c)The original plan of the karst cave target coordinate; (d)The corrected plan of the karst cave target coordinate. |
由于该井是二开中完才进行VSP采集，钻头距离VSP预测的溶洞洞顶仅仅只有6660-6608=52 m, 而Schlumberger采集井段150~6273 m，钻头距离VSP预测溶洞洞顶的距离能满足钻井工程要求.因此最终按着Schlumberger提供的新靶点位置进行钻进，完钻井深6651 m(比VSP预测的溶洞顶深度浅9 m)，没有放空漏失，最后酸压获得工业油气流，试采产量为92 kg3.分析认为该井实际需要挤入地层液量、停泵压力、有效施工时间均比邻井在施工难度、施工量减少、酸压难度大大降低.证实提供新的靶点坐标更接近溶洞的真实位置，验证了该方法的可靠性.整个项目用时71 h，保证了成果的时效性.费用仅仅只是Schlumberger公司的三分之一.
2 应用效果基于零井源距VSP资料的井地联合溶洞定位方法在塔北碳酸盐岩H井获得验证并形成了成熟的技术方法和工作流程.2016年，在塔中碳酸盐岩地区利用该方法实施作业了4口井，4口井在钻井期间均发生不同程度的放空和漏失(如表 1)，证实基于零井源距VSP资料的井地联合溶洞定位方法能很好地解决塔里木盆地碳酸盐岩地区由于速度不确定性以及地质模型的不确定性导致的储集体归位不准确的难题.
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表 1 2016年塔中4口井实施效果 Table 1 Effect of 4 wells in 2016 |
在国内没有完全解决基于随钻地震测井的地震导向钻井技术的前提下，利用基于零井源距VSP资料的井地联合溶洞定位方法解决塔里木盆地碳酸盐岩地区溶洞定位问题将是一个新的思路，也是目前碳酸盐岩溶洞定位最经济有效的手段.该技术具备良好的推广、应用前景：
(1) 叠前深度偏移的核心是速度建模, 而影响溶洞准确归位的主要原因是研究区火成岩速度横向变化大, 因此利用VSP获取准确的火成岩速度是准确还原溶洞真实位置的关键.
(2) 井地联合叠前深度偏移处理技术是充分利用VSP的速度信息和波场信息，驱动地面地震进行叠前深度偏移处理，还原溶洞的真实位置和形态，因此建立一套完善的井地联合处理方法和流程是该技术的核心.
(3) 基于VSP资料的溶洞定位方法有益于提高碳酸盐岩溶洞型储层的直接钻遇率，同时也能降低钻井作业成本，减小工程风险，因此建议在类似地区推广和应用该项技术.
致谢 感谢中石油塔里木油田分公司史鸿祥、郑多明两位专家的指导和支持，感谢中石油东方地球物理公司新兴物探开发处领导对本项研究工作的支持，感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部大力支持.| [] | Gong H L, Liu W F, Zhang X M. 2014. Rock physics response characteristics of carbonate reservoir in Lungu East Tabbies district[J]. Progress in Geophysics , 29(1): 331–338. DOI:10.6038/pg20140147 |
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