基于高低频速度闭合技术的地层压力预测

吴 波,王 荐,潘树林,赵 爽

(1.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司勘探开发研究院,四川成都610041;2.西南石油大学资源与环境学院,四川成都610500)

基于高低频速度闭合技术的地层压力预测

吴 波1,王 荐1,潘树林2,赵 爽1

(1.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司勘探开发研究院,四川成都610041;2.西南石油大学资源与环境学院,四川成都610500)

常规地震处理后的地震层速度是主频较低的速度,只能反映速度宏观变化趋势,在纵向上不能体现速度的细节变化,导致预测的地层孔隙压力纵向分辨率较低,不利于反映地层孔隙压力的纵向分布情况。为此,提出了高低频速度闭合技术,以提高地震层速度体和压力预测数据的纵向分辨率。利用叠后阻抗得到具有丰富细节的主频较高的速度体,然后用地震层速度体对叠后阻抗反演速度体进行标准化处理,得到高低频闭合速度体,最终利用Fillippone压力预测模型计算地层孔隙压力。实际资料应用结果表明,该方法能够将阻抗反演速度与地震层速度进行无缝对接,处理后的层速度体既保持了地震层速度的低频变化趋势,又具备阻抗反演速度的高频变化特征,提高了压力预测数据的纵向分辨率,预测精度与叠后阻抗精度保持一致,能有效指导钻井施工。

地层孔隙压力;压力预测;阻抗反演;纵向分辨率;闭合速度

油气田开发过程中,地震地层压力预测方法可以用于描述纵、横向地层压力的分布特征,有助于系统研究油气层压力分布规律。常用的地层压力预测方法主要分为3类,即钻前预测法、随钻监测法和钻后检测法。钻前预测法利用地震资料来预测异常地层压力位置,此类方法不依赖于正常压实趋势线,其计算精度受控于研究工区的实际情况与经验假设条件的符合程度,主要适用于地层压力变化与地层速度相关性较好的地层;随钻监测法利用机械钻速与钻压、钻头转速、水力因素的关系预测异常压力,此类方法由于受现场泥浆密度变化、钻头磨损等影响,因而其监测效果往往不准确;钻后检测法是钻后通过测井评价检测地层压力的方法,是一种“事后”技术,常用方法包括声波时差求取地层压力法、Eaton法[1]等,其中Eaton方法中数幂n随不同地区变化而变化,较难确定,需要较多的井数据作为先验信息。因此,在新钻井或无钻井地区,必须采用钻前预测法得到初探区空间压力分布信息。

在钻前预测方法中,建立正确的压力预测模型和提高地震层速度精度是提高压力预测精度的关键点。

在建立压力预测模型方面,国内外广泛采用的是FILLIPPONE[2]通过对墨西哥湾等地区的钻井、测井、地震等多方面资料的综合研究,提出的不依赖于正常压实速度趋势线,而利用地震层速度预测压力的Fillippone公式,该方法建立了地层压力随层速度变化的经验模型。随后,MARTINEZ[3]和刘震等[4]在Fillippone公式基础上考虑了密度影响,提出应根据工区情况校正地层压力和速度之间的关系。虽然众多学者完善了压力预测模型,但若要提高压力预测数据纵向分辨率和横向分辨率,必须从提高地震层速度计算精度方面进行研究。

基于以上分析,本文提出以叠前时间偏移速度计算的地震层速度体低频速度(主频较低的速度)为背景,并利用该速度背景对目标层的波阻抗反演层速度(主频较高的速度)进行标准化处理,将标准化后的高低频闭合速度体作为压力预测计算的层速度体,最后结合Fillippone压力预测模型计算地层压力的新方法。

1 方法原理

利用高低频速度闭合技术,对目标层波阻抗反演层速度进行标准化处理,再融入到地震层速度背景中,生成高低频闭合速度体,最后采用Fillippone压力预测模型计算地层压力。

1.1 高低频速度闭合算法

地震层速度和叠后阻抗反演层速度分别代表了低频(主频较低)和高频(主频较高)的速度信息,它们用于压力预测时各有优势。其中,地震层速度能够较准确反映深度信息和密度信息,而深度和密度是计算地层孔隙压力的必要条件,但由于地震层速度相对关系变化不大,所计算的压力数据体纵向分辨率低,无法准确反映较小地层之间的压力变化。而叠后阻抗反演层速度是从波阻抗反演而来,继承了阻抗的高频性质,能够较准确地反映目标层层速度之间的相对变化,纵向分辨率高;但阻抗反演层速度是一个相对速度,其绝对值范围不准确,不能直接计算地层压力。因此,若要采用这两种层速度计算地层孔隙压力,必须利用地震层速度的值域范围对叠后阻抗反演层速度进行标准化处理,标准化后的速度,保持了波阻抗的低频和高频特征,并被层速度的值域约束,这种速度才能应用到压力预测模型中。

首先,通过叠后反演获得波阻抗后,根据目标层段的岩性情况,结合不同岩性中速度和密度的经验公式,获得层速度,在岩性较复杂时,一般采用Gardner公式[19]和阻抗计算公式,计算目标层阻抗反演层速度:

(1)

(2)

式中:I为波阻抗,单位g·cm-3·m·s-1;ρ为密度,单位g/cm3;vimp为阻抗反演的纵波速度,单位km/s,联合公式(1)和公式(2)可得:

(3)

计算得到目标层的阻抗反演层速度后,利用目标层的地震层速度对阻抗反演层速度进行标准化处理,有:

(4)

水利工程概（估）算编制规定（以下简称“编规”）可以区分工种或技术等级制定人工预算单价标准，但不应按工程类别制定。不能说电排站混凝土的技术要求比枢纽工程进水闸的低，也不能说堤防工程的施工机械操作人员技能比枢纽工程的低。实际支付时承包人也不会因为是枢纽工程多支付工资、堤防工程少支付工资。

1.2 压力预测

计算得到高低频闭合速度体后,结合Fillippone压力预测公式[2]计算地层压力,具体公式为:

(5)

式中:Pov为上覆地层压力;vmax,vmin分别为地层孔隙率接近于零和刚性接近于零时的地层速度,前者近似于基质速度,后者近似于孔隙流体速度,即:

(6)

式中:K=(vσ-vσ0)/(T-T0),其中,vσ,vσ0分别表示T和T0时刻的均方根速度,T与T0分别为某一层底面和顶面的双程旅行时;v0=vσ-KT0。上覆

地层压力(Pov)计算可采用如下经验公式:

(7)

2 实际资料应用

在JY地区,1870测线过JK1井,此井有声波测井资料,在叠后波阻抗反演过程中,主要针对目的层段QZS组进行反演,整个数据采样间隔为4ms,时间长度为3s;目的层段为1350～2150ms,深度约为3300～5600m,为优质页岩发育区。此次地层压力预测的目的是分析目标层压力异常分布规律,用纵向分辨率较高的压力数据体指导钻井跟踪,并进一步预测油气藏成藏机制。在压力预测过程中,首先采用高低频速度闭合技术,将目标层阻抗反演层速度与地震层速度融合成新的高低频闭合速度体;然后,用闭合速度体结合Fillippone压力预测公式计算出1870过井测线的压力系数剖面和压力值剖面。

2.1 高低频速度闭合技术应用

图1显示了地震层速度和叠后阻抗反演层速度无缝闭合的应用效果。图1a是目标层(QZS)的阻抗体,图1b是目标层(QZS)阻抗体反演后的层速度,可以观察到,反演层速度继承了阻抗体的高频特点,能够清晰反映出采样点之间的速度信息相对变化,但值域变化很大,范围为3500～7000m/s,结果不准确。图1c 是地震层速度剖面,地震目标层速度范围为5500～6200m/s,与阻抗反演速度差别较大。图1d是未经标准化处理的目标阻抗体反演层速度替代目标层地震低频层速度的效果图,可以看出,目标区域阻抗反演速度体与地震层速度值域完全不同,非常突兀,速度范围为3300～7000m/s,因此,在计算目标层的地层压力时,无法正确利用地震层速度的深度和密度信息,即无法正确计算目标层地层压力。图1e是用标准化处理后的反演层速度替代目标层地震低频层速度的效果图,可以发现,标准化处理后的反演层速度与地震层速度的值域相同,均为3300～6500m/s,无缝融入到了地震层速度背景中,同时又能够体现出目标层中速度之间的相对变化关系。对比图1c和图1e 可以看出,两个剖面中目标层速度体的趋势变化非常接近,因此,经过标准化处理后的速度体能够用于压力预测计算。

图1 地震层速度和叠后阻抗反演层速度无缝闭合的应用效果a 目标层阻抗体; b 目标层阻抗反演层速度; c 地震层速度剖面; d 用未经标准化处理的目标阻抗体层速度替代目标层地震低频层速度的剖面; e 用标准化处理后的目标阻抗体层速度替代目标层地震低频层速度的剖面

图2显示了JK1井点处理后目标层反演速度与实测速度对比结果(背景为波阻抗)。从图2中发现,两种速度均能反映低速对应低阻抗,高速对应高阻抗的特点,且变换后反演速度变化趋势和实测速度相对变化特征吻合,说明闭合处理的反演速度符合实际资料情况;处理后目标层的反演层速度值域与目标层地震层速度值域一致,保持了地震层速度的低频变化趋势,能够结合地震层速度体从浅至深计算深度、密度和上覆地层压力,共同计算地层压力。

图2 JK1井点处理后目标层反演速度与实测速度对比

2.2 地层压力计算

采用Fillippone公式对地震层速度体和处理后的高低频闭合速度体进行地层压力计算,并进行效果对比。图3显示了过JK1井的QZS组目标层分别用地震层速度和高低频闭合速度预测的压力系数时间剖面对比结果。从图3a中可以发现,基于地震层速度计算的压力系数纵向分辨率很低,无法体现压力趋势的细节特征,压力系数范围在1.20～1.46;从图3b中观察到,基于高低频闭合速度预测的压力系数具有丰富的细节变化,时间剖面上出现明显的高压和常压之间的强弱转换,特别是出现了两个常压层之间的高压层,有利于指导工程钻井施工,压力系数范围为1.17～1.50;从图3c可以发现,QZS组底部页岩从南至北存在压力系统联通性,油气保存条件较好。

分别用地震层速度和高低频闭合速度对过JK1井的QZS组目标层进行压力预测,其时间剖面如图4 所示。从图4a中可以看出,基于地震层速度计算的压力值纵向分辨率很低,压力值范围在45～73MPa;从图4b中可以看出,高低频闭合速度预测的地层压力值具有丰富的细节变化,特别是随着深度变化,时间剖面上出现明显的常压—弱超压—常压之间的压力转换,这说明该目标区域弱超压特征明显,不符合常规变化规律(常规变化是压力随着深度增大而增大),压力值范围为43～75MPa。

表1为JK1井分别采用地震层速度和高低频闭合速度体的预测压力系数、压力值与实测压力系数及压力值对比结果,从表1可以看出,地震层速度的预测结果误差大于10%,而高低频闭合速度体预测结果误差在6%以内,与实测结果基本吻合,其预测精度高于地震层速度预测精度。

图3 过JK1井分别用地震层速度和闭合后反演速度预测的压力系数时间剖面对比a 基于地震层速度计算的压力系数; b 基于高低频闭合速度计算的压力系数; c 压力系数与振幅叠合效果

图4 过JK1井QZS组目标层的基于地震层速度(a)和高低频闭合速度(b)计算的压力值时间剖面

深度/m压力系数压力值/MPa实测地震层速度预测误差闭合速度预测误差实测地震层速度预测误差闭合速度预测误差34001.2711.14310%1.2621%48.342.911%45.56%35001.3011.15811%1.2991%49.843.812%47.85%36001.3531.17713%1.3392%51.644.913%50.72%37001.3771.17115%1.3681%53.546.513%53.21%38001.3761.16915%1.3641%55.548.313%54.52%39001.3891.16716%1.3781%57.849.115%56.53%40001.3791.17215%1.3652%59.250.315%57.53%

3 结论

利用地震层速度预测地层压力时,高低频速度闭合技术无法反映地层压力纵向细节的问题,我们提出利用地震层速度的值域对阻抗反演层速度进行标准化处理,使处理后的层速度体既具有地震层速度准确的值域范围,又保留了阻抗高频细节变化的特征,从而在压力计算中提高地层压力数据体的纵向分辨率。实际资料处理结果表明,基于该技术的压力预测结果,在纵向上能够对目标层的低压带、常压带、弱超压带和超压带进行定性划分,并可观察目标层的压力系统或单元之间的连通性,为钻井跟踪工作提供高分辨率的压力系数剖面,有效指导钻井施工,对于页岩工区具有很好的应用前景。

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(编辑：顾石庆)

Formation pressure prediction based on a closed velocity body by merging the high frequency velocity with the low frequency velocity

WU Bo1,WANG Jian1,PAN Shulin2,ZHAO Shuang1

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopmentinOilandgasCorporationofSouthwest,SINOPEC,Chengdu610041,China;2.SchoolofResourcesandEnvironmentEngineering,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China)

Because the seismic interval velocity is low-frequency,merely reflecting the variation trend of velocity on a macro-scale,absence of velocity changes in vertical.It leads to low resolution of predicting the formation pore pressure of the longitudinal and don’t favor to reflect the vertical distribution the formation pore pressure.Therefore,in this paper we proposed a technique of merging high frequency velocity with the low frequency velocity to improve the vertical resolution of seismic interval velocity bodies and pressure prediction data.Its workflow includes:using post-stack impedance to invert a high frequency velocity body with rich details,standardizing this inverted velocity body from seismic interval velocity body,getting a closed velocity body by merging the high frequency velocity with the low frequency velocity,finally the closed velocity body is used to calculate the formation pore pressure from the pressure predicting model.Application results of actual data show that,this method can seamlessly integrate the impedance inversion velocity and seismic interval velocity,processed velocity block not only keeps the low frequency trend of seismic interval velocity,but also has the high frequency characteristic of impedance inversion velocity.It significantly improves the vertical resolution of pressure prediction data the predicted accuracy is consistent with poststack impedance accuracy,and effectively guides the drilling construction.

formation pore pressure,pressure prediction,impedance inversion,longitudinal resolution,closure velocity

2016-10-19;改回日期：2017-04-07。

吴波(1981—),男,博士,高级工程师,主要从事地球物理处理技术、静校正、压力预测等方面的研究工作。

国家自然科学基金项目(41204101)和天然气地质四川省重点实验室开放基金资助项目(2015trqdz03)共同资助。

P631

A

1000-1441(2017)04-0575-06

10.3969/j.issn.1000-1441.2017.04.014

This research is financially supported by the National Science Foundation of China (Grant No.41204101) and the Opening Foundation of Sichuan Provincial Key Laboratory of Gas Geology (Grant No.2015trqdz03).