渤中34-9油田火成岩发育区地质工程一体化评价与应用

谭忠健，李 辉，尚锁贵，邓津辉，马金鑫，赵才顺

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

渤海湾盆地新生代火成岩广泛发育［1-2］，渤海油田最为典型的火成岩发育区块为渤中34-9油田，火成岩主要分布在馆陶组，东营组以及沙河街组，岩性为玄武岩、安山岩、凝灰岩、辉绿岩、凝灰质砂岩等，该类岩性具有可钻性差、裂缝发育、易垮塌等特征，钻井过程中机械钻速较慢，且经常发生井漏、卡钻等井下复杂情况［3］，增加了作业成本，影响了油气层的准确评价，严重制约了渤海探区部分油田的勘探开发进度［4］。目前对该类火成岩发育区的钻井风险预测技术还不够成熟，针对火成岩分布研究，只进行了一些较致密岩性的平面分布范围和厚度的粗略预测，而对井漏等钻井风险预测不够深入，无法为钻完井工程规避风险和提速增效提供有效指导，因此，需要对火成岩的分布特征及井漏等钻井地质风险进行更为深入的研究，建立火成岩发育区井漏风险评价方法，为钻完井工程提供有效指导，实现地质工程一体化的工作理念［5］，从而降低风险，提高作业效率。

1 火成岩岩相识别及避钻措施

“相”是地质体中能够反映成因的地质特征的总和，火山岩相能够揭示火山岩空间展布规律和不同岩性组合之间的成因联系，因此，岩相是火山岩成因研究的重要内容［3］。渤中34-9油田钻遇的火成岩岩石类型多样达7类，分布复杂，跨越井段长达千余米，探井单井钻遇火成岩超400 m。火成岩发育区多种类型的火成岩矿物脆性较高，易形成构造缝，钻井过程中易出现井漏等复杂情况，增加了钻井难度，已钻探井的火山沉积地层交互达26层，探井平均作业周期为30 d，整体提速难度大，故急需对火成岩岩相进行精确刻画，为优化火成岩钻井作业方案提供地质基础。

1.1 火成岩岩相类型及地震识别

1.1.1 火成岩岩相类型及地震响应特征

综合前人对火成岩岩相的研究成果［4-8］，结合研究区实际钻井揭示的岩性及岩石组合特征，将研究区火成岩划分为4种岩相类型，即火山通道相、溢流相、爆发相和火山沉积相，并总结归纳了各类火成岩岩相在地震剖面上的反射特征（表1）。

表1 渤中34-9油田火成岩岩相地震反射特征

1.1.2 火成岩岩相地震属性

在分析已钻遇火山岩岩相剖面结构特征的基础上，依据地震属性的物理意义，选取了对火成岩岩性变化反应更敏感、更能清晰地反映火成岩岩相边界的属性［9-10］，包括相干属性、方差属性、均方根振幅属性及相对波阻抗属性，不同属性对不同岩相的响应存在一定的差异（表2、图1）。

表2 火成岩岩相地震属性特征

相干属性主要用于检测地震波同相轴的不连续性，方差属性是通过计算空间相邻道的局部波形差异性来突出地层的突变部位，这两种属性均能清晰表征环带状火山通道相与外围堆积物地震界线的地震特征。

均方根振幅属性实际上是一定时窗范围内地震波振幅的一种加权算法得到的平均值，消除了振幅正负值的影响，其值的大小往往能反映岩性的变化和地层的横向连续性。同样，相对波阻抗属性主要包含不同位置的相对波阻抗振幅信息，也是一种振幅类属性。综合两种振幅类属性特征，呈席状分布于火山通道附近、连续性较好、高振幅异常区带识别为以玄武岩为主要岩性的溢流相；分布于火山口附近、中等振幅、连续性较差的区带识别为岩性复杂的爆发相；向四周过渡的低振幅、连续性较好的区带识别为以火山碎屑岩为主的火山沉积相。

根据不同属性对不同岩相的响应差异，应用相干、方差、均方根振幅及相对波阻抗等属性对渤中34-9油田发育的4类火成岩岩相进行了精细刻画，结果表明：研究区以火山通道相和火山沉积相为主，火山通道相较发育，火山通道宽度通常为110～660 m，主要表现为孤立发育的中心式火山通道；火山沉积相主要分布在北部和南部，横向展布范围大；溢流相主要发育在南部，分布规模较大；爆发相范围相对较小（图1）。根据实钻井的壁心和薄片资料、测井曲线响应特征以及地震相得到火成岩岩相解释结果，与对运用地震属性识别方法预测的火成岩岩相分布结果进行对比验证，吻合率达到92%。

图1 火成岩岩相属性平面切片特征（1 852 m s）

1.2 火成岩避钻及井轨迹优化技术

基于对地层深度和火成岩岩相及发育层段的准确预测，在满足油藏需求的前提下，通过优化定向井轨迹、微调靶点的方法来进行避钻。首先优化井位靶点和轨迹方位，“避”开火成岩发育区；其次针对可能穿越的薄层火成岩发育区，小井斜尽快钻“穿”火成岩区域；再次针对可能钻遇火山通道的情况，“绕”过火山通道并优化轨迹。在实际钻井过程中，通过随钻地震资料标定进行实时轨迹优化调整，形成“避、穿、绕”优化技术，尽可能避钻或者少钻火山通道。

2 裂缝识别及井漏风险评估

统计渤中34-9油田31口开发井发生45次漏失，其中，38次漏失均是由于裂缝引起的，裂缝性漏失占比80%以上，因此裂缝预测工作是地质风险预测的关键和重点。

2.1 地震多属性优选有效识别裂缝

通过对叠加偏移剖面进行滤波+断裂增强+地层倾角约束的预处理，可有效消除地层倾角引起的异常，在此预处理基础上计算的裂缝相关属性效果更明显。基于曲率、相干、倾角、方位角及局部结构熵等多种地震属性进行蚂蚁体计算，结果表明，在相干属性基础上计算的蚂蚁体结果既保留了断层纵向的延续性，同时与地震剖面同相轴的错断及扭动等又具有较高的吻合度，因此，该方法更能有效提高识别断层的精度（图2）。

图2 基于不同地震属性计算的蚂蚁体结果

在蚂蚁体属性计算过程中，各相关参数组合的选取应视断层识别的尺度进行优选，属性参数优化可显著提高裂缝识别的可靠性及落实程度［9-11］。主动蚂蚁体参数组合下的计算结果可有效识别中小尺度裂缝，利用其结果进行裂缝预测形成了断层及裂缝的三维空间显示，可精细刻画裂缝走向、展布及演化，对易漏断层进行更直观的提示（图3）。

图3 主动蚂蚁体参数组合下的计算结果识别裂缝

2.2 井漏风险预测与随钻评估

火成岩的分布对储层的影响明显，易形成构造缝，钻井过程中出现井漏等复杂情况，增加了钻井难度；火成岩地层变化快，钻井过程中井壁稳定性差，对油田资料的录取带来困难，其中，最关键的问题是如何解决钻遇火成岩造成的风险问题［11-12］。根据钻井轨迹在地震反射特征和地震属性上的显示，钻前预测可能钻遇裂缝的井段和钻遇火成岩岩体的井段，并给予裂缝和火成岩风险评价，预测可能出现的井漏等钻井地质风险，形成了井漏风险评估方法（表3）。

表3 渤中34-9油田火成岩发育区井漏风险地震响应特征

以B-8井为例，常规地震剖面和波形剖面均显示同相轴错断，相干剖面上差异明显（图4），说明该层段钻遇断层的可能性大，井漏风险高；常规剖面地震反射杂乱，相干剖面上显示明显的差异，说明该区段钻遇火成岩岩体的可能性大，井漏风险高。因此给予裂缝和火成岩风险提示：钻至该层段前，提前加入随钻堵漏材料，控制钻井参数，备好堵漏材料，并持续关注井漏风险。

图4 B-8井裂缝、火成岩钻遇风险

3 应用效果

通过火成岩发育区地质工程一体化评价技术研究与应用，有效解决了火成岩对作业带来的诸多难题，实现了火成岩发育区油田高质量开发，在渤中34-9油田应用50口井，漏失率由77%下降到16%；避钻火山通道4口井，避钻火成岩地层近千米，为钻井地质风险预测和钻井工程安全提供了可靠的技术支撑。

4 结论

总结概括了火成岩岩性地震反射特征及属性识别方法，对火山通道相进行了分布预测，为钻井轨迹优化提供了依据；通过地震多属性优选预测裂缝发育情况，对比已钻井复杂情况，综合评价井漏风险，建立了研究区井漏风险评估模板；基于火成岩分布及裂缝精细刻画，总结了地震属性与井漏的相关关系，针对井漏随钻问题类型制定了相应的调整策略，并对井位靶点和井轨迹进行优化处理，规避了钻井风险，缩短了生产周期，实现了降本增效。