高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)三維地震精細(xì)刻畫(huà)技術(shù)在儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)中的應(yīng)用

徐 敏 巫芙蓉 王蘭英 雷開(kāi)強(qiáng) 王 征 司陽(yáng)濤 唐緒磊 朱亞?wèn)|

1.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司西南物探研究院 2.中國(guó)石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司西南物探分公司

0 引言

地下儲(chǔ)氣庫(kù)按其儲(chǔ)集類型不同，可劃分為枯竭油氣田型、含水層型、鹽穴型和廢煤礦型?？萁咝陀蜌獠貎?chǔ)氣庫(kù)占全世界儲(chǔ)氣庫(kù)總數(shù)的78%，具有建設(shè)周期短、儲(chǔ)氣量大、成本低的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外幾十年的天然氣利用經(jīng)驗(yàn)充分證明了地下儲(chǔ)氣庫(kù)是最有效、最可靠的調(diào)峰和儲(chǔ)備手段[1-3]，建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)具有極其重要的能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備意義。

隨著國(guó)家對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)需求的加大，儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)對(duì)物探技術(shù)的需求也將日益增大。物探技術(shù)預(yù)測(cè)儲(chǔ)氣層埋深及厚度的精確性和可靠性是影響儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)成敗的一個(gè)重要原因，急需開(kāi)展儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的物探技術(shù)研究[4-9]。

在四川盆地東部XGS構(gòu)造建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)屬于枯竭型油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)，是西南地區(qū)首座大型地下儲(chǔ)氣庫(kù)。主要為川渝地區(qū)提供季節(jié)調(diào)峰、戰(zhàn)略應(yīng)急供氣等服務(wù)，建成至今取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[10-11]。2015年1月首次采出1.2 108m3天然氣實(shí)現(xiàn)了季節(jié)調(diào)峰，滿足了川渝地區(qū)3千萬(wàn)居民1個(gè)月的用氣量需求。截至2018年12月，XGS儲(chǔ)氣庫(kù)已經(jīng)歷“六注五采”，現(xiàn)有“12+1”井網(wǎng)的注采能力已不能滿足方案設(shè)計(jì)指標(biāo)，現(xiàn)有井網(wǎng)采氣調(diào)峰能力不能滿足應(yīng)急調(diào)峰用氣需求，補(bǔ)充注采井十分迫切。

由于建庫(kù)區(qū)位于構(gòu)造主體，需要精確落實(shí)氣藏規(guī)模及形態(tài)，對(duì)地震成果精度要求較高。存在的主要問(wèn)題是：構(gòu)造高陡、地層橫向變化快；儲(chǔ)氣層薄、非均質(zhì)性強(qiáng)；應(yīng)力復(fù)雜、斷裂及裂縫發(fā)育；陡傾地層精準(zhǔn)入靶難，鉆到蓋層、底托層都可能破壞儲(chǔ)氣庫(kù)的封閉性和完整性。在建庫(kù)前期已利用物探技術(shù)對(duì)上述難點(diǎn)開(kāi)展了針對(duì)性的研究，并成功指導(dǎo)了儲(chǔ)氣庫(kù)工程建設(shè)。但在儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)中仍有多口注采井鉆井海拔與地震解釋海拔存在一定誤差，尤其是二疊系上統(tǒng)底及二疊系下統(tǒng)底，實(shí)際鉆井海拔比地震海拔偏淺5～30 m；受構(gòu)造主體西北翼資料品質(zhì)影響個(gè)別井附近鉆遇高點(diǎn)位置與構(gòu)造成果存在誤差（60 m ）。

為確保儲(chǔ)氣庫(kù)的安全和平穩(wěn)運(yùn)行，需要對(duì)XGS三維地震資料進(jìn)行重新處理解釋，以儲(chǔ)氣層石炭系為主要目的層，開(kāi)展精細(xì)地震研究，精細(xì)刻畫(huà)儲(chǔ)氣層石炭系的構(gòu)造細(xì)節(jié)、高點(diǎn)位置、斷層縱橫向展布，為注采井的成功鉆探提供支撐。

1 研究區(qū)概況

XGS儲(chǔ)氣庫(kù)位于重慶市兩江新區(qū)境內(nèi)，距重慶市區(qū)60 km，距中貴線83 km，緊鄰四川盆地環(huán)形輸氣管網(wǎng)南干線東段，具有季節(jié)調(diào)峰和事故應(yīng)急功能，在天然氣輸配系統(tǒng)中位置優(yōu)越。區(qū)域構(gòu)造屬于川東南中隆高陡構(gòu)造區(qū)華鎣山構(gòu)造群南端的一個(gè)局部構(gòu)造XGS構(gòu)造，是華瑩山背斜帶中的一個(gè)分支，呈北北東向展布。構(gòu)造西鄰悅來(lái)場(chǎng)向斜，東隔沙坪向斜與銅鑼?shí){背斜相望，北與四海山背斜正鞍相接，南端傾沒(méi)于重慶大渡口向斜中。構(gòu)造狹長(zhǎng)，頂部褶皺強(qiáng)烈，斷層發(fā)育，延伸范圍廣。構(gòu)造東西翼各發(fā)育一條大型傾向構(gòu)造軸部的逆斷層，XGS構(gòu)造主體為斷壘式背斜（圖1）。

四川盆地東部XGS構(gòu)造發(fā)現(xiàn)于1942年, XGS構(gòu)造鉆探始于1960年的相2井，1977年相18井石炭系獲得工業(yè)氣流并投入開(kāi)發(fā)，拉開(kāi)四川盆地石炭系勘探開(kāi)發(fā)序幕。已獲長(zhǎng)興組、茅口組、棲霞組、石炭系4個(gè)氣藏，主力氣藏為茅口組和石炭系氣藏，主產(chǎn)層為石炭系。

圖1 區(qū)域構(gòu)造位置圖

2 井震結(jié)合的高陡復(fù)雜構(gòu)造成像技術(shù)

為了精細(xì)刻畫(huà)XGS構(gòu)造石炭系的構(gòu)造細(xì)節(jié)、斷點(diǎn)位置、斷層縱橫向展布，落實(shí)儲(chǔ)層空間展布情況，采用利于細(xì)節(jié)、陡傾界面成像的高精度三維疊前時(shí)間偏移技術(shù)完成本次偏移處理。

求取準(zhǔn)確偏移速度場(chǎng)的是地震處理的重心，也是提高偏移歸位效果的關(guān)鍵[12-15]。在XGS構(gòu)造頂部復(fù)雜區(qū)，構(gòu)造狹窄，傾角變化大，目的層石炭系厚度?。?0 m左右），斷層也比較發(fā)育。建庫(kù)需要對(duì)構(gòu)造形態(tài)、規(guī)模、傾角特征等進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，對(duì)斷點(diǎn)位置精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，否則注采井會(huì)鉆不到目的層或者鉆入斷層陡帶，導(dǎo)致注采失敗。處理過(guò)程中對(duì)構(gòu)造頂部的速度控制點(diǎn)進(jìn)行加密，從500 500 m加密到250 250 m，更好地控制了構(gòu)造形態(tài)。在拾取速度時(shí)參考相鄰相同構(gòu)造部位速度點(diǎn)的速度，保證同一套地層層速度變化不大，同時(shí)在處理過(guò)程中加入鉆井和地質(zhì)分析，偏移成像結(jié)果反復(fù)與合成記錄特征對(duì)比，特別是對(duì)目的層石炭系薄層局部放大分析地震響應(yīng)特征，根據(jù)對(duì)比結(jié)果再進(jìn)行速度場(chǎng)優(yōu)化調(diào)整。

從圖2可以看出，速度譜跟拉平的道集能量強(qiáng)弱有很好的對(duì)應(yīng)，表征速度選擇合理。

圖2 疊前時(shí)間偏移速度分析圖

3 精細(xì)構(gòu)造解釋技術(shù)

3.1 精細(xì)地震反射層位標(biāo)定

對(duì)研究區(qū)的已知井制作合成記錄進(jìn)行從淺層到深層地震地質(zhì)層位標(biāo)定。先進(jìn)行單井標(biāo)定，由于研究區(qū)的注采井基本都是大斜度井，充分利用三維數(shù)據(jù)體，沿著井斜軌跡抽取地震剖面，將合成記錄和地震反射同相軸進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，確定出地震追蹤對(duì)比解釋層位；然后，再進(jìn)行連井標(biāo)定，按照構(gòu)造軸線抽取多個(gè)不同方向連井剖面，從不同鉆井的合成記錄和地震剖面上對(duì)應(yīng)的同相軸研究不同井標(biāo)定的地震層位的變化特征，從而進(jìn)一步確定地震解釋層位；針對(duì)儲(chǔ)氣層石炭系地層較薄，橫向變化較大，地震反射特征變化明顯，各個(gè)井標(biāo)定存在差異，根據(jù)其沉積相再結(jié)合地質(zhì)、鉆井、測(cè)井特征建立石炭系地震響應(yīng)的識(shí)別模式，進(jìn)而在全工區(qū)展開(kāi)對(duì)比追蹤。在標(biāo)定過(guò)程中，注意聲波合成記錄與過(guò)井剖面井旁地震道的波形特征、相位特征、波組關(guān)系、能量強(qiáng)弱關(guān)系及波組間時(shí)差，精確落實(shí)地震反射層的對(duì)比解釋正確可信[16]。

圖3是注采井XC15井的標(biāo)定。儲(chǔ)氣層垂厚僅8～10 m，已知井的標(biāo)定對(duì)于儲(chǔ)氣層頂?shù)椎木?xì)對(duì)比非常關(guān)鍵。主要目的層合成記錄（紅色）與井旁道地震反射特征標(biāo)定較好，同相軸的強(qiáng)弱關(guān)系與地震剖面上一一對(duì)應(yīng)，證實(shí)了本次處理效果的可靠性。目的層儲(chǔ)氣層頂界（石炭系頂界）為一較弱波峰特征，合成記錄為一弱同相軸。儲(chǔ)氣層頂界橫向連續(xù)性較好，易于對(duì)比追蹤，斷層斷點(diǎn)位置清晰可靠。

圖3 合成記錄標(biāo)定剖面圖

3.2 鉆井地質(zhì)剖面恢復(fù)構(gòu)造模式，準(zhǔn)確落實(shí)儲(chǔ)氣庫(kù)及上覆地層地下真實(shí)形態(tài)

XGS構(gòu)造儲(chǔ)氣庫(kù)注采井主要鉆在構(gòu)造頂部，但構(gòu)造頂部斷層發(fā)育，小斷層多，同相軸連續(xù)性較差。地下儲(chǔ)氣庫(kù)是否能注得進(jìn)、裝得住，采得出是最重要的，主要取決于2大因素：①儲(chǔ)氣層本身的儲(chǔ)氣能力（縫洞發(fā)育，物性好）；②主控?cái)鄬拥姆舛滦裕约吧细沟貙樱┛诮M、棲霞組）的斷層對(duì)于注采井的影響?；诖耍黧w構(gòu)造的大小斷層的斷點(diǎn)位置、斷層向上、向下的消失部位和小斷層的精細(xì)刻畫(huà)是解釋的關(guān)鍵。因此，構(gòu)造解釋方案的確定和儲(chǔ)氣層石炭系的地震響應(yīng)特征的變化分析是三維地震解釋的重點(diǎn)。通過(guò)充分解析已鉆井成果，結(jié)合地面地質(zhì)資料、鉆井資料、測(cè)井資料恢復(fù)地質(zhì)剖面，建立合理的構(gòu)造模式，既要注重構(gòu)造格局的變化，又要合理解釋構(gòu)造之間的接觸關(guān)系，才能精細(xì)刻畫(huà)地下構(gòu)造的真實(shí)地質(zhì)形態(tài)[17]。

XC1井在鉆井過(guò)程中從構(gòu)造西翼穿過(guò)構(gòu)造軸部鉆至構(gòu)造東翼目的層，構(gòu)造狹窄，傾角大，頂部地震反射品質(zhì)較差。結(jié)合成像測(cè)井資料和傾角測(cè)井綜合確定解釋方案。成像測(cè)井資料表征目的層下二疊統(tǒng)鉆遇裂縫，傾向由西北轉(zhuǎn)向東南，傾角為在鉆達(dá)目的層之前地層強(qiáng)項(xiàng)為西北方向，傾角為8 ～15 ，鉆至石炭系之后傾向轉(zhuǎn)向?yàn)槲髂戏较?，傾角增大到70 ～85 ，穿過(guò)石炭系之后，傾向轉(zhuǎn)為偏北東向，地層傾角變小5 ～8 。根據(jù)實(shí)鉆軌跡，恢復(fù)出地質(zhì)剖面，再根據(jù)地質(zhì)剖面，在地震剖面上尋找到相應(yīng)的反射同相軸，結(jié)合地震反射特征，進(jìn)行目的層精細(xì)對(duì)比，恢復(fù)出地下構(gòu)造形態(tài)（圖4）。

3.3 變速成圖時(shí)深轉(zhuǎn)換技術(shù)

圖4 鉆井地質(zhì)地震恢復(fù)流程圖

以往時(shí)深轉(zhuǎn)換主要是利用區(qū)內(nèi)鉆、測(cè)井資料計(jì)算得到各個(gè)地層層速度，再結(jié)合地震資料處理的偏移速度來(lái)建立時(shí)深轉(zhuǎn)換速度場(chǎng)。由于偏移速度場(chǎng)較粗略，沒(méi)有精細(xì)的地質(zhì)模型加以約束，導(dǎo)致時(shí)深轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)體在高陡復(fù)雜區(qū)域構(gòu)造形態(tài)畸變，且與實(shí)鉆井誤差較大。

為了確保速度在同一構(gòu)造層橫向上以一種逐漸平滑過(guò)渡方式實(shí)現(xiàn)速度梯度變化，避免因相鄰測(cè)線層速度的突變而造成的地下構(gòu)造形態(tài)的畸變，使構(gòu)造間的起伏和接觸關(guān)系盡可能反映地下真實(shí)的構(gòu)造形態(tài)，準(zhǔn)確反映構(gòu)造圈閉規(guī)模和埋藏深度，采用了變速成圖技術(shù)，建立合適的時(shí)深轉(zhuǎn)換速度場(chǎng)，得到與實(shí)際地腹構(gòu)造更加吻合的深度域地震資料[18-20]。精準(zhǔn)的時(shí)深轉(zhuǎn)換能準(zhǔn)確還原地下儲(chǔ)氣庫(kù)的真實(shí)形態(tài)，為后期新的注采井部署和跟蹤提供可靠的關(guān)鍵層位的埋深、地層傾角等資料。進(jìn)而能滿足儲(chǔ)氣庫(kù)對(duì)于地震成果低于1%的井震誤差率的特殊要求。

時(shí)深轉(zhuǎn)換速度場(chǎng)是采用區(qū)內(nèi)及鄰區(qū)的鉆井深度、測(cè)井聲波時(shí)差數(shù)據(jù)及地震反射時(shí)間綜合確定。首先，采用速度層實(shí)際鉆井深度差與地震反射時(shí)間差T0進(jìn)行井點(diǎn)處的速度計(jì)算；然后進(jìn)行變速模型制作，根據(jù)研究區(qū)沉積特征選取了5套速度層（基準(zhǔn)面—須家河組底界，須家河組—飛四段底，飛四段底—上二疊統(tǒng)底，上二疊統(tǒng)底—下二疊統(tǒng)底，下二疊統(tǒng)底—奧陶系底），其中須家河組及以上地層為碎屑巖沉積，層速度變化符合地層的壓實(shí)規(guī)律，速度介于3 800～4 200 m/s，非井點(diǎn)處的層速度值可根據(jù)已鉆井計(jì)算的速度擬合出非線性曲線獲得；須家河組以下為碳酸鹽巖沉積，厚度穩(wěn)定，整體橫向速度變化不大，向斜區(qū)構(gòu)造平緩，地層速度差介于50～100 m/s，在XGS主體東南翼斷下盤陡帶及相東和左家坪潛伏構(gòu)造區(qū)，由于地層起伏大，速度差異較大（0～200 m/s），非井點(diǎn)處的層速度值同樣根據(jù)已鉆井計(jì)算的速度擬合出的非線性曲線來(lái)獲得，在此基礎(chǔ)上，利用精細(xì)的構(gòu)造解釋層位和層速度來(lái)建立二維速度模型（圖5）；最后，將三維區(qū)塊內(nèi)每條測(cè)線所取的二維速度模型加載到解釋軟件中，通過(guò)軟件內(nèi)插形成三維空間的速度模型，從點(diǎn)—線—體逐步建立精細(xì)的符合地質(zhì)規(guī)律的時(shí)深轉(zhuǎn)換速度數(shù)據(jù)體。利用該速度體將時(shí)間域數(shù)據(jù)體及層位、斷層進(jìn)行統(tǒng)一時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到深度域數(shù)據(jù)，并與實(shí)鉆井深度對(duì)比分析，檢查速度模型和構(gòu)造模型的合理性。

圖5 時(shí)深轉(zhuǎn)換速度模型圖

該技術(shù)首先利用實(shí)際鉆井資料反算了井點(diǎn)處的層速度，保證了井點(diǎn)處深度的準(zhǔn)確性；其次結(jié)合了地質(zhì)特征對(duì)須家河組及以上碎屑巖地層進(jìn)行了非線性擬合速度曲線求取全區(qū)速度值，然后由于深層碳酸鹽地層的層速度變化不大，考慮了擬合速度曲線、構(gòu)造形態(tài)、相鄰測(cè)線及目的層埋深綜合因素確定了每個(gè)點(diǎn)的層速度值，保證了速度模型的合理性。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，新成果的構(gòu)造形態(tài)、目的層埋藏深度更接近地下真實(shí)情況。

4 效果分析

采用井震結(jié)合的加密速度控制點(diǎn)處理技術(shù)，通過(guò)對(duì)偏移速度場(chǎng)進(jìn)行精細(xì)速度分析和建模，所獲剖面品質(zhì)改善明顯，目的層波組特征清楚，主體成像提高、縱向上各目的層資料品質(zhì)要優(yōu)于老資料；斷層可靠性高，深、淺層斷點(diǎn)清晰，地層接觸關(guān)系更為清楚；優(yōu)化了時(shí)深轉(zhuǎn)換速度模型，構(gòu)造形態(tài)更可靠，反映的構(gòu)造頂部及潛伏構(gòu)造形態(tài)更加準(zhǔn)確，構(gòu)造細(xì)節(jié)更加清楚、合理（圖6）。

同以往平面成果相比（圖7），在局部構(gòu)造細(xì)節(jié)存在一定的差異，兩輪成果所反映的XGS主體構(gòu)造的形態(tài)基本一致，構(gòu)造的軸線均為北東向。兩輪成果XGS構(gòu)造均只有1個(gè)高點(diǎn)。主要差異體現(xiàn)在高點(diǎn)軸線有些變化：在構(gòu)造中部往北新成果較老成果向東南偏移，XC1至XC7井向東偏移較大（約60～90 m），其余軸線延伸長(zhǎng)度基本相當(dāng)。后期鉆遇的XC15、16等井均驗(yàn)證了成果的可靠性，新地震勘探成果與鉆井深度吻合較好，絕對(duì)誤差值介于0～8 m，誤差率小于1%。

圖6 新老成果深度剖面對(duì)比圖

圖7 地震反射構(gòu)造圖

本輪成果較為精細(xì)落實(shí)了XGS地下儲(chǔ)氣庫(kù)的構(gòu)造形態(tài)及圈閉規(guī)模，與已知井符合率高，相對(duì)老成果精度提高了5%。XC8、16、15井10 m左右的薄儲(chǔ)氣層內(nèi)水平鉆進(jìn)均超過(guò)200 m，顯著提高了鉆井速度與效益，有效避免了工程事故，成果可以有效地指導(dǎo)儲(chǔ)氣庫(kù)注采井的論證實(shí)施。目前根據(jù)該輪成果又提出了8口注采井目標(biāo)建議。

5 結(jié)論

1）根據(jù)鉆井位置及構(gòu)造形態(tài)加密速度控制點(diǎn)指導(dǎo)偏移歸位，建立合適的偏移速度場(chǎng)，其偏移歸位效果較理想，斷點(diǎn)位置清晰，構(gòu)造形態(tài)合理。

2）對(duì)儲(chǔ)氣井進(jìn)行精細(xì)層位標(biāo)定，采用鉆井地質(zhì)恢復(fù)技術(shù)對(duì)大斜度井進(jìn)行復(fù)雜構(gòu)造陡傾角區(qū)地質(zhì)構(gòu)造恢復(fù)，可建立準(zhǔn)確的構(gòu)造模式。

3）通過(guò)充分分析已鉆井的地層速度，結(jié)合地下地質(zhì)規(guī)律，采用變速成圖技術(shù)優(yōu)化時(shí)深轉(zhuǎn)換速度模型，可使構(gòu)造軸線更加接近地下真實(shí)位置，地震預(yù)測(cè)深度與實(shí)鉆深度的絕對(duì)誤差僅0～8 m。

4） 三維地震資料處理解釋技術(shù), 可以全方位地對(duì)地下構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，為建庫(kù)區(qū)井位部署、造腔施工以及后期的氣庫(kù)管理提供科學(xué)依據(jù)。