時(shí)移地震氣藏監(jiān)測(cè)技術(shù)在崖城13-1氣田的應(yīng)用

周家雄,張 亮,劉 巍,胡 林,王慶帥

(中海石油中國(guó)有限公司湛江分公司,廣東湛江524057)

1 氣田概況

崖城13-1氣田是中國(guó)海上第一個(gè)大型整裝氣田,構(gòu)造位置處于瓊東南盆地崖南凹陷西部的崖城13-1低凸起帶北部,西鄰鶯歌海盆地[1-2]。

由于泥巖隔夾層的發(fā)育,氣田縱向上自下而上劃分為A、B、C、D 4個(gè)流動(dòng)單元[3](圖1),經(jīng)過(guò)20多年的高效開(kāi)發(fā),目前氣田產(chǎn)量遞減嚴(yán)重且多口井水淹關(guān)停,其中A3井2006年見(jiàn)地層水關(guān)停,在B流動(dòng)單元實(shí)施堵水作業(yè)后恢復(fù)生產(chǎn)未見(jiàn)地層水;A7井2010年見(jiàn)地層水關(guān)停,在C流動(dòng)單元實(shí)施堵水作業(yè)后仍出水,目前處于關(guān)停狀態(tài);A14井2012年見(jiàn)地層水關(guān)停,在B流動(dòng)單元實(shí)施堵水作業(yè)后恢復(fù)生產(chǎn)未見(jiàn)地層水。

圖1 崖城13-1氣田氣藏剖面

多年來(lái)針對(duì)崖城13-1氣田的開(kāi)發(fā)挖潛制定了一系列調(diào)整措施,如實(shí)施人工運(yùn)移井、小曲率側(cè)鉆井、接力連通井等,但是調(diào)整措施始終沒(méi)有付諸實(shí)施,主要原因有以下3個(gè)方面:①氣田開(kāi)采程度最高的區(qū)域壓力系數(shù)已經(jīng)降至0.2左右,屬于超低壓儲(chǔ)層;②氣田見(jiàn)水情況認(rèn)識(shí)不清,僅依靠氣田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料無(wú)法判斷水體追進(jìn)位置;③剩余氣富集區(qū)分布情況不清[4-6]。在超低壓儲(chǔ)層中尋找相對(duì)高壓區(qū)且多口井水淹的情況下進(jìn)行剩余氣預(yù)測(cè)有必要對(duì)氣田進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),時(shí)移地震則是目前最有效的氣藏監(jiān)測(cè)技術(shù)。

從國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的情況來(lái)看,時(shí)移地震在海上油氣田應(yīng)用較多,主要集中在北海和墨西哥灣,陸上油田應(yīng)用較少。國(guó)內(nèi)于20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行有關(guān)時(shí)移地震的方法技術(shù)及應(yīng)用研究。勝利油田于1988年首次在國(guó)內(nèi)開(kāi)展時(shí)移地震試驗(yàn),對(duì)蒸汽驅(qū)稠油熱采進(jìn)行了地震監(jiān)測(cè)[7]。1999年以來(lái)中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院結(jié)合冀東時(shí)移地震采集資料,從采集、處理、解釋等方面對(duì)水驅(qū)時(shí)移地震技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,初步形成了配套技術(shù)并進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用[8]。我國(guó)海上油田時(shí)移地震技術(shù)研究始于20世紀(jì)初。2005年開(kāi)展了國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“海上時(shí)移地震油藏監(jiān)測(cè)技術(shù)”研究,在渤海灣開(kāi)展了水驅(qū)稠油的時(shí)移地震監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。2007年中海油湛江分公司開(kāi)展了東方1-1氣田時(shí)移地震監(jiān)測(cè)研究,從巖石物理、海上可重復(fù)性地震數(shù)據(jù)采集、一致性處理、目標(biāo)性地震資料解釋等方面開(kāi)展了系統(tǒng)研究,取得了較好的應(yīng)用效果和寶貴經(jīng)驗(yàn)[9]。2015年中海油在珠江口盆地西江24-1油田首次進(jìn)行了時(shí)移地震關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用,成為海上時(shí)移地震技術(shù)應(yīng)用的典型案例,有效提高了該地區(qū)時(shí)移地震資料的一致性以及時(shí)移地震差異的可解釋性和可靠性,為該地區(qū)剩余油分布預(yù)測(cè)和井位優(yōu)化提供了有力的支持,同時(shí)極大地推動(dòng)了海上時(shí)移地震技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展[10]。

在借鑒時(shí)移地震系列研究成果的基礎(chǔ)上,本文以崖城13-1氣田為例,介紹了該氣田時(shí)移地震資料采集、處理、解釋等關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用成效。基于時(shí)移地震的崖城13-1氣田剩余氣預(yù)測(cè)結(jié)果與油藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)吻合良好,為調(diào)整井的井位部署提供了有力支撐。

2 海上低成本寬線二維地震采集

2.1 采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

崖城13-1氣田于1992年采集了第一批三維地震資料,1996年1月氣田正式投產(chǎn),投產(chǎn)5年后,因?yàn)檎{(diào)整井揭示各區(qū)塊壓力變化差異較大,所以2001年重新采集了三維地震資料。利用這兩個(gè)年度的地震資料,2002年首次在中國(guó)海上開(kāi)展了時(shí)移地震技術(shù)研究,嘗試為氣田開(kāi)發(fā)調(diào)整提供技術(shù)支持,但由于氣田投產(chǎn)時(shí)間只有5年,時(shí)移地震差異對(duì)比不明顯[11]。

高效開(kāi)發(fā)20多年后,氣田由于開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的氣水界面及振幅屬性變化在時(shí)移地震差異剖面上會(huì)更加明顯,因此2018年計(jì)劃重采集三維地震資料進(jìn)行時(shí)移地震研究,但是采集論證過(guò)程中面臨兩個(gè)問(wèn)題:①三維采集成本過(guò)高,為降本增效有必要考慮新的采集方式;②受生產(chǎn)平臺(tái)限制,平臺(tái)附近無(wú)法進(jìn)行三維地震采集[12-13]。因此2018年進(jìn)行了寬線二維地震采集,這樣既解決了采集成本問(wèn)題,又可以極大限度地接近生產(chǎn)平臺(tái)采集到壓降最大的開(kāi)發(fā)區(qū)域。2018年的采集參數(shù)最大限度與2001年三維地震采集參數(shù)保持一致(表1)。

表1 崖城13-1氣田時(shí)移地震采集參數(shù)

寬線二維測(cè)線部署方案遵循以下原則:①結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息,選擇由于開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的壓降大的區(qū)域;②選擇地震響應(yīng)清楚且容易識(shí)別亮點(diǎn)和平點(diǎn)信息細(xì)小變化的位置;③重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)塊至少部署兩條測(cè)線,防止出現(xiàn)壞炮、壞道等問(wèn)題;④至少采集一條聯(lián)絡(luò)測(cè)線,進(jìn)行相對(duì)差異對(duì)比;⑤盡可能采集過(guò)井線。

基于以上原則共設(shè)計(jì)了9條監(jiān)測(cè)線(圖2),由北至南依次為:Inline1652,主要監(jiān)測(cè)NT區(qū);Inline2038,距離平臺(tái)最近的測(cè)線,同時(shí)也是開(kāi)采程度最高、壓降最大的位置,主要監(jiān)測(cè)N1、N2區(qū);Inline2159,主要監(jiān)測(cè)N2區(qū),此監(jiān)測(cè)線采集時(shí)出現(xiàn)了300炮壞炮,因N2區(qū)部署了兩條測(cè)線,未對(duì)后續(xù)分析對(duì)比產(chǎn)生影響;Inline2271,主要監(jiān)測(cè)S1區(qū);Inline2400、Inline2425、Inline2455、Inline2485,主要監(jiān)測(cè)S2區(qū),S2區(qū)為挖潛重點(diǎn)區(qū)域,因此部署了4條測(cè)線。每一條監(jiān)測(cè)線用來(lái)監(jiān)測(cè)不同區(qū)塊因開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的振幅變化相對(duì)差異量。

圖2 崖城13-1氣田地震采集范圍

2.2 采集施工情況分析

2018年寬線二維地震采集時(shí),除了與2001年三維地震的采集參數(shù)保持一致外,航行軌跡也盡可能一致。從炮點(diǎn)的重合情況(圖3)可以看出,除了2018年采集的測(cè)線18E32159與2001年采集的測(cè)線1045P1064吻合較差外(相差700m,此條測(cè)線不可用),其余7條測(cè)線炮點(diǎn)重合情況較好。另外從兩次采集的電纜重合情況(圖4)可以看出,由于海況較好,兩個(gè)年度采集測(cè)線在相近位置采集時(shí)的電纜羽角差異很小,電纜吻合程度很高。并且在挖潛重點(diǎn)位置S2區(qū)部署的4條航海線完全相鄰且中間無(wú)缺線,相對(duì)于單條航海線的橫向孔徑明顯增大,可以開(kāi)展小塊窄三維處理。采集施工情況較好地為后續(xù)地震資料的處理及解釋提供了基礎(chǔ)。

圖3 炮點(diǎn)重合情況分析

圖4 電纜重合情況分析

3 海上非重復(fù)性時(shí)移地震資料處理

在2001年三維地震資料中抽取了與2018年寬線二維地震對(duì)應(yīng)的測(cè)線,保持相同的處理參數(shù),采用鬼波壓制、聯(lián)合建模稀疏域匹配衰減多次波[14]、一致性匹配處理等技術(shù)進(jìn)行保真、保幅處理(圖5),得到一致性較好的時(shí)移地震處理結(jié)果,最大限度地消除了由于采集、處理等因素導(dǎo)致的時(shí)移地震差異,確保時(shí)移地震差異能真實(shí)反映儲(chǔ)層由于開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的變化。

圖5 時(shí)移地震處理流程

因處理的核心技術(shù)是鬼波壓制、聯(lián)合建模稀疏域匹配衰減多次波以及一致性處理技術(shù),因此本文重點(diǎn)對(duì)這3項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行效果分析。

針對(duì)淺水的特殊性,鬼波壓制主要是壓制檢波器鬼波[15]。圖6對(duì)比了零相位化及檢波器鬼波壓制前、后的效果,鬼波壓制后子波更加單一,分辨率明顯提高。另外提取目的層段的頻譜(紅線為鬼波壓制前頻譜,藍(lán)線為鬼波壓制后頻譜)發(fā)現(xiàn),目的層頻帶明顯拓寬,鬼波壓制取得了比較明顯的效果。

圖6 檢波器鬼波壓制效果分析a 原始炮集; b 零相位化后的炮集; c 鬼波壓制后的炮集

采用聯(lián)合建模稀疏域匹配衰減多次波技術(shù),將有效波和多次波變換到稀疏域,利用一次波與多次波在稀疏域具有更好的區(qū)分性特點(diǎn),在稀疏域?qū)Χ啻尾ㄟM(jìn)行衰減[16]。從處理的結(jié)果可以看出,海底相關(guān)多次波及自由表面多次波得到了有效壓制,保真、保幅度更高(圖7)。

圖7 多次波壓制前、后道集對(duì)比a 多次波壓制前的道集; b 多次波壓制后的道集; c 多次波壓制前、后道集差

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一致性處理,對(duì)同一位置、相同覆蓋次數(shù)的反射信號(hào)進(jìn)行振幅、相位及頻率匹配的一致性處理。目的層陵三段受流體變化影響,可能會(huì)出現(xiàn)振幅變化差異,但上覆大套泥巖層段未受開(kāi)采影響,理論上應(yīng)該不存在差異[17]。因此一致性匹配處理中主要選取目的層上覆大套泥巖層段作為匹配時(shí)窗,將2018年采集的寬線二維地震測(cè)線與2001年采集的三維地震資料進(jìn)行匹配。以泥巖層段匹配時(shí)窗前、后的差異來(lái)評(píng)價(jià)匹配質(zhì)量,當(dāng)差異為0時(shí)表示一致性匹配效果達(dá)到最優(yōu),此時(shí)目的層段的振幅差異可以直接反映流體或者壓力的變化。

按照上述原理對(duì)Inline2400測(cè)線進(jìn)行一致性匹配處理(圖8),結(jié)果顯示,藍(lán)色方框中上覆大套泥巖層段振幅、頻率、相位的差異得到很好的消除,匹配效果達(dá)到最優(yōu),此時(shí)藍(lán)色橢圓框中的目的層段儲(chǔ)層振幅的變化反映了流體或壓力的變化。振幅變化最明顯的位置,即為S2塊A14井動(dòng)用的構(gòu)造高部位。振幅屬性的變化與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)吻合,證明一致性處理效果較好。

4 目標(biāo)性時(shí)移地震資料解釋

4.1 監(jiān)測(cè)氣水界面變化

N1區(qū)和N2區(qū)連通性較好(地層壓力同步下降),開(kāi)采程度最高、壓降最大。目前采出程度為75%,壓力系數(shù)約為0.2。A3井1996年投產(chǎn),生產(chǎn)10年后2006年見(jiàn)地層水關(guān)停。同年將A3井在B流動(dòng)單元進(jìn)行堵水作業(yè),實(shí)施后未見(jiàn)水,恢復(fù)正常生產(chǎn),生產(chǎn)動(dòng)態(tài)上說(shuō)明儲(chǔ)層縱向上B流動(dòng)單元水追。從N1區(qū)和N2區(qū)的Inline2038測(cè)線1992年與2001年的時(shí)移地震剖面(圖9a、圖9b)可以看出,2001年B流動(dòng)單元已經(jīng)水追,但此時(shí)C、D流動(dòng)單元水體沒(méi)有明顯追進(jìn),與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)完全吻合。

A7井2002年投產(chǎn),生產(chǎn)不久即見(jiàn)水,2007年積液停噴,2010年在C流動(dòng)單元進(jìn)行堵水作業(yè),堵水成功后恢復(fù)生產(chǎn)。生產(chǎn)一段時(shí)間后于2012年因積液再次停噴。由于2001年B流動(dòng)單元已經(jīng)水追,說(shuō)明A7井投產(chǎn)不久見(jiàn)地層水來(lái)自B流動(dòng)單元。從2018年時(shí)移地震剖面(圖9c)可以看出,C、D流動(dòng)單元也已經(jīng)水追,與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)完全吻合。

圖9 監(jiān)測(cè)線Inline2038時(shí)移地震剖面對(duì)比a 1992年三維地震剖面; b 2001年三維地震剖面; c 2018年寬線二維地震剖面

時(shí)移地震結(jié)合油藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表明:N1區(qū)和N2區(qū)開(kāi)采程度最高,儲(chǔ)層縱向上A、B、C、D 4個(gè)流動(dòng)單元均已經(jīng)水追,因此在生產(chǎn)井應(yīng)合理控制采氣速度,延緩水體追進(jìn)。

S2區(qū)與N1區(qū)、N2區(qū)不連通,實(shí)鉆井證實(shí)S2區(qū)具有獨(dú)立的氣水系統(tǒng)。S2區(qū)只有A14井生產(chǎn),目前采出程度為48.5%,壓力系數(shù)為0.27。A14井2001年投產(chǎn),生產(chǎn)11年后于2012年見(jiàn)地層水關(guān)停。同年在A單元進(jìn)行堵水作業(yè),堵水后未見(jiàn)地層水,恢復(fù)正常生產(chǎn)。生產(chǎn)動(dòng)態(tài)上說(shuō)明儲(chǔ)層縱向上B流動(dòng)單元水追。監(jiān)測(cè)S2區(qū)的Inline2400測(cè)線1992年、2001年、2018年時(shí)移地震剖面(圖10)發(fā)現(xiàn):2001年氣水界面基本沒(méi)變,2018年A、B流動(dòng)單元明顯水追,C、D流動(dòng)單元?dú)馑缑婊緵](méi)變,與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)完全吻合。

圖10 監(jiān)測(cè)線Inline2400時(shí)移地震剖面對(duì)比a 1992年三維地震剖面; b 2001年三維地震剖面; c 2018年寬線二維地震剖面

綜上所述,崖城13-1氣田由北向南,水體追進(jìn)逐漸減弱,與氣田的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)完全吻合,達(dá)到了利用時(shí)移地震監(jiān)測(cè)氣水界面變化的目的。另外S2區(qū)開(kāi)采程度相對(duì)較低,且水體追進(jìn)程度較低,可以部署調(diào)整井。

4.2 監(jiān)測(cè)地震振幅屬性變化

隨著氣田的不斷開(kāi)發(fā),含氣飽和度逐漸降低,含氣砂巖頂面與上覆泥巖阻抗差逐漸減小,從而導(dǎo)致最小振幅屬性逐漸降低。分別提取監(jiān)測(cè)N區(qū)的Inline2038測(cè)線2001年三維地震剖面與2018年寬線二維地震剖面氣層頂面的最小振幅屬性(圖11)。從圖11可以看出,A7井動(dòng)用程度較高的部位最小振幅屬性差異較大,氣水界面以下水層最小振幅屬性基本重合。

圖11 監(jiān)測(cè)線Inline2038時(shí)移地震最小振幅屬性差異對(duì)比

采用相同方法提取監(jiān)測(cè)S2區(qū)的Inline2400測(cè)線2001年三維地震剖面與2018年寬線二維地震剖面的最小振幅屬性(圖12)。從圖12可以看出,A14井動(dòng)用區(qū)域最小振幅屬性存在差異,但差異量較N區(qū)小,說(shuō)明S2區(qū)動(dòng)用程度較N區(qū)相對(duì)較低,同樣氣水界面以下水層最小振幅屬性基本重合。

圖12 監(jiān)測(cè)線Inline2400時(shí)移地震最小振幅屬性差異

綜上所述,崖城13-1氣田由北向南,振幅屬性變化逐漸減小,N區(qū)動(dòng)用程度高振幅屬性差異大,S2區(qū)動(dòng)用程度低振幅屬性差異相對(duì)小。時(shí)移地震認(rèn)識(shí)與氣田的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)完全吻合,達(dá)到了利用時(shí)移地震監(jiān)測(cè)振幅屬性變化的目的。另外結(jié)合氣水界面變化認(rèn)為S2區(qū)存在部署調(diào)整井潛力。

4.3 調(diào)整井實(shí)施方案

2018年采集的寬線二維地震資料過(guò)S2區(qū)的4條航海線完全相鄰且中間無(wú)缺線,相對(duì)于單條航海線的橫向孔徑明顯增大,因此開(kāi)展了小塊窄三維地震資料處理。對(duì)比窄三維地震資料平面最小振幅屬性與2001年三維地震資料平面最小振幅屬性(圖13)發(fā)現(xiàn):S2-1區(qū)仍然表現(xiàn)為亮點(diǎn)特征,說(shuō)明平面上S2-1區(qū)動(dòng)用程度較低。

圖13 平面最小振幅屬性對(duì)比a 2001年三維地震資料平面最小振幅屬性; b 2018年寬線二維地震資料平面最小振幅屬性(小孔徑三維處理)

另外S2-2區(qū)與S2-3區(qū)受斷層影響,儲(chǔ)量動(dòng)用程度相對(duì)S2-1區(qū)更低。因此在構(gòu)造較高部位、儲(chǔ)層厚度較大位置、屬性亮點(diǎn)位置部署調(diào)整井A17井,平面上動(dòng)用S2-2區(qū)、S2-3區(qū)儲(chǔ)量,縱向上貫穿陵三段(圖14)。完善井網(wǎng)提高平臺(tái)年限內(nèi)區(qū)塊采收率,采用水下井口天然能量衰竭式開(kāi)發(fā),單井最終累增氣約10×108m3。

圖14 調(diào)整井A17井平面位置(a)及過(guò)井地震剖面(b)

5 結(jié)論

利用寬線二維地震進(jìn)行時(shí)移地震研究在我國(guó)海上尚屬首次,得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):

1) 崖城13-1氣田從北向南氣水界面與振幅屬性變化均不斷減小,其中北部區(qū)塊開(kāi)采程度最高的地方,壓力下降最大,時(shí)移地震氣水界面及振幅屬性變化也最明顯,儲(chǔ)層縱向上A、B、C、D流動(dòng)單元均有水追跡象。S2-1區(qū)儲(chǔ)層縱向上A、B流動(dòng)單元水追且振幅屬性變化相對(duì)較小,S2-2區(qū)及S2-3區(qū)基本沒(méi)變化。整體分析認(rèn)為S2-2區(qū)和S2-3區(qū)存在較大深度挖潛潛力,部署了一口開(kāi)發(fā)調(diào)整井。

2) 低成本寬線二維地震與三維地震可以進(jìn)行時(shí)移地震研究,采集測(cè)線部署應(yīng)充分依據(jù)油氣田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息,對(duì)于重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域可結(jié)合偏移孔徑需求合理設(shè)計(jì)多條測(cè)線進(jìn)行小孔徑三維處理。

3) 受平臺(tái)、海況、費(fèi)用等限制,時(shí)移地震無(wú)法做到完全的一致性采集,因此海上非重復(fù)性時(shí)移地震處理至關(guān)重要,在進(jìn)行去噪、鬼波壓制、去多次波等常規(guī)保幅處理基礎(chǔ)上,重點(diǎn)進(jìn)行一致性處理、針對(duì)相位Q補(bǔ)償、互均衡處理等一致性處理技術(shù),最大限度地保持兩次地震數(shù)據(jù)的一致性。

4) 崖城13-1氣田時(shí)移地震采集時(shí)機(jī)較晚,下一步對(duì)于其它油氣田時(shí)移地震采集,論證階段應(yīng)進(jìn)行巖石物理實(shí)驗(yàn),測(cè)量縱波速度與壓力的變化關(guān)系,拐點(diǎn)處即為時(shí)移地震采集的最佳時(shí)期。