Pre-drilling Lost Circulation Prediction in Special Lithology-developed Intervals of the Southern Dagang Exploration Area
本文针对南大港勘探区复杂的火山岩及生物碎屑灰岩地层中存在的漏失问题，通过开发并验证一种集成了测井重构、地震反演以及基于抗追踪（ant-tracking）的裂缝特征提取的集成钻前预测框架，并结合基于决策树的风险分类系统，以准确识别高风险区间并优化钻井作业。
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石油和天然气钻探是一项高风险的工程，它需要将机器带入地球深处的地壳，那里的岩石往往难以预测。工程师面临的最持久且最昂贵的难题之一是“漏失”（lost circulation）——在这种情况下，为了控制压力和冷却钻头而向下泵入的重质液体直接消失在地下。这些液体并没有循环回到地面，而是消失在了岩石中隐藏的裂缝或多孔隙中。这会导致作业停滞数日，大幅增加成本，在最坏的情况下，甚至会迫使整口井被废弃。虽然这个问题发生在许多地质环境中，但在岩石本身较为特殊的区域，情况会变得尤为危险，例如含有古代火山流或富含化石的灰岩的区域。在这些特定的环境中，岩石不仅仅是一个坚实的块体，它更像是一种复杂的、布满孔洞和裂缝的海绵状结构，能够瞬间吞噬钻井液。
在中国南部的达岗勘探区，来自中国石油达岗油田公司的研究团队致力于在钻头触及地面之前解决这个难题。他们将目光锁定在一个地质构造复杂的区域，该区域的沉积层中散布着火山岩和生物碎屑灰岩（主要由化石化的贝壳和珊瑚碎片组成的岩石）。这些特殊的岩石以其隐藏的危险而闻名。研究人员分析了此前钻探过的204口井的数据，以了解为什么在那里的液体流失如此频繁。他们发现，问题并非随机发生的。相反，当两个特定条件同时满足时，就会发生灾难性的液体流失：即这些具有类似储集罐功能的特殊多孔岩石的存在，以及作为连接这些“储集罐”与地表的高速公路的构造裂缝网络。如果没有裂缝，多孔岩石就能留住液体；如果没有多孔岩石，裂缝所能容纳的体积就不足以引发灾难。正是这两者的结合创造了风险。
为了预测这些危险组合的存在位置，该团队开发了一种利用地震数据观察地球的新方法。地震勘探就像是对地球进行医学超声检查，通过向地下发送声波并监听回声来绘制地底下的图像。然而，在这个复杂的区域，标准方法无法区分危险岩石与安全岩石，因为它们的声学特征过于相似。研究人员通过创建一个更详细的图像解决了这个问题。他们首先使用一种技术来重建缺失的测井数据，有效地填补了空白，从而创建出更清晰的岩性剖面。随后，他们结合了多参数地震反演技术，这一过程利用先进的计算技术将原始的地震回声转化为岩石物理属性的三维模型。这使得他们能够比以前更清晰地看到火山岩和生物碎屑灰岩，并识别出它们的精确位置和厚度。
接下来，团队需要寻找裂缝。他们使用了一种名为“蚁迹追踪”（ant tracking）的算法，该算法模仿了蚁群寻找食物最高效路径的方式。在数字语境下，这些“蚂蚁”在地震数据中移动，追踪指示裂缝的细微不连续性。这种方法足够灵敏，可以捕捉到标准成像技术遗漏的小规模裂缝。通过将特殊岩石的地图与裂缝的地图进行融合，研究人员创建了一个统一且全面的地下视图。现在，他们可以准确看到井眼将经过哪一段既有厚层多孔岩石又布满裂缝的地层。基于这些综合数据，他们建立了一个决策系统，该系统就像是钻井的“红绿灯”。它为每一段规划好的井路径分配风险等级。如果系统检测到厚层的特殊岩石且裂缝密集，它会将该段标记为高风险，预示着极高的漏失概率。如果岩石安全或裂缝稀疏，则标记为低风险。
团队在16口新钻井上测试了这种新方法。结果表明，该方法能够在钻探开始前准确预测风险水平。在大多数情况下，该系统正确识别了何时会发生漏失以及何时不会发生。对于在2025年新钻探的井，预测准确率达到了83.4%，相比于以往经常在这一特定地质环境下失效的方法有了显著提升。研究人员指出，该系统并非完美无缺：它无法观测到小于地震波分辨率的裂缝，且尚未考虑到每一个工程变量（如特定钻井液的性质）。然而，通过专注于岩石和裂缝的地质现实，他们为工程师设计更安全、更高效的钻井作业提供了一个强大的工具。这项工作为管理石油勘探中最昂贵的危害之一提供了清晰的路径，将一次盲目的猜测转变为一次精密的预测。
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