中国海上油气勘探开发正面临着从浅层目标向中深层、由构造油气藏向复杂岩性油气藏转移的新形势和新任务,勘探难度的不断增大,对地震勘探技术提出了更高的要求。针对中国海洋油气勘探开发的迫切需求,在全面分析深水油气勘探面临问题的基础上,总结了中国海上地震勘探技术的新进展:在地震采集方面,研发了高精度拖缆采集装备和“犁式”宽频地震采集技术等;在地震处理解释技术方面,研发了τ-p域“犁式”宽频数据鬼波压制技术、宽频数据逆时偏移成像技术等;在开发地震方面,研发了海上时移地震关键处理解释技术等,尤其是在海上“犁式”宽频地震勘探技术和海上时移地震技术两个方面取得了突破性进展,为中国能源供应的重要接替区—南海深水区油气勘探开发提供了技术支撑,为实现中国海上油气勘探增储上产提供了技术保障。
黄铁矿广泛分布于页岩层中,是一种影响页岩气勘探开发的重要细粒矿物。首先分析了黄铁矿的形成环境及其在页岩层中的特征模式,揭示了黄铁矿的形成机理,并借此实现了对优质页岩沉积带的判别;然后讨论了黄铁矿对页岩气生成过程的催化作用,据此提出了页岩气富集区预测的基本思路及技术方法;最后阐述了黄铁矿增脆作用对于页岩气开发有利区评价的指导意义,同时总结了利用黄铁矿易氧化的特性改造页岩层、达到增渗增产效果的技术方法。研究获得以下认识:黄铁矿与页岩的相互作用有利于优质页岩沉积带、页岩气富集区、页岩开发有利区的预测。
按照分布特征—演化规律—工程应用的思路揭示了蒙脱石及相关黏土矿物对页岩气高效开发的影响。首先归纳总结、分析对比了不同地区蒙脱石及相关黏土矿物含量的差异性,发现其复杂多变的分布特征蕴含着一定的变化规律;然后系统分析了蒙脱石及相关黏土矿物的沉积环境及其在不同埋深条件下赋存特征的差异性,揭示了蒙脱石及相关黏土矿物的时空演变规律——蒙脱石在富含K+的碱性环境下易于转化为伊利石,在富含Fe2+和Mg2+的碱性环境下易于转化为绿泥石,在酸性环境下形成高岭石,随着地层埋藏深度的增加,可以进一步演变出伊-蒙混层发育带、高岭石异常高值带及伊利石-绿泥石发育带;最后依据蒙脱石易于水化膨胀造成页岩气产出困难的特性和蒙脱石及相关黏土矿物的演变规律,形成对优质页岩储层分布范围预测、页岩气开发过程中钻井液及压裂液配方研制的有益认识,从而有利于更好地识别及开发页岩气。
页岩气层构造形态描述精度直接关系到水平井轨迹设计的准确性和可靠性。利用时间域地震资料描述深度域地下构造形态,关键是在工区建立高精度平均速度场。针对涪陵焦石坝三维工区地表及地下地震地质特点,提出并实现了基于表层模型的叠加速度CMP浮动基准面时间域到深度域的转换、模型迭代层速度计算、基于层位约束的两步法层速度误差趋势面构建、平均速度场随钻实时更新等方法,形成了一套适用于山地起伏地表的高精度三维速度建场技术。该套技术应用于焦石坝页岩气产建区,提高了变速成图精度、水平井井轨迹设计准确率、优质页岩气层钻遇率以及钻井效率,降低了钻井成本。
在构造稳定区,页岩气储层超压的成因以生烃增压为主,常规基于欠压实成因的地层压力预测方法并不适合直接应用于页岩气储层的地层压力预测。为此,以Clay-Plus-Silt(CPS)模型为基础,考虑干酪根生烃的影响,基于岩石物理建模的思路,提出了一种新的正常压实速度趋势线构建方法,并结合Eaton方程形成新的页岩气储层地层压力预测模型。该模型能够更好地反映岩性变化对正常压实速度的影响,并且对实测压力数据的要求更低。基于该模型正演得到的正常压实速度,结合高精度叠后波阻抗反演,建立了页岩气储层地震地层压力预测技术流程。四川盆地某页岩气区块实际应用表明,该方法能有效提高页岩气储层钻前地层压力的预测精度。
涪陵页岩气田晚奥陶世五峰组—早志留世龙马溪组(O3w-S1l)页岩气层经过多期构造运动改造,地层变形强烈,断裂、褶皱发育,地层产状变化剧烈,给页岩气水平井导向带来了极大挑战。为保证水平井轨迹在优质页岩气层中穿行,提出了基于导向模型实时修正的水平井地震地质导向技术。在区域地质特征研究的基础上,以地震剖面为初始导向模型,综合钻井、录井、测井等多种数据信息,开展标志层特征分析、实时小层精细对比和速度场实时更新,建立了靶点深度和地层产状的预测方法,保证了精准入靶,形成了水平井井眼轨迹实时跟踪调整技术,确保了水平井井眼轨迹在优质页岩气层中穿行。实践证明,水平井地震地质导向技术有效指导了水平井钻井,为涪陵页岩气田的高效开发提供了技术保障。
传统变网格有限差分系数是通过Taylor级数展开得到的,在大的波数范围内,数值频散较严重。为此,提出一种基于最小二乘算法的可变交错网格优化差分系数法,即建立基于频散关系的平方误差函数,并引入约束条件,通过求取条件极值得到可变交错网格优化差分算子。频散分析表明,可变交错网格优化差分系数法能在更大波数范围内满足频散关系。模型正演结果证明,相同的空间差分算子长度,可变交错网格优化差分系数法相比Taylor级数展开法,能有效提高正演模拟的精度。
估算海底反射系数是海底电缆(OBC)水陆检数据合并处理的一个关键步骤。针对常规扫描确定海底反射系数较为费时的问题,提出了基于延迟波场特征法直接计算海底反射系数的方法。该方法首先计算水陆检数据上行波场、一阶延迟上行波场和二阶延迟上行波场的自相关函数和它们之间的互相关函数,然后构建和求解海底反射系数特征方程,最后确定最佳海底反射系数并应用于水检数据和陆检数据的合并处理。合并数据不但消除了海水鸣震多次波干扰,而且吸收了陆检数据的低频成分和水检数据的高频成分。从而拓宽了海底电缆数据的有效频率带宽,提高了地震数据的信噪比和分辨率。数据试算结果证明了本方法的有效性和实用性。
地震记录中的面波是影响地震资料品质的主要因素之一,传统的面波压制方法有其固有缺陷。提出了一种新的广义S变换与二维离散小波变换联合的面波压制方法。首先利用广义S变换分离原始地震记录中的面波,为减少分离过程可能对低频有效反射波造成的损伤,将分离出来的面波记录再次进行二维离散小波分解,得到4个小波系数分量,然后对包含面波成分的低频高波数分量进行高通滤波,滤除面波,保留有效反射波,最后进行小波系数分量重构,将滤除了面波成分的重构结果叠加到已分离面波的地震记录中,实现对面波干扰的联合压制。理论模型试算和实际资料应用表明,广义S变换与二维离散小波变换联合的面波压制方法能够在有效压制面波干扰的同时,减少对有效反射波的损害,提高了地震资料的信噪比。
角度道集是叠前深度偏移成像结果的高维表达形式,对于储层描述具有重要意义。高效性和保真性是生成逆时偏移角度道集值得关注的两个方面。介绍了两种常见的逆时偏移角度道集生成方法:波矢量方向估计方法及局部波场分解方法。前者计算效率高,但是对噪声比较敏感,无法处理波场交叉情况;后者可处理复杂波场交叉情况,角度道集质量较高,但是计算效率较低。结合两种方法的特点,提出了一种混合生成逆时偏移角度域共成像点道集(RTM-ADCIGs)的方法。首先利用局部波场分解获得局部波前方向,然后利用坡印廷矢量方法确定波的传播方向,实现效率和质量的折中。在此基础上,利用结构张量特征值快速判断波场交叉情况,只在波场能量交叉情况下使用混合方法,估计一个或多个局部波场的方向,而在其它区域采用快速波矢量估计方法提取波场方向,进一步提高角度道集的计算效率。最后利用Sigsbee模型对比分析了不同方法的效果和效率,并在水平层状模型上测试了本文方法的保幅性。
实际地下介质普遍存在粘滞性,地震波在介质中传播时存在衰减现象。为了减弱这种透射损失,补偿深层衰减的能量,改善成像效果,实现深层保幅偏移成像,基于标准线性固体粘弹性机制,在粘声介质逆时偏移的基础上,引入最小二乘的思想,实现了基于粘声衰减补偿的最小二乘逆时偏移(LSRTM)。同时,将该方法应用于层状模型与Marmousi模型试算,验证了方法的正确性及有效性。研究结果表明,该方法能够有效补偿吸收衰减作用损失的能量,实现高分辨率地震保幅成像。
雀莫错地区位于西藏羌塘盆地北羌塘坳陷带东部,综合分析认为该区基本具备陆源天然气水合物的形成条件,但受区域地层与构造环境等因素的影响,地震资料信噪比较低,传统的地震资料处理方法得到的地震剖面横向连续性不甚理想,影响了该地区天然气水合物构造、气源条件及冻土展布成藏体系的识别。为改善资料处理效果,将基于F-X预测滤波的基追踪算法应用于研究区的地震资料处理。介绍了基于F-X预测滤波的基追踪算法的基本原理以及处理流程;给出了研究区实际地震资料的处理结果并与传统的基追踪算法的处理结果进行了对比分析,结果表明其处理得到的反射系数剖面横向连续性好,为研究区后续厘清天然气水合物成藏关键因素、探测相关地球物理标志及圈定天然气水合物成矿远景区等提供了基础地震资料。
近地表介质吸收衰减补偿是高分辨率地震勘探的关键,其核心是建立高精度的近地表Q模型。针对常规衰减补偿处理中近地表Q模型建立方法存在的不足,提出一种基于信息融合的近地表介质Q估计方法以及稳定的反Q滤波处理技术。首先采用多井微测井和地面联合的新型观测系统,综合折射波与透射波多种信息进行调查点精细Q估计,然后基于炮检点初至波数据采用统计反演估算全区相对Q值,并运用信息融合策略,利用调查点精细Q值约束相对Q值,整合建立精确的近地表Q模型。最后用于反Q滤波,以实现近地表衰减补偿,提高地震资料分辨率。在塔北浮土区的实际应用中得到了可靠的近地表Q模型,通过叠前补偿处理,目的层的地震反射波频带展宽超过20 Hz,反射波振幅和频率特征得到了改善,储层信息更加丰富,地震资料分辨率也得到了提高。
关键词：近地表;Q估计;吸收调查;微测井;衰减补偿
珠江组深水扇含气砂岩在不同区域表现为不同的AVO响应特征,通过对影响含气砂岩地球物理参数的地质因素分析,认为成岩作用是决定珠江组含气砂岩AVO响应特征的主要因素。结合测井、岩心薄片、地震等资料,分析了各成岩作用对储层的影响,证明了压实作用、溶蚀作用、胶结作用分别在不同区域主导着珠江组含气砂岩的AVO响应特征。按成岩作用将研究区划分为3个成岩组合区,含气砂岩在强压实-中等溶蚀-弱胶结成岩组合区内为Ⅱ类AVO异常,在中等压实-强溶蚀-弱胶结成岩组合区为Ⅲ类AVO异常,在弱压实-弱溶蚀-强胶结成岩组合区为较弱的Ⅲ类AVO异常。分别在各区域内开展AVO分析并预测含气砂岩的分布,解决了研究区珠江组含气砂岩地震响应特征不一致的问题,取得了很好的应用效果,为其它类似地区的研究提供了借鉴。
碳酸盐岩缝洞型储层中溶洞大小的识别是实际生产中一个较难解决的问题,为此,介绍了一种针对碳酸盐岩溶洞尺度识别与描述的技术。采用叠前分频偏移成像方法,分析了叠前分频对多尺度溶洞刻画的优势;然后对“串珠状”反射进行时频分析,研究溶洞的频率特征,确定合理的分频参数,对CMP道集开展叠前分频偏移成像;最后进行了基于分频振幅差异的多尺度溶洞识别研究,形成了一套基于叠前分频振幅响应差异的多尺度溶洞识别技术。该技术在塔河油田的实际应用结果表明,能够有效识别不同尺度的溶洞,溶洞识别的精度得到明显提高。
米仓-大巴山山前带是海相二、三叠系台缘礁滩相油气藏的有利勘探领域,地震地质条件复杂。2000年以来,在该区开展了一系列地震采集技术攻关,形成了“深井、大药量、垫桩、浸水”和“高灵敏度检波器、双串面积组合、电钻打眼埋置检波器”的灰岩裸露区激发、接收技术,以及“宽方位、高覆盖”的复杂构造三维观测技术,改善了单炮记录品质,提高了叠前偏移成像效果。资料处理方面形成了实用的拟真地表叠前深度偏移处理流程,偏移成像效果明显改善,为米仓-大巴山山前带的构造样式解释、圈闭评价及井位部署提供了良好的基础资料。然而,实钻结果揭示山前带构造高陡倒转、断裂关系复杂、地层破碎,目前的攻关成果仍然不能满足勘探目标精细评价的需求。因此,下一步需要加强复杂构造模型的波场正演分析,开展地表-地下双复杂探区全方位三维采集技术研究,探索基于绕射波、转换波、散射波等特殊波场的成像技术,以进一步解决山前带的地震勘探难题。
由于观测频率数有限,传统的基于频率划分的电磁法正反演并行计算方式不具有可扩展并行性,难以通过扩大集群规模以提高计算速度。为此,以大地电磁(MT)Occam反演为例,通过挖掘线性方程组求解、矩阵运算等细粒度并行分量,对传统的大粒度分频方式进行扩展,设计了MPI-OpenMP-CUDA多层次混合并行算法。第一层采用消息传递接口(MPI)以消息传递的方式实现节点间大粒度任务的分发,第二层采用OpenMP以共享内存方式实现节点内中小粒度任务的并行处理,底层采用统一计算设备架构(CUDA)实现节点内GPU的核心计算。给出了理论背景和并行性分析,设计了并行处理流程,对方案的适用性进行了讨论。多个理论模型的试算验证了代码的正确性,评估了计算精度,比较了加速性能。实验结果表明,所设计的算法合理高效,仅利用4个节点,就使较大规模的模型(文中类型2)反演平均加速比达到16倍,最高加速比可达23倍。
为了研究断裂对油气藏的破坏作用,基于油气成藏后断裂再活动对泥岩盖层封闭破坏的研究,通过比较油气成藏后断裂再活动速率与破坏泥岩盖层封闭所需最小活动速率的大小,建立了一套基于地震资料判断油气成藏后断裂再活动是否破坏泥岩盖层封闭的方法,并将其应用于渤海湾盆地辽河西部凹陷齐家—鸳鸯沟地区和冀中坳陷饶阳凹陷留楚地区油气成藏后断裂再活动是否破坏泥岩盖层的研究。结果表明:齐家—鸳鸯沟地区油气成藏后断裂再活动速率小于破坏沙一段泥岩盖层封闭所需的最小活动速率(2 m/Ma)的区域主要分布在其四周;留楚地区油气成藏后断裂再活动速率小于破坏东一段泥岩盖层封闭所需的最小活动速率(4.1 m/Ma)的区域主要分布在留楚塌陷背斜构造的核部和留楚南背斜构造的核部。研究结果与齐家—鸳鸯沟地区沙二段和留楚地区东二、三段目前已发现的油气分布相吻合,表明基于地震资料判断油气成藏后断裂再活动是否破坏泥岩盖层封闭的方法是可行的。
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