页岩储层为低孔低渗岩石,须经过大规模的压裂改造才能够获得商业产能,而地应力是进行压裂改造的关键因素,它在油气勘探领域具有重要的作用,不仅是油气运移的驱动力,而且能为井壁稳定性分析和钻井优化设计等提供依据。在油层改造过程中,地层地应力场的状态和岩石的力学性质决定了压裂的裂缝延伸方向、形态和方位,影响着压裂的增产效果。对地应力预测技术进行了归纳总结,分别从地应力测量方法、地应力测井计算方法、地应力数值模拟方法及地应力地震预测方法四个方面介绍了地应力的研究现状。不同的地应力预测方法反映了不同方面的地应力信息,有着不同的适用条件和预期成果。着重介绍了地应力的地震预测方法,该方法可以得到三维地应力剖面,对地应力的地震评价有着重要的意义。最后对地应力地震预测方法的发展前景进行了展望。
基于层状介质的声波方程,将自回归算子的逆用于表示透射波,称为透射波的线性预测表示。将该表示与反射波的透射波自相关表示相结合,可以得到层状介质的Yule-Walker方程和Levinson递归反演方法。Levinson递归反演方法的缺陷是反演层数一般小于12层,而当反演层数再增加的时候不够稳定。已有的研究表明,自回归算子是一个齐次方程的解,采用李代数方法进行正、反演,其反演结果比采用Levinson递归反演方法得到的结果更为稳定。在横向非均匀弹性介质情况下,采用拟微分算子的象征方法,推导出自回归算子齐次方程,并利用该齐次方程,进一步研究强不均匀介质的共振现象,这对强耦合裂缝介质响应的研究有重要意义,可合理地解释低频阴影现象。此外,纠正了以往推导中存在的一个符号错误。
薄互层型油气储层是陆相沉积盆地主要储层类型之一。研究如何利用地震资料刻画和预测薄互层油气储层,对中国油气勘探与开发具有重要意义。介绍了由三参数小波变换而得到的同步挤压三参数小波变换及其在薄互层型储层分析和地震资料谱分解中的应用。与三参数小波变换相比,同步挤压三参数小波变换在时间尺度域增加了对三参数小波变换的小波系数的重排操作,以提高时频分辨率。利用同步挤压三参数小波变换进行薄互层储层分析的方法既可以研究薄互层组的整体特性,也可以表征其组内的结构。与Morlet小波变换等常用的时频分析方法相比,该方法有更高的时频分辨率,能更好地刻画薄互层的整体特性及其组内的结构。合成地震记录和实际算例表明,同步挤压三参数小波变换对于地下地质体及不同厚度的河道和叠置的河道的刻画比其它相关变换的结果更为清晰和可靠。
在地震学中,真实的地球表面是一个强阻抗突变界面,可以通过自由表面边界条件对其进行描述。自由表面边界条件在数值模拟中的准确表达是目前地震波有限差分数值模拟的研究热点之一。为解决直接针对自由表面边界条件进行数值近似处理带来的稳定性和精度方面的问题,从平均介质理论出发,结合极限思想,推导了自由表面的另一种新的自适应数学表达方式。本质上,新的自由表面自适应表达方式是对原始弹性波方程中的密度和本构关系的修正,并且在计算过程中不会增加额外的CPU和内存需求。理论分析和数值实验表明,新的自由表面自适应表达方式是泊松比自适应的,对于不同泊松比值的有限差分数值模拟均能给出较为精确的模拟结果,从而可以应用于实际近地表不均匀风化层内的复杂波场的模拟和分析。
提出一种基于一致性函数的检波器性能评估方法，对常规速度检波器和加速度计检波器的性能矩阵进行评估，以提高地震监测和勘探应用质量。同时介绍了传递函数分析法以及延时互相关分析法这两种检波器性能评估方法。分析传递函数分析法、延时互相关分析法和一致性函数法发现：传递函数分析法和延时互相关分析法分别从频率域和时间域分析评估检波器的性能;传递函数分析法需要同时分析检波器输出的幅频特性和相频特性，涉及较多的参数,不能直观地评估检波器的性能;延时互相关分析法则需要计算多组数字时移，存在计算量较大的问题。相比于前面两种方法,一致性函数法是一种综合性的检波器性能评估方法，该方法基于频率域中输入信号以及经过检波器的输出信号的变化程度，将多个待分析变量统一为一个归一化变量——一致性函数值（取值范围为0～1），消除了输入信号和输出信号之间变化幅度的影响，只单纯反映两个信号每单位变化时的相似程度。解决了现有检波器性能评估方法中存在的复杂的参数比较和计算量大的问题，更加直观以及全面地评估检波器的性能。
介绍了CSI(Compressive Seismic Imaging)技术。该技术是基于压缩感知理论所开发出的一整套地震资料采集和处理综合技术,主要包括非规则最优化采样设计、地震信号的稀疏化处理、基于稀疏反演的数据重构及同时震源分离等内容。CSI利用非规则最优化设计和独立同时震源作业,极大地提高了采集效率,缩短了采集周期,从而以较低成本完成高品质、高密度的三维地震资料采集。在地震资料处理过程中,通过信号分离与数据重建来高保真地恢复叠前地震信号。海底节点、海上拖缆和陆地可控震源等生产项目中的应用结果表明,与宽频带处理以及叠前深度偏移技术相结合,CSI提供了高质量、高精度的地下成像结果。
海上拖缆地震资料采集受潮汐、海水速度变化、拖缆漂移等因素影响,条带状采集脚印噪声发育。应用三维频率-波数域滤波、时间切片的二维波数域滤波等叠后压制方法时滤波器设置复杂,而且对与有效信号重叠的低波数采集脚印噪声的压制能力较弱。提出了基于时间切片的采集脚印噪声自适应压制方法,该方法通过拉普拉斯算子识别采集脚印噪声,将噪声变换至波数域并根据采集脚印波数谱阈值自适应设置该时间切片的波数域滤波器,进而通过波数域滤波完成采集脚印噪声压制。海上应用实例表明,本方法不仅能够压制高波数采集脚印与随机噪声,对与地震信号重叠的低波数采集脚印噪声也能实现有效压制。
“两宽一高”(宽方位、宽频带、高密度)地震采集技术在解决复杂构造成像、岩性勘探以及油气藏精细描述等方面具有明显的技术优势,然而其工业化应用还需解决复杂地表以及勘探成本等制约因素。基于压缩感知理论及非规则观测系统的最优化设计,有效降低了勘探成本;随后利用L0正则化和L1正则化混合迭代的方法求解0范数稀疏约束的优化问题,重建地震数据,实现在一定成本限制的条件下获取更高密度数据体的目的。TFT工区基于压缩感知的数据采集与重建,验证了方法的有效性,为“两宽一高”地震勘探采集技术的工业化应用提供了有效的思路。
逆时偏移生成的角度域共成像点道集(ADCIGs)有利于提高成像质量,可用于偏移速度分析和AVA/AVO研究等。使用Poynting矢量估计波传播方向可以快速生成角道集,但当模型和波场比较复杂时,不同方向传播的波场分量相互重叠,无法准确计算波的传播方向。波场分解可以提高Poynting矢量的准确性。为此,研究了波场分解算法,在计算Poynting矢量之前先将波场分解成不同方向传播的分量,用于生成角道集。为解决传统的傅里叶变换在频率-波数域进行波场分解时计算量大的问题,对波场分解算法进行了优化,并提出了SSE(单指令多数据流扩展)
向量化和多线程并行计算实现算法,从而提高了计算效率。理论和数值计算结果表明:使用波场分解可以显著提高逆时偏移角道集的质量,此优化算法能够得到与传统方法一致的结果并且提高了计算效率。二维Sigsbee2A模型和三维SEAM TTI模型的数值计算也证明了该算法用于生成高质量角道集和逆时偏移图像的有效性和稳定性。优化后的波场分解算法并不局限于上、下行波分解,可容易地拓展到其它方向的波场分解,也可应用于最小二乘偏移和全波形反演,以消除成像噪声,提高成像质量。
提出了一种TTI介质中井震深度差约束条件下的速度建模方法。针对空间中测井位置分布的稀疏性,通过引入一个所谓的“桥”函数,根据已知的地质构造将井位处地层的井震深度差信息延拓到整个模型区域,并将此拓展信息作为层析成像反演的约束条件。该方法降低了TTI模型反演参数之间的不确定性,改善了反演算子的病态性,提高了层析成像反演的稳健性。SEAM人工模拟数据和墨西哥湾实际广角地震数据测试结果表明,井震深度差约束条件下的TTI介质速度建模方法的反演结果提高了深度偏移后地层定位精度,改善了共成像点道集中同相轴的拉平程度。
通过引入描述黏性吸收的等效Q值参数,发展了补偿介质吸收的叠前时间偏移方法。该方法基于地表观测数据建立等效Q值模型,应用补偿因子的光滑性阈值控制解决介质黏性吸收补偿的稳定性问题。基于倾角域菲涅尔带估计,结合稳相偏移的补偿介质吸收叠前时间偏移技术能够在压制介质吸收补偿噪声的同时提高计算效率。利用多流、双缓存机制实现补偿介质吸收叠前时间偏移的GPU/CPU协同计算,缩短了计算时间。大庆油田实际地震数据的应用结果表明,该技术可恢复地震波中被衰减的高频成分,提高地震成像的分辨率,其成果数据支持了大庆油田扶余油层致密油的水平井勘探部署。
地震数据包络的对数形式可以反映波形的宏观变化,同时,能有效提取地震数据的低频信息。对数包络所提取的低频信息与地震数据的主频具有相互对应关系。结合“分频多尺度”的反演思想,先对高频数据作低通滤波处理,再计算其对数包络以提取地震数据的低频成分,并以此构建目标函数进行反演,从而得到较好的初始速度模型。数值模拟反演实验证实:在全波形反演过程中,如果采用分频多尺度反演方法,可以有效缓解“周波跳跃”现象对反演结果精度的影响,准确反演出地下复杂结构的速度模型。
相对于陆地资料,海上资料具有信噪比高、低频信息丰富及炮、检点耦合一致性好等优点,因此海上资料的全波形反演建模(FWI)已逐渐走向实用化。但由于全波形反演是基于波动理论的全局寻优,迭代过程中不直接修改道集,且在实际资料应用过程中往往选用道集已经拉平的初始速度场,因此常规全波形反演得到的高精度速度模型往往不能改善成像质量。为此,应用射线层析技术建立较为准确的背景速度场作为初始模型,在道集拉平速度场的基础上应用构造约束全波形反演技术,重建较为准确的地质构造和较为准确的断层位置,从而建立更加精确的速度模型。南海某油田实际资料应用结果表明,海上资料基于构造约束的全波形反演模型与实际地质构造更加吻合,复杂断层附近的速度更加准确,整体成像质量得到提高,成功解决了断层成像阴影问题。
基于统计学习理论的支持向量机(support vector machine,SVM)是有限样本情况下的机器学习方法,具有严格的理论基础,能较好地解决小样本、非线性、高维数和局部极小点等问题。在地震储层预测中,影响支持向量机应用效果的主要因素在于惩罚因子及核函数参数的设置,其值设置过小或过大,都会使估计函数的泛化能力变差,降低储层预测精度。为提高支持向量机在储层预测中的应用效果,将已知样本随机划分为若干组,依次选其中的一组作为检验样本,其余样本作为学习样本,交互检验惩罚因子及核函数参数对储层预测精度的影响;优选惩罚因子及核函数参数,提高支持向量机储层预测精度。通过实际资料应用,验证了方法的有效性。
利用地震数据直接预测含油气储层分布情况是油气地震勘探的终极目标之一。含油气储层对纵、横波的敏感度存在差异,这种差异突出了含油气储层的地震特征。鉴于此,发展了一种基于无监督与监督学习下的多波地震油气储层分布预测方法。首先,利用不同卷积核卷积升维形成各类纵、横波地震属性,然后,利用聚类分析法进行无监督学习,通过聚类分析分别对纵、横波地震属性降维,再利用聚合法求取能突出油气储层特征的多波地震聚合属性,最后以降维后的聚合属性作为支持向量机的学习集进行含油气储层地震预测。实际应用结果表明,所预测的含油气储层边界更加清晰,与实际情况基本吻合。
页岩层系中多尺度天然裂缝是重要的储集空间和输导体系,具有一定的独特性,在页岩纹层结构和夹层背景下,高角度垂直缝、顺层层理缝和微裂缝同时发育,这些裂缝的预测难度大。在页岩层系天然裂缝属性特征研究的基础上,提出了地震预测天然裂缝的流程,首先基于页岩各向异性岩石物理模型,采用高精度曲率方法研究大尺度高角度垂直裂缝;再基于VTI介质各向异性反演预测顺层层理缝,推导了正交各向异性介质反射系数的简化公式,并预测小尺度裂缝;最后利用人工智能建立了多信息多尺度裂缝综合预测方法。该方法取得了一定的应用效果,为裂缝参数的定量预测奠定基础。
裂缝识别和评价是裂缝性储层测井解释的核心任务。总结了利用常规测井资料对裂缝性储层进行分级评价的基本方法,为提高效率并减少各种影响因素的干扰,引入卷积神经网络这种深度学习算法进行裂缝识别和储层等级评价。理论分析认为,凭借局部权值共享的特殊结构,卷积神经网络比现有其他算法在提取数据特征时具有更显著的优越性。将裂缝性储层的常规测井数据和储层已知信息作为标准样本输入卷积神经网络进行学习,然后对塔里木盆地北部某含油气构造单元其它井的有关层段进行裂缝识别和储层评价,结果表明,卷积神经网络的评价结果比传统方法更高效、准确,可以根据测井数据直接输出裂缝的发育等级。
在钻井之前,需要利用地面地震资料和邻井资料进行建模、成像和物性反演,据此确定井位并进行井轨迹设计。然而,钻前一些预测结果往往与实际钻头所钻遇的地质情况相差甚远,导致钻井失利,需要改为侧钻或者直接废弃,在深海区的早期勘探或超深储藏的钻探中尤为如此。为了最大程度地降低钻井风险和缩短非生产时间,综合多学科技术,研发了地震导向钻井技术(Seismic Guided Drilling,简称SGD),包括建立地质上和地质力学上都更加合理的钻前基准地质模型(三维成像模型和岩石物理模型),提供更可靠的构造成像和层位预测结果,进一步优化布井和井轨迹设计。钻井过程中,该技术能在不影响钻井作业的情况下,将实时获得的随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)数据及钻井工程数据与三维地面地震数据相结合,实时更新钻前基准地质模型,使地震成像和反演精度进一步提高,并据此对钻头前方及周围的地质构造和孔隙压力预测结果进行实时更新,为实时调整钻井决策提供更加可靠的依据。
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