成熟探区是地质认识比较成型、规模储量几近找完、勘探主体技术比较成熟的地区,待发现的剩余油气资源主要分布在现有地质认识、勘探技术与资料三个盲区内,需要认识与技术的创新和精耕细作才能发现,一旦找到则多数为优质储量。以中石油成熟探区为例,渤海湾成熟探区辽河、冀东、大港、华北等油田每年探明石油储量多数是在三个盲区深入挖潜发现的。但成熟探区剩余油气勘探面临物探技术方法不适用、部分资料难以满足精细地质评价等问题及挑战。为此,分析了成熟探区油气勘探面临的挑战,讨论了精细挖潜面临的“三个盲区”以及物探技术面临的问题,剖析了成熟探区近期物探技术实践中提高分辨率目标处理、连片叠前深度偏移和油藏地球物理取得的良好效果。研究认为,最大限度挖掘现有资料潜力、以提高地震资料分辨率和成像精度为核心的老资料处理解释挖潜,以及加强以“井-震-藏”一体化为核心的油藏地球物理技术发展,是提高成熟探区油藏建模和剩余油预测精度、寻找漏失油气藏的重要技术发展方向。
首先将迎风机制引入五点八阶超紧致有限差分(CCD8)格式,得到五点七阶迎风超紧致(UCCD7)格式,并对两种格式进行数值频散分析和精度分析;其次建立了二阶声波方程的位移场时间四阶离散格式,将五点CCD8格式和五点UCCD7格式分别应用于位移场空间导数的求取,并分析这两种格式的稳定性条件;最后基于PML边界条件,将上述两种格式分别应用于声波方程的均匀介质、水平层状介质及Marmousi模型的数值模拟和波场特征分析及对比。研究结果表明:相较于普通紧致差分,五点CCD8格式具有小截断误差、高模拟精度、低数值频散、高稳定性、所需网格点数少的优点;引入迎风机制后,声波方程的五点UCCD7格式稳定性得到进一步提高;模型试算的结果验证了五点CCD8格式适用于复杂介质的数值模拟,模拟精度和计算效率都高。
基于超完备子波库的单道匹配追踪方法在自适应分解地震道时未能分离有效信号和噪声,故难以直接、准确地去除噪声。为此提出了基于稀疏反演的多道匹配追踪去噪方法,以多个连续地震道为研究对象,首先采用多方向矢量中值滤波法计算同相轴倾角,以中间道为标准将同相轴校正后再水平叠加;然后采用基于基追踪降噪的稀疏反演方法分解叠加道,选择与叠加道中有效信号匹配的子波作为中间道匹配追踪分解的子波库;最后根据其它道相对中间道的校正量,对中间道匹配追踪分解的子波库进行反校正,分别构建各道匹配追踪分解的子波库。将基于有效信号匹配子波构建的子波库代替超完备子波库,在搜寻最佳匹配子波时选择性地提取地震道中有效信号,可直接分离有效信号和噪声。单道信号测试结果验证了该方法去除噪声的可行性;合成和实际地震数据应用结果表明,该方法相较于单道匹配追踪方法具有更好的去噪效果,且去噪后剖面的横向连续性更好。
为了避免全波形反演的周波跳跃现象,提出了基于波动方程转换的时间域多尺度全波形反演速度建模策略,在时间域实现了从低波数到高波数的多尺度全波形反演。首先从声波方程参数化模式出发,研究了阻抗-速度和速度-密度两种参数化模式下速度的辐射模式:在阻抗-速度参数化模式下,速度扰动主要引起大角度波场扰动;在速度-密度参数化模式下,速度扰动对各个角度的波场扰动贡献量完全相同。基于此,提出了先利用阻抗-速度方程构建低波数全波形反演速度模型,再以此作为初始模型,利用速度-密度方程构建高波数全波形反演速度模型的方法。该方法有效避免了混合域全波形反演中的数据转换问题以及频率域反演中的吉普斯现象,同时充分发挥了时间域全波形反演在波动方程数值模拟计算效率方面的优势,保留了时间域数据匹配易控制的特点。通过MarmousiⅡ模型数据测试,对比分析了两种参数化模式下的速度梯度特征,实现了从阻抗-速度方程的低波数全波形反演速度建模到速度-密度方程的高波数全波形反演速度建模,说明该方法能够在初始速度缺失低波数的条件下充分刻画出断层的形态和位置,使断面清晰,地层起伏与真实模型吻合。
逆时偏移(RTM)采用双程波方程与相关成像条件会产生低频成像噪声,通过叠后Laplace滤波可以压制低频成像噪声,但会损失有效的低频成像信息,在实际资料处理中表现为低频高陡断面波成像受到严重影响。反射角道集切除的方法理论上能有效压制低频噪声,但不能保证低频信号不受损失,而且需要进行逆时偏移角度道集的提取,计算成本和周期大幅增加,同时传播角度的精度对成像效果影响较大,低频噪声残留问题突出。为此,提出一种基于复数域波场(或复数波场)分解的保幅成像方法,通过复数波场运算实现上下行波和左右行波的分解和成像,理论上能够避免低频噪声的产生。针对复数域波场分解在实现过程中需要进行高维希尔伯特变换、计算量和存储量成倍增加的问题,采用复数波场空间域褶积的方法避免了高维傅里叶变换与反变换的运算,在GPU上实现了高效成像,效果与效率得到兼顾。模型和实际数据的应用结果表明,该方法能够在计算量和存储量增加不超过20%的条件下,实现波场分解与逆时偏移,成像剖面保幅性高,噪声剖面无有效反射同相轴,低频高陡构造的成像效果优于传统的RTM成像方法,对于深部断层成像和落实有利圈闭具有实用价值。
基于平面波编码的最小二乘逆时偏移(PLSRTM)具有较高的计算效率,而且能够通过降低超道集之间的相干性压制串扰噪声,但其成像结果中存在偏移假象,影响了最终的成像精度和收敛速度。为此,对平面波最小二乘逆时偏移方法进行了优化,利用局部倾角获取构造信息计算构造导向滤波算子,并将其作为正则化算子引入平面波最小二乘逆时偏移,在不影响构造信息的前提下,压制每次迭代梯度的偏移假象,从而提高观测数据与计算数据的匹配程度,最终达到加快收敛速度和提高成像精度的目的。二维简单模型和HESS模型数据试算结果表明:该方法可以在提高计算效率的同时压制串扰噪声,消除偏移假象,加快收敛速度,提高复杂构造的成像精度。
基于地震信号瞬时相位估算的曲率属性具有较高的分辨率,被广泛应用于地震数据的不连续性检测。为进一步提高曲率属性的估算精度,提高地震数据对地质构造的刻画能力,基于时频分析方法具有多尺度分辨能力的特点,提出了基于改进的短时傅里叶变换获得高精度时频瞬时相位谱的多尺度曲率属性估算方法。改进的短时傅里叶变换对待分析实信号的解析信号加上对称时窗函数并进行傅里叶变换,从而获得高精度时频瞬时振幅谱、高精度时频初始相位谱和高精度时频瞬时相位谱。为减少随机噪声对高精度时频瞬时相位谱的影响,利用高精度时频瞬时振幅谱的峰值振幅及其对应的高精度时频瞬时相位谱重构输入信号,并对重构信号进行改进的短时傅里叶变换,获得稳定的高精度时频瞬时相位谱,在此基础上进行高精度多尺度曲率估算。利用合成数据及实际三维地震数据的应用结果验证了方法的有效性。
在非常规油气开发中,水力压裂技术可以极大地提高油气开采的效率。在压裂过程中,伴随着新的裂缝产生或已经存在裂缝的重新激活,会诱发大量微地震事件。对我国西南地区某垂直页岩气井水力压裂地面微地震监测数据进行了处理和分析。与常规微地震数据处理过程相比,在进行微地震事件定位的同时,利用微地震信号对储层由于压裂导致的速度变化进行了成像分析。采用双差地震成像算法,利用绝对到时和波形互相关得到的相对到时数据联合反演速度结构及震源位置。反演结果显示,微地震定位精度与传统网格搜索法相比有较大改善。对于不同的压裂深度,微地震空间分布和速度异常呈现出不同的特点。整体上由于裂缝的存在,微地震位于低vP区域。而对于vS来说,在深部微地震位于低速异常区域,但在浅部则位于高速异常区域。结合岩石物理实验结果和波形分析,推测在浅部微地震和高vS关联是由于该区域天然裂缝发育并且气体处于饱和状态。研究结果表明,综合微地震定位和速度成像可以更加全面地刻画页岩气水力压裂过程和裂缝分布。
为解决非常规油气勘探中“甜点”的有效识别问题,开展了杨氏模量和泊松比直接反演方法研究。针对Zoeppritz近似方程精度有限的问题,对精确Zoeppritz方程进行重新推导,建立了以杨氏模量、泊松比和密度的自然对数为未知参数的YPD-Zoeppritz方程;在此基础上,结合广义线性反演和贝叶斯理论,引入一阶差分矩阵和三变量柯西分布,构建更为合理的反射系数稀疏约束项,提高了广义线性反演的适定性;引入低频软约束项进一步稳定反演结果的低频成分,提高了反演剖面的横向连续性。模型数据和实际数据试算结果表明,该方法反演精度较高,而且能够逐步压缩子波旁瓣,使反演结果呈现明显的“块化”效果,降低了子波旁瓣对反演结果的影响。基于YPD-Zoeppritz方程的杨氏模量和泊松比直接反演方法适定性强,具有较好的稳定性。
以S油田高89区块中、深层注气层段为研究对象,研究了基于AVO属性的CO2驱油波及范围地震监测方法,将注入的CO2看作是储层中的人造气藏,利用注气后采集的三维地震资料开展AVO属性特征研究,主要是利用敏感属性反演气藏分布,进而预测CO2驱油波及范围。基于理论模型的研究表明,CO2的注入可引起注气层段Ⅰ类AVO异常,梯度属性对孔隙压力及CO2饱和度的变化最敏感;实际工区注气层段具有明显的Ⅰ类AVO特征,而非注气层段的储层和盖层均无明显的AVO异常。AVO异常与注气量或产气量存在一定的量化关系,这表明利用梯度属性可较好地反映中、深层注气层段CO2驱油波及范围。高89区块注气层段中CO2封存效果好,包含3个放射状CO2波及环带,且与注气史具有良好的对应关系。
以沁水盆地南部地区山西组为例,系统研究了煤系致密砂岩的裂缝发育特征,并对其古构造应力场进行了模拟,在此基础上,对裂缝发育区进行了预测。研究结果表明,山西组致密砂岩中发育不同级序的裂缝,主要为构造缝,其含量大于90%。构造缝主要为张性缝、剪切缝及挤压缝;非构造缝主要为溶蚀缝。目的层致密砂岩的裂缝充填类型主要为未充填及半充填,裂缝的有效性好。利用三维有限元法对山西组Ⅱ砂组进行了精细地质建模及古构造应力场模拟,恢复了目的层在喜马拉雅期最大一幕挤压应力环境下的古地应力场。考虑到目的层主要发育张性缝和剪切缝,同时还含少量挤压缝,构建了综合破裂率参数来定量预测裂缝的发育程度,预测结果与实际地质情况吻合较好。该方法可以实现复杂构造区致密气储层裂缝甜点的有效预测。
中石化下扬子地区油气地震勘探面临着极其复杂的地表条件和复杂的地下构造,地震资料信噪比低、成像效果差,因而该区的油气勘探工作未能取得显著突破。为此,中国石化开展了多轮地震攻关并取得了一些进展,包括基于地震模拟的观测系统优化技术、城镇工业发达区高效地震激发技术、弱反射信号保护与提取技术、深度域速度建模与成像等技术,这些技术的应用提高了资料的信噪比,增强了中、古生界地层的地震反射能量,剖面成像效果明显改善,地震解释发现了一批有利区带及圈闭。钻探结果表明地震资料可靠、准确。下一步地震勘探的主要攻关方向建议开展以满足叠前成像的基于模型正演的观测系统设计研究,继续开展提高地震激发效率研究以及低信噪比复杂构造成像和各向异性处理方法研究等,进一步探索提高下扬子地区地震勘探效果的技术方法。
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