物探技术的进步必然带来油气勘探的突破和开发成本的下降,在低油价形势下,物探新技术的应用是油气勘探开发降本增效的有效措施之一。分析了中石化山前带、致密碎屑岩、海相碳酸盐岩、页岩气和东部老区油气勘探开发面临的地震技术难题,提出了物探技术对策建议。针对中石化油气资源发展战略和面临的勘探开发形势,从地震采集技术、地震处理成像技术、综合解释技术、物探软件技术四个方面提出了发展的重点内容和方向。最后,提出了通过具体物探新技术的应用来提高勘探精度和勘探效率,减少重复投入,实现降本增效。
智能化时代正在向我们走来,石油物探应如何抓住这一千载难得的发展机遇?首先介绍了智能化浪潮来临的背景,简要叙述了人工智能技术发展与应用的历程和现状,概述了人工智能技术在油气工业和石油物探领域的研究与应用现状,介绍了深度学习应用于石油物探中的部分探索性研究成果。然后提出了石油物探智能化应用技术架构,探讨了石油物探从自动化处理到智能化解释的发展路线图,即从功能自动化、流程自动化到系统智能化,展望了石油物探协同工作环境将呈现后端并行化、前端可视化、流程自动化、系统智能化的未来发展图景。最后就发展大数据和人工智能技术在油气工业中的应用提出了4点建议:①制订大数据与人工智能技术应用发展规划;②搭建大数据与智能化研究与应用平台;③建立智能化发展协同创新中心;④实施智能化专项行动计划和示范工程。地球物理勘探的智能化发展应走从自动化处理到智能化解释的发展道路,重点发展数据驱动型、增量式、自动化处理技术和可视化、全信息、智能化解释技术,最终建立数据驱动的完整功能与业务流程、自我进化的智能化系统、可视化与虚拟现实实时协同工作环境。
为提高近地表复杂区速度建模的精度,开展了早至波全波形反演的近地表速度建模技术研究,并将其应用于陆上三维实际地震资料处理。分析了全波形反演中非线性来源,确定地震数据偏移距选取范围,讨论了观测地震数据早至波提取及其波动方程正演模拟方法,介绍了早至波全波形反演的方法原理,探讨了早至波全波形反演在实际资料应用中的关键技术流程。研究确定了早至波全波形反演的反演策略:首先利用初至走时层析方法恢复近地表模型低波数信息,然后将其作为早至波全波形反演的初始模型,利用早至波信息进行反演,恢复模型的高波数成分。研究表明,早至波全波形反演对初始模型的依赖性低于常规全波形反演。陆上三维实际地震资料测试结果表明,早至波全波形反演建模结果相对于走时层析速度模型细节更加丰富,异常体空间展布描绘更加清晰。
复杂山地近地表速度结构复杂,横向速度变化快,建模精度低,严重影响后续偏移成像质量。初至波层析反演是解决复杂近地表速度建模的有效手段,但面临着计算精度和计算效率均需提高的问题。为此,提出了一种基于改进快速扫描法的多尺度近地表层析速度建模方法,分别从正演和反演两个方面提升初至波层析反演精度。在正演方面,提出基于改进快速扫描法的初至波走时计算方法,应用双线性插值技术,在保持快速扫描算法高效率的基础上提高计算精度;在反演方面,利用改进散射积分法求解层析矩阵,并通过多尺度层析策略提高反演精度。将提出的近地表建模方法应用于丁山工区的实际资料处理,结果表明,改进快速扫描法使得正演计算量大幅度减小,在其它条件不变的情况下,多尺度层析策略反演得到的速度模型精度高,偏移成像剖面与原始剖面相比,近地表范围内同相轴连续性更好,为后续中深层速度建模提供了良好的保障。
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斜率层析属于立体层析的一种特殊情况,在通过运动学反偏移重建立体层析数据空间的过程中,会出现炮检点位置和旅行时信息已经匹配而地表射线参数水平分量(以下简称地表px参数)无法匹配的情况,这时可利用px残差完成对速度模型和反射点坐标的更新。将各向同性介质中的斜率层析方法推广到二维VTI介质qP波情形,利用地表px参数关于三个各向异性参数的偏导数建立了二维VTI介质qP波斜率层析线性方程组,基于该线性方程组和典型理论数据实施了二维VTI介质qP波斜率层析反演。研究结果表明,VTI介质中的运动学偏移/反偏移与二维VTI介质qP波斜率层析线性方程组相结合,可以实现二维VTI介质的各向异性参数重建,为VTI介质的参数建模提供了一条新的途径。
山前带浅表层结构复杂,建立准确的浅表层模型是山前带地球物理勘探关注的主要问题之一。在镇巴山前带开展了高密度二维地震调查、高密度电法、深井微测井等多种方法的浅表层调查和建模研究,结果表明,山前带浅表层结构是由相对连续的风化层、不连续的半风化层和基岩组成,等效于非均匀的连续模型,可以用连续、非均匀的速度模型来描述。初至波走时层析反演是应用较为成熟和广泛的获取近地表速度模型的技术,高密度二维地震与三维数值模拟资料应用表明,观测系统参数影响初至波走时层析反演精度的权重排序为道距、接收线距、炮点距、炮线距,其中,较小的道距是提高反演精度的关键。山前带高倾角地层出露区域采用道距≤10m、接收线距≤240m、炮点距≤20m、炮线距≤200m的观测系统,结合浅层结构约束的初至波走时层析能够提高近地表建模精度。
处理巨厚黄土塬地区的地震资料时,常规静校正方法难以解决复杂的中、长波长静校正问题,给地震资料处理成果的构造形态和信噪比带来不利影响。为此,分析了常规静校正方法效果不佳的原因;开展了针对巨厚黄土塬地区的静校正处理方法的研究,提出了标志层控制的静校正方法。该方法包括基于标志层构造形态控制的高程静校正、基于初至波叠加的中波长静校正和基于标志层修正的剩余静校正3个递进式的步骤,依次用于消除长波长静校正量、中波长剩余静校正量和短波长剩余静校正量。探讨了上述递进式静校正方法的技术流程和关键环节;参照巨厚黄土塬地区地震勘探实际情况,正演模拟含水平层和不含水平层的二维数值模型数据;分别采用标志层控制的静校正方法、层析静校正等方法进行处理,结果表明标志层控制的静校正方法在一定程度上较好地解决了巨厚黄土塬地区中、长波长静校正不准确的问题。对鄂尔多斯盆地某巨厚黄土塬地区的实际地震资料分别采用标志层控制的静校正方法和层析静校正方法进行试处理,结果显示采用标志层控制的静校正方法得到的处理成果可靠性和品质明显更高,弥补了常规静校正处理技术的不足。
地震反褶积是一种重要的压缩地震子波、提高薄层纵向分辨率的地震数据处理方法。在层状地层的假设下,反射系数可视作稀疏的脉冲序列,所以地震反褶积可以描述为一个稀疏求解问题,L1正则化被广泛用于解决稀疏问题,但近年来一些文献证明L1正则化的稀疏表达能力不是最优的。针对这一问题,基于快速发展的L1/2正则化理论,提出将L1/2正则化作为反射系数的稀疏约束进行地震反褶积处理,并使用其特定的阈值迭代算法进行求解,对单道模型的测试证实了该方法对正则化参数和噪声有较好的适应能力。简单二维模型和Marmousi2模型数据的测试结果表明,基于该方法的反演结果能较好地拟合反射系数振幅,并且对噪声干扰的鲁棒性更强,能够更好地保护弱反射系数。实际数据应用结果表明,该方法能有效消除子波影响,较好地分辨出薄层结构和透镜体结构,为地震数据高分辨处理提供了有力工具。
奥陶系碳酸盐岩断控体是塔里木盆地顺北地区重要的油气储集类型,深大走滑断裂控制着该类断控体储层的发育与分布。由于走滑断裂断距小,断控体储层非均质性强,加之沙漠地表、二叠系高速火成岩及目的层埋藏深度大等因素的综合影响,使得超深走滑断裂成像准确性差、精度低,从而制约了顺北油田的勘探开发。针对上述问题,采用多信息约束的速度建模策略,提高了速度建模精度,提升了断控体的成像品质。首先,通过精细的地震预处理消除浅表层影响,获得较高品质的叠前时间偏移成像地震资料;其次,利用叠前时间偏移成像资料开展地震属性分析,获取二叠系火成岩和深大断裂的构造和属性信息;第三,将构造和属性信息作为约束条件开展火成岩局部层析速度建模和断控体高斯束速度建模,如此反复迭代,提高了二叠系火成岩和深大断裂速度建模精度,有效消除了火成岩岩性及速度横向变化引起的假断裂,提高了深大断裂的成像精度。形成的超深断控体多信息约束速度建模方法与流程成功应用于顺北地区,实现了超深断控体储层的地震高精度成像。
正交各向异性处理方法在各向异性特征明显的复杂裂缝地区的应用效果良好,但正交各向异性介质多参数建模方法尚不成熟。首先针对正交各向异性介质特性,通过分方位速度分析确定裂缝发育方向、提取方位各向异性参数,并采用融合公式建立正交各向异性参数初始模型;然后建立方位正交各向异性层析矩阵,制定先分方位、再联合的多参数反演策略;最后建立描述地震波速度方位特性的正交各向异性参数精细模型。三维模型数据试算和实际资料处理结果表明,所建立的模型参数分布合理,与真实地质情况吻合度高,有效改善了基于此模型的OVT域成像道集拉平效果,进而提升了断裂和缝洞储层成像效果,为准确预测断裂以及AVO精细分析提供了可靠的成果数据。
我国南方页岩气地层厚度小于地震波长,陡倾角地层发育,具有较强的TTI各向异性特征,利用各向同性方法处理地震资料的结果信噪比和分辨率较低,且存在严重的井震深度误差。同时,TTI建模方法技术尚不成熟,成像方法实用化程度不高。针对上述问题,从准确的各向异性程函方程出发,推导了非双曲时距曲线方程,结合局部层析方法,充分利用测井数据,建立空间分布合理、数值较为准确的各向异性参数初始模型,采用加入综合正则化的等效参数联合层析反演方法进一步提高参数模型的精度,增加模型的中高波数信息。采用梯度法各向异性波场外推求解算法和双平台异构并行策略,实现CPU/GPU混合的TTI逆时偏移成像(TTI-RTM),有效降低了TTI-RTM成像处理的数据存储量和运算量,提高了TTI-RTM成像结果的有效性和实用性。将该方法应用于南方某页岩气探区实际地震资料处理,建立了符合地质规律、细节丰富的精细TTI各向异性参数模型,改善了TTI-RTM成像剖面的质量和精度,降低了井震深度误差,为后续储层精细描述和水平井开发提供了可靠的成果数据。
最小二乘偏移理论上能够消除采集照明不佳的影响,减少成像假象、均衡成像振幅、提高成像分辨率,然而,受实际观测炮集数据与模拟炮集数据不易匹配、迭代反演计算量过大等因素影响,三维数据域最小二乘偏移的规模化应用受到制约。为此,提出了基于双程波傅里叶有限差分反偏移方法、共轭梯度反演步长三点抛物搜索寻优方法和GPU加速偏移/反偏移核函数计算方法的三维数据域最小二乘逆时偏移技术。通过有效压制反偏移正演模拟的数值频散,提高反偏移模拟数据与观测数据匹配的一致性,采用计算量更少的迭代寻优方法和GPU算法,实现了迭代反演效率的大幅提升,在此基础上形成了一套具有实际处理能力的三维数据域最小二乘逆时偏移技术方案。将该技术应用于西部和南方两个工区的实际地震资料处理,提高了地震成像分辨率,改善了同相轴的连续性,整体成像效果优于逆时偏移,验证了该技术方案的有效性。
岩溶缝洞储集体已成为中国西部海相油气藏的重要勘探开发目标,地震“串珠”状反射被认为是该类型储集体及其组合在地震成像剖面上最直接的识别与检测标志。常规地震时间和深度偏移成像处理,利用平滑平缓的均方根速度体或层速度体对缝洞反射进行偏移归位处理,虽经多轮次的偏移速度调整,但依然不能保证每一个“串珠”反射都能达到最佳的收敛与归位。为此提出一种基于连续速度替换的地震聚焦成像技术,利用缝洞绕射归位对偏移速度的高敏感性,通过不同速度偏移归位时能量聚焦强度与绕射形态平直性,实现每一个缝洞储集体“串珠”反射部位最优偏移速度的准确检测。利用新的带有地层与每个缝洞建模的偏移速度模型,经偏移后每个缝洞体都取得最佳的收敛归位效果,同时获得缝洞等效偏移速度,模型与实际资料均展示其与钻探井的缝洞充填速度呈线性正相关。实际资料缝洞体的聚焦偏移成像处理结果表明,在整个三维数据体的每一个缝洞体“串珠”状反射上,不论是单个型“串珠”反射,还是组合型“串珠”反射,“串珠”能量明显增强、边界更加清晰、聚焦性更为突出,偏移速度相对低的“串珠”与钻探井钻遇的放空漏失、油气高产的有利缝洞储集体有极高吻合率,展示了本文方法的有效性和适用性。
塔里木盆地顺北地区高角度走滑断裂对岩溶缝洞储集体的发育起着决定性的作用。为了明确断裂的地震响应特征,针对走滑断裂的宽度、非均质程度、横向可分辨能力、断裂样式及溶洞发育形式分别进行了物理模型的构建及实验地震数据的采集分析。结果表明,走滑断裂在地震剖面上的杂乱反射能量异常特征是断裂带宽度及破碎程度的综合效应;断裂横向分辨能力与上覆地层无密切关系,主要受子波等因素影响,但如果上覆地层吸收衰减严重,则会导致频带变窄,地震波长变长,从而降低横向分辨能力;断裂带内部发育的溶洞无明显“串珠”特征,大规模溶洞及反射界面处发育的溶洞能产生“串珠”特征,但仍难与断裂产生的杂乱反射进行明显区分。通过模型响应结果与实际地震资料的对比,形成了关于顺北地区3种典型断裂地震响应特征的认识,即断裂弱反射、断裂强反射、断裂杂乱反射+“串珠”,为该地区实际断裂的识别提供了有效参考,对类似地区走滑断裂及相关断溶体的检测具有借鉴意义。
微地震监测技术通过接收储层压裂改造时岩石破裂的震源信号获取破裂点的空间位置,但是如何基于监测结果刻画裂缝的空间展布形态则是微地震解释面临的一个技术难题。为此,首先研究了基于时距交会分析的无效压裂事件识别和基于“点缝”连接准则的裂缝网络构建技术,在此基础上建立了裂缝网络构建技术流程,并利用某压裂段的监测资料进行了方法测试,最后,利用该方法对某工区压裂井进行了裂缝网络构建,并结合地层属性特征对压裂改造效果进行了评价。最终形成了压裂改造裂缝网络构建技术,建立了微地震定位结果与裂缝网络之间的桥梁,通过无效事件识别,提高了裂缝网络的合理性。四川盆地某微地震地面监测资料裂缝网络构建应用结果表明,利用压裂改造裂缝网络构建技术所构建的裂缝网络能够直观展示裂缝空间展布形态及其复杂度,揭示裂缝生长发育过程,为结合储层特征进行压裂改造效果评价提供了可靠依据。
在油气勘探开发过程中,地层破裂压力的有效预测对于评价井壁稳定性、设计安全钻井方案、压裂施工等方面有着重要作用。探讨了页岩地层的破裂压力地震预测方法:首先针对页岩地层具有强各向异性的特点,基于黄荣樽地层破裂压力预测模型,利用各向异性应力耦合因子,建立了更为全面的页岩各向异性破裂压力预测模型;其次根据岩石强度参数计算模型,利用反演得到的弹性参数和物性参数估算地层的抗压强度和抗张强度;采用基于波阻抗的地层压力预测方法获得地层的孔隙压力和上覆岩层压力;最后基于页岩各向异性破裂压力预测模型实现了页岩地层的破裂压力地震预测。将该方法应用于我国西部某页岩工区实际资料处理,得到了整个工区连续的地层破裂压力预测剖面,为该区面向靶区的钻井和水平井设计及压裂施工提供了可靠的参考依据。
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