油藏地球物理技术被认为代表了21世纪地球物理技术的发展方向,与丰富的油藏生产动态资料信息联合,提高了地球物理对油藏描述的精度,对于提高油藏的储量动用程度和提高采收率具有重要的意义。我国油气地质构造条件复杂,岩性油气藏、深层超深层、深水及非常规油气勘探开发是当前及未来一个时期内的主要勘探开发方向。针对我国油气藏特点和老油田提高采收率的需求,总结了中石化近年来油藏地球物理技术研究的主要成果,包括以多尺度资料联合高精度成像、储层反演和油藏建模为核心的油藏描述技术,以油气藏流体监测为主的动态监测及分析技术,以随钻、微地震为主的工程优化技术。讨论了技术的发展方向,注重挖掘油田开发信息,井、震、动、模等一体化联合和大数据以及人工智能应用,攻关井中地震技术,研发解释、建模油藏工程一体化应用平台,发展随钻地震、微地震及动态监测技术,推动油藏地球物理技术的发展。
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受地下介质非均匀性、非完全弹性等因素影响,实际地震资料中的地震子波具有时变特征,即子波在传播过程中是不断变化的。传统的地震子波提取方法大多基于时不变的假设,往往不能满足勘探所需的精度要求,如何从非平稳地震记录中准确提取时变子波成为近年的研究热点之一。概括总结了时变子波提取方法的研究进展,认为对非平稳地震记录进行衰减补偿和分段处理以及分别估计子波振幅谱和相位谱后再进行匹配融合是实现时变子波提取的两类主要方法。进一步的分析发现衰减补偿和分段处理难以真实反映地震记录的非平稳性,而子波振幅谱和相位谱的估计精度仍需提高。因此,下一步的研究方向应充分考虑地下复杂衰减和噪声干扰的影响,采用先进的智能信息处理技术,研发适用范围更广、准确度更高的时变子波提取方法,并应用于叠前全波形反演与深层复杂构造的成像,从而有效提高地震资料的处理精度。
可控震源超高效混叠地震采集在数据量、记录特征、作业方式等方面均较以往其它高效采集技术存在较大差异,这给野外实时质控技术带来了巨大挑战。为此,研发了一套适应于超高效混叠地震采集作业方式的实时质控技术。通过搭建光纤网络环境,分析连续记录的数据特征,搭建基于用户数据报协议(UDP)的局域网,并分析问题排列出现的时空位置与炮点的对应关系,实现了数据文件的高效传输,连续记录的数据质控,排列状态与质控信息传输以及问题炮信息的实时反馈。融合以上方法形成了超高效混叠地震采集实时质控技术,该实时质控技术在实际应用中能够快速、准确地监测出数万道有线检波器采集的排列和数据质量问题,以及受此影响的不合格炮点,弥补了以往技术不能适应超高效混叠地震采集作业方式的不足,满足了现场对质控精度和效率的要求,达到了及时提醒野外整改排列和补炮的目的,提高了野外施工质量和效率,节约了勘探成本。
根据渤海X油田气云发育区地质特征建立三维地震地质模型,模拟地震采集方式,考虑采集方向、排列长度、面元尺寸、覆盖次数以及激发频率等因素,建立了4种OBC采集观测系统。对4种观测系统利用三维声波方程分别进行正演模拟并对正演炮集数据进行克希霍夫叠前时间偏移成像。依据不同采集观测系统正演模拟得到的数据分析了气云下伏地层偏移成像剖面和时间切片,提出了5点采集建议:①沿气云短轴方向采集有利于改善下伏地层成像;②OBC束线采集方式下覆盖次数的变化主要影响气云下方埋藏较深地层的成像品质,对浅层地层的成像影响较小;③随着面元增大,地层成像质量变差,且地层埋深越大影响越严重;④低频震源激发是改善气云发育区下伏地层成像的关键;⑤加大排列长度可有效改善高陡地层的成像品质。上述采集建议在气云区实际采集中被采纳应用,新采集资料品质及成像质量相对老资料明显提高。
传统的基于三维曲波变换的随机噪声压制方法在同相轴不连续处会损害有效信号,存在伪影,难以取得理想的去噪效果,因而不能准确检测地震数据中地质体的边界信息。研究了基于自相似块匹配的三维地震资料去噪和边缘检测方法。自相似块匹配方法将含噪数据划分成相似数据块集合,同一数据块集合中的子块波形近似。该方法充分利用了三维地震数据的自相似性和冗余性信息,通过阈值界定相似程度将三维地震数据中的相似数据块聚集,将在常规域中难以压制的噪声变换到四维域中进行衰减,然后再进行逆变换得到去噪后的剖面。自相似块匹配方法有效提升了地震数据的信噪比和保真度,去噪结果无伪影。自相似块匹配Canny边缘检测结果表明,该方法很好地保存了不连续处的信息,能有效识别地质体边界信息。理论模型和实际资料的处理结果表明,该方法能有效压制三维地震资料中的随机噪声;与传统曲波变换阈值方法相比,该方法对有效信号的保护能力更强,能够保留原始数据中的不连续性信息,使基于自相似块匹配的Canny边缘检测方法能够实现对地质体边界的准确检测。
地震勘探的关键是速度分析,常用的叠前深度偏移速度建模技术为网格层析反演,但当研究区断层较为发育时,网格层析跨越断层进行,速度更新导致断层两侧速度描述不准确,从而产生断层阴影构造假象,对解释及井位部署产生影响。为此,从井震标定和精细构造解释入手,首先建立测井速度与地震层速度的关系,根据层位标定结果在时间域利用VSP速度及测井速度校正沿层层速度;然后将校正后的时间域层速度变换到深度域,将得到的结果作为叠前深度偏移的初始速度;再采用层控、断控高精度网格层析技术进行速度建模,利用深度域解释的层位和断层控制断层两侧速度的准确性;最后采用小网格层析技术提高垂向速度分析的精度,对断层两侧速度进行准确刻画。实际资料处理结果表明利用井控与构造约束条件下的网格层析速度建模技术建立的速度模型符合实际情况,叠前深度偏移结果可以较好地消除断层引起的下部构造假象。
基于拉东谱的分析提出了一种获得高分辨率拉东谱的方法,在付出很小计算代价的同时使得原始拉东谱能量收敛到中心点处,大幅提高了谱分辨率。利用改进的高分辨率拉东谱获得地下反射界面各点法线方向概率分布,并基于该概率分布提出一种获得逆时偏移角度域共成像点道集的方法。该方法通过炮点入射波矢量方向ps和反射界面法线方向pn计算入射角度并按照概率分布进行能量投影,获得角度域共成像点道集,实现了对于有反射界面区域其能量按照入射角度正确投影,进行相干加强;对于无反射界面区域其能量随机分布,相互抵消。解决了传统的基于炮点入射波矢量方向ps、反射界面法线方向pn计算地震波入射角度时在无反射界面区域能量投影不准确带来的噪声问题。采用带有一个高速岩体的二维鲸模型进行数值实验,结果表明:本文方法有效提高了拉东谱的分辨率,利用地下反射界面法线方向概率分布生成的逆时偏移角度域共成像点道集,有效压制了道集中无反射界面区域的噪声,为后续AVO、AVA分析提供了有效工具。
地震勘探中的绕射体如断层、裂缝、地层尖灭、孔洞、盐体等地质异常体是常见的油气运移通道和(或)储集体,对它们的刻画和描述在油气资源勘探中具有重要意义。在常规地震数据处理中,绕射体往往被能量更强的反射体所掩盖,为更好地识别这些小尺度地质异常体,可对绕射体进行单独成像。为此,发展了基于行波分解的绕射波逆时偏移成像方法,得到了高分辨率的绕射体成像结果。其关键在于利用绕射波和反射波传播方向的差异,单独提取绕射体成像结果。主要步骤如下:构建解析波场,对源检端地震波场分别进行分解得到下左和下右行波;修改逆时偏移成像条件,利用分解得到的下左行波和下右行波对所有入射角度的绕射体和满足Snell定律的正、负倾角的反射层分别进行成像;得到“正倾角反射层+绕射体”和“负倾角反射层+绕射体”两种成像结果,并将两种成像结果进行相关,从而达到了压制反射波,提取绕射波的目的。模拟数据和实际数据应用结果表明:该方法得到的绕射波成像结果可以有效压制反射层能量,精准定位地下介质中存在的绕射体。
实现绕射波分离成像,要利用反射波和绕射波的特征差异,不同方法所利用的特征差异不尽相同。在地下反射层位水平连续的假设条件下,基于反射波和绕射波在相干性方面的差异,提出一种基于奇异值分解的绕射波分离成像方法。首先通过炮域动校正拉平反射波,使其相干性增强,而绕射波呈现非线性形态,相干性较弱,两者在相干性方面差异明显。基于此,再利用奇异值分解重构出反射波,并将其从地震数据中减去,从而分离出绕射波。为了在有效压制反射波的同时,尽可能地保护绕射波能量,在重构反射波时采用了一种迭代的方式。最后对数据进行反动校,得到绕射波单炮记录,继而实现绕射波成像。数值模型和实际资料应用结果表明,该方法能够有效压制强反射,提高小尺度非均质体的识别精度,有良好的应用价值。
分布式光纤声波传感技术(distributed acoustic sensing,DAS)是利用光纤本身作为传感器进行信号采集的一项新兴技术,在国外井中地震勘探的应用发展迅速。为了验证DAS在井中地震勘探应用的适用性,结合DAS在井中地震采集应用实例,简述了DAS技术原理及其在井中地震勘探的实施方法,对比了DAS与常规检波器、可控震源与炸药震源不同激发方式、套管内与套管外不同布设方式的采集资料;以可控震源采集资料为例分析了DAS与常规检波器采集资料直达波振幅衰减规律、不同入射角直达波振幅响应、频谱、子波波形的差异;指出了DAS与常规检波器Z分量采集资料具有较好的一致性,可以部分替代常规检波器Z分量的采集工作;通过对比套管内悬置和套管外水泥固井两种不同光纤布设方式采集资料的直达波振幅响应,认为固井光缆具有与地层更好的耦合效果,同时不易受到井筒内因素的干扰。随着DAS技术的不断进步,凭借其高密度、全井段和高效施工等优点,DAS的应用将逐步拓展到石油勘探的更多领域。
河流相储层通常具有横向变化快、地震反射特征多解性强的特点,因而河流相储层地震预测难度大。将测井信息与地震多属性相结合实现河流相储层地震预测,传统的方法包括多元线性回归方法、地质统计学方法和BP神经网络等。人工智能深度学习方法为井震信息的融合提供了新的解决思路。通过构建井震学习样本,提出了一种基于双向循环神经网络的井震融合储层预测方法。从储层沉积连续性角度,将地震数据看成具有纵向联系的时序数据,以CD地区100余口井馆上段地层的储层和非储层为学习样本,构建双向循环神经网络储层预测方法,通过训练优选超参数建立井震融合的深度学习储层预测模型。该预测模型应用于CD地区河流相储层预测的效果显著,细小河道形态清楚,预测精度高,有效指导了CD地区的勘探部署。
利用全频带常规蚂蚁追踪技术刻画断裂易出现横向连续性不强或平面断裂格局不明显的现象,造成断裂刻画与井间动态响应匹配度低。提出了基于匹配追踪频谱分解的分频相干体技术,并改进常规蚂蚁追踪技术流程,以提高断裂刻画精度。首先,以原始全频带地震数据为基础,采用匹配追踪频谱分解技术生成一系列分频体,并利用倾角导向滤波提高分频体的信噪比;然后,采用本征相干计算方法获得不同中心频率的分频相干体,对照不同分频剖面及目的层相干切片优选出某一分频相干体;最后对二次去噪后的分频相干体应用蚂蚁追踪技术并结合井区动静态资料,反复调整追踪参数,获得分频蚂蚁体。在此过程中,合理的频谱分解和去噪处理可提高中小尺度断裂的分辨率,本征相干计算和精调参数的蚂蚁追踪可提高中小尺度断裂的识别效果。将此技术应用于塔河油田T井区碳酸盐岩储层的中小尺度断裂识别,结果表明,相较于常规技术,该技术对断裂的刻画精度高,刻画结果与井间动态连通关系匹配性好,与地质认识吻合度高。
准确描述并预测裂缝空间分布是裂缝型潜山油藏储层开发的前提条件,裂缝型潜山油藏构造复杂、断层发育、地震反射多表现为空白或杂乱反射,传统的依赖模型的反演方法难以表征复杂的潜山断裂系统。为此,提出了以测井裂缝敏感参数FICc为训练目标的深度信念网络反演方法。首先基于碳酸盐岩裂缝在测井曲线上的响应特征,综合伽马、井径等曲线,构建敏感性裂缝识别参数FICc;然后以基于优选井计算的FICc曲线作为训练目标、以井旁地震数据作为训练特征构成训练样本,通过训练深度信念网络,建立井旁地震数据与FICc曲线之间的非线性映射关系;最后将训练成熟的网络模型应用到整个地震数据体,反演得到裂缝识别参数FICc,进而预测裂缝空间分布。S区潜山裂缝预测的应用结果表明,测井裂缝识别参数FICc识别结果与成像测井裂缝识别结果基本吻合,FICc作为训练目标在S区裂缝预测中具有较好的可靠性;应用深度信念网络反演的解释结果表明S区潜山主要发育北东向裂缝,呈带状沿断层大面积发育,与熵属性刻画的裂缝发育带一致性较好,钻井吻合率达71%。
致密砂岩储层的断裂系统和裂缝发育的准确描述是油气勘探开发过程中的关键问题之一,其中发育的小尺度断裂、裂缝等地质异常体通常会在地震波场传播中产生绕射,这些绕射信息在保幅偏移后能够得到较好地保留。中值滤波技术能够利用反射波与绕射波的空间相关性差异,进行绕射信息提取。在利用中值滤波技术提取的绕射波信息基础上,进一步利用绕射波的空间相关性,采用绕射特征增强处理技术压制部分噪声,突出边缘绕射信息,从而得到更加直观的裂缝发育系统。将该技术用于鄂尔多斯盆地某实际地震资料的处理,结果表明,该技术能够有效提取断裂信息,绕射信息增强结果能够识别出研究区存在的丰富小尺度断裂,较好地刻画了断裂系统的空间展布,对致密气储层研究具有重要意义。
塔里木盆地顺北地区地表沙丘起伏大,地震信号吸收衰减严重,断溶体储集体埋藏深度大,纵横向非均质性强,因而断溶体(断裂、缝洞)成像精度不高、储层预测与圈闭描述难度大。为此,在该区系统开展了三维地震采集、目标处理、综合解释一体化技术攻关。首先,基于断溶体目标优化采集方案设计,采用中小面元、长排列、宽方位、高覆盖的观测系统,尽可能保护断裂绕射、缝洞体低频信息,提高采集数据质量;其次,在保幅、保真的前提下,建立了以“三层一带”精细速度建模为核心的断溶体成像技术,提高缝洞及不同尺度走滑断裂带的成像精度;再次,依据断溶体储层类型及反射结构特征,建立了走滑断裂带及断溶体储层地震识别模式,开展储层敏感属性分析,形成针对断溶体外部轮廓、内部不同类型储层的一系列储层预测及流体检测技术;最终,建立了“张量属性定轮廓、振幅属性定边界、融合雕刻定体积”的圈闭落实与描述技术,形成了“打主断、过异常、穿核部”目标优选与井轨迹优化设计技术。探区多口钻井实现了油气重大突破,证实了顺北沙漠区超深断溶体油气藏三维地震勘探技术的有效性及适用性。
识别裂缝是油气储量评价和产能预测的关键。目前识别裂缝主要采用基于人机交互的方法,该方法耗功耗时且易受主观因素影响,因而对裂缝的识别不够精确。为此,提出利用条件生成对抗网络(CGAN)识别图像中的裂缝。CGAN通过训练给定的图像和对应标签图像,提取训练图像和标签中的特征,以此特征识别图像中的信息。利用CGAN识别模拟图像中的正弦形态裂缝,识别裂缝准确率达93.4%。CGAN对地层微电阻率扫描成像(FMI)图像中的水平缝和低角度缝识别准确率为90%。研究结果表明,和蚁群算法相比,CGAN是一种效果好、速度快及抗干扰能力强的计算机自动识别裂缝方法。
时频分析方法是处理阵列声波测井数据的有效手段,但不同时频分析方法特性不同,处理效果也存在差异。为此,利用经验模态分解(EMD)将单点的实测声波全波列分解为有限个固有模态函数(IMF)分量,再采用短时傅里叶变换、Choi-Williams分布、平滑伪Wigner-Ville分布及重排谱图处理原始的声波全波列和前3个IMF分量,并从时间分辨率、频率分辨率和交叉项干扰3方面对比这4种方法的优缺点。结果表明:前3个IMF分量表征了声波全波列中不同的模式波,而4种方法均无交叉项干扰影响识别模式波的问题,其中重排谱图的时间分辨率、频率分辨率最高。引入时频分布的边缘特性,利用基于EMD的4种方法处理干层、水层、油水同层、油层井段的声波全波列,结果表明重排谱图使能量聚焦明显,能较清晰地显示能量很低的纵波,波峰时间、主频的定位更精准,对不同流体性质储集层的区分效果最好,进一步验证了重排谱图的优势。
瞬变电磁井间涡流激发的二次场响应可以用于井间剩余油的检测,为提高剩余油采收率,提出基于全空间几何因子的井间勘探方法。利用铝板与全空间放置的发射和接收线圈进行瞬变电磁井间勘探实验,首先将有铝板存在和无铝板存在时接收线圈测量的瞬变电磁总响应相减去掉直接耦合信号,得到只与空间导电介质有关的涡流激发响应(该响应即为井间勘探的有用信号,与地层电导率成正比,可以用来反演地层电导率),然后用涡流激发响应的极性间接地对全空间几何因子极性特征进行定性实验验证,即全空间几何因子在发射或接收线圈两侧极性相反。利用全空间几何因子理论以及井间涡流激发响应解析解进行正演模拟,并与空气以及地层中实测得到的涡流激发响应波形进行对比,从而定量地验证了全空间几何因子在计算井间涡流激发响应时的可行性。通过改变发射与接收线圈的源距,发现了瞬变电磁全波响应以及与铝板有关的井间涡流激发响应幅度随源距的增大而逐渐变小的客观规律,即源距改变,接收线圈对涡流激发响应的灵敏度随之改变。
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