中国煤层气资源潜力巨大,是我国天然气增储上产的重要领域之一,煤层气的勘探开发是中国化石能源资源禀赋的选择和国家需要,对保障我国能源安全和经济社会发展意义重大。系统概述了煤层气勘探与开发技术体系内涵,评述了现有关键煤层气地质评价技术进展,前瞻了不同地质情景下煤层气开发利用的重要方向与发展前景。取得以下认识:煤储层关键地质要素对煤层气富集具有重要影响作用;煤层气开发工程与煤储层特征存在适配性关系,多种常规与非常规表征技术的结合对煤储层进行系统化、精细化、超微观化的定量表征,将是今后煤储层表征的发展趋势;分析探讨了高煤阶煤层气和中低煤阶煤层气现有勘探开发中存在的问题,指出建立与煤层气地质条件相适应的适配性技术是煤层气增产的关键;论述了构造煤煤层气与深部煤煤层气特殊地质储层特征及成藏模式,强调复杂地质条件下的煤层气开发应是资源地质条件和开采技术条件两大类的系统工程;煤系气与卸压煤层气新领域的高效勘探开发、煤层CO2地质封存与煤层气强化开发(CO2-ECBM)技术是当前碳中和背景下煤层气优先发展的重要领域。
美国的页岩油气革命深刻影响和重塑了世界油气行业的战略版图,中国陆相页岩油也获得突破性进展。中国陆相页岩油的特殊性与复杂性使物探工作面临巨大挑战。中国陆相页岩油具有“甜点”层段厚度小、岩相复杂等特点,页岩油的产出与页岩纹层发育等因素密切相关,“甜点”要素的预测方法仍不成熟。在分析陆相页岩夹层型、混积型、纯页岩型油藏基本地质特征的基础上,探讨了陆相页岩油物探技术需求及技术对策。强调了物探资料采集、资料处理、偏移成像的基础作用,指出应大力发展既可以提高物探采集效率又能满足页岩油“甜点”预测需求的地震采集新技术,强调了在资料处理与反演等环节应充分发展并应用各向异性的理论和方法。考虑到岩石物理分析的基础性作用,指出应加强数字岩石物理技术的研究与应用。基于页岩油藏“甜点”要素的地震参数响应复杂,且与弹性参数关系复杂的事实,提出应加大人工智能技术在页岩“甜点”预测中的应用研究。
传统的有线地震资料采集技术发展至今,形成了“高密度观测+可控震源高效采集”的有线仪器地震采集技术,在国内各个探区得到了广泛应用并取得较好效果,但在施工中暴露出有线仪器排列容易中断、复杂工区布设困难、效率提升难、高密度采集成本高等问题。为克服有线仪器带来的一系列问题,引入无线节点仪器,开展了无线节点现场实施技术、可控震源生产控制(VPM)系统高效采集技术和质控技术等方面研究,形成了无线节点采集技术序列。该技术在准噶尔盆地页岩油高分辨率勘探和山前复杂构造勘探中的应用结果表明,无线节点采集技术生产日效比有线采集技术提升了50%以上,是一种可以提升中浅层分辨率和深层构造成像的最新地震采集技术。该技术在成本基本不变的条件下,采集的资料品质得到了提升,推广前景广阔。
传统的地震资料拓频方法大多采用反褶积、反Q滤波等方法,对中高频进行补偿以拓宽地震频带,但上述方法在低频拓展方面效果不太理想。在压缩感知框架下,利用反射系数反演研究了在频带双向拓宽的基础上提高地震资料分辨率的方法。首先根据压缩感知理论,利用反射系数的稀疏性和地震资料的可压缩性,构造了稀疏规则算子约束下的目标函数;然后通过快速软阈值迭代法反演反射系数,利用反射系数频谱中的低频及高频成分补偿地震资料的频谱,实现地震资料频谱的重构;最终达到频带双向展宽以提高地震资料分辨率的目的。模型及实际地震资料测试结果表明,利用上述方法可同时对低频端和高频端进行双向拓宽,在不改变原始地震剖面特征的同时,可以使地震资料有效频带拓宽20Hz以上,并且提高了地震资料识别薄储层的能力,为“两宽一高”地震资料处理提供了技术支撑。
在有限差分方法中,利用优化算法来优化差分系数进而压制数值频散是一种直接且高效的策略。在常用的优化算法中,雷米兹交换算法相比于其它算法在拓宽差分系数有效带宽方面具有更显著的效果,但是该方法在低波数段会产生强烈的频散误差。为了压制雷米兹交换算法在低波数段的频散误差,且保留较宽的有效带宽的特点,提出了一种基于雷米兹交换算法和拉格朗日乘数法耦合的优化差分系数方法。首先根据雷米兹交换算法计算差分系数,再计算该差分系数频散曲线的零点,之后利用频散关系和零点构建约束条件,最后用拉格朗日乘数法求解二范数目标函数和约束条件并得到优化差分系数。频散测试和数值模拟结果表明,该方法具有较宽的有效带宽和低频散误差的优点。复杂模型试验表明该方法在空间步长较小的情况下,对频散的压制效果优于雷米兹交换算法和最小二乘算法。
针对泌阳凹陷下二门地区地表起伏大,泥质白云岩发育,速度横向变化快,地震反射层位与钻井层位深度误差大,构造高点与控制圈闭的小断层难以落实等难点问题,在成像处理中采取以下方法技术,利用微测井约束层析反演提高近地表速度建模精度;采用高密度小步长沿层百分比扫描、井速度趋势约束提高均方根速度场精度;采用速度场低频趋势约束与地震解释层位约束的方法进行层析反演,构建深度域初始层速度模型。结合射线密度分析、低降速带及高速层的速度分析,将微测井约束层析反演得到的近地表速度模型与中深层速度模型进行融合建模。为了消除各向异性引起的深度误差,利用各向同性速度场以及深度误差生成多属性数据库,对比分析深度域地震解释层位与钻井层位深度吻合性,不断更新各向异性速度、δ与ε模型,直到各向异性成像横向不出现构造异常点,纵向井震层位深度误差小于10m为止。依据各向异性速度场进行各向异性叠前深度偏移处理,提高了井震匹配关系以及地震资料信噪比、保真性和断裂成像精度。通过对各向异性叠前深度偏移数据体进行解释,发现了一批断块圈闭,在圈闭高点部署的B437井、B443井、B449井获高产油流。
页岩气储层具有明显的层理结构,其弹性性质呈现典型的VTI介质各向异性特征。为了实现面向页岩气储层的叠前多参数稳定、可靠反演,提出了一种稳健的基于VTI等效介质AVA反演的储层弹性模量与裂缝弱度参数评价方法。该方法以新构建的四项模型参数表征的VTI等效介质反射系数方程为基础,基于贝叶斯反演理论以及属性之间的数学关系,获得储层的纵波模量、剪切模量、密度和裂缝弱度等4个参数,以表征页岩气储层的弹性特征和裂缝发育特征。测井和实际资料的测试与应用表明,反演结果与测井解释结果一致,且反演结果稳定性好。该方法能够合理可靠地从叠前地震数据中反演得到储层弹性模量和裂缝弱度参数,以实现页岩气储层特征的精细描述与刻画。
渤海A油田明上段河道砂体发育,是渤海唯一动用明上段地质储量的区块,但该工区地震资料采集时间早,资料中低频成分严重缺失,工区现有地球物理资料中明上段储层地震响应弱,根据这些资料无法指导水平井的部署与实施。为了恢复明上段储层的地震响应特征,指导明上段储层开发,开展了基于压缩感知和稀疏反演的储层预测研究。在用压缩感知理论求得反射系数序列后,将其变换到频率域,然后使用重构算法将反射系数序列的低频成分补偿到地震数据中,实现地震数据的低频补偿。对低频补偿后的地震数据进行波阻抗反演,所得反演结果改善了明上段储层的地震响应,反演剖面上储层顶、底界面相较于现有资料变得更易识别,与已钻井结果对比验证了研究成果的正确性。利用该研究成果,指导了渤海A油田明上段储层的井位部署,在油田开发中获得了较好的应用效果。
地应力预测是长期困扰页岩气勘探研究的难题之一,目前针对地应力预测缺乏有效的方法技术。物质点法地应力差异性预测能够求取代表应力梯度初始分布的相对地应力差。结合丁山构造背景应力场条件和天然裂缝发育情况,利用反演计算获得的弹性参数构建物质点,模拟该地区龙马溪组地应力差分布情况。实际应用结果的对比分析表明,物质点法具备对局部地应力差预测的能力,能够预测局部地应力差。丁山地区受多期次构造运动影响,构造主体地应力差相对较低,主体内部北东和北西两个方向地应力差异较大。同时由于地应力释放程度存在差异,因而平行断裂走向且距离断裂相对较远的位置更有利于水平井轨迹设计及后期进行压裂改造。
了解柴达木盆地英西41井区水平井体积压裂效果和人工裂缝发育情况,评价储层改造的有效性和天然裂缝带对储层改造的影响,对英西地区的储层再认识和压后求产至关重要。目前存在对人工裂缝网络认知不清楚和天然裂缝对人工裂缝的影响程度认识不清楚的问题。储层改造方案采用可溶桥塞套管多簇多段体积压裂工艺,利用微地震裂缝网络监测成像技术实时监测和评价天然裂缝带对储层改造效果的影响程度,并现场实时调整合理的压裂施工参数,微地震和地震属性联合解释评估天然裂缝对储层改造的影响以及天然裂缝与人工裂缝的关系,解决了人工裂缝网络认识不清楚的问题。结果表明,天然裂缝带对微地震事件响应特征和储层改造效果有影响。在水平井体积压裂改造下,裂缝网络成像显示研究区S1井人工网络与天然裂缝带相互沟通,并形成了复杂裂缝网络,增大了流体渗流通道,达到了储层改造的目的,压后投产产油量较高,为研究区增储上产和长期高效稳定开发提供了技术支撑。
纯横波地震资料不受流体影响,故可以有效消除气云的影响进而实现地质构造的精确成像。在纯横波地震资料与纵波地震资料的频带宽度及主频相近的情况下,由于横波传播速度较低,故纯横波地震资料的纵向分辨率要大大高于纵波地震资料的纵向分辨率。为此,首先从恢复气云区成像、提高断层识别能力、提高纵向分辨率3个方面分析纯横波地震资料的优势;接着详细介绍了纵波、纯横波联合解释,主要包括纯横波叠前AVO同步反演的基本原理和纵波、纯横波联合解释关键技术;最后,以柴达木盆地三湖凹陷驼峰山地区纵波和纯横波地震资料为例,展示了纯横波地震资料的实际应用效果。结果表明,利用纯横波地震资料的优势在气云区开展纵、横波联合地震解释,能够准确识别气云区断裂的展布特征,实现气云区的地质构造精细解释;利用纵波和横波叠前AVO同步反演技术进行砂体储层描述和含气性预测,能够有效提升该区薄互储层预测的纵向分辨率及精度,岩性气藏地震识别成果突出。
部分海上探区发育不稳定分布的高速底砾岩,其在地震勘探过程中对下伏地层的成像产生强振幅屏蔽,导致地震资料品质降低,不利于构造、储层、储量的精细研究及油气开采。首先对被屏蔽层位的深度和底砾岩的长度、厚度、层数以及速度分别建立了一系列正演模型;然后对不同速度模型的正演模拟数据进行振幅屏蔽特性分析,沿层位进行振幅值的统计,生成沿层振幅曲线;再量化分析影响振幅屏蔽强弱的因素及屏蔽范围,结果发现高速底砾岩下伏地层随着深度的增加,所受到的振幅屏蔽效应逐渐减弱,底砾岩介质中波的传播速度越高,对下伏地层的振幅屏蔽越强,引起的下伏地层反射能量强度变化最高可达60%;最后分别从地震数据采集和处理两个角度,针对屏蔽区域的能量补偿问题,提出了“增加照明范围”和“Q-RTM”两个技术方案,并以正演地震数据和实测地震数据验证了方案的有效性。
针对井周深部储层评价问题,采用深探测反射波测井成像方法,利用Shearlet变换去除阵列声波测井数据中的滑行波,从而准确提取高分辨率反射波,结合井周层析速度成像获取径向速度剖面分布,进而优化偏移算法以改善井周反射界面成像效果。该方法可以对井眼周围几十米范围的地层界面、裂缝、溶洞、流体分布和岩性等进行成像,并在此基础上评价井周小尺度地质构造、识别储层和监测裂缝发育情况。将该方法用于多个油田实际测井数据处理,结果显示,深探测反射波测井成像方法的探测深度可达到30m,分辨率达到20cm,可以利用不同反射体同相轴的特征不同,直观观察压裂对储层的改造效果和井周流体分布状态,实现对地震成像的有效细化,在页岩气层产能评价中取得了突出效果,展示了巨大的潜在应用价值。该方法的发展方向主要集中于:①在油气资源勘探开发评价中,针对储层裂缝、溶洞以及流体分布,研究反射方位信息的获取和成像方法,以有效指导压裂方位的确定;②充分利用不同方位接收器记录的反射波信息,对井周反射体、岩性和流体分布进行三维成像,为深地油气资源探测提供有力的新工具;③由于沿井壁传播并在层界面、过井裂缝等位置产生的反射波未携带地层深处的有用信息,对反射成像产生干扰,因此,开发基于不同地层波速的自适应井壁反射波滤除方法是亟需研究的问题。
湘西北地区牛蹄塘组发育了一套富有机质优质页岩,但对其岩石物理特性研究较少。以HY1井与CY1井页岩为研究对象,通过低频核磁共振、频谱激发极化实验,结合矿物分析、扫描电镜观察等手段,对下寒武统页岩的孔隙特征和岩石电学特征进行了研究。结果表明,HY1井页岩T2呈不连续多峰分布,有明显波谷,以微孔与中孔为主,连通性较差;CY1井页岩T2呈连续多峰分布,无明显波谷,孔隙类型多样,大孔广泛发育且连通性较好。 核磁共振(NMR)与频谱激发极化实验(SIP)测试发现,下寒武统页岩没有明显的相移谱峰值,电导率实部与NMR孔隙度、渗透率都没有明显的相关性。在HY1井页岩中,电导率虚部表现出较为集中的分布特征,CY1井页岩电导率虚部表现出较为分散的分布特征,表明两口井页岩孔隙结构相似,但孔隙复杂程度不同。在建立SIP与NMR响应参数相关性时,发现常规电导率虚部与T2ML计算的比表面积间没有明显相关性,而电导率虚部与地层因子的乘积与比表面积有很好的相关性,表明研究区页岩具有复杂的孔隙特征和强烈的各向异性,而在下寒武统地层,地层因子在改变页岩电导率的过程中起着至关重要的调节作用。
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