回顾了中石化在塔里木盆地油气勘探的历程, 总结了经验、教训, 明确了中石化在塔里木盆地取得的三大油气勘探成果。梳理了塔里木盆地不同探区、不同类型油气藏勘探难点, 总结了主要物探技术进展及应用成果。油气勘探实践结果表明, 大油气田的发现离不开勘探理论创新和技术进步, 特别是三维高精度地震勘探技术。面对更深、更小、隐蔽性更强的勘探目标, 提出了需要夯实地震波场发育机理基础研究, 发展超深层低信噪比区高精度地震采集技术, 攻关低序级断裂、小尺度缝洞目标处理技术及山前复杂速度场条件下构造成像技术, 探索人工智能技术、叠前叠后联合应用技术在强非均质性碳酸盐岩缝洞储层预测及油气检测中的应用研究。
尽管高精度三维地震采集取得了巨大的成功, 但面对更复杂地质体时, 探索能同时进行连续界面反射及随机介质散射的全波场地震采集的方法依然十分重要。地震采集面临两大困难, 一个是不存在同时满足大倾角界面反射波与小尺度介质散射波的单一观测系统, 即现有野外排列并不能对散射波充分采样; 另一个是面对小尺度介质产生的地震波散射, 不能同时满足横向分辨率与最小介质尺度对空间采样的要求, 认为对小尺度介质进行充分采样无效。在引入量子力学概念后, 地下非均质体与地震波的传播构成量子系统, 散射波被视为概率波, 空间采样密度便不再受限制。全波场地震采集是均衡获取多态式地震波的过程, 由于不能靠稀疏、规则的采样方式获取, 概率波采集需要满足遍历性, 宜采用共中心点道集离散化技术, 基于多观测系统设计和炮道密度控制的细分面元方法实现。考虑到地震散射波信号弱, 存在局域性和不确定性, 应选择小面元、小道距、小偏移距、近偏高覆盖和炮点与检波点局部随机布设等采集参数。全波场地震采集方式灵活, 支持同期、多期镶嵌或井场连续地震采集, 有效信号更丰富, 背景噪声更低, 地震波信号的频率范围更宽, 而且经济上可以接受且物理可实现。
基于偏移成像分辨率对观测系统进行量化评价, 可在地震采集设计阶段为获得最佳成像效果提供保证。目前基于偏移成像分辨率的观测系统评价方法以双聚焦分析为主, 其实现过程包含了波场延拓, 因而导致双聚焦计算效率低。针对常规双聚焦分析方法效率低的缺点, 对其进行如下改进: 首先利用基于有限频斯奈尔定律和粘弹介质模型的高斯束正演得到目标点的CFP道集, 再根据计算得到的旅行时, 将CFP道集在目标点平面内进行检波点和炮点双聚焦, 最后以聚焦主能量的宽度作为偏移成像分辨率对观测系统进行评价。改进后的双聚焦分析方法在射线追踪时考虑了菲涅尔带的影响, 同时在动力学追踪时考虑了品质因子的影响以及子波主频的变化, 因此计算结果更为真实可靠。该方法原理与叠前深度偏移一致, 模型应用结果表明, 该方法能够高效、可靠地针对地下某一目标点或目标层进行观测系统偏移成像分辨率量化评价, 对于复杂地质目标的三维观测系统设计具有较高的应用价值。
弹性波波场解耦是各向异性弹性波逆时偏移的关键环节之一。基于Helmholtz分解的波场解耦方法和基于时空域各向同性的波场解耦方法在各向异性介质中解耦不彻底, 解耦后纵横波存在串扰; 波数域各向异性波场解耦方法由于在每个时间节点需要进行傅里叶变换而导致计算量巨大。为此, 将横向各向同性(VTI)介质中弹性参数分解为纵波参数和横波参数, 分别将纵波参数和横波参数代入弹性波方程得到解耦的纵、横波方程, 从而在波场延拓的过程中实现纵、横波矢量分解。该方法计算量小, 无需进行振幅和相位校正, 有利于各向异性弹性波逆时偏移。采用简单模型对弹性波波场分离效果进行了测试, 发现分离结果中存在少量残余。对分解后的矢量波场抽取单道波形进行残差分析, 并利用标准模型进行弹性波逆时偏移成像测试, 成像结果反映界面信息一致且信噪比较高, 对复杂构造如断层、褶皱等的刻画清晰, 没有明显的成像假象以及深度不一致等现象, 测试结果表明了该方法的有效性。
海上三维地震数据采集中, 地震数据的欠采样问题使得目前大多数的鬼波压制方法的效果受到限制。针对欠采样三维海上地震数据, 通过波场外推原稀疏采集的地震波场来重建指定位置的密集地震波场, 利用不同位置密集波场, 通过回响分离方法求解水面密集鬼波波场, 进而求解原始位置的稀疏鬼波波场来解决鬼波压制问题。该方法能够兼顾三维数据欠采样问题和鬼波压制问题, 从三维意义上遵循地震波的传播规律, 目标是最小化实际数据与模拟波场之间的差异, 解决密集采样波场稀疏外推问题的不确定性, 最终达到压制鬼波、改善地震资料品质的目的。理论数据试算和实际数据处理结果表明, 基于密集采样波场重建的三维地震数据鬼波压制方法可以很好地解决三维海上地震数据的欠采样问题对鬼波压制效果的影响, 从而很好地压制鬼波, 改善地震资料波场品质, 提高地震资料分辨率。
在地震数据去噪处理中, 曲波变换硬阈值法容易导致弱同相轴模糊, 为此, 提出了一种基于曲波变换-联合双边滤波的地震随机噪声去除方法。曲波系数尺度分析结果表明, 粗尺度信号主要表征地震数据构造特征; 中尺度信号通常包含大量的弱同相轴的信息; 细尺度信号通常包含噪声信息。曲波变换-联合双边滤波方法对粗尺度信号进行双边滤波处理, 对中间尺度信号进行联合双边滤波处理, 对细尺度信号应用硬阈值处理。曲波变换可以较好地处理多方向的线状变化特征, 而联合双边滤波具备引导图, 可以修复有效信息的关键特征, 提高弱同相轴的连续性。叠前和叠后数值模拟测试和实际地震数据处理结果表明, 曲波变换-联合双边滤波方法的去噪结果优于曲波变换硬阈值法和小波变换方法, 具有更高的信噪比和峰值信噪比。该方法克服了曲波变换硬阈值法的局限性, 不仅能够较好地去除随机噪声, 而且增强了弱同相轴的能量, 提高了弱同相轴的连续性。
在地震偏移成像过程中, 成像精度依赖于速度模型, 因此偏移速度分析对高精度叠前偏移成像至关重要。基于高频近似下的逆散射成像条件, 提出了基于剩余曲率分析的转换波弹性波动方程偏移速度分析方法。首先基于高频近似下的逆散射成像条件, 采用逆时偏移近似估计转换S波散射位, 然后结合入射P波和转换S波散射位, 重构得到上行转换S波, 最后利用伴随状态法导出剩余时差关于波速的梯度。基于逆散射成像条件, 有效保证了弹性波动方程偏移速度分析中梯度的稳定求解。数值实验表明该方法导出了高质量的梯度。初步测试表明反演的速度模型有效地校平了共成像点道集, 改善了成像质量。此外, 剩余时差曲率智能识别等技术简化了中间处理流程, 构建的智能化速度分析框架有望提升计算效率。
地震数据处理过程中压制随机噪声是提高地震数据质量的重要环节之一, 其关键是有效压制噪声并尽可能地保留有效信号。针对深度学习方法在地震数据去噪处理时局部特征提取的局限性, 提出了一种基于密集扩张卷积残差网络(DDCRN)的去噪方法。DDCRN主要由多个密集扩张卷积特征融合块(DDCFFB)构成, DDCFFB内部的密集块和多尺度扩张卷积可以用来并行提取特征, 融合结构可以用来融合特征, 残差结构则跳跃连接通道数。其中, 密集块连接不同的卷积层来学习特征, 关注局部特征的传播和重用, 高效提取复杂信息; 多尺度扩张卷积扩大感受野, 增加特征提取范围; 残差学习则加快网络训练的收敛速度。分别采用K-奇异值分解(KSVD)、频域-空间域反卷积(f-x decon)、去噪卷积神经网络(DnCNN)、U型网络(Unet)以及DDCRN去噪方法对合成地震数据和实际地震数据进行去噪处理。结果表明, DDCRN去噪方法不仅能更有效地压制随机噪声, 同时还能更完整地保留同相轴的连续性。
复杂地质条件下, 有效提高页岩气井的压裂效果是页岩气井增产、提效的重要手段。通常情况下, 用于压裂模拟的数值模拟计算采用的是有限元方法, 但是该方法在地层变形较大和断层裂缝较发育处存在网格畸变的问题, 导致压裂模拟结果与实际压裂结果不一致, 降低了页岩气开发效率。为此提出了一种能够综合利用地震、地质和测井等资料进行地震-地质-工程一体化压裂模拟的技术, 并采用物质点法进行数值模拟计算, 有效避免了上述问题。该技术主要利用成像测井数据构建反映裂缝程度的裂缝面密度曲线, 然后应用模糊数学算法对多种裂缝敏感属性进行排序优选, 并利用模糊神经网络算法进行天然裂缝的人工智能建模, 最终应用裂缝建模结果并结合物质点法进行水平井段压裂模拟, 得出有利的压裂区和压裂效果。该技术在J研究区进行了应用, 完成了典型井J1井和J2井的地震压裂模拟, 对比了J1井压裂模拟效果与实际压裂效果, 结果一致性较好。该方法可以为实际压裂施工提供方案设计指导, 对页岩气开发降本增效具有重要的现实意义。
地震数据中常存在强反射背景, 例如灰质成分或因泥岩脱水等作用形成的高速层反射、煤系地层反射等, 这些强反射屏蔽了储层的有效反射信息, 使目的层反射较弱, 影响了储层预测效果。为消除地震反射强能量对目的层反射特征的影响, 通常采用以雷克子波作为基本原子的匹配追踪方法, 由于雷克子波存在旁瓣, 在去强反射同相轴时会对旁轴产生干扰。为此, 提出一种基于Gauss子波的匹配追踪强反射屏蔽分离方法。Gauss子波没有旁瓣, 而且具有控制参数少、能量集中的优点, 在去强反射的同时不会对旁轴产生影响。该方法首先将Gauss子波作为基本原子建立动态子波库, 其次利用层位信息获得强反射同相轴波峰波谷位置, 然后依次对强反射同相轴的波峰波谷分别进行分解重构。通过设置残差阈值控制迭代次数, 且每次重构时去除与地震强反射分量最大相关的分量, 以达到消减强反射屏蔽的目的。设计了一维和二维强反射屏蔽模型验证了方法的适用性, 理论模型和实际数据应用结果表明该方法能有效消减强反射屏蔽, 突出强反射周围的弱反射信息, 且分解后残余能量较少, 不会对旁轴产生影响。
储层含油气后, 地震数据的振幅、频率等信息会发生变化, 这为利用地震数据进行油气识别奠定了基础。根据互补集合经验模态分解(CEEMD)算法能够自适应分离出复杂信号的局部特征信息的优势, 提出利用该算法提取地震数据中的烃类信息。分别采用经验模态分解(EMD)算法、集合经验模态分解(EEMD)算法以及CEEMD算法对MarmousiⅡ模型合成记录及实际测井数据合成记录进行分解, 发现: 基于EMD算法得到的各阶固有模态函数(IMF)分量与油气无明显对应关系; 而在基于EEMD算法和CEEMD算法得到的IMF分量中, IMF1分量能够突出油气层的地震响应, 压制非油气层处的地震响应, 但在集成次数较少时, EEMD算法对应的IMF1分量受白噪声影响较为明显。相比EMD算法、EEMD算法, 在较少计算量下, 基于CEEMD算法得到的IMF1分量能够高精度刻画烃类的分布范围。最后将该方法应用于渤海A油田, 根据该方法得到的烃类识别结果, 部署A2井落实油水界面, 该井实钻0.9m油层、1.3m油水同层及6.1m水层, 钻前预测结果与实钻结果基本一致, 证实了方法的可行性与有效性。
经过数十年的勘探开发, 塔里木盆地塔北地区奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏勘探开发已由早期的大尺度缝洞向小尺度缝洞迈进。如何精细刻画缝洞的轮廓、缝洞内幕结构以及识别小尺度缝洞成为现阶段油田增储上产的关键。常规叠前时间偏移、深度偏移以及逆时偏移地震数据体的纵、横向分辨率难以满足上述需求。基于高频段分频叠前时间偏移成像数据体, 经过振幅属性与地震反射强度交流分量属性的对比, 优选地震反射强度交流分量属性数据体, 应用三维可视化技术, 有效刻画了不同尺度缝洞的空间展布。将该技术应用在塔河油田某三维工区80km2实际资料的解释, 结果表明, 与基于常规叠前时间偏移数据体的缝洞识别结果相比, 此项技术不仅可以提升大尺度缝洞轮廓的刻画精度, 还可以判别缝洞组合体的内幕结构。更重要的是, 该技术大幅度提升了小尺度缝洞的识别精度。该研究成果对塔北地区今后增储上产和井位部署具有广泛的应用意义。
四川盆地井研地区中二叠统栖霞组白云岩储层取得突破, 但其储层类型多样、非均质性强, 不同类型储层地震响应特征及平面分布规律不清, 制约着该区下一步油气勘探方向。在区域地质背景研究基础上, 利用钻井、测井、地震等资料建立不同类型、不同厚度、不同发育位置的白云岩、白云质灰岩储层正演模型并进行正演模拟, 总结影响栖霞组内部地震反射特征变化的主要因素, 建立不同类型储层识别模式; 利用已钻井岩性组合、测井相、地震相分布和古地貌高、低起伏变化确定白云岩储层发育有利相带; 利用波形分解与重构技术和振幅属性定性区分白云岩、白云质灰岩或灰质白云岩储层的平面分布, 利用有色滤波波阻抗反演技术定量预测不同类型储层的空间分布; 综合地质和地震预测等结果圈定栖霞组储层发育有利区, 明确有利勘探目标。研究结果表明, 井研地区位于川中古隆起南缘, 栖霞组不同类型储层受古地貌控制明显, 古地貌越高白云岩化程度越高, 厚大白云岩储层主要分布在工区西北部, 薄层白云岩、白云质灰岩或灰质白云岩等储层主要分布在工区南部和东北部, 储层发育有利区与构造、溶蚀裂缝发育的叠合区是下一步油气勘探的有利目标区。
川中-川西地区沙溪庙组储层属于致密砂岩气藏, 具有岩石成分复杂、孔隙度低且结构复杂等特点。在构造运动作用下形成了多压力系统共存现象且地层压力在纵横向不同砂体之间变化大。针对沙溪庙组地层压力纵横向不同砂组之间变化大的情况, 提出了一种分类地层压力预测方法。根据实测地层压力数据, 在Shaker划分基础上进行垂向压力单元划分, 利用垂深、电阻率、孔隙度、三孔隙度比、含气饱和度与地层压力系数的相关性, 构建综合压力指数图版对地层压力分类预测, 图版分为超低压图版和常压低压图版两类, 先利用综合压力指数和垂深建立的超低压图版判断压力类型是否为超低压, 属于超低压则应用下伏泥岩吸水原理建立的模型实现超低压压力预测, 不属于超低压则利用常压低压图版判断其压力类型。对比Eaton法、Fillippone测井法以及有效应力法对常压和低压压力的预测结果, 选取Eaton法来预测该类型压力。图版分类符合率达到了85%, 地层压力系数总体预测结果与实测结果符合率达96.15%, 为沙溪庙组地层压力垂向上的分区分类计算和地震地层压力预测提供了刻度基础。
川东南地区茅口组岩溶异常体尺度小, 且多与断裂有关, 其地震反射特征不明显, 加之受限于上覆地层的强同相轴屏蔽, 因而地震资料分辨率不高, 识别难度较大, 预测精度不高。为此, 探索了基于地震波形分解的岩溶异常识别技术。与常规地震数据处理方法存在基函数选取复杂、信号混叠等问题不同, 变分模态分解技术具有分辨率高、分解信息完备等优势。基于基追踪方法, 首先采用该技术对地震数据进行全频带分解, 得到不同波形特征的模态分量, 再利用相关性系数对分量进行分级, 去除最大分量以削弱研究区龙潭组底界强信号层的能量影响, 选取能够表征异常特征的分量进行重构。处理后的地震数据可以有效削弱强反射层屏蔽的影响, 凸显下部岩溶的横向异常, 提高断层和岩溶的识别精度。基于处理后的地震数据体进行属性分析, 以完成对研究区岩溶异常带的综合识别。实际应用结果表明: 地震弱响应信息能在地震数据波形分解后得以呈现。利用实钻资料对上述应用结果进行验证, 结果表明该技术具备良好的应用效果, 对研究区后续岩溶储层预测具有一定的参考意义。
根据储层岩石学特征分析认为渤中B油田致密储层的主要成因为原生沉积成岩后期强压实、强胶结作用; 致密储层中局部发育相对高渗甜点储层的控制因素是沉积微相; 该地区致密砂岩中局部甜点层与致密储层的岩石物理特征差异较小, 常规地球物理方法难以区分二者。依据沉积砂体成因类型的差异, 总结了致密储层中高渗甜点层垂向叠置变化模式, 指导建立了不同储层厚度、甜点层厚度、甜点层位置、甜点层非均质性变化的等效甜点层典型模型, 并对该模型进行正演。根据反射特征差异, 遴选出对不同叠置地质模式敏感的地震属性, 并形成多敏感属性组合图版, 再利用有井监督的地质模式匹配方法预测甜点层。将致密层中不同甜点层叠置样式的地震多敏感属性组合图谱库与实际地震属性进行模式匹配, 优选和标识出实际致密层中甜点层的叠置样式组合。将上述方法应用于渤中B油田甜点层的预测, 预测结果与实钻结果吻合率较高。该方法提高了利用地震属性进行甜点预测的准确性, 为低渗致密砂岩的评价和开发提供了参考。
近期, 川中地区JT1井在震旦系—古生界钻遇多套厚层滩相储层, 井旁地震剖面可见基底断裂发育, 该井多层系测试均获得油气发现, 展示出川中地区立体勘探潜力。利用最新高品质二维和三维地震、重磁、时频电磁、钻测井等资料, 分析川中简阳—中江地区基底断裂特征及其对震旦系—古生界地层沉积及成藏的控制作用。研究发现, 简阳—中江地区发育众多北西、北东走向基底断裂, 基底断裂发育于前震旦系裂谷边界及裂谷内幕隆凹转换带。基底断裂控制了灯影组沉积前隆凹格局, 并在兴凯地裂、加里东运动、峨眉地裂等时期不同程度(显性、隐性)继承性活动产生断垒断堑, 控制了纵向上大面积震旦系—古生界叠置有利相带区展布: 灯影组丘滩体建隆区位于前震旦系隆起高地貌部位, 沿北西向和北东向基底断裂分布; 二叠系茅口组滩体发育于断垒高地貌处, 沿北西向基底断裂分布; 二叠系爆发相火山岩主要沿垒堑转换带的基底断裂(火山通道)分布; 长兴组滩体沉积于火山岩喷发后形成的火山锥上方, 沿北西向基底断裂分布。简阳—中江地区基底断裂不仅控制着德阳—安岳裂陷槽寒武系优质烃源分布, 也控制着纵向多层系滩体沉积及古岩溶以形成优质储层, 控制储层间致密遮挡带分布, 基底断裂作为疏导形成良好源储配置, 震旦系—古生界成藏条件佳, 立体勘探潜力大。
非常规油气储层精细描述是实现目标油藏精细开发的关键, 而现有测井曲线自动分层算法很难适用于单砂体级非常规油气储层的精细描述。为此, 针对井间薄砂体储层结构划分问题, 提出了利用测井曲线构建地质描述不变特征以有效挖掘井间多曲线不变关联信息, 进而, 在不变特征的支撑下, 设计了分层能量约束的无监督集成聚类区域生长模型, 实现了具有显著多井一致性的目标储层精细自动分层。以自然伽马(GR)、井径(CAL)、自然电位(SP)、声波时差(AC)、浅侧向电阻率(LLS)、深侧向电阻率(LLD)、密度(DEN)共7条常规测井曲线为输入, 对大庆油田陆相坳陷盆地齐家凹陷工区多口井的实际测井数据进行了自动分层实验, 实验结果表明, 该方法比传统分层方法更加准确高效, 特别是对于工区内的薄层和薄互层储层, 利用该方法进行储层划分的结果与油田专业人员人工划分的结果吻合度较高, 能准确实现0.375 m以上的薄层分层, 且具有了很强的井间一致性。所提方法对于非常规油气藏精细描述具有一定的应用价值。
套管井内的套管波存在固有频率, 响应频谱在固有频率附近出现峰值, 具有共振特征。当激发探头的主频与固有频率一致时则套管波幅度大; 当激发探头的主频偏离时离固有频率则套管波幅度小, 甚至没有套管波。套管波频谱峰的形状和幅度随固井I界面胶结质量变化。固井质量好, 峰幅度小, 形状平缓; 固井质量差, 峰幅度大, 形状尖锐。峰的幅度决定套管波幅度(CBL), 峰的形状决定套管波的形状, 即套管波的波形随源距、时间的变化。利用阵列声波测井获得不同源距的波形, 基于套管波的频谱峰形状提取波形中的固井质量信息, 获得了新的固井质量评价曲线——共振因子(aa)。它充分利用了阵列波形中的套管波信息, 随固井质量单调变化, 多解性小, 受到的影响因素少。套管井的水泥环参数对套管波的频谱峰影响较大。轻质水泥与水的波阻抗差异小, 套管波幅度大, 频谱峰尖锐, aa大, 固井质量差异引起的aa变化小; 高密度水泥与水的波阻抗差异大, 套管波幅度小, 共振峰平缓, aa小, 固井质量差异引起的aa变化大。基于实验室获得的水泥环参数, 利用插值方法建立了水泥环模型, 然后利用二维谱研究了水泥环对aa的影响, 给出aa固井质量评价的水泥密度校正方法, 完善了aa曲线, 形成了新的固井质量评价方法。
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