油气地震勘探已经进入了复杂地表、复杂构造、复杂储层和深层目标勘探的阶段, “两宽一高”地震数据采集也已经成为业界的共识。我国西部各油气盆地的山前带/前山带探区已经成为我国油气资源的战略接替区域, 并取得了不错的勘探效果。但是, 这并不说明我们已经完全解决了“双复杂”探区地震勘探的核心技术问题。首先, 界定山前带地震数据成像处理的根本问题在于基于剧变道间时差和低信噪比数据如何建立满足偏移成像要求的速度模型, 从勘探地震介质系统的线性性及地震波成像本质是实现地下同一反射点处不同偏移距反射子波的同相位叠加的角度、从道间时差破坏局部线性同相轴线性相位特征的角度、从时间域成像处理与深度域成像处理的分界点在于基于风化层底面之上的速度模型进行静校正后CMP道集中同相轴是否满足双曲时距关系的假设的角度、从当前线性化的层析速度反演仅能估计背景光滑速度的角度、从线性化的偏移成像仅仅依赖于背景光滑速度模型的角度, 全面分析了解决山前带地震数据成像处理问题的根本逻辑和方法技术流程, 指出以道间时差消除为中心的数据预处理+小平滑基准面+全深度域地震波成像是解决山前带地震数据成像处理问题的正确技术路线。
分别从模型构建技术与测井实际应用两方面对数字岩心和数字井筒技术研究与应用进展进行了介绍。总结了单孔隙介质系统、双孔隙介质系统、多元多孔结构和多尺度融合的数字岩心建模方法, 探讨了数字岩心建模在电学特性、声学特性、渗流特性和核磁共振特性方面的应用。由于数字岩心技术的建模和数值模拟主要集中在微米级甚者纳米级, 探索微观尺度下的岩石物理属性不能有效地解释宏观因素(岩石结构、层理、裂缝等)对岩石物理属性的影响规律, 因此发展了数字井筒建模技术。基于多尺度数字岩心并结合电成像、常规测井等多种信息构建三维数字井筒是一门新兴技术。该技术能够在大尺度上反映井周孔隙度的连续变化, 结合核磁技术、压汞、常规测井等信息可应用于电性、弹性、渗流特性等的模拟, 为井震结合提供虚拟测井数据, 可用于解释各种微、宏观因素对地层岩石物理属性的影响规律, 有望成为未来三维测井数据处理与解释的主要辅助工具。
绿色低碳成为时代发展主旋律, 这将深刻影响全球经济和社会发展方向与路线。绿色地球物理技术发展是地球物理行业面临的一个重要任务。分析了绿色地球物理技术发展的内涵与特征、层次与组成、未来发展方向等内容。地球物理行业应围绕绿色能源、绿色技术、绿色系统、绿色服务提升自身技术优势, 创新技术体系、服务内容和应用场景, 增强绿色低碳应用服务水平与竞争力, 提升传统应用领域服务, 开拓新兴应用服务领域, 为人类的可持续发展做出贡献。绿色地球物理技术分为狭义和广义两个层次, 狭义的绿色地球物理技术即环境友好的地球物理技术, 指其探测作业过程对自然生态环境和人类生存环境不产生负面影响和破坏的地球物理技术; 而广义的绿色地球物理技术指一切有利于保护地球自然生态环境、应用于地球自然生态环境保护、服务于绿色低碳领域的地球物理技术。绿色地球物理技术一般具有环境友好、环境适应性强、高安全性、能源消耗低、资源消耗低、高效率、低成本、无损伤等关键特征。环境友好的地球物理技术由绿色装备、绿色采集作业技术、绿色计算技术、绿色分析技术和绿色系统等组成。绿色地球物理技术的主要发展方向有: 被动源地球物理探测技术、绿色震源等地球物理激发技术、节点地震数据采集技术、多物理场融合观测节点系统、卫星遥感与无人机地球物理观测技术、快速算法与绿色计算技术、自动化数据处理与智能化数据分析技术、基于光纤声波传感(DAS)的永久监测系统、低成本地球物理技术等。
不精确的初始速度模型、不完备的数据采集和不准确的物理模拟使全波形反演(FWI)易陷于局部极值, 影响着FWI的实用化。发展凸性更优的目标函数是解决此问题的关键。近几年, 最优化传输函数提供了新的途径。在全波形反演方法简介的基础上, 探讨最优化传输函数的模式匹配特性, 重点研究了包括一维和二维算法在的W2, BFM, KR-OT, GS-1D和GS-2D共5种最优化传输函数, 阐述其基本原理, 从理论上分析了其优、缺点。采用透射模型和SEAM Ⅱ Foothill模型, 实现了这5个函数的FWI; 根据反演剖面, 对5种最优化传输函数的凸性进行了测试和对比分析, 结果表明, 2D的最优化传输函数优于1D, BFM函数优于W2, GS-2D技术优于GS-1D技术。最优化传输函数的凸性主要取决于范数、预处理和时间空间坐标是否引入最优化传输目标函数等因素。
面向地质目标体的成像技术将局部区域作为成像目标, 获得深层目标构造或特殊地质构造如高陡构造、盐下构造、小尺度构造的精细成像结果。总结了面向地质目标的地震偏移成像方法的研究进展, 归纳出面向地质目标体的成像方法包括了数据选择类方法和模型选择类方法。数据选择类方法利用地震特征波对特殊地质构造进行成像, 主要包括多次波成像、绕射波成像和回折波成像等; 模型选择类方法对局部目标区域进行精确成像, 通常可大幅度提高计算效率, 主要包括基于模型选择的地震干涉法、数据基准面重构法、面向地质目标的CFP成像方法、局部目标成像法、声弹耦合波场延拓法和成像域最小二乘偏移法等。面向地质目标的地震偏移成像技术总体发展趋势是从偏移成像到反演成像, 模型选择类方法与数据选择类方法融合发展, 并与人工智能技术结合, 可实现地质目标地震靶向成像。
沙漠区初至波信噪比低和高密度采集导致初至拾取困难, 影响了基于初至波的静校正效果和效率。浅层反射波结合沙丘曲线的静校正方法在沙漠区被证明是有效的, 但目前该类方法通常在CMP域和叠加剖面上进行, 可利用反射信息少, 同时需要手动拾取反射波信息, 操作过程繁琐。对浅层反射波结合沙丘曲线的静校正方法进行了改进, 提出了基于浅层反射波对低速层速度和深度同时进行扫描反演近地表结构, 并利用沙丘曲线静校正原理计算静校正量的方法。通过数值模拟测试了该方法对不同近地表模型的适应性、对不同信噪比数据反演的稳定性及影响反演效果的关键参数。实际地震资料处理结果表明, 该方法能适应低信噪比数据, 不依赖初至波或反射波拾取, 计算效率高; 与基于近地表调查的传统沙丘曲线静校正方法相比, 可减少近地表调查的费用, 且近地表建模精度更高, 静校正效果更好, 适用于沙漠区可控震源高效采集的地震数据处理。
基于深度学习的地震数据噪声衰减方法比传统去噪方法更加高效, 去噪结果具有更高的信噪比。现有基于深度学习的去噪方法通常在时空域对地震数据进行处理, 但小波域中有效信号与噪声之间的特征差异更为明显, 有利于网络训练学习及噪声衰减。利用二维小波域地震数据的稀疏性和多尺度性, 联合二维离散小波变换与U-Net网络, 提出了基于U-Net网络的二维小波域随机噪声衰减方法(Dwt-U-Net)。该方法先对地震数据进行二维离散小波变换, 再以二维小波系数作为网络输入和输出进行网络训练, 获得去噪后的小波系数, 最后将该小波系数进行重构得到去噪结果。模拟数据和实际地震数据测试及与不同方法对比结果显示, 在不同噪声水平情况下, Dwt-U-Net方法的去噪结果具有更高的信噪比和保真度。此外, 相对于传统时空域U-Net网络去噪方法, Dwt-U-Net方法在提高信噪比的同时, 网络训练时间减少一半左右。
基于地表数据驱动的层间多次波压制方法需要识别产生层间多次波的界面, 该过程需要较多的人工交互, 且一次只能对一个界面进行识别, 过程较为繁琐。为提高层间多次波生成层的提取质量以及层间多次波的预测效率, 提出了一种基于多次波生成层自适应提取的层间多次波压制方法。首先利用自适应算法对层间多次波生成层进行自适应性提取, 然后采用滑动窗口的预测方式实现对所有层间多次波的一次性预测, 最后使用基于2D卷积信号盲分离的多次波自适应相减方法将预测的层间多次波从原始地震数据中自适应减去。模型数据和实际数据的应用结果表明, 与基于地表数据驱动的方法相比, 基于多次波生成层自适应提取的层间多次波压制方法可以较好地自适应提取层间多次波生成层数据, 并一次性预测出所有层间多次波, 进一步提高了层间多次波的压制效率。
顺北油气田二叠系地层火成岩广泛发育, 断控缝洞储集体横向非均质性强因而精确速度建模及目标地质体成像困难。在常规地震数据处理中, 传统的OVT分扇区处理技术无法获得地下真实角度信息, 不能准确反映引起的速度突变, 为进一步提高顺北复杂构造区的宽方位地震成像精度, 利用全方位局部角度域偏移成像技术实现了顺北油气田的分方位、分角度的精确成像。利用全方位网格层析速度建模技术分析全方位道集的剩余延迟, 建立层析成像矩阵, 实现各向异性场的精确速度建模。采用全方位地下局部角度域分解与成像技术, 对全方位共倾角道集进行分倾角叠加、散射增强和镜像增强处理, 提高深层小尺度地质体的可识别能力; 利用倾角道集的特点进行散射成像, 获得散射数据体, 突出了地下缝洞体的能量; 利用不同波场的传播特点进行镜像能量成像, 获得信噪比更高、细节更清晰的叠加数据, 清晰刻画断裂展布特征, 为顺北油气田缝洞储层及小尺度地质体的预测提供了基础数据该项技术。也可为其它地区的缝洞型地质异常体的预测提供技术参考。顺北油气田的应用结果表明, 火成岩建模及成像精度明显提升, 突出了缝洞储层的串珠反射能量, 提高了断裂识别的准确度。相较于常规克希霍夫偏移技术, 全方位局部角度域偏移成像技术保留了不同传播方向波场成像值的局部方位信息, 能更准确地反映地下成像点地质特征。
复杂的火成岩或膏岩层强反射界面产生的层间多次波对一次波有强烈的干涉效应, 精准识别层间多次波并对其进行预测和压制是地震资料处理的技术瓶颈之一。常规的叠前数据驱动的层间多次波预测与压制方法需要预测每个反射界面产生的多次波, 效果不佳且运算量非常大。为此, 提出基于层控数据驱动的层间多次波预测与压制方法, 从层间多次波正演模拟出发, 分析了对目的层有影响的层间多次波的产生来源和形成的地质条件, 再利用井标定的井震匹配情况和构造模型多次波正演模拟记录进行对比确定, 将产生多次波的主要反射界面作为层控模型层, 从而减少对所有多次波进行预测的运算量, 再采用逐层预测和压制的思路, 保证预测的层间多次波的有效性, 最后, 采用保护指定有效地层的最小二乘自适应匹配相减技术进行层面多次波的压制。模拟数据和实际资料的处理结果表明, 该方法能够有效预测和压制有影响的层间多次波, 从而消除假构造, 提高了地层构造、断裂和缝洞型储层的成像精度。
川东北龙会场—龙门地区位于茅口组沉积高能相带及古地貌有利部位, 具备形成相控和岩溶储层的条件, 区内钻遇茅口组的井常见良好的油气显示, 具有较大的勘探潜力。但茅口组储层非均质性强, 厚度薄, 展布规律不清, 地震响应特征不明显, 导致一直未能形成行之有效的储层地震识别模式。针对以上问题, 综合利用地震和地质资料, 从储层单井特征研究出发, 结合正演模拟挖掘储层地震响应特征, 建立茅口组储层地震预测模式。重点分析了古地貌、高角度和低角度断层对储层发育的影响, 建立了川东北地区茅口组储层综合地震识别模式。研究认为, 高能沉积的颗粒滩相及岩溶古地貌是茅口组储层形成的关键因素, 低角度和高角度断层进一步改造储层, 高角度断层是沟通志留系和奥陶系烃源岩的纽带。因此, 有利相带、古地貌高部位以及高、低角度断层发育区为勘探的最有利区, 满足此识别模式的广大向斜区同样具有较大的勘探潜力。
2019年, 新疆玛湖油田玛131井区首次在致密砾岩油藏中采用双井(水平井+直井)微地震监测的方式采集微地震数据, 但采用传统的长短时窗比(STA/LTA)微地震事件检测算法在两个阵列上仅检测出少量的可对应微地震事件, 无法开展双井同时定位和矩张量反演, 也不能获得震源机制特征。为此, 采用基于模板匹配技术的微地震事件检测对采集的微地震数据进行了重新处理, 检测出了大量微地震事件, 并开展了双井定位和矩张量反演应用分析, 获得了微地震事件震源机制特征和破裂参数。结果表明: 模板匹配算法可以在多井阵列中识别出更多的有效微地震事件, 使矩张量反演成为可能; 针对玛131井区天然裂缝不发育的致密砾岩储层, 水力裂缝破裂具有多种走向, 可形成复杂缝网; T1b2小层的单段最佳压裂液量在1700m3左右, T1b3小层的单段最佳压裂液量在820m3左右, 进一步加大压裂规模对产量的贡献作用降低。
岩石静态模量是油气勘探开发过程中重要的力学性质参数, 直接实验测量的成本较高, 而且数量有限。以前的通过经验公式实现动静态模量转换的方法, 物理意义不明确、精度不高, 不能满足工程需要。为此, 提出了一种基于岩石物理模型的静态模量预测方法, 即先利用测井数据构建孔隙裂缝型岩石物理模型来计算动态模量, 在动态模量的基础上考虑频散效应和排水效应获得岩石低频干燥的模量, 最后考虑动静态模量之间应变振幅的差异, 模拟岩石发生静态形变的过程, 实现从动态到静态模量的预测。该方法考虑了动静态模量转换的微观因素, 理论上更严谨。对川西实际工区实验数据进行了静态模量预测, 预测结果与实验数据吻合较好, 其中动态杨氏模量的误差为4%, 静态杨氏模量的误差为8%, 证明了方法的适用性。
鄂尔多斯盆地北部HJQ地区地层接触关系不稳定, 马四段目的层构造幅度低, 残余厚度变化小, 且受煤层影响地震分辨率不足, 故现有标志层难以满足古地貌恢复精度的要求。采用基于连续小波变换的地震频谱延拓技术(FSE), 大幅提高了地震资料信噪比和分辨率, 井震对比标定证明了地震资料具有较高的保真度。利用高分辨率地震资料拾取了更为精确的目的层顶、底界面, 降低了上覆煤层干扰, 使得岩溶地貌的地质细节更丰富自然; 在测井-地震联合分析的基础上, 将山西组一段底部一套稳定的煤层-泥岩组合标志层作为新的印模基准面, 恢复的前石炭纪古地貌微幅特征清楚, 精度得到大幅提高, 实际钻井充填特征及测试产能的快速变化现象与恢复的地貌单元具有良好对应关系, 证明古地貌斜坡的残丘及沟谷周边为岩溶缝洞有利储层发育区, 洼地及沟谷中心部位泥质充填程度高, 为下一步滚动勘探指明了方向。
在井内液体中激发瞬态振动后, 该振动沿径向传播的分量被井壁无数次反射, 在地层中激发出无数个纵波、横波, 固井Ⅰ界面胶结差时还在套管固体中激发无数个套管模式波, 其沿井轴方向传播时通过边界在井内液体中耦合出声波——耦合波。无数次反射波与耦合波叠加构成声波测井响应, 该测井响应受频率和圆柱形状影响。瞬态振动的频率连续, 其测井响应是频率f和井轴方向波数k的复变函数的双重积分, 用双变量复变函数——二维谱描述。在f-k平面上, 刚性壁圆柱形液体内能够传播的模式波其二维谱的极值呈双曲线分布, 套管模式波和地层内的纵波的二维谱的极值呈斜直线分布。它们通过边界在井内液体中耦合, 双曲线与斜直线相交, 为满足边界条件, 实现声波耦合, 双变量复变函数在交点处没有极值, 交点周围二维谱的极值分布改变: 双曲线和斜直线均断开, 沿斜直线分布的二维谱极值是纵波或套管波的频谱, 靠近双曲线幅度大, 离开则幅度快速减小, 随频率变化构成频谱峰, 在峰值附近频谱断开, 频谱峰形状与套管和地层物理参数有关, 决定首波波形形状, 具有共振特征。在频率域用指数函数的频谱拟合断开的频谱峰形状得到首波的衰减系数, 它是固井质量和地层物理衰减、声速的综合描述, 可用于评价固井质量和非常规油气藏。改变套管井的套管厚度和半径发现, 双曲线被各种方式截断, 形成不同的耦合波, 均具有共振特征。
钻头/近钻头电阻率测量是实现复杂储层中实时高效测量和实时地质导向的重要技术手段。为分析钻头电阻率测井钻遇洞穴型储层时的响应特征, 基于有限元法考察了钻头电阻率测井仪的径向探测深度、纵向分层能力和前视探边能力, 通过数值模拟分析了洞穴尺寸、形态、填充物电阻率等因素对不同井底钻具长度的钻头电阻率测井的影响。研究结果表明: ①随井底钻具长度增大, 仪器的径向探测深度增加, 纵向分层能力变差; 固定井底钻具长度, 目的层相对围岩低阻时, 仪器的分层能力更强; 地层厚度大于两倍井底钻具长度时, 仪器响应受层厚/围岩影响相对较小; ②井眼泥浆电阻率越大, 仪器探测到层边界的灵敏度越高; 层界面倾斜时, 仪器更容易探测到地层边界, 但穿过地层后恢复到下部地层真电阻率的速度变慢; ③井底钻具长度越小, 仪器响应对洞穴的敏感性越强, 越容易判断洞穴的存在; ④洞穴形态变化对钻头测量视电阻率曲线有不同影响, 洞穴纵向延伸时, 视电阻率明显降低, 此曲线确定的地层视厚度增大; 径向延伸时, 视电阻率下降程度更大, 仪器钻出洞穴时的视电阻率曲线极化角增大; 洞穴填充物电阻率与基岩电阻率对比度小于1∶50, 洞穴半径大于下部钻铤长度时, 视电阻率会进一步下降, 且测井曲线出现两个低谷; ⑤洞穴边界位置可通过测井曲线变化率最大处、出现极化角的位置和井底钻具长度来判断。研究结果可为钻头电阻率测井钻遇洞穴时的定性判断提供一定参考。
测井解释参数的确定是脉冲中子-中子(PNN)测井剩余油饱和度定量解释的关键。首先分析了PNN饱和度定量解释标准岩石物理体积模型与改进模型形式上的统一性; 然后阐述了俘获截面解释参数的确定方法, 并基于PyQt工具包开发了图版法解释参数选择模块; 最后利用该模块中的增强图版法对实际测井资料的解释参数进行了确定, 并进行了饱和度计算。结果表明, PNN饱和度定量解释的关键为区域解释参数的选择, 而图版法解释参数选择模块能避免改进模型中区域特征因子的确定问题, 并能较准确得到不同组分的区域俘获截面解释参数。PNN测井饱和度计算结果与过套管电阻率饱和度计算结果一致性较好, 且与实际生产动态情况相吻合, 证明了俘获截面解释参数选取方法的可行性与准确性。该方法对PNN测井、热中子成像测井(TNIS)以及脉冲中子寿命测井(NLL)的饱和度定量解释具有指导意义和实际应用价值。
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