地震技术已由常规三维经高精度三维发展到高密度三维, 但仍不能满足地表、构造、储层"三复杂"勘探开发目标对地震资料精度的需求。为满足"三复杂"条件下地震成像的需求, 依据高密度地震技术及计算机和物探装备的发展趋向, 提出了"超密度地震技术"的新思路。通过野外小道距采集实验和小网格正演模拟实验, 验证了超密度采集对近地表速度建模与静校正及深层高陡断裂成像的改善。考虑超高密度地震采集的仪器和装备需求及海量数据以及经济可行性, 提出了"变道距+插值"的实施策略及相关仪器、存储、计算配套技术, 分析认为10×104道级节点仪、海量数据存储与计算是实现"超密度地震技术"的基础, "小宽高"高密度地震采集技术、"小平滑面"RTM叠前深度偏移技术和压缩感知或五维插值技术是重要的关键技术。未来更高精度的地震技术应是炮道密度大于200×104道/km2的超密度地震技术, 为此, 需要加快发展超大规模的节点仪单点采集装备、海量数据存储与计算装备及变道距数据插值技术等, 并推进野外地震采集的实践。
天然气水合物是我国地质调查和资源勘查的重要矿体之一, 勘探开发面临着诸多难题, 如地震响应特征、力学和电学性质等需要开展深入研究。天然气水合物的赋存需要特定的温度和压力范围, 环境温度和压力的变化可能会造成天然气水合物的分解, 这在海洋环境和地质灾害等研究领域造成了诸多问题。天然气水合物地层的物性和岩石物理变化特征较复杂, 在实验室开展天然气水合物测试分析是了解其岩石物理性质、获取岩石物理参数的一种有效手段。回顾了凝水成冰法、四氢呋喃(THF)溶液法、过量水法、过量气法、温度法、冰粉混合法等实验室生成水合物的方法, 总结了温度、气体压力、粒径、矿物成分、含水率、表面活性剂、含盐量、地层骨架等水合物生成实验的影响因素, 介绍了水合物岩石物理实验研究中声学、力学、电学等方面的研究进展, 展望了天然气水合物岩石物理实验未来的研究方向。
塔里木盆地碳酸盐岩储层是重要的油气藏储层类型之一, 可分为缝洞型、裂缝型和裂缝-缝洞型储层, 缝洞体的尺度远小于地震波长, 其地震波场响应以绕射波为主, 因而对绕射波的保护和增强是影响地震资料采集质量的关键因素。随着勘探开发的不断深入, 较大尺度缝洞储集体动用程度越来越高, 勘探目标向小尺度缝洞储集体转移。通过小尺度溶洞、裂缝储层的模拟波场特征研究发现, 缝洞型储层地震响应波场具有能量弱、视速度低、能量强度与激发子波主频正相关等典型特征。基于以上特征开展了激发、接收的理论研究和野外试验。塔河地区激发模拟表明, 小药量激发的地震子波主频更高, 有利于增强小尺度地质体的绕射能量。4, 6, 10kg 3种激发药量的二维试验证明, 4kg和6kg药量激发能够拓展地震成像的高频成分, 提升成像分辨率; 模拟研究表明, 20m以上组合基距接收对低视速度绕射波有较大损伤, 并影响缝洞体偏移聚焦能量, 采用组合基距小于12m的接收方式对小尺度缝洞型储层成像质量影响较小, 为兼顾原始资料信噪比, 较理想的接收方式是相同观测系统参数下, 采用小组合接收、小药量激发的方式, 对于风化壳缝洞储集体的识别能力更强, 小串珠数量增加约30%。
时间延迟的估算与校正是时移地震中的关键问题之一, 目前常用的拾取法、相关法、反演法等方法的精度仍然有待提高。针对此问题, 提出了一种基于最小二乘原理以及平滑约束和相位约束的时间延迟高精度校正方法。通过使参考地震道与校正之后的地震道之间振幅差异的平方和最小构建关于时间延迟的目标函数, 引入模型平滑项和相位约束项以改善反演效果, 使用高斯-牛顿法导出时间延迟的迭代反演方程。所提方法不仅可以实现时间延迟的高精度反演和校正, 而且计算效率高, 实际应用方便。建立理论模型合成时移地震记录, 测试了参数选取和储层厚度对校正结果的影响, 并与泰勒展开法、动态时间规整法等反演方法进行了对比, 结果表明, 基于最小二乘原理的时移地震高精度时间延迟校正方法能够实现时间延迟的高精度反演和校正。实际地震资料时间延迟的反演和校正结果表明, 该方法能够改善时移地震数据的重复性, 有利于进一步的数据解释, 证明了方法的可行性和有效性。
反射波走时反演兼具走时反演与反射波形反演的低波数特征, 对与走时相关的地下大尺度背景信息具有较好的更新能力。走时反演时移量的准确估算是反射波走时反演的关键点。传统全局时延互相关可有效估计全局时移量, 但难以准确描述地震道的局部非稳态时移特征且单道估计容易造成空间连续性较差的问题。为此, 综合考虑反射波走时反演伴随源的空间连续性及时间非稳态特征, 引入低秩近似和动态图像估计, 构建低秩动态匹配约束算法, 以增强时差估计结果的时间非稳态性及空间连续性。实验结果表明, 相比单纯采用动态图像估计得到的时差剖面, 低秩动态匹配约束结果具有更好的多维度稳定性, 反演梯度横向连续性更好, 更符合地质沉积的结构特征, 反演结果连续性更优。利用低秩动态匹配约束下的结果作为初始模型的全波形反演及逆时偏移成像结果均证明了方法的有效性。
在沙漠区勘探中, 由于复杂近地表和巨大沙丘的影响, 地震资料品质普遍较低, 且由于地下强反射层的存在, 目的层有效信号弱、多次波能量强, 现有的层间多次波预测和压制方法很难奏效, 特别是数据驱动的层间多次波压制方法对地震资料的品质要求更高。针对沙漠区地震资料特点, 提出了一种以逆散射级数法为核心的多方法联合多次波压制新策略。该策略首先提高沙漠区地震资料信噪比, 然后利用层位约束改进逆散射级数算法, 组建形成一套以逆散射级数法为核心的具有针对性的多方法分类、分域、逐级多次波压制处理流程。西部某工区实际资料的测试结果表明, 新策略不但能有效提高资料信噪比和分辨率, 还能有效压制目的层多次波, 保护有效波并改善断裂和储层成像质量, 从而为综合解释和目标评价提供更可靠的资料保障。
在沙丘连绵起伏的沙漠区, 井炮激发的地震波容易产生沙漠鸣震噪声。鸣震噪声在炮集上表现为能量随沙丘高度的变化而变化且没有明显线性干扰波的特征。在三维叠加剖面上, 沙漠鸣震噪声沿接收线方向弱, 而垂直于接收线方向强。由于鸣震噪声在炮集和主测线上表现不明显, 因此在处理过程中容易被忽视。利用层析静校正计算的近地表速度模型进行波动方程数值模拟, 在正演记录上可以看到与野外采集数据特征一致的沙漠鸣震噪声。将正演记录和野外数据分选到共检波点道集后, 鸣震噪声的线性特征非常明显。在正演模拟记录的波前面上, 可以看到与沙丘对应的鸣震噪声。观察波场快照可以看到, 沙漠鸣震噪声是折射波能量在地表和潜水面之间多次震荡形成的。由于鸣震震荡周期等于地震波在沙层中的旅行时, 所以在共检波点道集上, 不同地震道的鸣震噪声具有相同的震荡周期, 鸣震噪声表现为线性特征。在地震数据处理过程中, 将地震记录分选到共检波点, 采用共检波点道集的线性干扰压制方法, 可以有效压制井炮数据的沙漠鸣震噪声。
宽方位地震数据具有以下两个特点: ①远偏移距地震道集中相邻地震道之间的距离明显小于理论道间距; ②横向炮检距越大, 检波线的空间采样越不规则, 相邻道之间的距离变化率越大。这两个特点会导致面波、鸣震等线性相干噪声的时距曲线随横向炮检距的增大而呈双曲线变化, 从而导致常规面波压制技术难以获得理想的噪声压制效果。针对这一问题, 提出了基于十字交叉排列锥形滤波的均值加权相干噪声压制技术, 该方法在十字交叉排列域进行, 首先采用锥形滤波方法提取得到噪声模型后, 对噪声模型进行均值加权处理, 实现信噪分离, 提取噪声并加以压制, 保护有效信号, 得到最终的去噪结果, 提高资料的信噪比。将该技术应用于野外采集的宽方位地震数据相干噪声的压制处理, 结果表明, 在有效去除了干扰噪声的同时, 有效信号基本没有损失, 提高了地震资料的信噪比, 验证了本文方法的适用性和有效性。
具有各向异性特征的复杂地下介质对地震反演结果的横向连续性与纵向分辨率造成了一定影响, 降低了反演的精度和稳定性。为此, 通过各向异性参数模型的先验概率分布分析, 阐述了地震非线性反演中Markov随机域(MRF)所呈现的各向异性特性及对反演结果的影响, 并且提出了基于各向异性扩散法的各向异性MRF及相应的叠前非线性反演方法。其数值试算结果表明, 相对于常规MRF, 各向异性MRF能够精确地搜索到待反演值。此外, 建立了扩散因子及辅助模型的优选方案, 提升了各向异性MRF方位校正系数的准确性。合成数据测试与实际资料反演结果显示, 对于纵波速度、密度和纵横波速度比的同步反演, 各向异性MRF对结果的横向连续性和纵向分辨率有明显改善; 随着扩散因子增大, 边界特征在各个方位的校正系数上体现更为明显。反演结果与测井曲线的验证对比基本吻合。
地下储层中存在介观尺度的裂缝是导致地震波的速度频散和能量衰减的一个重要原因。从Galvin介观裂缝模型出发, 重构其低频极限和高频极限的表达形式, 将频散关系施加到裂缝模型上构建依赖频率的裂缝柔度参数, 建立了一种改进的介观尺度的裂缝型岩石物理模型。基于该改进模型, 利用附加柔度的组合性质, 可以容易地构建更复杂的模型并进行依赖频率的地震响应特征分析。在传统的反射系数公式中引入频率参数, 分析了具有不同裂缝长度、背景渗透率、流体粘度等频散敏感参数的反射界面上的频散AVO及地震记录响应特征。通过数值模拟得出频散敏感参数主要影响发生频散的频段, 即影响岩石的特征频率; 当模型的特征频率与地震波频段主频相近时, 频散现象最突出, 当特征频率大于地震波频段主频一个数量级时, 可以忽略频散作用, 此时采用传统的Gassmann方程即可较准确地分析地震剖面的特征。基于改进模型得到的认识为地震频散特征的实际应用提供了岩石物理模型的构建方面的指导。
河流相储层中由于河道迁移、切削等因素形成的不连续边界常常阻碍了储层内部流体的流动, 增大了剩余油气的开采难度。受地震分辨率的限制, 这些不连续边界在常规地震剖面上一般难以识别。通过模型试验, 提出了一种应用于河流相薄互层砂体的提高频率分辨率的相位谱计算方法, 即将一个周期时窗的地震数据末端补零至适当长度, 再进行傅里叶变换, 求取展开相位谱和积分展开相位, 可增加其稳定性; 其次, 基于典型河流相叠置砂体构型, 建立不同纵向高程差的两组砂体叠置模型, 分析不同叠置样式的地震相位特征, 认为相位异常值与砂体不连续夹层厚度存在定性关系, 利用积分展开相位可以较好地识别砂体不连续边界。噪声实验认为信噪比大于5∶1时, 识别结果可信。将该方法应用于渤海南部海域某工区实际地震数据, 识别出两处砂体叠置区域, 其结果与测井识别出的叠置情况吻合。应用结果表明, 将地震数据周期时窗尾端补零求取的积分展开相位在识别叠置砂体不连续边界稳定且有效。
页岩油藏岩相复杂, 纵向变化较快且非均质性强等因素导致“甜点”地震预测存在困难。明确复杂岩相地层的地震岩石物理特征, 对提高测井解释和地震定量预测的精度具有重要意义。为此, 对陈沱口凹陷新沟嘴组下段Ⅱ油组页岩油层系的33块取芯样品进行了物性和跨频段(低频1~1 000 Hz, 超声频段1 MHz)岩石物理参数测试。结合地质认识, 分析了岩石弹性各向异性与成岩矿物、微观孔隙结构之间的机理联系, 从而以岩石物理手段提供可识别有利岩相的跨频弹性属性。研究结果表明, 新沟嘴组下段Ⅱ油组的页岩层系在该区具有极低孔隙度和超低渗透率, 其白云石晶间孔隙发育较少, 而纹层结构、陆源碎屑矿物及其含量对云质页岩的孔隙度有正向影响。此外, 基于矿物和微观结构等物性数据与超声实验测量的弹性参数之间的关系表明, 矿物组分和孔隙结构对页岩层系岩石的弹性性质影响较大; 纹层状构造、水平裂缝和黏土矿物的定向排列是研究区弹性各向异性的主要原因。最后, 基于典型岩心宽频测试数据和频散理论模型估算了全部岩心速度频散, 以此提供识别有利岩相的跨频段(2.2, 24.0, 1.0×104, 1.0×106 Hz)弹性参数组合分别为拉梅系数×密度和泊松比、纵波阻抗和纵横波速度比。研究结果可为岩石物理实验和理论建模为基础的跨频段(地震、测井和实验室超声)数据联合应用以及地震定量预测研究提供指导和数据支撑。
致密砂岩的产能预测是国内油气勘探研究的重点问题之一。鄂尔多斯盆地的伊陕斜坡西南部构造复杂、直井数量少, 单一的传统预测方法对砂岩的产能“甜点”预测难度大、预测结果多解性强。为此, 提出了智能预测和常规地震属性融合的产能“甜点”预测方法。首先结合地质、测井和地震资料, 使用卷积神经网络(CNN)刻画研究区砂质碎屑流沉积微相, 得出优势相带的分布范围, 然后考虑研究区微幅构造对产能的控制, 融合曲率属性与砂质碎屑流微相, 最终获得产能“甜点”的三维空间展布。利用该方法提取并优选地震数据中产能敏感的属性, 同时, 利用深度学习预测方法对地震数据进行储层物性参数和沉积相预测, 最后融合产能敏感属性和预测得到的沉积微相, 得出产能“甜点”分布范围。该方法在研究区的应用结果表明, 融合得到的产能“甜点”分布与试油数据拟合效果明显提高, 且“甜点”区域在已钻水平井上与细砂岩和粉砂岩分布吻合, 预测结果为后期的高产井位部署和剩余油的有效挖潜提供了参考。
深层页岩气效益勘探开发需要落实易于压裂求产的“甜点”区, 对地震资料成像品质、信息丰度有针对性需求, 一是要对与构造保存评价密切相关的断层、断洼以及低序级断裂实现高品质成像, 二是要为可压裂性“甜点”预测提供高品质、高精度、高信息丰度的叠前五维地震成像数据。考虑到四川盆地深层页岩气效益勘探对地震资料的针对性需求, 重点介绍了地质目标导向的观测系统设计论证与叠前全方位信息保持处理技术及其在綦江高陡构造带DX探区的应用效果。地质目标导向的观测系统设计论证以真地表三维建模及地震正演模拟为基础, 通过多维度照明和退化处理分析, 设计出满足地质目标探测需求的最优化观测系统。叠前全方位信息保持处理以偏移距-向量片地震数据划分为基础, 融入山地地震数据规则化和成像道集时差校正技术, 获得高品质叠前五维地震成像数据。DX探区应用结果表明, 炮道采样对称均匀的宽(全)方位、高覆盖、强耦合的高精度三维采集与OVT域全方位处理, 基本能够实现山地探区深层页岩气地质目标的叠前方位-偏移距地震信息的充分采集与保留, 能够获得高品质、高精度、高信息丰度的地震成像数据, 有效支撑深层页岩气构造保存评价、水平井轨迹设计与控制以及可压裂性预测等工作。
面向超深层(8000~9500m)断裂破碎带非均质储层的勘探, 有效揭示断裂破碎带内部非均质储层特征有着重要意义。当前的储层反演技术方法通常采用等时沉积格架约束, 无法体现断裂破碎体系空间展布的特征。为此, 提出面向断裂破碎带储层的“双等时”格架约束地震预测方法。首先, 基于地震资料分析并提取断裂破碎非均质信息, 再构建地层等时沉积和断裂活动等时破碎的“双等时”格架, 利用此格架约束反演过程, 实现地质研究成果与地震反演迭代计算的有机融合, 最终获取断控储层预测结果, 实现超深层复杂断控储层的定量预测。模型正演结果表明, 断裂破碎带内部储层的识别率达到98.1%, 与常规稀疏脉冲反演结果相比增加了87.05%。实际应用表明, 所提的“双等时”格架约束地震预测方法在塔里木盆地富满油田某区块取得明显应用效果, 支持钻井成功率在95%以上, 高效井比例达到75%。该方法在相似地质条件区块可有效推广。
目前渤海油田新近系已全面转入岩性勘探, 烃检技术在其中发挥着重要作用。常规叠后烃检方法对厚水层引起的假亮点难以消除、对薄油层无法有效识别, 因此, 常规叠后烃检结果多解性强、可信度低。本文提出了适用于渤海新近系储层特征的高频亮点加权含烃检测方法, 该方法能有效区分油、水层形成的地震真、假亮点。首先, 应用数值正演模拟技术对影响频谱特征的主导因素和油水频谱特征差异进行论证, 结果表明, 薄油层和厚水层的关键属性为“高频亮点”。在此基础上, 建立了适合渤海新近系含油气储层的包括地震数据目标优化处理、储层预测、高精度属性计算、高频亮点属性加权的含油气综合检测技术系列。该方法有效压制了厚水层假亮点, 薄油层的识别精度提高了20%, 大幅增强了烃检结果的可信度。在渤海油田多个构造和油田评价应用的结果表明, 该方法能较好压制厚水层, 识别薄油层, 方法可行有效, 在类似油田有较强的借鉴应用价值。
鄂尔多斯盆地南部黄土塬区地表黄土层厚度变化大, 对地震能量的吸收不均, 因此, 对该地区地震资料进行处理时静校模型构建困难, 资料成像难度大, 被认为是地球物理勘探的禁区。以往的地震资料解释分歧大, 多认为地震剖面上同相轴不连续的原因是地震采集技术不过关造成资料品质差, 因而制约了地球物理资料的深度应用。华北油气分公司“十二五”期间在该地区开展了大面积三维地震勘探, 获得的地震资料剖面上存在杂乱反射和同相轴不连续等现象, 这给该地区岩性圈闭和低幅构造解释带来了困难。近年来, 在盆地区域地质研究的基础上建立了正确的地质模型, 认为区域性走滑断层对地层连续性、地质体完整性的破坏是造成同相轴复杂的重要原因, 从而能够客观评价地震资料品质, 对地震资料重新处理后成像效果得到大幅改善, 对重新处理后的资料进行解释后识别出了不同级序断裂以及伴生的裂缝体系。认为: 燕山运动形成的走滑断裂十分发育, 它们是盆地南缘中生界特别是三叠系致密油成藏及富集的主控因素。地质模型的正确建立奠定了黄土塬区地质物探一体化研究的基础, 利用裂缝地震响应特征和地震属性开展断缝体的三维地震雕刻, 形成了一套确定断缝体样式、组合、响应、期次、边界的技术, 完善了黄土塬特殊地表条件下地震资料处理和解释的方法流程, 据此发现了致密油藏高产目标, 打开了中国石化鄂尔多斯盆地南部黄土塬区的油气勘探新局面。
苏北盆地盐城凹陷ZJD地区深层扇三角洲砂岩沉积属于事件性沉积, 采用叠后反演方法无法有效识别深层扇三角洲相薄砂岩, 而采用“沉积模型+波形分类+地震驱动”的方式进行叠前波形指示反演, 根据叠前波形指示反演得到的杨氏模量和vP/vS对深层砂岩进行定量描述以及含气检测则是有效的方法。首先, 利用“两定+一验”方法识别首次湖泛面, 即根据测井、地震以及岩心等资料在纵向上确定沉积旋回边界、确定框架模型, 并根据不同模型下反演结果验证首次湖泛面的界线是否合理, 建立更为合理的沉积模型并根据沉积模型初步划分波形样式; 再根据与砂岩厚度相关性高的波形结构参数对波形做进一步分类, 确定不同厚度和不同期次砂岩波形旋回结构样式; 最后, 采取“人工干预+机器学习”的方式确定最终波形样式, 并将前期确定的时窗界限、波形分类数、样本数等关键参数作为约束条件加入到叠前波形指示反演过程中, 使预测结果在纵向上和平面上符合实钻井揭示的扇三角洲相砂岩沉积规律, 进一步降低叠前波形指示反演的随机性。该方法能够预测研究区厚度大于3m的砂岩, 平均误差为11.77%, 依靠预测结果部署的井均钻遇气层, 提高了研究区深层含气砂岩预测精度。
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