针对黄土塬地震勘探这一世界级难题, 回顾了黄土塬地震勘探历程, 介绍了黄土塬地震采集、处理、解释关键技术, 总结了长庆油田分公司在鄂尔多斯盆地黄土塬三维地震勘探成效和取得的主要油气勘探成果, 梳理了鄂尔多斯盆地不同探区、不同类型油气藏勘探开发对黄土塬地震勘探的技术需求。长庆油田油气勘探开发实践结果表明, 经过几代人50年攻关形成的黄土塬特色的"两宽一高一单点"三维地震勘探技术, 有力支撑了长庆油田油气勘探重大发现、大规模增储和高效建产。下一步将以油气需求驱动为目标, 瞄准三维地震"高精度、高效率、低成本、智能化"发展方向, 持续攻关完善黄土塬地震技术系列, 坚持原创技术引领与适用成熟技术推广结合, 更有效支撑长庆油田分公司6600×104t上产稳产。
可控震源动态扫描地震数据采集过程中, 相邻多组震源震动时产生的地震波会相互干涉, 从而影响地震数据采集品质。合理设计采集时距规则可以降低可控震源高效采集时震源相互干涉的影响, 同时平衡原始数据采集品质和可控震源高效采集施工效率。以往动态扫描时距规则设计时, 对资料处理过程中高效采集噪声的压制效果考虑较少, 并且时距规则的设计缺乏统一量化标准。首次将高效采集噪声压制效果引入动态扫描时距规则设计中, 对现场不同地表类型采集的可控震源相关前记录采用互相关法获取高效采集噪声信息, 以环境噪声能量、干涉时空位置和干涉区域能量比值为阈值建立量化统一的时距规则设计标准, 形成了可控震源动态扫描时距规则定量优化设计方法。动态扫描时距规则定量优化设计方法优化了现场试验方案, 降低了试验工作量, 与地震数据处理信噪分离技术相适应优化滑动时间参数, 定量与定性相结合设计时距规则避免了以频率扫描为主的常规定性分析方法带来的人为主观歧义。该方法不受勘探区地表特征约束, 能够在保障地震数据品质条件下最大限度地提高可控震源采集施工效率, 是对可控震源高效采集配套技术的补充和完善, 有助于"两宽一高"地震采集技术的推广应用。
常规基于一维假设的高分辨率处理技术如反褶积、反Q滤波方法等, 针对水平构造或者小倾角构造有较好的处理效果, 但在面向高陡构造或者断裂等复杂构造时处理效果不佳。而偏移成像结果可以看作是点扩散函数(PSF)与真实反射系数褶积的结果, 高维空间条件下的高分辨率处理技术实际上是此正演问题的一个反问题, 即基于成像结果进行反射系数反演。为此, 提出了一种基于点扩散函数的高分辨率处理技术, 首先基于点扩散函数的计算原理, 推导出了基于高频近似条件下的快速求解算法, 并在高维空间褶积理论的指导下结合图像学反演算法研发了纯数据驱动的点扩散函数提取技术, 最后采用高维空间反褶积算法求得高分辨率成像结果, 实现地震频带的有效拓宽和成像分辨率的提升。模型数据和实际数据测试结果表明, 该算法可在不损失低频的前提下有效扩宽高频, 且具有在计算效率与常规高分辨率算法基本相当的条件下有效提高不同展布方位地质体分辨率的优势。
为了降低地震数据采集成本、提高采集效率并保持数据规则和完整, 首先, 针对随机采集观测系统不规则的问题, 提出了观测系统规则投影的技术流程, 填补缺失的炮点和检波点信息, 然后, 在压缩感知的框架下, 利用字典学习与稀疏表示进行三维地震数据重建。对提出的字典学习方法, 利用批量正交匹配追踪避免直接对矩阵求逆造成的计算量大的问题, 利用交替最小二乘代替奇异值分解提高计算效率, 同时对稀疏系数进行阻尼约束, 避免对噪声的拟合从而得到更好的字典。针对常规时间域字典学习地震数据重建方法存在计算效率低、弱信号保护能力差等问题, 在频率域进行地震数据重建, 对有效信号所在频带范围进行处理, 有效减少计算量、压制噪声、提高重建结果的信噪比, 形成了针对地震数据随机采集的观测系统规则投影、地震数据重建技术流程。实际资料应用结果表明, 通过规则观测系统投影、地震数据重建有效提升了叠前地震资料品质, 获得了较好的成像效果。
提高地震数据的分辨率对于薄储层的识别与表征具有重要意义。常规的反褶积、反Q滤波等提高地震分辨率处理方法, 存在假设条件多、信噪比较低、算法不稳定等不足, 使得方法的应用效果和适用性受限。提出了一种新的基于匹配追踪算法的地震数据提高分辨率方法, 可以在保持较高信噪比的同时提高地震数据分辨率。首先, 根据地震信号特点, 利用频率加权指数函数计算基准子波, 并由此构建子波字典, 频率加权指数函数可以很好地拟合不同形状的频谱, 更好地适应不同的工区。然后, 利用匹配追踪算法将原始地震数据分解为一系列子波的线性叠加, 增加较高信噪比的高频匹配子波的振幅。最后对地震数据进行重构, 获得高分辨率的地震数据。应用结果表明, 该方法可有效提高地震分辨率, 具有较高的信噪比, 并且提高分辨率处理的结果与测井合成地震记录有很好的吻合性, 证明方法是可靠的, 且处理结果有利于后续薄储层识别与描述。
山前带复杂构造区蕴藏了丰富的油气资源。地震资料信噪比低和速度建模困难是目前山前带地震数据精确成像面临的主要问题。以龙门山山前带海棠铺地区地震数据为例, 开展了叠前深度域地震成像处理方法攻关研究, 重点在叠前噪声压制和叠前深度偏移速度建模等两方面开展了研究, 具体如下。①加强低频弱信号保护, 采用二次信噪分离技术, 对噪声记录中有效信号进行二次信噪分离, 最大限度保护低频弱信号不受损伤。②优化叠前深度偏移速度建模流程: 首先优化传统深度域速度场更新输入道集与偏移输入道集共用一个道集的方式, 对驱动速度场更新的输入道集进行五维数据规则化处理以提高其信噪比; 然后以地质导向为基础, 精细刻画强反射速度缺失界面, 联合层析反演并融合深度域近地表速度模型, 建立具有地质模型约束的深度域速度场; 得到了精确的速度模型后, 再修改偏移成像输入道集及偏移方法, 将五维数据规则化前的地震道集作为输入道集, 将全方位角度域叠前深度偏移作为最终偏移成像方法。将该方法应用于川西北海棠铺地区的地震数据处理, 结果表明所提方法大幅提高了研究区的地震成像精度, 最终得到的叠前深度偏移成像结果信噪比高, 偏移归位合理, 为进一步推动该区的深入勘探开发, 提供了可供借鉴的深度域地震成像处理经验。
五维地震解释技术在裂缝预测和流体识别中发挥了重要作用。道集数据是开展五维地震解释的基础, 为了解决五维地震道集存在的各向异性时差、优势频率和信噪比低等问题, 提高道集数据质量, 提出了高分辨率五维地震道集优化处理技术。通过建立道集去噪、道集提频、时差校正、方位角道集优化以及高精度井震标定定量优化处理参数等技术流程, 提高了五维道集数据的分辨率、信噪比和保真度。胜利油田牛庄地区实际OVT资料的应用结果表明, 该技术优化处理后同相轴连续性好, 地层接触关系更清楚, 分辨率明显提高, 地震主频由25 Hz提高到43 Hz, 优势频带由8~51 Hz拓宽到6~74 Hz; 同时, 井震相关系数也由0.75提高到0.90。利用处理后的数据精细描述砂体面积43.8 km2, 部署井位3口, 实现了该区预测储量升级。实践结果表明, 高分辨率五维道集优化处理技术能够充分挖掘五维地震数据的潜力, 为后续的叠前反演和储层预测等工作奠定了基础。
岩石孔隙度是表征储层的重要参数之一, 对孔隙度进行准确预测有利于更精细地刻画高孔高渗储层位置。然而地震弹性参数与孔隙度之间的关系较为复杂, 给储层孔隙度的准确预测带来一定困难。深度学习为地震准确预测孔隙度提供了新思路。提出了一种基于双向门控循环单元神经网络(GRU)和注意力机制(BiGRU-Attention)的叠前地震孔隙度预测方法, 该方法利用双向GRU实现信息的双向传播并加入Attention机制放大关键信息, 将叠前同时反演得到的纵波速度和密度信息作为输入, 以测井孔隙度值作为标签来训练和测试BiGRU-Attention网络, 建立起地震弹性参数与孔隙度之间的复杂映射关系, 进而实现孔隙度的准确预测。实际数据测试结果表明, 相比于常规多元线性回归方法(MLR)、密集神经网络(DNN)和门控循环单元神经网络(GRU)等预测方法, BiGRU-Attention网络预测方法在盲井测试中预测精度更高。将该方法应用于某实际三维工区地震数据预测的孔隙度值与测井孔隙度值匹配良好, 说明该方法具有较好的实用价值。
传统的地质统计学估计和模拟方法在整合测井和地震数据时, 笼统地采用静态空间的数据, 而未考虑样点与待模拟点空间沉积的变化以及岩相变化对样点取值影响的问题, 尤其是储层空间非均质性强、井分布不均匀时。基于贝叶斯-序贯高斯算法, 针对碎屑岩储层, 研究了一种基于空间变化数据的相控模拟方法。首先, 定义一个随待模拟点位置变化而动态变化的空间三维球体模型, 将空间数据的选择从静态的一维柱体拓展到该球体。然后, 在考虑物源方向的情况下, 采用变差函数工具对三维球体模型内的数据进行筛选。同时, 利用沉积相进行约束, 进一步提高样点取值的精确性。最后, 采用反距离加权算法确定样点的权重。川西坳陷东坡实际工区资料的应用表明, 基于空变数据的相控贝叶斯-序贯高斯模拟方法, 平面上河道模拟展布形态与地震属性一致性较好, 剖面上河道清晰连续, 分辨率也得到提升, 盲井模拟结果与测井数据吻合率达到92%, 验证了方法的准确性。对比不同硬件配置的应用结果表明, 该方法适应于不同性能的硬件条件, 验证了方法的实用性。
薄储层的衰减机制主要包含固有衰减和散射衰减, 在地震频带范围内, 散射衰减主要表现为薄层调谐效应, 固有衰减主要由介质的黏弹性导致。为了厘清储层厚度对地震波的影响规律, 应用广义传播矩阵正演算法对比分析了各向同性楔状模型和各向异性楔状模型地震波振幅随偏移距的变化特征, 然后利用改进的反演谱分解技术和频变AVO反演方法提取模型正演数据的频散属性, 最后分析储层厚度对地震波频散特征的影响规律。研究结果表明, 固有衰减会明显减小储层的反射振幅, 而散射衰减使储层反射振幅随着厚度先增加后减小; 地震波频散随着地层厚度的增加呈"M"型变化, 其两个极大值分别出现在λ/20和λ/2附近(λ为波长), 极小值对应厚度为λ/4;当储层厚度小于λ/4时, 散射衰减对反射振幅和频散的影响明显强于固有衰减。
近年来, 基于无监督学习和有监督学习的深度神经网络在地震相智能识别中发挥了重要的作用。但在实际应用中, 无监督学习因缺少先验知识的引导, 而识别精度相对较低。有监督学习需依赖大量标签信息, 而实际情况难以满足该要求。提出一种半监督对比学习地震相识别方法, 采用无标签数据和有标签数据共同学习以优化模型的性能和学习能力, 从全部数据中学习相似样本之间的特征和不相似样本的差异, 尽可能缩小同类地震相的类内距离并尽可能扩大类间距离; 然后, 利用少量的标签学习, 将相类型和学习到的特征对应起来; 最终实现全区的地震相高精度识别。将该方法应用于SEAM AI地震数据和南海某工区地震数据, 获得了地震相识别结果, 并将其与常规有监督地震相识别方法得到的结果进行对比, 发现在少量标签的情况下, 半监督对比学习地震相识别方法能有效识别不同类别的地震相, 提高了地震相识别精度, 具有良好的应用前景。
发育定向排列垂直裂缝的油气储层可以等效为具有水平对称轴的横向各向同性(HTI)介质, 裂缝的发育程度可以用裂缝弱度参数来刻画。在贝叶斯理论的框架下, 利用方位地震振幅差异, 提出了一种基于各向异性梯度的裂缝弱度AVAZ反演方法。首先, 基于线性滑动模型理论求取干裂缝的法向与切向弱度之间的相关性, 推导了各向异性梯度与裂缝弱度的关系式。其次, 利用叠前地震数据提取HTI介质AVO各向异性梯度属性, 构建了裂缝弱度参数的初始模型, 为后续裂缝参数反演提供更加准确的先验约束信息。为了提高储层的裂缝预测精度, 利用方位地震数据振幅差异, 消除了背景介质的干扰。最后, 开展基于贝叶斯理论的AVAZ叠前反演, 实现了HTI介质储层裂缝弱度的估算。该方法的优势在于能够获得较为准确的初始模型, 突出裂缝参数在反演过程中的贡献。模型和实际地震数据的应用结果与测井解释结果以及地质认识吻合较好, 表明该方法具有良好的稳定性与可行性, 是一种可靠的裂缝型储层预测方法。
为了研究松辽盆地北部断裂对葡北油田油气成藏的作用, 基于断层引起的地层变形特征, 通过断层地震特征的精细分析, 重新划分并研究了葡北油田葡萄花油层油源断裂对该油田葡萄花油层成藏的作用。根据断裂是否连接源岩和目的储层, 且在油气成藏期断裂是否活动, 包括断距相对较大的断裂活动和无明显断距的微弱活动, 划分了3种类型的油源断裂: 一是沟通青一段源岩和葡萄花油层且断穿至T06反射层(嫩江组三段底界面)的穿透型油源断裂; 二是连接青一段源岩和葡萄花油层, 在油气成藏期没有明显活动但引起断层端部发生褶皱变形的断层端部褶皱型油源断裂; 三是连接青一段源岩和葡萄花油层在油气成藏期没有明显活动但断层两盘地层存在变形差异特征的断层两盘差异型油源断裂。研究结果表明, 油源断裂与葡北油田葡萄花油层油气平面分布吻合程度更高, 其中, 穿透型油源断裂对油气聚集控制作用最为显著, 揭示了油源断裂的活动强度以及油源断裂与断层圈闭的匹配所控制的油气成藏数量对油气富集的差异性的影响, 该研究对类似区块油源断裂对油气控制作用分析可借鉴参考。
南海西部海域莺琼盆地地质环境非常复杂, 地层温度分布范围较广, 最高地层温度超过240℃。目前探井地质设计时地温计算沿用的方法大多是利用最大测井温度或完井测试温度计算的地温梯度来预测井底温度, 存在较大的局限性和误差。为了降低井底温度的预测误差, 优化勘探开发地质设计, 对随钻测量温度和电缆测井温度的影响因素进行了分析, 利用外推法建立了地层温度的计算模型, 与测试所得的静止温度基本一致。此外, 利用外推法计算得到区域单井的井底温度数据, 建立了莺琼盆地不同地质层组的地温梯度模型, 同时, 采用地质分层组地温梯度累加计算井底温度的方法, 对单井井底温度进行预测, 预测结果与测试静止温度误差较小。结果表明, 利用外推法计算地层温度是正确且可行的, 可以用于钻前井底地层温度的预测。
川西地区以负向构造为主, 多期构造演化叠加, 断裂发育、储层致密, 气水关系复杂, 物探采集、成像及储层预测技术适应性较差。概要介绍了分公司在川西地区油气勘探开发历程, 总结了随着地质目标变化而形成的物探关键技术及其发展过程, 分析了现有采集、处理、解释技术对地质目标的适用性及优缺点, 剖析了侏罗系近源薄互层致密砂岩气藏、须家河近源致密气藏以及山前带超深层碳酸盐岩气藏等下一步重点勘探开发目标的研究难点, 展望了高精度成像、低频资料储层预测、多尺度断裂系统刻画以及油气水识别等关键物探技术的发展和应用前景, 对应用物探前沿技术支撑川西复杂油气区高效勘探开发具有一定的指导意义。
压裂实时监测是水力压裂效果评价和工程参数优化的重要保障措施之一。传统电磁监测裂缝参数识别方法的准确性和精度难以保证, 影响了监测效果。为了提高裂缝参数识别能力, 提出了一种基于海洋捕食者-密度聚类混合优化算法的电磁监测裂缝参数识别方法。利用海洋捕食者算法(MPA)进行多次寻优, 以每次寻优结果作为初始数据集, 然后, 利用密度聚类算法(DBSCAN)进行聚类, 构建中间样本数据集, 最后, 抽取该样本数据中值作为最终输出结果。采用Rastrigin函数进行测试, 分析混合优化算法寻优能力。测试结果表明, 相对粒子群优化算法(PSO), MPA算法单次寻优效果较佳。但两种算法寻优结果均具有较强随机性, 其中, PSO和MPA算法50次寻优精度分别为10-7~102和10-10~10-2, 而改进的混合优化算法寻优效果更稳定, 寻优精度达10-7。构建缝长、方位压裂模型并进行了数值模拟实验, 结果表明, 在噪声低于15%时, 缝长和方位识别平均绝对误差分别小于1m和1°。利用改进的算法对四川盆地某井页岩气压裂电磁监测实测数据进行分析, 确定了裂缝改造的长度(缝长)与方位。实例分析结果验证了改进算法的可行性和有效性。
研究井中激发的瞬态响应时需结合井内、外瞬态物理场的传播、扩散过程和探头的综合响应。发射探头能同时激发声、电、磁3种瞬态物理场, 采用多种探头同时接收可获得地层的多个物理参数, 实现测井方法集成。压电管和压电片激发瞬态振动瞬间同时激发同频谱的瞬变电磁场; 带磁芯的线圈在其电流导通、关断瞬间激发瞬变电磁场时, 磁芯磁致伸缩变形同时激发振动, 振动和瞬变电磁在井和地层中分别根据声和电磁的规律传播、扩散。在井中对瞬态电磁场和声场同时测量可实现电阻率和声波测井。利用圆柱形井壁对径向传播声波的无数次反射形成的固有频率, 采用共振响应的方式进行大功率激发, 使能量有效地穿过井壁进入地层, 可实现远距离探测。进一步加大激发功率, 瞬态强磁场激发砂岩孔隙流体的核磁共振, 强振动激发震电效应, 在井中用高灵敏度探头接收可实现核磁和震电测量。采用稳态大功率超声激发高通量中子可实现中子、密度测井, 再利用其导通和关断瞬间激发的瞬态响应进行声波和电阻率测井, 最后实现测井原理集成的终极目标——声电磁核组合, 这种集成方法可应用于裸眼井和套管井测井。
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