分布式光纤监测技术在油气田开发中具有无可比拟的优势。从分布式光纤传感技术基本原理和井中布设方式出发, 介绍了光纤传感技术在水力压裂、连续油管产液剖面测试、邻井压裂监测、油气井注采监测、储气库安全监测和套损监测等多个石油工程领域应用情况。整体表明光纤监测是一种经济高效的监测技术, 具备实时监控油气井全生命周期的潜力, 是具有科学性、时代特性和安全高效的生产测井技术。同时指出分布式光纤传感技术在油田应用的未来发展应聚焦于提升传感器性能、丰富光纤监测场景应用、提高资料处理解释水平能力, 降低应用成本, 进一步发挥光纤在油气田开发中的作用。
节点地震数据采集是地震勘探技术的一次重大变革。节点地震仪因具有多项优势特性得到了广泛应用。节点地震勘探技术显著提高了地震勘探对山地等复杂地表条件的适应性和灵活性, 降低了野外作业的劳动强度和用工量, 提高了地震勘探生产效率, 同时, 提升了野外作业的HSE性能, 但节点地震勘探仍面临一系列挑战。节点地震勘探技术发展不仅是地震勘探仪器的变革, 同时, 也是地震数据采集模式、数据处理模式和数据应用模式的变革。节点地震仪的未来发展趋势主要是节点地震仪性能的不断提高与优化, 节点地震仪的系列化与多样化, 多物理场融合观测节点系统, 特殊环境节点地震仪以及相关配套装备的发展。节点地震仪使地震勘探数据采集模式从集中式变革为分布式, 从而将促进地震勘探野外作业流程和施工管理模式的优化与变革。节点分布式地震数据采集模式的变革, 正在向长时间连续观测、主动源与被动源融合采集、密集采集与稀疏采集共存、实时监控与实时回传、节点布设与回收自动化辅助等方向发展。节点地震数据处理模式的变革将向自动化处理流程和智能化分析等方向发展, 需要有相应的主动源与被动源地震数据处理、非规则观测系统地震数据处理功能的支持, 增量式数据处理功能和处理流程的创新将建立全新的增量式地震数据处理模式, 在某些应用场景下这种增量式地震数据处理可以按实时和自动化流程模式开展。节点地震数据应用模式的变革将向应用领域与应用场景多样化、地震数据采集处理解释软硬件系统一体化、被动源环境噪声信息深度应用、主动源与被动源信号融合应用等方向发展。建议加强研究形成节点地震仪器装备、采集技术、处理技术和应用技术的系统化体系, 以应用场景为引导实现节点地震勘探技术与新一代信息通信技术的融合发展, 形成节点地震仪和节点地震数据应用的开源架构和生态系统。
随着高密度地震采集技术的发展, 采集排列片越来越大, 用于接收的无线采集节点设备数量也随之成倍增加, 基于WiFi和蓝牙的节点状态质控方法已无法满足每日地震数据采集前完成节点状态质控的要求。为此, 引入了一种基于LoRa通信技术及LoRaWAN通信协议的质控方法, 并且借助无人机搭载LoRa网关, 实现对节点状态的近实时质控。通过分析昆腾节点HyperQ质控数据, 确定了节点异常状态出现频率最高的阻尼、自然频率和灵敏度3项基本信息, 探讨了节点状态质控数据与地震数据之间的关系, 提出了复杂作业区节点更换的指导原则, 认为在无线节点地震数据采集过程中, 应当综合应用节点状态质控方法和地震数据质控方法共同监控地震数据的采集质量。在南美地区X工区沼泽区地震数据采集项目中, 基于节点更换原则, 应用综合节点质控方法, 在成本可控的前提下, 保证了沼泽区单炮采集数据质量, 使得采集质量指标为A级的单炮比例提高了9.72%, 满足了质控要求, 且新采集资料品质得到大幅提升。
高分辨率气枪震源的设计是海上油气资源勘探的关键环节之一。分析震源子波形态与分辨率的关系, 确定以尖脉冲子波作为震源优化的依据。基于非理想气体条件气枪子波模型对不同容量气枪的子波进行模拟, 定量分析了不同容量气枪的主脉冲峰值及达到峰值的时间。提出通过调整阵列中不同容量气枪延迟激发时间和沉放深度, 使阵列中各气枪主脉冲峰值同相叠加以构建尖脉冲子波的方法。在常规阵列的基础上设计了两种尖脉冲气枪阵列, 并与常规阵列进行子波和频谱对比, 结果表明: 水深为20m的条件下, 基于尖脉冲子波设计的阵列较常规阵列虚反射效应和陷波点效应的压制效果更好; 主峰值、峰-峰值和初泡比分别增大11.6%, 12.4%, 16.4%;兼顾了高频和低频, 有效频宽增大14.5%;能谱展布范围更广, 能量下传能力更强, 提高了信噪比和分辨率。
地震分辨率在地震数据采集、地震波成像处理和地震地质解释各阶段都具有非常重要的指导性意义。以地震子波主频、优势频带甚至倍频程为标志的地震分辨率描述方法已经不能满足当前及今后以岩性储层描述为目标的地震勘探需求, 需要给地震分辨率赋予新的内涵。根据地震波反演成像理论, 指出决定成像结果分辨能力的是Hessian算子(或成像子波), 而决定Hessian算子的因素包括激发和接收地震子波、采集孔径(宽方位和长偏移距)、偏移速度场和偏移算子。认为成像子波完整的振幅谱形态决定了它的分辨能力。从成像分辨率定义切入, 讨论了地震分辨率的内涵及其影响因素, 将地震分辨能力归结为成像剖面上成像子波的分辨能力, 进一步分析认为拥有低中频占优的宽带振幅谱的成像子波具有更强的分辨能力。根据深度域保真与高分辨成像子波的物理含义及给定目标层位保真分辨的需求, 提出了期望成像子波的概念, 给出了当前成像子波的旁瓣不畸变相邻地层反射子波的主瓣幅值是保真分辨的定义, 保真分辨是高精度宽带弹性参数(宽带波阻抗)重构的必要条件。上述与成像分辨率相关的新概念对以宽方位、宽频带、高密度和高信噪比地震数据采集技术+FWI反演成像技术为代表的新时期的实际地震数据的采集、成像处理和地震地质解释具有更明确的指导意义。
地下介质的黏弹性和各向异性特征会导致地震波出现相位频散和振幅衰减, 如果在地震数据处理中忽略这些影响, 那么成像结果会出现同相轴畸变和偏移假象。常规黏声TTI介质拟声波方程可用于模拟地震波在黏声各向异性介质中的传播特征, 但存在伪横波干扰和受模型参数限制(各向异性参数ε必须大于δ)等问题。为了解决上述问题, 将基于声学近似的纯qP波频散关系与常Q衰减模型相结合, 推导了一种黏声TTI介质纯qP波方程。该方程包含解耦的相位频散和振幅衰减项, 便于实现衰减补偿逆时偏移。基于新推导的方程, 发展了有限差分-低秩分解求解策略, 实现了黏声TTI介质纯qP波正演模拟。数值模拟结果表明, 该方程克服了黏声TTI介质拟声波方程的局限, 可较为准确且稳定地模拟地震波在黏声各向异性介质中的传播过程。同时, 该有限差分-低秩分解求解策略继承了有限差分求解方法高效的优势, 相比于传统低秩分解法具有更高的计算效率。
作为一种有效解决传统全波形反演(FWI)中周波跳跃问题的方法, 基于2-Wasserstein距离的全波形反演(OT-FWI)通常需要采用适当的数据规则化方法。为此, 将Sigmoid函数作为数据规则化方法引入OT-FWI, 形成基于Sigmoid的OT-FWI方法。Sigmoid函数可以限制数据的取值范围, 将小于0的部分映射到接近0的值。与常用的数据规则化方法如仿射尺度规则化和指数归一化规则化方法相比, Sigmoid函数可以更好地利用地震数据中小于0的相位信息, 从而进一步提高反演精度。1D Ricker子波测试结果表明, 基于Sigmoid数据规则化的2-Wasserstein全波形反演方法可以有效提高目标函数的凸性, 并增加共轭震源中的低频信息。将该方法应用于胜利模型数据和中国东部某勘探区实际地震数据进行测试, 结果表明, 相对于传统的数据规则化方法, 基于Sigmod数据规则化的2-Wasserstein全波形反演方法可以进一步提高模型反演的精度。
针对微地震有效信号时序特征存在的局限导致微地震事件识别准确率不高的问题, 提出了一种基于多模态学习的神经网络微地震事件检测方法。首先, 利用道集数据的相关性以目标道为轴对称制作多道时域模态, 对目标道进行时频分析得到S域模态特征; 然后, 联合时域模态和S域模态设计微地震事件检测神经网络, 综合多模态的特征进行训练学习, 提高微地震事件识别的精度; 最后, 为验证方法的有效性, 对合成微地震信号进行低信噪比数据分析、小幅值数据分析以及实际油井微地震监测信号事件分析。结果表明, 该方法可以有效检测低信噪比及微弱的微地震事件; 与支持向量机、卷积神经网络、基于监督机器学习方法的对比实验结果表明该方法具有更高的抗噪性与准确率。
叠加能量寻优反射波剩余静校正方法是解决剩余静校正问题的有效方法之一, 该方法精度高, 但计算量大且需要进行多域数据切换。随着原始数据量的不断增长, 其算法实现的高效运行成为主要的应用瓶颈问题。分析了叠加能量寻优反射波剩余静校正方法计算密集、通讯密集的特征, 针对算法难以实现并行计算的难点, 提出了基于Spark分布式内存计算模型的技术解决方案, 实现了海量地震数据弹性分布式数据集的高效流转和多域数据的灵活切换, 完成了叠加能量寻优反射波剩余静校正方法的多节点分布式并行计算, 提高了大数据情形下方法的适应性和计算效率, 提升了其在地震数据处理中的实用化程度。实际生产数据的应用结果表明, 基于Spark的叠加能量寻优反射波剩余静校正的软件模块在复杂近地表地震数据的处理中取得了能满足实际生产要求的应用效果, 兼具适应性强和计算效率高的特点。
总有机碳含量(TOC)是决定烃源岩质量的最重要参数。为了准确评价煤系页岩气储层的TOC参数, 以四川盆地Q区龙潭组C1井海陆过渡相页岩气储层为例, 对提高储层TOC参数计算精度的方法进行了研究。根据研究区的地质特点, 结合自然伽马能谱测井数据, 对原始Δlog R方法进行改进, 形成了基于自然伽马能谱测井的双Δlog R方法。首先, 将岩心TOC数据按岩性分为煤层和非煤层, 然后, 将自然伽马能谱测井数据(钍钾比(Th/K)和钍铀比(Th/U))分别与煤层TOC和非煤层TOC进行相关性分析, 各自选择最高相关性的数据与Δlog R拟合, 计算煤层和非煤层的TOC。结果表明, 基于自然伽马能谱测井的双Δlog R方法和传统方法相比, C1井煤层和非煤层TOC计算相关性最高可以提高到0.78和0.85, 煤层和非煤层TOC的绝对误差最低都可以降到0.01%, 煤层和非煤层TOC的相对误差降低到14.93%和12.53%。将基于自然伽马能谱测井的双Δlog R方法应用于四川盆地S区Y组C2井, 取得了较好的效果。改进的方法适用于研究区页岩气储层黏土含量高, 非均质性强, 且存在黑色煤层的页岩储层, 有效弥补TOC与铀(U)含量无明显相关性的不足, 具有较好的适用性和推广性, 可以有效辅助研究区页岩气储层的勘探开发。
流体因子反演的难题在于地层介质的正问题从弹性过渡到非弹性介质后如何建立非弹性介质的反射系数表达式, 从而更精确地描述传播介质。针对地震波在非弹性介质中的衰减问题, 建立了基于Q弹性流体因子理论, 结合衰减系数对弹性流体因子项进行扰动获得Q弹性流体因子, 在相似介质和弱衰减假设条件下推导了Q弹性流体因子在介质分界面上的散射方程, 该表达式与复数条件下的纵、横波速度项及密度项有较高的相关度; 进一步通过Q弹性流体因子推导了与纵横波速度的关系, 获得了近似条件下Q弹性流体因子纵波反射系数表达式, 并分析了该表达式与完全弹性介质反射系数表达式的联系, 该方法消除了反演剖面中存在的虚假亮点干扰, 从而对衰减弹性介质假设下的储层流体响应进行了更准确的描述。在胜利油田某实际工区的应用结果表明: 对流体和围岩进行了区分, 获得了相比于常规流体因子反演结果更准确的储层流体响应特征, 该流体检测方法在一定程度上降低了流体检测的多解性, 消除了仅考虑振幅影响的识别假象。
碳酸盐岩储层中的裂隙是油气的运移通道和储集空间, 对于油气勘探、开发和评价都具有重要的指导意义。针对研究区碳酸盐岩储层裂缝检测的难题, 提出灰狼-布谷鸟优化BP算法(GWO-CS-BP), 该算法是将GWO-CS(grey wolf-cuckoo search algorithm)与BP(back propagation)相结合形成的裂隙检测方法。将含裂缝信息的相干、曲率、倾角、方位角和构型张量等属性作为GWO-CS-BP神经网络的输入数据, 在工区地质资料约束下根据测井数据获得裂缝发育水平评价指标, 进而对研究区裂缝发育水平进行评价并划分等级。研究区碳酸盐岩储层裂缝发育水平检测结果表明, GWO-CS-BP算法能够综合各属性特点对研究区的裂缝发育水平特征进行二次误差控制, 获得裂缝发育水平评价指标fs并将研究区裂缝发育水平划分为3个等级及4个裂缝存在区域。其中, 当研究区裂缝发育水平参数的值适中时, 即fs的值大于4.0且小于5.8时, C区域最有利于油气的聚集, 高产井的分布数量较多。利用GWO-CS-BP算法对研究区的裂缝发育水平进行了精细评价, 并得出裂隙发育水平参数fs, 实现了GWO-CS算法改进的BP神经网络在裂缝检测中的有效应用。
为了提高断裂预测精度和分辨率, 分析储层断裂连通性, 提出基于高斯滤波拉普拉斯(the Laplacian of a Gaussian filter, LoG)算子的断层增强方法、基于特征向量的断层细化方法和基于三维稳态饱和流动方程的断层连通性方法相结合的储层断裂预测及连通性评价方法。将该方法应用于威远龙马溪组页岩储层断层增强和断层细化的处理, 提高了地震资料的信噪比, 改善了横向和垂向上的分辨率, 突出了微、小断裂的细节特征, 使目标储层的断裂特征刻画得更清楚、全面, 增强和细化处理后的属性对断裂识别的分辨率和精度都明显优于相干属性; 断层连通性评价方法的应用突出了目标储层段的连通断层, 同时连接了小断层, 并结合该储层段的孔隙度预测结果, 将储层断裂连通性划分为3个区间, 得到有效的评价认识, 即: 目标储层段断层、中小尺度断裂发育, 储层断裂整体连通性较好, 可以作为天然气的储集空间和运移通道。
M油田为陆上推覆构造背景下的白垩系厚碳酸盐岩储层。复杂的生产历史及微裂缝的发育导致水淹规律比较复杂, 因而在后续开发方案动态调整中, 需要准确判别开发过程中水淹规律以及水进趋势。利用三维地震多方位角数据分析预测储层裂缝, 结合目标地层构造形态与受力变形特征, 分析地层裂缝参数以及应力场空间分布, 研究储层裂缝发育特征, 综合解释碳酸盐岩油藏内部流体运移方向与水驱强弱关系, 判别开发过程中油田的水淹规律以及水进趋势。生产动态分析表明, 目标储层内注入水流动趋势和水驱速度主要受井点周边的裂缝发育程度和裂缝方向控制。基于对地震各向异性和构造应力场的综合裂缝分析研究, 明确了目标层段的裂缝发育强弱、裂缝方向和裂缝联通特征, 对各个注水井的不同效率做了进一步解释。如果注水井位于裂缝不发育的区域或水进与裂缝方向垂直, 水驱速度则比较稳定, 周边受效井效果比较好; 反之, 受效井含水上升就比较快。裂缝发育特征与含水动态关联分析为后续井位的调整与开发方案的优化提供了具体指导。
克拉通盆地内走滑断层位移量小、变形微弱且构造复杂, 深层地震低分辨率识别走滑断层困难且受诸多假象影响。通过剖析塔里木和四川盆地克拉通内走滑断层的典型地震现象, 结合地质因素综合分析辨别走滑断层是否发育, 总结了典型的地震假象并建立三大类陷阱模式, 主要包括: ①基底陡崖、阶梯状断裂与断垒结构可能误判为"花状构造", 基底-盖层垂向发育的相似褶皱也可能成为走滑构造假象; ②喷发岩、蒸发岩厚度、岩性的横向变化, 可能造成地震层速度横向突变, 导致下伏岩体在地震剖面上产生似走滑断层的高陡假象; ③垂向规模发育的沟谷地形、岩溶地貌、岩相相变等地质现象可能出现似走滑断层的地震响应。为避免这些地震解释陷阱, 在提高走滑断层地震分辨率的基础上, 排除蒸发岩和火成岩的速度影响, 剔除地形地貌与岩相变化的影响, 并基于以地震平面属性为主的典型走滑构造识别, 排除地震走滑断层的假象, 建立合理的走滑断层地震-地质解释模式。
连续的储层分类结果是油藏开发方案编制及储层改造的重要依据。海上油田测井资料匮乏, 并且因采用单层测试造成生产资料少, 故非均质砂砾岩储层分类存在困难。首先结合渗流能力法和图版法储层分类的优势, 在不同类型砂砾岩岩心物性分析的基础上, 按渗流能力对取心井段储层进行分类; 然后选取敏感测井曲线构建储集元素和渗流元素并建立储层指示因子; 最后利用岩心渗流能力分类结果约束储层指示因子, 建立基于常规测井曲线的储层分类标准。该储层分类方法在渤海海域C油田东三段砂砾岩储层的实际应用结果表明, 其储层分类结果与岩心渗流能力分类结果吻合度较高, 且与核磁共振测井反映的孔隙结构特征及生产测井结果均具有良好的一致性, 解决了海上油田储层分类难度大的问题, 实现了砂砾岩储层纵向和横向上的连续分类, 为海上油田高效开发提供了技术支持。
地震沉积学理论及应用技术研究中90°相位转换技术是地震沉积学研究的核心技术之一, 但在实际研究与应用中, 该技术并未取得如期的成果。在地震勘探原理中, 地震反射同相轴代表着具有波阻抗差的地层界面。90°相位转换拟通过相移的方式, 将代表着地层界面的地震反射同相轴赋于岩性地层的意义。由于地下地层的复杂多变, 多种岩性频繁薄互层。利用薄互层地质模型的地震正演模拟结果, 证实地震反射同相轴并不能与地层界面一一对应, 因此, 地震剖面中的同相轴是多套薄互层组合效应。受地震资料分辨力的限制, 90°相位转换后的地震资料既不能将原始地震资料由界面型地震剖面转换成岩性地层剖面, 也缺乏明确的地质含义, 其在地震构造解释和地震岩性解释中的应用能力均很有限, 所以很难称其为地震沉积学的应用技术。因此, 将90°相位转换技术作为地震沉积学的核心技术并不合适, 该技术无法提高地震资料分辨能力, 也不能精确地将地震剖面转化成岩性剖面。
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