王延光,尚新民,芮擁軍

(中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司,山東東營(yíng) 257000)

勝利油田東部探區(qū)所處的濟(jì)陽(yáng)坳陷油氣資源十分豐富,按照2005年全國(guó)第三輪資源評(píng)價(jià),石油資源量為102.6×108t,目前探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量為53.2×108t,剩余資源量為49.4×108t,剩余資源豐度為16.5×104t/km2,坳陷中4個(gè)主力凹陷剩余資源量和剩余資源豐度均居中國(guó)石化所屬各凹陷前列[1],具有巨大的勘探潛力。

然而,濟(jì)陽(yáng)坳陷地質(zhì)條件異常復(fù)雜,被稱為“地質(zhì)大觀園”[2],即形容為“一個(gè)摔碎了的盤(pán)子,又被人踢了一腳”,特殊的地質(zhì)條件決定了其勘探歷程具有復(fù)雜性和漸進(jìn)性的特點(diǎn),作為對(duì)油氣勘探具有支撐作用的地震技術(shù)也因此不斷地發(fā)展與進(jìn)步。從前期的光點(diǎn)地震、二維地震,到后來(lái)的常規(guī)三維、高精度三維,先后為坳陷內(nèi)簡(jiǎn)單構(gòu)造油藏勘探、復(fù)式油氣藏勘探和隱蔽油氣藏勘探提供了強(qiáng)力的技術(shù)支撐[3-6]。

“十三五”以來(lái),勝利油田進(jìn)入到復(fù)雜隱蔽油氣藏勘探階段,勘探程度不斷提高,勘探對(duì)象日趨復(fù)雜,傳統(tǒng)的地震技術(shù)已不能滿足勘探開(kāi)發(fā)的需求,規(guī)模儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)越來(lái)越難。為了破解生產(chǎn)難題,“十五”以來(lái)提出了高密度地震的設(shè)想[7],先后探索了數(shù)字單點(diǎn)、模擬小組合兩條技術(shù)路線[8-10],在國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)和中國(guó)石化“十條龍”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持下,開(kāi)展了大規(guī)模的先導(dǎo)試驗(yàn)工作,結(jié)合工區(qū)地表地質(zhì)條件,立足自身,提出了單點(diǎn)高密度地震技術(shù)概念,從“模仿”到“創(chuàng)新”,形成了實(shí)用的獨(dú)具特色的單點(diǎn)高密度地震技術(shù),構(gòu)建了高密度地震技術(shù)體系,先后完成了十余個(gè)單點(diǎn)高密度三維地震項(xiàng)目,勘探開(kāi)發(fā)成效顯著,為我國(guó)東部成熟探區(qū)精細(xì)勘探、效益開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐。

1 單點(diǎn)高密度地震技術(shù)內(nèi)涵

1.1 勝利油田地震技術(shù)發(fā)展歷程

地質(zhì)與物探相輔相成,異常復(fù)雜的地下地質(zhì)條件以及大量的勘探實(shí)踐和較快的勘探節(jié)奏促進(jìn)了物探技術(shù)的發(fā)展,使勝利油田成為我國(guó)許多物探技術(shù)的發(fā)祥地。同時(shí)地球物理技術(shù)不但推動(dòng)了地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)的提升和完善,而且很好地拉動(dòng)、支撐了油田勘探增儲(chǔ)、開(kāi)發(fā)建產(chǎn)。

自20世紀(jì)70年代以來(lái),勝利油田地震勘探經(jīng)歷了“二維地震—常規(guī)三維—高精度三維”3個(gè)階段[11],至2015年,勝利油田東部探區(qū)已實(shí)施三維地震250塊,合計(jì)滿次面積31000km2。油氣勘探,地震先行,每一次地震技術(shù)的進(jìn)步都會(huì)帶來(lái)勘探的重大發(fā)現(xiàn)(圖1)。

圖1 勝利油田采用不同的地震技術(shù)得到的不同時(shí)期的探明儲(chǔ)量

20世紀(jì)80年代,大規(guī)模二維地震勘探后,勝利油田勘探仍然面臨著“忽有忽無(wú),忽水忽油,忽高忽低,忽薄忽厚,忽稀忽稠”的難題,物探先輩意識(shí)到“解決復(fù)雜斷塊的問(wèn)題必須是三維地震”。1966年,李慶忠院士在勝利油田首次提出三維地震勘探方法及原理,并在東辛油田上繪制出三維歸位構(gòu)造圖,取得了良好的地質(zhì)效果;1974年,又在新立村地區(qū)組織開(kāi)展了世界上第一片束狀三維地震勘探,發(fā)現(xiàn)了新立村油田。在前期攻關(guān)研究的基礎(chǔ)上,探索形成了勝利油田第一代三維地震技術(shù),其主要特征為“組合接收、大面元、低炮道密度、構(gòu)造成像與解釋”。采集上“速度檢波器大組合、4線6炮為主、面元網(wǎng)格以25m×50m為主、覆蓋次數(shù)20～30次、接收道數(shù)小于480道、道密度不超過(guò)20×104道/km2”,處理中以疊后時(shí)間偏移為核心,力爭(zhēng)“高分辨、高信噪比”資料處理,重點(diǎn)圍繞構(gòu)造進(jìn)行解釋。至2005年,勝利油田東部探區(qū)共完成常規(guī)三維地震近200塊,滿次面積兩萬(wàn)多平方千米,極大改善了地震資料品質(zhì),從而使一些大型油田得到進(jìn)一步擴(kuò)展,一些中小型油田得以發(fā)現(xiàn)[12]。常規(guī)三維地震技術(shù)支撐了勝利油田復(fù)式油氣藏勘探,徹底改變了以往二維地震勘探構(gòu)造油藏“越找越小,越找越貧,路子越走越窄”的嚴(yán)峻勘探形勢(shì),奠定了中國(guó)第二大油田的地位。

1998年,勝利油田主探區(qū)基本上實(shí)現(xiàn)了三維地震連片,由于勘探難度越來(lái)越大,因而地震技術(shù)儲(chǔ)備不足的問(wèn)題日益突出。為此,1998年4月,勝利油田召開(kāi)了“高精度三維地震研討會(huì)”,會(huì)上提出了“勝利油田要不要繼續(xù)三維地震？如何開(kāi)展三維地震勘探？三維地震技術(shù)向何處去？”的3個(gè)核心問(wèn)題,經(jīng)過(guò)討論,會(huì)議認(rèn)為:在三維地震有效覆蓋探區(qū),勝利油田仍有很大勘探潛力,油田的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展需要有新的地震勘探技術(shù)做支撐,新的復(fù)雜勘探目標(biāo)需要高精度地震資料才能滿足需求,有必要開(kāi)展新一輪高精度地震勘探,采用新技術(shù)重新采集高精度三維地震資料[13]。至2005年,勝利油田形成了第二代三維地震技術(shù)——高精度三維地震,主要特征為“組合接收、較小面元、中炮道密度、面向巖性處理與解釋”。采集中,“速度檢波器組合接收、6線10炮為主、面元網(wǎng)格以25m×25m為主、覆蓋次數(shù)50次以上、接收道數(shù)超過(guò)千道、炮道密度不超過(guò)100×104道/km2”。與常規(guī)三維相比,處理解釋技術(shù)有了較大的進(jìn)步。處理方面,理念上由“追求信噪比”到“保真保幅”,技術(shù)手段由疊后時(shí)間偏移為主到疊前時(shí)間偏移為主;解釋方面,從手工解釋作圖走向人機(jī)聯(lián)作解釋,從三維數(shù)據(jù)二維解釋走向三維構(gòu)造解釋,從構(gòu)造解釋走向巖性解釋,從疊后反演走向疊前反演。這一時(shí)期,地震資料品質(zhì)的提高和處理解釋技術(shù)的進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)了隱蔽油氣藏勘探由“碰”到“找”、由“定性預(yù)測(cè)”到“定量評(píng)價(jià)”的跨越,高精度三維地震成為勝利油田隱蔽油氣藏勘探開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)之一。

進(jìn)入到2015年以后,勝利油田東部老油區(qū)的勘探對(duì)象轉(zhuǎn)向以“薄、小、碎、深、散、隱”為主的油藏,單塊控制儲(chǔ)量規(guī)模逐年變小的態(tài)勢(shì)日趨嚴(yán)重,如勝利東部2018年度單塊儲(chǔ)量規(guī)模108×104t/塊,較2017年減少10×104t,增儲(chǔ)上產(chǎn)的難度逐年加大,如何實(shí)現(xiàn)東部老油田的可持續(xù)發(fā)展成為一個(gè)重大課題。

面對(duì)成熟老區(qū)復(fù)雜且多樣的地質(zhì)油藏目標(biāo),以往的物探技術(shù)已不能很好適應(yīng)這一變化,要實(shí)現(xiàn)中石化“東部硬穩(wěn)定”的戰(zhàn)略目標(biāo),迫切需要新一代的地震技術(shù),解決油田勘探開(kāi)發(fā)中物探技術(shù)成本與精度、質(zhì)量與效率之間的矛盾,這也是物探技術(shù)發(fā)展的一個(gè)永恒主題。

1.2 單點(diǎn)高密度地震技術(shù)核心內(nèi)容

高密度地震是一個(gè)相對(duì)的概念,是指道間距小于常規(guī)道間距或單點(diǎn)不組合的地震采集、提高分辨率處理和綜合解釋的技術(shù),是國(guó)內(nèi)外高度關(guān)注和發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù),它通過(guò)提高地震資料的信噪比、分辨率和保真度,進(jìn)而提高構(gòu)造成像精度、薄儲(chǔ)集層識(shí)別精度和巖性預(yù)測(cè)精度[14]。

高密度地震技術(shù)國(guó)外研究起步早、探索多,在海上、陸上都有商業(yè)化應(yīng)用,主要形成了兩條技術(shù)路線(見(jiàn)表1),但對(duì)外技術(shù)封鎖[15]。

表1 國(guó)外高密度地震技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線

“十五”期間,勝利油田提出了“高密度三維地震技術(shù)是提高地震資料精度,提高復(fù)雜小斷塊刻畫(huà)能力、巖性圈閉預(yù)測(cè)能力和小尺度孔縫洞描述精度的最有效途徑,是老油區(qū)二次勘探的關(guān)鍵技術(shù)之一”的觀點(diǎn)。

2005年至2015年,先后在墾71、羅家、盤(pán)河、哈山、義和莊等地區(qū)探索實(shí)驗(yàn)了3條技術(shù)路線,見(jiàn)圖2。在墾71地區(qū)和羅家地區(qū),實(shí)驗(yàn)了以數(shù)字檢波器接收為核心的高密度地震技術(shù)路線,雖然墾71、羅家高密度三維取得了很好的應(yīng)用效果,但是由于DSU3檢波器引進(jìn)價(jià)格高,購(gòu)置數(shù)量有限,施工中埋置要求高、兼容性差、過(guò)障礙能力差等原因,后續(xù)難以大規(guī)模投入生產(chǎn)應(yīng)用;在義東地區(qū),實(shí)驗(yàn)了以模擬檢波器小組合為核心的高密度地震技術(shù)路線,與老剖面相比,新資料成像剖面橫向分辨率有較大提升,大斷層斷面、小斷塊斷點(diǎn)清楚,但垂向分辨率沒(méi)有明顯提高,無(wú)法解決小尺度精細(xì)成像問(wèn)題。中石油推出的新一代高密度地震技術(shù),通過(guò)可控震源的高密度高效滑動(dòng)掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)高密度地震采集,適合于西部戈壁荒漠區(qū)等地形條件。與井炮激發(fā)相比,可控震源高效激發(fā)技術(shù)安全環(huán)保、施工效率高。2014年,勝利油田在新疆哈山東地區(qū)創(chuàng)造了日產(chǎn)13000多炮的國(guó)內(nèi)記錄,大幅降低了采集成本,是高密度地震技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。但是,目前國(guó)內(nèi)使用的Nomand65型可控震源自重28T,東部城鎮(zhèn)區(qū)、農(nóng)田區(qū)難以承載;震源峰值出力275KN,在公路、廠礦等硬化路面上使用時(shí)會(huì)破壞路面結(jié)構(gòu)。因此,大型可控震源難以在農(nóng)田、城鎮(zhèn)、工廠密集分布的勝利油田東部探區(qū)使用。

圖2 勝利油田高密度地震技術(shù)探索歷程

從勝利油田探索的高密度地震技術(shù)路線來(lái)看,已有的高密度地震技術(shù)均無(wú)法適應(yīng)我國(guó)東部高度復(fù)雜的地面施工條件和高度復(fù)雜的地下地質(zhì)目標(biāo),必須立足于東部老區(qū)地表、地質(zhì)特征,借鑒國(guó)內(nèi)外其它高密度地震的經(jīng)驗(yàn),自主攻關(guān),才能形成適合東部老區(qū)精細(xì)勘探開(kāi)發(fā)需求的高密度地震技術(shù)。

高成熟探區(qū)主體進(jìn)入精細(xì)勘探階段,無(wú)疑需要“漁網(wǎng)”網(wǎng)眼越織越密、“CT”精度越來(lái)越高,對(duì)此結(jié)合地球物理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),勝利油田提出了新一代的單點(diǎn)高密度地震技術(shù),與傳統(tǒng)的三維地震技術(shù)相比,實(shí)現(xiàn)8個(gè)方面的轉(zhuǎn)變:從規(guī)則(束狀)觀測(cè)系統(tǒng)向基于地表和面向地質(zhì)目標(biāo)成像的觀測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變;從檢波器組合接收向單點(diǎn)接收轉(zhuǎn)變;從固定(井深、藥量、巖性等)激發(fā)向最佳(井深、藥量、巖性等)激發(fā)轉(zhuǎn)變;從大面元向小面元轉(zhuǎn)變;從窄方位角向?qū)?全)方位角轉(zhuǎn)變;從窄頻帶向?qū)掝l帶(特別是低頻)轉(zhuǎn)變;從低覆蓋次數(shù)向高覆蓋次數(shù)轉(zhuǎn)變;從低炮道密度向高炮道密度轉(zhuǎn)變。

2015年,遵循“八個(gè)轉(zhuǎn)變”的理念,在大量探索的基礎(chǔ)上,從“模仿”到“自主創(chuàng)新”,提出了單點(diǎn)高密度地震技術(shù)的概念,即單點(diǎn)激發(fā)、單點(diǎn)接收,具有小面元、寬頻帶、寬方位、高炮道密度特征,以方位各向異性理論為基礎(chǔ),采用寬頻全方位處理、五維數(shù)據(jù)解釋的新一代地震技術(shù)[15-17]。與常規(guī)三維地震技術(shù)相比,單點(diǎn)高密度三維地震在理論、裝備、采集、處理、解釋等方面全面升級(jí)(見(jiàn)表2)。

表2 常規(guī)三維與單點(diǎn)高密度三維地震的主要區(qū)別

攻關(guān)研究與先導(dǎo)試驗(yàn)表明,能夠基本滿足勝利油田東部成熟探區(qū)“十三五”勘探需求的單點(diǎn)高密度地震的主要采集參數(shù)界定為:面元網(wǎng)格≤12.5m×12.5m,覆蓋次數(shù)200次左右,炮道密度>100×104道/km2,橫縱比>0.5。當(dāng)然還要視勘探開(kāi)發(fā)目標(biāo)層系具體分析、具體施策。

2018年,在丹麥哥本哈根第80屆EAGE年會(huì)上,關(guān)鍵、尚新民等所做的“Land piezoelectric single point high density seismic technology”報(bào)告首次展示了勝利油田單點(diǎn)高密度地震技術(shù)理念及應(yīng)用效果,得到業(yè)界高度認(rèn)可和評(píng)價(jià)。

截至2021年底,單點(diǎn)高密度地震技術(shù)在濟(jì)陽(yáng)坳陷開(kāi)始大規(guī)模推廣應(yīng)用,完成了16塊三維滿次面積3699km2的數(shù)據(jù)采集,新資料的頻寬及品質(zhì)得到大幅度提升,成為復(fù)雜隱蔽油氣藏勘探的核心技術(shù)。

2 單點(diǎn)高密度地震技術(shù)進(jìn)展

勝利油田面向復(fù)雜隱蔽油氣藏勘探的重大需求,提出并全面闡述了單點(diǎn)高密度地震技術(shù)的概念、特征、方法和實(shí)踐路徑,從采集、處理、解釋3方面進(jìn)行了全方位探索,形成了實(shí)用的獨(dú)具特色的單點(diǎn)高密度地震技術(shù),支撐了勝利油田從構(gòu)造勘探—復(fù)式油氣勘探—隱蔽油氣藏勘探—復(fù)雜隱蔽油氣藏勘探的多次成功轉(zhuǎn)型,為勝利東部老區(qū)的精細(xì)勘探和長(zhǎng)期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)做出了積極貢獻(xiàn)。

2.1 單點(diǎn)高密度地震采集技術(shù)

單點(diǎn)高密度地震技術(shù)采集是基礎(chǔ),需要從源頭解決采集信號(hào)的品質(zhì)和觀測(cè)屬性,以陸用壓電檢波器研發(fā)為核心,面向復(fù)雜地表及地下地質(zhì)條件,研發(fā)了單點(diǎn)高密度的觀測(cè)方式,形成了海量數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控技術(shù),解決了高密度地震采集接收—觀測(cè)—監(jiān)控三大核心難題,引領(lǐng)了新一代地震采集技術(shù)的發(fā)展方向。

2.1.1 陸用壓電單點(diǎn)檢波器研發(fā)

目前陸上地震勘探中一般使用動(dòng)圈檢波器組合接收,它能夠提高儀器靈敏度與接收信號(hào)的信噪比,但是組合造成的不同相疊加必然會(huì)降低頻率,模糊地震反射特征,造成不可逆的原始信號(hào)失真[18-21],單點(diǎn)高密度地震首先要實(shí)現(xiàn)接收裝備的突破。

從2013年開(kāi)始,勝利油田聯(lián)合中國(guó)石化地球物理公司、長(zhǎng)安集團(tuán)開(kāi)展了陸用壓電檢波器試驗(yàn),先后攻克了壓電陶瓷一致性與抗沖擊能力差、低頻響應(yīng)差、電池長(zhǎng)期供電等技術(shù)難關(guān),成功研發(fā)了陸用壓電檢波器,其基本結(jié)構(gòu)包括:兩個(gè)壓電機(jī)芯、一個(gè)高精度電路以及夾在2個(gè)壓電陶瓷片間的質(zhì)量塊。當(dāng)檢波器震動(dòng)時(shí),質(zhì)量塊對(duì)壓電晶體產(chǎn)生慣性壓力,從而在壓電晶體兩端產(chǎn)生電壓[22-24](圖3)?；窘鉀Q了壓電檢波器抗沖擊的問(wèn)題,產(chǎn)品跌落次數(shù)≥3000次,電源體積小、防水好、抗雷擊強(qiáng)、高低溫性能好、可連續(xù)供電達(dá)2年以上。

圖3 陸用壓電檢波器結(jié)構(gòu)(a)與實(shí)物照片(b)

研發(fā)的陸用壓電檢波器先后在盤(pán)河、肖莊北等多個(gè)區(qū)塊進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)對(duì)比,實(shí)現(xiàn)了第一代陸用壓電檢波器的工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外DSU(MEMS)數(shù)字檢波器相當(dāng)?shù)乃?表3),打破了國(guó)外單點(diǎn)檢波器技術(shù)壟斷,是目前陸上唯一正式用于大規(guī)模地震生產(chǎn)的壓電型加速度檢波器。

表3 不同檢波器主要技術(shù)參數(shù)

利用陸用壓電檢波器先后實(shí)施了東風(fēng)港、羅家等多塊單點(diǎn)高密度三維，以羅家-2017為例(見(jiàn)圖4)，單點(diǎn)接收的單炮記錄不存在檢波器組合造成的模糊效應(yīng)，更好地保持了地震信號(hào)特征，頻帶寬度大于動(dòng)圈檢波器組合接收記錄,以-18dB作為優(yōu)勢(shì)頻帶,老數(shù)據(jù)頻帶范圍為5～55Hz,單點(diǎn)高密度數(shù)據(jù)頻帶范圍為6～100Hz。

圖4 寬頻陸用壓電檢波器接收的原始單炮對(duì)比a MEMS檢波器; b 陸用壓電檢波器; c 20DX檢波器; d 頻譜

2.1.2 面向地質(zhì)目標(biāo)的單點(diǎn)高密度觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

與常規(guī)三維地震采集相比,高密度三維地震采集對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求,需要解決以下問(wèn)題:①如何實(shí)現(xiàn)地質(zhì)任務(wù)與經(jīng)濟(jì)成本的平衡;②如何針對(duì)單點(diǎn)資料特點(diǎn)進(jìn)行面向地質(zhì)目標(biāo)的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[25]。

為解決以上問(wèn)題,提出了面向地質(zhì)目標(biāo)的高密度三維地震觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,在深入分析老資料和提升地質(zhì)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,形成了以“單點(diǎn)接收、全過(guò)程變觀評(píng)價(jià)和OVT屬性分析”為核心的單點(diǎn)高密度觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù),進(jìn)行基于單點(diǎn)接收數(shù)據(jù)信噪比特點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)論證、基于目的層的全區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)宏觀論證、基于正演模擬的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)精細(xì)論證,在平衡經(jīng)濟(jì)與地質(zhì)效果的基礎(chǔ)上,確定最佳觀測(cè)系統(tǒng)方案,其設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

圖5 面向地質(zhì)目標(biāo)的高密度地震觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

與以往觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)相比,面向地質(zhì)目標(biāo)的高密度地震觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)有3個(gè)方面的進(jìn)步:①依據(jù)馬在田院士提出的覆蓋次數(shù)、炮道密度與單炮信噪比的經(jīng)驗(yàn)公式,基于實(shí)際地震資料退化處理的炮道密度優(yōu)化,得到了炮道密度與成像信噪比的關(guān)系曲線,提出了勝利油田現(xiàn)階段精度和經(jīng)濟(jì)雙控條件下的炮道密度區(qū)間,實(shí)現(xiàn)了針對(duì)單點(diǎn)接收的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià);②面向?qū)挿轿惶幚?分析了寬方位處理對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)OVT屬性的需求,建立了OVT片覆蓋次數(shù)、方位角容差等11種觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)屬性,實(shí)現(xiàn)了基于OVT屬性的寬方位觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),具備了基于OVT屬性的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及綜合量化評(píng)價(jià)功能;③在復(fù)雜“十三五”以來(lái),先后在勝利、江蘇、江漢推廣應(yīng)用了單點(diǎn)高密度觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。在濟(jì)陽(yáng)坳陷完成了16塊高密度三維采集設(shè)計(jì),平均炮道密度200×104道/km2,大幅度提高了原始數(shù)據(jù)空間屬性的均勻性、對(duì)稱性和連續(xù)性,保障了單點(diǎn)高密度地震項(xiàng)目的有效實(shí)施。

地表?xiàng)l件帶來(lái)的規(guī)則施工越來(lái)越困難的情況下,制定了野外變觀評(píng)價(jià)分析指標(biāo)和技術(shù)流程,形成了野外障礙物自動(dòng)識(shí)別及優(yōu)化變觀設(shè)計(jì)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了采集全過(guò)程的變觀分析評(píng)價(jià),為高精度成像提供了保障。

2.1.3 單點(diǎn)高密度地震采集現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)控

與傳統(tǒng)的三維地震相比,單點(diǎn)高密度地震采集具有原始資料信噪比低、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn),以往基于人工檢查、評(píng)價(jià)原始單炮的方式,無(wú)法適應(yīng)高密度地震采集的質(zhì)控要求。

為此,制定了以“單炮+成像”為核心的單點(diǎn)高密度地震資料評(píng)價(jià)規(guī)范,開(kāi)發(fā)了海量單點(diǎn)數(shù)據(jù)的單炮質(zhì)量評(píng)價(jià)及偏移快速成像系統(tǒng),編寫(xiě)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)控模塊12個(gè),研發(fā)了基于X變換與機(jī)器學(xué)習(xí)的噪聲壓制、基于人工智能的現(xiàn)場(chǎng)速度模型更新優(yōu)化、現(xiàn)場(chǎng)三維數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)疊加、基于BMC的疊前高速偏移成像等特色技術(shù),支撐了單點(diǎn)高密度地震采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)高效質(zhì)量監(jiān)控。

圖6a和圖6b分別給出了羅家地區(qū)采用傳統(tǒng)方法與快速成像方法得到的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控疊前偏移剖面。

圖6 羅家地區(qū)采用傳統(tǒng)方法(a)與快速成像方法(b)得到的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控疊前偏移剖面

利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試服務(wù)器(12線程、內(nèi)存64G、硬盤(pán)容量10T),耗時(shí)40min實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)“準(zhǔn)”實(shí)時(shí)疊前成像,做到了“過(guò)程可控,結(jié)果可信”,解決了高密度地震海量數(shù)據(jù)監(jiān)控與評(píng)價(jià)的難題。

2.2 單點(diǎn)高密度地震處理技術(shù)

與常規(guī)地震或高精度地震相比,單點(diǎn)高密度地震資料具有:高密度空間采樣、波場(chǎng)保真、寬頻帶、寬方位、海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。以往僅對(duì)其中某些環(huán)節(jié)進(jìn)行了部分研究[26-28],沒(méi)有形成系統(tǒng)完整的解決方案。

針對(duì)單點(diǎn)高密度地震資料的處理,我們?cè)谙到y(tǒng)剖析資料特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,得出兩點(diǎn)認(rèn)識(shí):①高密度地震處理技術(shù)沒(méi)有超越現(xiàn)有的理論框架,目前大部分成熟的處理技術(shù)和流程依然有效;②高密度地震處理隨著采集技術(shù)進(jìn)步而相應(yīng)變化的技術(shù),需根據(jù)高密度地震資料特點(diǎn)在方法和技術(shù)上做出調(diào)整。對(duì)此,提出了“成熟技術(shù)+特色技術(shù)”的高密度地震資料處理思路,建立了以“寬頻、全方位、自動(dòng)高效”為特征的高密度地震資料處理流程(圖7),較好地滿足了高密度地震資料解釋的需求。

圖7 單點(diǎn)高密度地震資料寬頻全方位處理流程(黑色字體代表成熟技術(shù),藍(lán)色字體代表開(kāi)發(fā)的新技術(shù))

2.2.1 單點(diǎn)高密度地震“兩拓一保”寬頻處理技術(shù)

與以往高分辨的理念不同,現(xiàn)今更加重視倍頻程的概念[29],這一理念要求在重視有效頻寬的同時(shí),更加關(guān)注高低頻之比。單點(diǎn)高密度地震原始數(shù)據(jù)具有較寬的有效頻帶,處理中重點(diǎn)關(guān)注3個(gè)問(wèn)題:①如何補(bǔ)償?shù)皖l端的不足;②如何發(fā)揮高密度資料優(yōu)勢(shì)提升高頻端信號(hào);③如何保持單點(diǎn)資料頻帶較寬的優(yōu)勢(shì),盡量減少處理過(guò)程中的降頻現(xiàn)象。

為此,高密度地震資料處理中確立了以“倍頻程”為核心的高分辨處理理念,提出了“兩拓一?！钡膶掝l處理策略,開(kāi)發(fā)了最小二乘低頻補(bǔ)償、立體Q反演及補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)波形匹配3項(xiàng)特色技術(shù),它們與成熟技術(shù)構(gòu)建了高密度數(shù)據(jù)寬頻處理流程,因而大大提高了對(duì)地質(zhì)體的識(shí)別能力?；诘卣鹳Y料頻帶的可預(yù)測(cè)性,構(gòu)建最小二乘意義下的譜約束拓頻算子,提出了相位譜一致性拓頻準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)了低頻有效信息的保真拓頻;充分利用高密度微測(cè)井、空間采樣充分的優(yōu)勢(shì),研發(fā)了高密度資料表層Q反演和補(bǔ)償技術(shù),有效補(bǔ)償了地層吸收造成的地震高頻損失;研發(fā)了動(dòng)態(tài)波形匹配技術(shù),解決了成像道集波形不一致造成的降頻問(wèn)題,保持了單點(diǎn)高密度資料的寬頻特征。

如圖8所示,在牛莊-2019單點(diǎn)高密度地震資料處理中,倍頻程由老資料的3.5提高到新資料的5.2,剖面中的前積地質(zhì)現(xiàn)象清晰可見(jiàn)。

圖8 牛莊-2019單點(diǎn)高密度地震資料處理效果a 老成果資料 ;b 新三維成果資料

2.2.2 單點(diǎn)高密度地震寬(全)方位處理技術(shù)

高密度地震資料的一個(gè)重要特征就是寬方位,但以往對(duì)老資料均采用窄方位處理技術(shù),一直以來(lái)缺少寬方位處理的相關(guān)理論、方法和經(jīng)驗(yàn),如何實(shí)現(xiàn)高密度地震資料的寬方位處理,仍面臨著挑戰(zhàn)。

在以往的研究中,一般是在OVT抽取的基礎(chǔ)上,利用成熟的疊前時(shí)間(深度)偏移技術(shù),形成寬方位道集數(shù)據(jù)和成像剖面[30-31]。但這套流程存在OVT抽取無(wú)法適應(yīng)新老拼接資料,成像方法未能考慮地下構(gòu)造特征的不足。

為此,利用空間采樣充分的特點(diǎn),以全方位道集處理為核心,自主研發(fā)了全方位建模及成像處理技術(shù)。發(fā)現(xiàn)了炮檢矢量片的4個(gè)特征,即“采集模板包含所有的偏移距向量;采集模板中所有的偏移距向量來(lái)自不同的位置(每個(gè)CMP只覆蓋一次);采集模板滾動(dòng)時(shí),CMP位置改變,同一CMP的偏移距向量隨之改變;對(duì)于同一CMP,采集模板滾動(dòng)時(shí),其偏移距向量增量(X、Y分量)相同”,基于上述特征,提出了以CMP道集為最小子集的OVT片抽取方法,簡(jiǎn)化了十字排列抽取、數(shù)據(jù)重排等過(guò)程,大大提高了OVT生成效率,并且適用于不同觀測(cè)系統(tǒng)的連片處理;推導(dǎo)了一種新的TI介質(zhì)下的程函方程及射線追蹤方法,將地下構(gòu)造信息引入到方位成像中,研發(fā)了OVT域TTI介質(zhì)克?；舴蚨喾轿怀上窦夹g(shù),與商業(yè)軟件相比,大大提高了計(jì)算效率,實(shí)現(xiàn)了高密度地震資料全方位處理,解決了常規(guī)處理時(shí)方位信息缺失的問(wèn)題。

圖9給出了羅家-2017工區(qū)采用寬方位處理技術(shù)得到的螺旋道集以及常規(guī)數(shù)據(jù)振幅屬性和全方位數(shù)據(jù)振幅屬性。由圖9可以看出,全方位數(shù)據(jù)對(duì)于水道的刻畫(huà)更加清晰,基本上實(shí)現(xiàn)了高密度地震資料處理從窄方位到寬方位處理的技術(shù)跨越。

2.2.3 海量數(shù)據(jù)自動(dòng)高效處理技術(shù)

高密度地震采集使得地震數(shù)據(jù)從以往的GB級(jí)進(jìn)入到TB級(jí),初步統(tǒng)計(jì),2015年以來(lái),勝利油田采集的單點(diǎn)高密度三維單區(qū)塊原始數(shù)據(jù)量平均達(dá)到或超過(guò)20TB,與以往三維數(shù)據(jù)相比,增加了10倍以上,以往的處理模式已不適應(yīng)高密度海量數(shù)據(jù)的處理要求[32-34]。

針對(duì)單點(diǎn)高密度地震海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn),遵循“適用、高效”的原則,全面梳理了整個(gè)處理技術(shù)鏈條,見(jiàn)圖10,針對(duì)耗費(fèi)大量人力的環(huán)節(jié),如初至拾取、速度分析等,研發(fā)了自動(dòng)化處理技術(shù);針對(duì)大量消耗機(jī)器資源的環(huán)節(jié),如深度偏移、層析反演等,研發(fā)了高效處理方法。

圖10 高密度地震資料處理流程耗時(shí)分析

針對(duì)傳統(tǒng)方法無(wú)法適應(yīng)海量數(shù)據(jù)初至拾取問(wèn)題,研發(fā)了基于機(jī)器視覺(jué)算法的初至自動(dòng)拾取技術(shù)。在臨邑北-2018高密度三維工區(qū),初至拾取由自動(dòng)拾取+手工編輯提升為全自動(dòng)高精度拾取,全區(qū)35912炮,每炮10368道,2人次完成初至拾取用時(shí)36h,解決超10×108數(shù)量級(jí)初至信息的精確拾取問(wèn)題;提出了近地表“薄層劃分”的新思路,建立每個(gè)薄層回折波走時(shí)和射線方程,形成了快速的復(fù)雜近地表速度建模技術(shù),精度與傳統(tǒng)方法相當(dāng),耗時(shí)僅為原來(lái)的10%左右。針對(duì)海量地震數(shù)據(jù)引起偏移計(jì)算量爆發(fā)式增長(zhǎng),使得傳統(tǒng)“目標(biāo)偏移—速度分析—體偏移”的迭代式工作方式周期顯著增長(zhǎng),制定了資料隨缺失程度與成像信噪比的關(guān)系曲線,提出了基于壓縮感知技術(shù)的海量處理策略和方案,大大縮減了處理中間測(cè)試、監(jiān)控過(guò)程的計(jì)算壓力。

2.3 高密度地震資料解釋技術(shù)

得益于寬(全)方位地震采集與處理技術(shù)的發(fā)展,獲得了海量的高品質(zhì)寬方位地震資料,與以往的地震資料相比,可以提供具有“空間三維坐標(biāo)+炮檢距+方位角”五維信息的共反射點(diǎn)地震道集,進(jìn)行五維數(shù)據(jù)解釋。相較于常規(guī)三維解釋,五維數(shù)據(jù)解釋不僅是一種技術(shù),更重要的是一種思想,是地震技術(shù)的又一次革命,通?？梢匀〉酶玫慕忉屝Ч鸞35]。

然而,目前仍缺少五維數(shù)據(jù)有效的地震資料解釋方法,因此,如何去挖掘五維數(shù)據(jù)中極其豐富的信息,無(wú)論理論、方法還是技術(shù)都需要探索和創(chuàng)新[36],如何充分考慮寬方位地震資料中重要的方位角和炮檢距信息,并更好地利用寬方位地震資料中豐富的方位各向異性信息,成為當(dāng)下地震資料解釋的研究熱點(diǎn)。我們從解釋理論到解釋方法與技術(shù)進(jìn)行了深入探索、研究,構(gòu)建了各向異性地震巖石物理模型,初步形成了寬方位地震數(shù)據(jù)正演模擬、五維地震數(shù)據(jù)三維可視化分析、方位各向異性屬性分析、裂縫參數(shù)反演、各向異性流體因子反演方法與技術(shù)等,并形成了相對(duì)完整配套的高密度五維數(shù)據(jù)解釋技術(shù)流程,如圖11所示。

圖11 五維地震數(shù)據(jù)解釋技術(shù)流程

2.3.1 寬方位五維數(shù)據(jù)解釋理論

地下介質(zhì)各向異性是客觀存在的,但以往限于資料的不足,取得的成果較少,高密度地震資料豐富的方位信息,為地下各向異性問(wèn)題的解決提供了資料基礎(chǔ)。為此,在天然巖心地震巖石物理測(cè)試、寬方位地震巖石物理模型構(gòu)建和五維地震波場(chǎng)與響應(yīng)模式等方面進(jìn)行了深入研究,以解決地震各向異性強(qiáng)度應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

利用渤南和義東地區(qū)義173、義176、鹽222等井砂巖(含裂縫)及羅家地區(qū)羅52、羅53和羅67等井的頁(yè)巖巖石樣品,測(cè)定了物性參數(shù)(孔隙度、滲透率和密度等)、動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)(縱波速度和橫波速度等)、靜態(tài)彈性參數(shù)(楊氏模量和泊松比等)和各向異性參數(shù);以巖石物性、動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)、靜態(tài)彈性參數(shù)和各向異性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過(guò)等效介質(zhì)理論和裂縫模型研究,構(gòu)建了適用于寬方位五維數(shù)據(jù)解釋的各向異性地震巖石物理模型,開(kāi)展了寬方位地震波傳播的理論研究;以地震巖石物理研究為基礎(chǔ),建立等效介質(zhì)模型,從理論上研究地震波的速度、偏振等傳播特征,探討速度隨方位的變化規(guī)律,為反射特征研究奠定理論基礎(chǔ)。

經(jīng)過(guò)對(duì)高角度裂縫介質(zhì)的研究得出3點(diǎn)結(jié)論:①地震巖石物理特征研究表明,隨裂縫密度及裂縫縱橫比的增大,縱橫波速度均減小,但裂縫密度對(duì)于速度的影響大于裂縫縱橫比對(duì)速度的影響;②對(duì)寬方位地震波傳播特征的研究表明,隨著裂縫密度增大,速度各向異性越強(qiáng)烈,填充物為黏土、水、油時(shí),速度各向異性變化較小,含氣時(shí)速度各向異性變化較大;③研究表明,炮檢距對(duì)地震響應(yīng)有明顯的影響,炮檢距越大,地震響應(yīng)隨方位的變化越明顯,相同炮檢距時(shí),隨著裂縫密度的增加,地震響應(yīng)隨方位的變化越明顯,見(jiàn)圖12。該結(jié)論奠定了寬方位五維數(shù)據(jù)解釋的理論基礎(chǔ)。

圖12 不同裂縫密度對(duì)反射系數(shù)方位各向異性的影響a 反射系數(shù)隨入射角變化曲線; b 反射系數(shù)隨方位角變化曲線

2.3.2 五維數(shù)據(jù)解釋方法

針對(duì)現(xiàn)有解釋軟件無(wú)法顯示五維數(shù)據(jù)的問(wèn)題,自主研發(fā)了三維可視化顯示分析模塊,實(shí)現(xiàn)了方位AVO特征的快速直觀分析;基于方位各向異性地震巖石物理理論及Russell流體因子,構(gòu)建了高靈敏角道集差異算子,形成了基于反射系數(shù)域的方位差異屬性提取方法;針對(duì)常規(guī)橢圓擬合預(yù)測(cè)裂縫方位存在90°不確定性的問(wèn)題,引入裂縫方位先驗(yàn)信息重構(gòu)了方位彈性阻抗方程,消除了90°模糊性,研發(fā)了基于五維數(shù)據(jù)的方位彈性阻抗反演方法,實(shí)現(xiàn)了裂縫密度與方向的預(yù)測(cè);通過(guò)聯(lián)立不同入射角情況下的方位反射系數(shù)差異方程,建立了各向異性介質(zhì)方位振幅差異AVO正演算子,形成了五維數(shù)據(jù)各向異性參數(shù)反演方法;基于各向異性雙相介質(zhì)理論構(gòu)建了各向異性流體因子,研發(fā)了基于彈性阻抗的儲(chǔ)層流體因子疊前直接反演方法,見(jiàn)圖13。

圖13 五維數(shù)據(jù)解釋技術(shù)a 五維數(shù)據(jù)立體顯示; b 反演得到的裂縫密度及發(fā)育方向; c 各向異性流體因子剖面

在濟(jì)陽(yáng)坳陷單家寺地區(qū),采用五維數(shù)據(jù)解釋方法提高了砂礫巖地質(zhì)體邊界刻畫(huà)精度,實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層精細(xì)描述,有效支撐了井位部署,見(jiàn)圖14。

圖14 單家寺地區(qū)全方位疊加振幅屬性(a)與0～45°道集疊加振幅屬性(b)

2.3.3 高密度地震體解釋技術(shù)

以高炮道密度、寬方位角采集、保幅保真處理的高密度三維地震資料為基礎(chǔ),提出了“體解釋”模式[37-38],采用點(diǎn)-線-面-體的新思路,即井震標(biāo)定后從整個(gè)數(shù)據(jù)體上進(jìn)行層位和斷層自動(dòng)追蹤及解釋,再回到剖面上檢查追蹤不到或者追蹤有誤的地方進(jìn)行局部二次解釋,最后達(dá)到每個(gè)點(diǎn)的精細(xì)解釋。研發(fā)了3項(xiàng)體解釋關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)傳統(tǒng)譜分解方法受限于時(shí)窗或者子波分辨率,開(kāi)展了高密度寬頻資料頻譜分解研究,形成了頻率域微斷層檢測(cè)技術(shù),斷層更加清晰;開(kāi)發(fā)了多體融合技術(shù),形成了基于多域體數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的斷層識(shí)別技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多序級(jí)斷層共同識(shí)別,提高了低序級(jí)斷層的識(shí)別能力,能識(shí)別斷距5m的斷層;研發(fā)了基于地震波形字符串模式匹配的儲(chǔ)集體自動(dòng)追蹤技術(shù),解決了常規(guī)儲(chǔ)層描述難以識(shí)別弱振幅的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了巖性體的高效率、高精度描述(圖15)。

圖15 高密度地震體解釋技術(shù)a 頻率域斷裂檢測(cè)切片(上:相干切片,下:微斷層檢測(cè)切片); b 巖性體空間描述結(jié)果

通過(guò)五維數(shù)據(jù)解釋理論與方法技術(shù)研究,高密度地震實(shí)現(xiàn)了從三維、四維數(shù)據(jù)解釋向五維數(shù)據(jù)解釋的發(fā)展。

3 單點(diǎn)高密度地震技術(shù)實(shí)踐

“十三五”期間,單點(diǎn)高密度地震技術(shù)在勝利、江蘇、江漢等油田進(jìn)行了推廣應(yīng)用。濟(jì)陽(yáng)坳陷實(shí)施了16塊高密度三維地震采集,滿次覆蓋面積3699km2,近3年新發(fā)現(xiàn)圈閉625個(gè),三級(jí)儲(chǔ)量2.21×108t,部署井位279口,其中樁海斜25、豐深斜11等井獲得高產(chǎn),探井成功率由44.6%提高到72.5%,支撐新建產(chǎn)能42.1×104t。

3.1 羅家-2017單點(diǎn)高密度三維地震應(yīng)用效果

羅家-2017三維工區(qū)位于濟(jì)陽(yáng)坳陷北部的沾化凹陷,是勝利東部探區(qū)油氣富集區(qū)之一,多年來(lái)為勝利油田的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn),在經(jīng)歷了多年的勘探開(kāi)發(fā)后,出現(xiàn)了儲(chǔ)量陣地?zé)o法落實(shí)的困境,原有的老資料無(wú)法滿足精細(xì)勘探開(kāi)發(fā)的需求。

為此,勝利油田于2016年部署了羅家-2017單點(diǎn)高密度三維地震,也是勝利油田在高成熟探區(qū)實(shí)施的第一塊單點(diǎn)高密度三維地震,炮道密度達(dá)到了357×104道/km2,成果剖面有了質(zhì)的飛躍,進(jìn)一步明確了地震勘探的發(fā)展方向。

圖16與圖17分別為羅家地區(qū)老三維與單點(diǎn)高密度三維疊前時(shí)間偏移剖面與疊前時(shí)間偏移切片(860ms)。從疊前時(shí)間偏移剖面上分析,單點(diǎn)高密度地震剖面保幅程度高,波阻特征強(qiáng)弱關(guān)系清楚,橫向分辨能力大幅提高,斷層斷點(diǎn)、斷面刻畫(huà)清楚,成像精度大幅提高,中深層資料品質(zhì)有了質(zhì)的提高;從860ms時(shí)間切片對(duì)比分析可知,老資料反射特征模糊,新資料反射特征清楚,河道、斷層等沉積特征易于追蹤與描述。

圖16 羅家地區(qū)老三維 (a)與單點(diǎn)高密度三維(b)疊前時(shí)間偏移剖面

圖17 羅家地區(qū)老三維 (a)與單點(diǎn)高密度三維(b)疊前時(shí)間偏移切片(860ms)

羅家-2017單點(diǎn)高密度三維地震資料投入應(yīng)用后,新發(fā)現(xiàn)圈閉32個(gè),圈閉面積86km2,圈閉資源量7350×104t。2018至2020年,連續(xù)上報(bào)預(yù)測(cè)儲(chǔ)量4982×104t,2020年勘探開(kāi)發(fā)一體化,升級(jí)控制儲(chǔ)量

770×104t,新建產(chǎn)能10×104t。

3.2 臨邑北-2018單點(diǎn)高密度三維地震應(yīng)用效果

臨邑北-2018單點(diǎn)高密度三維工區(qū)位于濟(jì)陽(yáng)坳陷西部的惠民凹陷,該凹陷經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化,以其復(fù)雜多樣的地質(zhì)構(gòu)造而著稱,油氣勘探開(kāi)發(fā)面臨復(fù)雜斷塊群的精確成像難題。

臨邑北-2018單點(diǎn)高密度三維地震是在惠民凹陷的首次應(yīng)用,力圖解決復(fù)雜斷塊、巖性圈閉描述的問(wèn)題。新資料品質(zhì)得到了全面改善,淺層斷裂清晰可靠,與老資料相比,有了質(zhì)的提高(圖18);在臨邑地區(qū)最復(fù)雜的斷塊群位置,老資料斷裂群成像模糊,可信度低,多年來(lái)一直困擾著勘探人員,新資料中棋盤(pán)狀的斷裂系統(tǒng)清晰可見(jiàn),大大改善了“金三角”的地質(zhì)認(rèn)識(shí),改變了對(duì)臨邑北地區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)(圖19)。

圖18 臨邑北地區(qū)老三維 (a)與單點(diǎn)高密度三維(b)剖面對(duì)比

圖19 臨邑北地區(qū)最復(fù)雜的斷塊群位置老三維 (a)與單點(diǎn)高密度三維(b)剖面對(duì)比

臨邑北-2018單點(diǎn)高密度三維地震滿次面積173km2,新發(fā)現(xiàn)圈閉42個(gè),圈閉面積67.8km2,圈閉資源量3760×104t,已部署井位8口,完鉆的4口井中,田斜263、田斜264、商558井鉆遇工業(yè)油流。

3.3 富臺(tái)-2019單點(diǎn)高密度三維地震應(yīng)用效果

富臺(tái)-2019單點(diǎn)高密度三維地震工區(qū)位于濟(jì)陽(yáng)坳陷西北部的車(chē)鎮(zhèn)凹陷,該區(qū)帶砂礫巖體、潛山等油氣勘探均獲得重要突破,但同時(shí)也面臨老資料陡坡帶砂礫巖、復(fù)雜潛山地震成像差的問(wèn)題,制約了勘探的進(jìn)一步開(kāi)展。

富臺(tái)-2019單點(diǎn)高密度三維地震是繼東風(fēng)港之后車(chē)鎮(zhèn)凹陷的第二塊,其地震剖面成像質(zhì)量全面提升,埕南大斷層成像從無(wú)到有,以及凸起附近的高、低位潛山資料品質(zhì)大大提高,見(jiàn)圖20,在車(chē)西落實(shí)了一批低位潛山目標(biāo),分布于埕南斷層底部緩坡部位,內(nèi)部發(fā)育的斷層多與風(fēng)化殼相通,打破了區(qū)塊南部潛山勘探停滯不前的局面。

圖20 車(chē)西地區(qū)老三維 (a)與單點(diǎn)高密度三維(b)地震資料成像剖面對(duì)比

在車(chē)西地區(qū),新發(fā)現(xiàn)圈閉16個(gè),圈閉面積53km2,圈閉資源量4770×104t,部署的車(chē)斜576、車(chē)576-斜1、車(chē)577 3口井均獲成功。在中部斷塊部署的車(chē)斜576井,主探低臺(tái)階潛山的含油氣情況,對(duì)奧陶系上馬家溝組4097～4133m酸壓后,日產(chǎn)油88m3,2019年車(chē)斜576區(qū)塊奧陶系上報(bào)控制含油面積3.04km2,控制石油地質(zhì)儲(chǔ)量136.48×104t,技術(shù)可采儲(chǔ)量20.47×104t。

4 單點(diǎn)高密度地震技術(shù)發(fā)展展望

實(shí)踐表明,勝利油田提出并發(fā)展的以“單點(diǎn)接收、寬方位處理、五維數(shù)據(jù)解釋”為核心的單點(diǎn)高密度地震技術(shù),是現(xiàn)階段成熟探區(qū)高密度地震技術(shù)的最佳選擇,是解決復(fù)雜油藏地質(zhì)問(wèn)題的有效技術(shù)手段,對(duì)其它含油氣盆地具有重要的借鑒意義。

然而,放眼“十四五”乃至未來(lái),對(duì)于成熟探區(qū)而言,常規(guī)油氣勘探潛力依然巨大(以空白區(qū)帶和深層為主),同時(shí)非常規(guī)油氣將成為增儲(chǔ)上產(chǎn)的生力軍,成熟探區(qū)的勘探部署思路也必將隨之調(diào)整為“立足全區(qū)、決勝深層、常非并重”,勘探開(kāi)發(fā)面臨的對(duì)象將更加復(fù)雜,規(guī)模增儲(chǔ)與持續(xù)上產(chǎn)難度進(jìn)一步加大,對(duì)地震技術(shù)的要求越來(lái)越高。一是地表?xiàng)l件和地下構(gòu)造更加復(fù)雜,復(fù)雜地表、生態(tài)環(huán)保、工農(nóng)關(guān)系、工農(nóng)業(yè)園區(qū)、城區(qū)等地區(qū)勘探已成為常態(tài),推覆構(gòu)造、鹽下和鹽間構(gòu)造、復(fù)雜斷塊等準(zhǔn)確成像要求更高;二是不斷向薄儲(chǔ)層、深層進(jìn)軍,對(duì)地震分辨率和信噪比要求更高;三是儲(chǔ)層品質(zhì)不斷向低孔低滲透延伸,非均質(zhì)性不斷增強(qiáng),儲(chǔ)層與圍巖阻抗差異變小,儲(chǔ)層精細(xì)描述難度不斷增大;四是非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)對(duì)物探技術(shù)需求不斷增長(zhǎng),除地質(zhì)甜點(diǎn)預(yù)測(cè)需求之外,工程甜點(diǎn)預(yù)測(cè)需求不斷增長(zhǎng)。當(dāng)前,復(fù)雜構(gòu)造準(zhǔn)確成像、米級(jí)薄儲(chǔ)層準(zhǔn)確識(shí)別、復(fù)雜儲(chǔ)層精細(xì)描述、非常規(guī)油氣甜點(diǎn)預(yù)測(cè)等物探技術(shù)還不能完全滿足油氣勘探開(kāi)發(fā)需求。因此,還要積極思考與謀劃“十四五”乃至今后一段時(shí)期的物探技術(shù)發(fā)展,秉持“地質(zhì)需求就是物探發(fā)展方向”的理念,把能源的飯碗端在自己手中,為長(zhǎng)期保障國(guó)家能源安全再立新功、再創(chuàng)佳績(jī)。

未來(lái),地震技術(shù)發(fā)展的大方向依然是“炮道密度更高、施工成本更低、過(guò)程更加智能”,具體表現(xiàn)為九大趨勢(shì),即“從組合接收走向單點(diǎn)接收、從有纜采集走向無(wú)纜(節(jié)點(diǎn))采集、從規(guī)則地震走向隨機(jī)地震、從窄方位處理走向全空間處理、從震源時(shí)間處理走向全時(shí)間處理、從三維解釋走向五維數(shù)據(jù)解釋、從人機(jī)交互走向人工智能、從面向勘探走向勘探開(kāi)發(fā)、從單一學(xué)科走向?qū)W科融合”[39-40]。

對(duì)此,“十四五”應(yīng)該持續(xù)關(guān)注、強(qiáng)化以下3個(gè)方面,發(fā)展完善以全節(jié)點(diǎn)高密度地震技術(shù)為核心的地震技術(shù),以破解成熟探區(qū)越來(lái)越難的勘探開(kāi)發(fā)問(wèn)題。

4.1 深化完善、規(guī)模推廣單點(diǎn)(全節(jié)點(diǎn))高密度地震技術(shù)

為了解決基于有纜采集的單點(diǎn)高密度地震技術(shù)的制約瓶頸,勝利油田在大量先導(dǎo)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了以“節(jié)點(diǎn)接收—隨機(jī)觀測(cè)—高效激發(fā)—全時(shí)空處理—全息解釋”為主要特征的全節(jié)點(diǎn)高密度地震技術(shù)。2017年,在節(jié)點(diǎn)地震方面制定了“并采—混采—獨(dú)采”的三步走發(fā)展戰(zhàn)略,在前期節(jié)點(diǎn)接收試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,2018年完成了鹽家地區(qū)有纜與節(jié)點(diǎn)并采,2019年施工了商河地區(qū)大規(guī)模有纜與節(jié)點(diǎn)混采,2020年在渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷渤南地區(qū)、2021年在準(zhǔn)噶爾盆地錢(qián)1井地區(qū)分別完成了兩塊全節(jié)點(diǎn)三維采集,與以往采集相比,較好解決了地震裝備與軟硬件的“卡脖子”難題,施工效率和成本均有顯著改善,觀測(cè)數(shù)據(jù)屬性大幅度強(qiáng)化,表明了節(jié)點(diǎn)采集的先進(jìn)性、可行性。全節(jié)點(diǎn)高密度地震技術(shù)是實(shí)現(xiàn)提高炮道密度、降低采集成本、提質(zhì)增效的有效途徑。

全節(jié)點(diǎn)高密度地震技術(shù)不僅僅是采集從有纜到無(wú)纜的轉(zhuǎn)變以及接收裝備換代升級(jí)、模式變革,而是地震處理和解釋的一次革命,更是物探技術(shù)走向“全空間、全時(shí)間”的跨越式發(fā)展,內(nèi)涵十分豐富,具體體現(xiàn)如下。

1) 采集方面,以高效率、低成本、小面元、寬頻帶、全方位、高密度為目標(biāo)。主要包括:研發(fā)制造具有國(guó)際先進(jìn)水平及特色的小型化、智能化、穩(wěn)定可靠的節(jié)點(diǎn)裝備;攻關(guān)采用更廣義的觀測(cè)方式(如由傳統(tǒng)成熟的束狀觀測(cè)轉(zhuǎn)向地毯式觀測(cè)、隨機(jī)采集等);形成基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的過(guò)程可控的海量數(shù)據(jù)監(jiān)控技術(shù)、單點(diǎn)高密度模式下的資料品質(zhì)評(píng)價(jià)方法與規(guī)范、經(jīng)濟(jì)高效的地震實(shí)施策略等。實(shí)現(xiàn)對(duì)地震信號(hào)的充分采樣,同時(shí)處理好面向目標(biāo)的設(shè)計(jì)與采集、投入與產(chǎn)出的關(guān)系。

2) 處理方面,以高保真、高分辨率、寬頻寬方位、高效率處理為原則。對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理需要變革性發(fā)展。創(chuàng)新構(gòu)建全節(jié)點(diǎn)地震“數(shù)據(jù)池”,根據(jù)不同的處理目的,進(jìn)行數(shù)據(jù)分割與合成(如記錄長(zhǎng)度、背景、干擾等);探索共檢波點(diǎn)域處理;研發(fā)全空間處理技術(shù)(更大的偏移距、更大的橫縱比、更大的數(shù)據(jù)覆蓋范圍、更高的覆蓋次數(shù)等),不僅僅按照采集方案設(shè)定的一種觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行處理,而是結(jié)合資料特點(diǎn),根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)以及成像的需求自行設(shè)計(jì)、定義觀測(cè)系統(tǒng),且對(duì)全部接收到的資料進(jìn)行研究處理;研發(fā)全時(shí)間處理技術(shù),即不僅僅對(duì)震源激發(fā)時(shí)間的資料進(jìn)行處理,還要對(duì)節(jié)點(diǎn)不間斷記錄到的全部時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行研究處理,如其中包含的高鐵地震、各種環(huán)境噪聲、鉆機(jī)、抽油機(jī)信息等,極大提升資料的應(yīng)用價(jià)值;發(fā)展海量機(jī)群并行處理和海量存儲(chǔ)技術(shù),應(yīng)對(duì)急劇增加的數(shù)據(jù)量以及新技術(shù)帶來(lái)的巨大運(yùn)算量。

3) 解釋方面,以定量化、可視化、一體化、智能化、綜合化、高可信度為發(fā)展方向,大幅度提高儲(chǔ)層精細(xì)描述、非常規(guī)油氣地質(zhì)工程甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的能力和水平。充分利用探區(qū)內(nèi)所有的勘探開(kāi)發(fā)成果以及動(dòng)靜態(tài)的地質(zhì)、鉆井、測(cè)錄井、地震、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)等,研究建立“透明盆地”,服務(wù)于處理和解釋、勘探和開(kāi)發(fā)、地質(zhì)和物探的一體化,實(shí)現(xiàn)地震資料三維空間的定量化、可視化、綜合化解釋,準(zhǔn)確而快速地刻畫(huà)各種復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象,選定井位目標(biāo)、指導(dǎo)鉆探,大幅度提高支撐油氣勘探開(kāi)發(fā)的能力。對(duì)于節(jié)點(diǎn)地震,亟需開(kāi)展革命性的五維地震數(shù)據(jù)解釋與應(yīng)用、高密度地震+人工智能儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與描述等工作。

4) 推廣應(yīng)用方面,重點(diǎn)研發(fā)、完善和推廣特色、適用的軟件以及可復(fù)制的技術(shù),同時(shí)也包括相應(yīng)的管理措施、經(jīng)濟(jì)高效的實(shí)施策略、規(guī)范、制度、標(biāo)準(zhǔn)等。

我們相信,全節(jié)點(diǎn)高密度地震技術(shù)能夠成為成熟探區(qū)高效勘探、效益開(kāi)發(fā)的地球物理技術(shù)利器。

4.2 攻關(guān)特色、適用的壓縮感知地震技術(shù)

壓縮感知技術(shù)是圖像和信號(hào)采集、處理領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù),核心是信號(hào)采集和處理可以不受限于經(jīng)典的奈奎斯特采樣定律,其主要的應(yīng)用場(chǎng)景包括數(shù)據(jù)壓縮成像、數(shù)據(jù)缺失重構(gòu)、隨機(jī)采集處理。壓縮感知思想在油氣勘探領(lǐng)域已受到充分的關(guān)注,國(guó)內(nèi)外石油公司開(kāi)展了相關(guān)研究和應(yīng)用嘗試,獲得2017年國(guó)際十大石油科技進(jìn)展殊榮,其中康菲公司研發(fā)應(yīng)用取得預(yù)期效果。然而,在勘探需求上國(guó)內(nèi)外存在一定差異(如盆地類(lèi)型、區(qū)塊規(guī)模、油藏復(fù)雜程度等),應(yīng)對(duì)此開(kāi)展差異化的應(yīng)用研究[41-44]。

現(xiàn)階段,三維地震采集的施工條件越來(lái)越苛刻,受極其復(fù)雜的地表及政策影響,規(guī)則施工越來(lái)越困難,甚至無(wú)法完成,具有隨機(jī)布設(shè)天然屬性的節(jié)點(diǎn)采集自然成為重要的選擇。

鑒于我國(guó)特有的勘探開(kāi)發(fā)模式和要求以及極為復(fù)雜的地下地質(zhì)情況,基于壓縮感知的隨機(jī)地震技術(shù),研究與應(yīng)用的重點(diǎn)不應(yīng)該是純粹為了減少炮檢點(diǎn)、節(jié)省投資,而應(yīng)該是同樣投資下,通過(guò)壓縮感知隨機(jī)采樣得到更有利于精確成像的數(shù)據(jù)體,進(jìn)一步提升資料的品質(zhì)和可用性。為此,需要重點(diǎn)攻關(guān)研究地表與地下雙約束的隨機(jī)地震觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、復(fù)雜地表隨機(jī)地震高效采集、高端數(shù)據(jù)規(guī)則化以及非規(guī)則數(shù)據(jù)直接成像等技術(shù),達(dá)到“隨機(jī)觀測(cè)、規(guī)則成像”的目的。近幾年,勝利油田在濟(jì)陽(yáng)坳陷商河、單家寺、渤南以及準(zhǔn)噶爾盆地西緣車(chē)排子等區(qū)塊,分別開(kāi)展了炮點(diǎn)隨機(jī)、檢波點(diǎn)隨機(jī)和炮檢點(diǎn)雙隨機(jī)的地震采集,獲取了實(shí)際地震數(shù)據(jù),從初步結(jié)果來(lái)看,展現(xiàn)了技術(shù)的很大潛力和優(yōu)勢(shì)。

與此同時(shí),對(duì)壓縮感知的數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)壓縮等特性也進(jìn)行了深入研究、開(kāi)發(fā)應(yīng)用,可喜的是在老資料處理、海量數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用效果同樣展示了壓縮感知技術(shù)很好的應(yīng)用前景。

4.3 積極擁抱人工智能+單點(diǎn)高密度地震

近些年,人工智能技術(shù)在地震勘探中有成功的應(yīng)用案例,包括采集、處理和解釋,特別是在初至拾取、自動(dòng)化速度建模、地震屬性分析、地震巖相分析與預(yù)測(cè)、構(gòu)造解釋、地震反演等方面取得了重要進(jìn)展,但是遠(yuǎn)落后于電力、醫(yī)療、營(yíng)銷(xiāo)、互聯(lián)網(wǎng)等其它行業(yè),仍處于起步、快速發(fā)展階段,且面臨眾多挑戰(zhàn)[45-47]。如何實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)高密度地震的大幅度降本、如何充分挖掘高密度地震精細(xì)的空間刻畫(huà)能力,如何更好地利用成熟探區(qū)大量的動(dòng)靜態(tài)資料服務(wù)勘探開(kāi)發(fā)等,都使得人工智能+單點(diǎn)高密度地震更為必須和迫切,同時(shí)海量數(shù)據(jù)以及采集數(shù)據(jù)的充分性、對(duì)稱性、連續(xù)性、均勻性等也使得人工智能的引入應(yīng)用成為可能。

采集上,提高采集效率、裝備的自動(dòng)化管理、海量數(shù)據(jù)監(jiān)控與品質(zhì)評(píng)價(jià)等迫切需要人工智能;處理上,必須解決海量數(shù)據(jù)的處理難題,僅靠人工是絕對(duì)不行的(如初至拾取、數(shù)據(jù)規(guī)則化、去噪、速度分析等),處理方法與技術(shù)更多的是數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)處理,“人工智能+單點(diǎn)高密度地震”具有很大優(yōu)勢(shì);解釋上,成熟探區(qū)資料類(lèi)型眾多、信息量大、地下地質(zhì)認(rèn)識(shí)相對(duì)成型(有初步模型),先驗(yàn)知識(shí)豐富,為人工智能應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

近年來(lái),勝利油田在人工智能海量地震數(shù)據(jù)處理與解釋、深度學(xué)習(xí)的井震儲(chǔ)層精細(xì)描述、基于大數(shù)據(jù)的油藏綜合建模、勘探與開(kāi)發(fā)智能決策技術(shù)等方面展開(kāi)了攻關(guān)與應(yīng)用工作,取得了一些可喜的成果,展示了可行性和廣闊的應(yīng)用前景。雖然60年勘探開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的海量動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)是建立更精確的油藏模型和落實(shí)剩余油分布的可靠硬數(shù)據(jù)標(biāo)簽,也更適合大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí),但相對(duì)于復(fù)雜的“地質(zhì)大觀園”、勘探開(kāi)發(fā)特性而言,仍然面臨標(biāo)簽稀疏、量少以及最核心的關(guān)鍵問(wèn)題—學(xué)習(xí)結(jié)果的不唯一性等難題(其它探區(qū)都存在類(lèi)似的問(wèn)題),需要攻克數(shù)據(jù)加模型“雙輪驅(qū)動(dòng)”的解決方案。目標(biāo)是以老區(qū)豐富的勘探開(kāi)發(fā)成果和海量的動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)等為基礎(chǔ),以人工智能領(lǐng)域大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)等最新技術(shù)為手段和支撐,圍繞地震資料處理、解釋、綜合研究以及油藏地球物理等核心業(yè)務(wù),建設(shè)地球物理一體化的智能平臺(tái),推動(dòng)地球物理技術(shù)跨學(xué)科發(fā)展,最大限度提高油藏描述的精度和剩余油預(yù)測(cè)水平,持續(xù)打造油田高效勘探開(kāi)發(fā)利劍。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 油田的勘探開(kāi)發(fā)需求是地球物理技術(shù)進(jìn)步的源動(dòng)力,面對(duì)我國(guó)東部成熟探區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)難題,在大量研究和先導(dǎo)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了單點(diǎn)高密度地震技術(shù),形成了以高密度采集、寬方位處理、五維數(shù)據(jù)解釋為核心的一體化地震技術(shù),引領(lǐng)了地球物理技術(shù)發(fā)展的方向;

2) 大量的實(shí)踐表明:單點(diǎn)高密度地震技術(shù)是解決成熟探區(qū)高效勘探、效益開(kāi)發(fā)的利器,并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,推廣前景廣闊;

3) 堅(jiān)信在深化全節(jié)點(diǎn)、壓縮感知、“人工智能+地震”研究的基礎(chǔ)上,單點(diǎn)高密度地震技術(shù)在新老探區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)中定能發(fā)揮更大的技術(shù)支撐作用。

致謝:感謝中國(guó)石化科技部、油田勘探開(kāi)發(fā)事業(yè)部、勝利油田分公司、地球物理公司、江蘇油田分公司以及同濟(jì)大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)(華東)等相關(guān)人員的支持和付出！