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关于开发地震技术发展的几点思考

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关于 开发 地震 技术发展 思考
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收稿日期 :2001 - 12 - 20。作者简介 :许卫平 ,男 ,1958 年生 ,教授级高级工程师、博士 ,现任中国石化科技开发部油田技术处处长。文章编号 :1000 - 1441(2002) 01 - 0011 - 04关于开发地震技术发展的几点思考许卫平(中国石化股份有限公司科技开发部 ,北京 100029)摘要 :开发地震技术是因油气田开发的需要而兴起。随着油气田开发程度的提高 ,开发地震的重要性将更多地显现出来。我国在地震开发技术总体上仍处于发展阶段 ,现有的一些方法 ,或因成像处理及解释手段不够完善 ,或因信噪比、分辨率及精确度不够高 ,只能应用于油气田早期开发。为此 ,提出以下看法。首先 ,地球物理工程师和油藏工程师要转变观念 ,进行相互间的知识和技能的优势互补 ,掌握从地球物理到油藏开发各环节多种技术的综合应用技能 ,形成新的油藏建模技术体系。其次 ,要开展基础研究和实验室模拟研究 ,再进行实际工区的试验工作 ,以促使开发地震技术尽快走向成熟 ;加强方法技术研究 ,例如井间地震资料成像方法 ,井间多波及井中时间延迟地震的资料处理解释技术 ,以及利用井中资料提升三维资料品质等技术难点应尽快突破 ;同时提倡多种技术联合应用 ,使资料有更高的精度和分辨率 ,这样就有利于开发地震技术投入实用。关键词 :开发地震 ;油气田 ;高精度 ;高分辨率 ;井间地震 ;三维地震 ;油藏描述中图分类号 :4 + 41       文献标识码 :on of 00029 , to of of as of in on is in of of or , on up of s to up s in of to a of on as of of as as D by of To be on of 3D 笔者的理解是指能够直接用于油藏精细描述的若干地球物理方法的总成 ,包括开发地震和高精度测井两大技术领域。开发地震主要包括井间地震、 间延迟地震、多波地震及分辨率足够高的地面三维地震。高精度测井主要包括成像测井、核磁共振测井、套管测井、井间电磁成像测量及井地电磁测量等。本文重点讨论其中的开发地震技术。开发地震技术的兴起 ,是地球物理技术发展和油田开发急切需求的必然。一方面 ,近十几年来地球物理技术获得了长足的发展 ,尤其是井间地震技术的发展极大地提高了对地层的分辨能力 ,使得利用这类资料进行精细的油藏描述成为可能。另一方面 ,随着勘探开发程度的日趋提高 ,在老区寻找更多的剩余资源已成为石油企业的迫切需求 ,为达到此目的 ,必须拥有高精度的地球物理资料并大幅度地提高油藏描述精度。第 41 卷第 1 期2002 年 3 月          石  油  物  探       41 ,1,2002开发地震技术的发展 ,标志着地震技术向油田开发领域的有效延伸 ,必然会推动油藏描述技术的发展和油田采收率的大幅度提高 ,无论是对于地震技术还是对于油藏描述技术 ,都是一个根本性的转折 ,意义十分重大。1  开发地震技术现状开发地震技术的研究可以追溯到 20 世纪 80 年代初期。二十几年来 ,开发地震技术取得了较大的发展 ,其中有些技术已日渐成熟 ,但总体而言 ,还处于研究发展阶段。我国在开发地震方面的研究与国外基本是同步的 ,除在仪器制造方面具有较大差距外 ,在数学研究、物理模拟试验、采集方法研究、资料处理方法研究和解释技术研究等方面 ,一直紧密追踪着国际技术前沿。1. 1  井间地震技术井间地震最大的技术优势主要有 2 点 : ①采取井中激发、井中接收的采集方式 ,避免了近地表低降速带对地震波高频成分的吸收 ,从根本上保证了资料品质 ,大幅度地提高了地震资料的分辨率 ; ②既可以接收反射波 ,又可以接收透射波。波场信息丰富 ,可以通过层析成像处理精确反演地层的地球物理属性。当然 ,还可以进行井间多波测量和井间时间延迟测量 ,以获得更多的地质信息。国内外大量试验资料展示了井间地震在揭示油藏细微特征方面的优势。去年以来 ,胜利和中原等油田企业与美国 司合作进行了颇具规模的工业试验 ;试验内容涉及断块油藏、岩性油藏和火成岩油藏等多种类型。从胜利油田的试验资料分析 ,在沙河街组砂泥岩剖面中 ,井间地震资料可分辨 2~ 3 m 厚度的地层 ,其振幅分辨能力可能会达到 1 m ,与地面地震资料相比分辨率提高了一个数量级。经过二十几年的研究探索 ,井下可控的机械震源和压电震源技术基本成熟 ,井下接收装置也由单个检波器发展到了多道检波器 ,甚至发展到了 80 道检波器串 ,井间地震的采集装备和采集技术基本已进入实用阶段。井间地震反射波资料处理技术也基本成熟 ,层析成像处理方法技术尚在发展过程中。井间地震解释技术和地面地震解释技术相比没有明显的进步 ,发展明显滞后 ,同时也具有较大的发展空间。1. 2   术与地面地震技术相比 ,技术优势是单程解决了近地表低降速带对地震波高频成分的吸收 ,具有分辨率高和波场丰富的特点。相对于井间地震 ,其分辨率较低 ,横向测量尺度也较小。多年以来 ,术在非零偏移践观测、多被观测、井旁地震道标定、速度研究等方面取得了较大的进展 ,在地震波吸收衰减规律研究方面相对欠缺。由于 术具有一定的局限性和对其研究不够深人。虽然 术的研究历史比井间地震久远 ,却并没有引起地震技术大的变革。1. 3  时间延迟地震技术时间延迟地震技术又称为四维地震技术。理论上认为当地震观测精度足够高时 ,通过重复观测可以研究地层中流体的变化特点。致命的问题是地面地震的测量精度并不高 ,不同时期采集时所用的采集因素也难以保持高度一致 ,归一化处理也不能从根本上解决采集因素不一致的问题 ,而采集、处理和解释过程中的任何干扰因素都足以淹没那些由地质因素变化而引起的微弱的地球物理信息的变化。至少到目前为止 ,地面施工的时间延迟地震方法未获得突破 ,或许今后也难以成功。尽管如此 ,笔者认为对时间延迟地震的发展仍应持积极的态度 ,如果将井间地震技术和时间延迟地震技术相结合 ,将会大有作为。1. 4  多波地震技术多波地震也被称为多分量地震或矢量地震 ,考虑到除方向特点以外还有决、慢波的问题 ,多波地震的概念可能是比较确切的。实验室研究证明 ,可以利用多波地震资料解释地层的非均质性 (尤其是裂缝发育 )和流体性质。但实际上几十年来 ,地面施工方式的多波地震技术并没有被大量地应用于工业实践。其症结所在也是地面观测资料的精度太低。如果将多波地震技术和井间地震技术相结合 ,同样会大有作为。1. 5  高精度三维地震技术半个多世纪以来 ,地面地震技术经历了光点地震技术、模拟地震技术、数字地震技术和三维地震技术 4 个大的发展阶段。 80 年代中期以来 ,又陆续发展了高分辨率地震、全三维地震等高精度地震技术 ,总体而言没有大的、革命性的发展。但是 ,几十年来高精度地震技术有力地支撑了石油天然气勘探开发事业的发展却是一个不争的事实。高精度三维地震技术充分融合了计算机技术的最新成果 ,除采集质量有了大幅度提高以外 ,处理和·21· 石  油  物  探                    第 41 卷  解释技术的进步尤为令人瞩目。以高分辨率处理、精细构造成像、地震属性提取及三维可视化等为主的处理解释技术的成功应用 ,提高了地震资料的品质和对地质现象的认识能力。人们可以利用高精度三维地震资料在三维空间精确解释地下构造 ,半定量地解释薄储层 ,结合地质经验定性地解释地层中流体介质分布。例如在济阳坳陷埋深 2 500 m 左右的陆相砂泥岩剖面中 ,利用高精度三维地震资料可以成功地解释小于 1 分辨出厚度 10 并推断其物性变化及油、气、水分布的大体态势。虽然高精度三维地震技术取得了骄人的成就 ,但就目前的精度而言 ,也只能服务于油田精细勘探和油田开发的早期 ,尚不能满足油田开发后期的精细油藏建模的需求。值得注意的是 ,随着仪器装备的进步和与其它方法的有机结合 ,三维地震还可以大幅度提高精度 ,在不久的将来将三维地震技术应用于油田开发后期的精细油藏描述并不是一种奢望。2  开发地震技术发展重点如前所述 ,开发地震的发展并不均衡 ,有些技术 (如井间地震技术 ) 已基本成熟 ,更多的技术依然处于研究发展过程中 ,在各种油藏地球物理技术的综合应用方面还仅处于起步阶段。尚未形成一个较为完整的技术体系 ,距油藏工程师的需求仍有较大的差距。如何引导开发地震技术健康快速地发展 ,笔者认为以下 2 个方面值得认真的思考。2. 1  改变传统的思维定式时至今日 ,地球物理工程师和油藏工程师都面临着转变观念的问题。地球物理界人士在工作目标定位上要考虑地球物理技术在油田开发领域的应用 ,在知识结构上需要更多地研究油藏在开发后期的地质特点和技术需求 ,研究地质、地震、测井、测试和油藏开发等多学科知识的综合应用 ;油藏工程师在观念上必须明确油藏综合地球物理技术实用时代即将来临 ,改变仅依靠井筒资料和生产动态资料描述油藏的思维定式 ,在知识结构上要更多地掌握地球物理专业知识 ,培养多种技术综合应用的技能 ,形成新的油藏建模技术体系。2. 2  重点研究2. 2. 1  以实验室技术为支撑的基础研究开发地震资料的信息量和波场的复杂程度均远远大于地面地震资料。如何优质高效地处理这些复杂信息 ,取决于能否确定各种信息的有效性 ,实现波场分离并提取有效信息等基础研究工作。针对这些问题 ,进行岩石物理分析和物理模型的正演模拟等实验室研究十分必要。以斯坦福大学、科罗拉多矿业学院为代表的国外研究机构和以成都理工大学、中国科学院为代表的国内研究机构在岩石物理研究方面已经具备了较好的实验室条件和工作经验 ,完全有能力承担这方面的研究工作。需要考虑的是实验方案的确定 ,如在不同深度 (层位 ) 和不同沉积相的取样原则 ,流体介质的充注方案 ,温度压力等试验条件的确定 ,分析指标的确定 ,分析数据建库 ,实验数据处理和岩石物理理论研究等。中国石化石油勘探开发研究院和石油大学都具有国际一流的物理模拟实验室 ,基本可以满足对地面地震的正演模拟实验。相对于地面地震 ,开发地震面临的问题是一些微弱信息的提取和复杂地质目标的解释 ,上述两个实验室目前还不能满足开发地震的模拟研究。为此 ,应考虑加强如下方面的实验室建设和研究工作 : ①在实验装备方面需要研制井中 (垂向 )定位系统、井中震源和井中检波器串 ,探索适合仿真 (高温、高压 )模拟条件的设备改造 ; ②在物理模型制作方面要研究流体充注条件下的模型制作和高精度模型制作 ; ③在实验技术方面要研究井中观测、重复观测及其相关的资料处理技术。2. 2. 2  工业试验方案研究在扎实的基础研究工作基础上 ,加强工业试验是促使技术快速成熟的有效措施。在工业试验方案制定过程中 ,先易后难和多种方法的综合研究是两个基本原则。在选定试验工区时 ,本着先易后难的原则 ,试验工区的地面地震资料和测井资料的品质应是最好的和丰富的 ,地质条件应相对简单 ;在试验方案设计时 ,应重点考虑井间地震 (多分量接收和多井接收 ) 、括反 井 状 、井间 (或井地 )电磁成像等多种试验方法的统一设计和综合研究。除此之外 ,建议以碳酸盐岩油藏和火成岩油藏为目标 ,进行一定数量的井间多波地震试验。主要基于如下 3 个方面的考虑 :首先 ,地面地震对这类裂缝性油藏的描述无能为力 ,这是生产和科研急需解决的问题 ;其次 ,裂缝识别是井间多波地震的优势所在 ;第三 ,碳酸盐岩和火成岩地层中地震波速度 (可达到 6 000 m/ s)远远大于砂泥岩剖面中的地震波速·31· 第 1 期              许卫平 . 关于开发地震技术发展的几点思考度 ,地震波高频成分衰减小 ,可以在更大的井距之间进行井间地震测量。总之 ,井间多波地震技术适合于裂缝性油气藏这样的地质目标。2. 2. 3  井间地震资料处理解释技术研究资料处理技术是目前井间地震技术发展的瓶颈问题。井间地震反射波资料处理技术已基本成熟 ,重点需要加强层析成像处理和井间地震反演技术的研究开发。井间地震资料的观测方式和资料品质为发展层析成像技术创造了极好的条件。目前井间层析成像处理技术还处于发展的初期 ,但已经具备了一定的基础。在这方面国内的研究与国外基本同步 ,因此没有必要消极等待国外的研究成果 ,应在基础研究的指导下尽快组织攻关 ,形成具有知识产权的实用技术 ,进一步发挥井间地震技术的优势。虽然时间域地震资料的反演在理论上还存在一些问题 ,但毕竟在反演方法上已经获得了丰富的经验。在此基础上进一步开发并移植到井间地震资料的处理上 ,可以收到事半功倍之效 ;应用反演技术 ,定性地赋予这种高精度的地震资料以地层意义 ,可以获得锦上添花之功。2. 2. 4  井间多波地震技术研究如前所述 ,地面多波地震资料的观测精度达不到要求 ,虽然经过多年的研究 ,地面多波地震技术始终未获得突破。井间地震资料的品质比地面地震资料品质要高得多 (分辨率约高一个数量级 ) ,或许能够满足多波地震的精度要求。通常情况下 ,井间地震资料采集时也同时记录了多波地震信息 ,具备了进行多波地震技术研究的资料条件。目前的问题是井间多波地震资料处理和解释技术滞后。尽快组织井间多波地震处和解释技术的攻关研究 ,有助于在非均质 (尤其是裂缝 )识别和流体分布检测方面获得大的突破。如果将多波地震定义为一个独立的技术领域的话 ,那么应该尽快地由地面多波地震研究转向井间多波地震的研究 ,这也可以理解为是一种观念的转变。2. 2. 5  井间时间延迟地震技术攻关和前面的问题一样 ,地面时间延迟地震技术不能获得突破的原因也是地面采集的地震资料品质太低 ,而井间地震资料的品质则有可能能够满足时间延迟地震的精度要求 ,因此在实验室基础研究的指导下 ,进行井间时间延迟地震技术试验攻关对于油田开发动态监测是有积极意义的。2. 2. 6  利用井中地震资料提升三维地震资料品质无论井中地震 (井间地震、 ) 的品质多高 ,但终不能形成足够大的三维数据体 ,而地下的油藏是三维分布的 ,所以井中地震不可能从根本上替代地面三维地震资料。大幅度地提升三维地震资料的品质是地球物理家多年来梦寐以求的愿望。通常的方法是利用测井资料作为约束条件对三维资料进行约束反演 ,并取得了一定的成功。如果利用井中地震资料对三维地震资料进行反演处理 ,比传统的方法至少有 2 方面的优势 : ①井中地震资料作为约束条件时 ,插入的是二维平面 (或者是栅状剖面 ) 约束条件 ,与一维的井约束条件相比具有明显的优势 ; ②在传统方法中 ,简化 (或忽略 )了测井资料与地震资料并不是一个物理场的客观事实 (测井资料大部分是电磁场的数据 ,声波资料虽然在物理学意义上属于弹性波场但其特征与地震波相差甚远 ) ,因此在反演时不可避免地会出现一些问题 ;如果使用井中地震资料作为约束条件 ,便从根本上解决了这个问题。综上所述 ,利用井中资料提升三维地震资料的品质 ,不仅是急需的 ,而且是科学的、可行的。只要坚持这个研究方向 ,完全可能大幅度地提升三维地震资料的品质并有效地应用于油田的勘探和开发。2. 2. 7  关于井下地震装备研制的探索一般认为井下地震装备的国产化研制是非常困难的 ,笔者并不完全同意这种观点。无论是机械可控震源、压电可控震源还是井下检波器 ,如果将其置于地面工作环境下 ,对于中国的机械工程师和电气工程师来讲并非难事 ,真正的困难在于井下的工作条件太恶劣 ———高温、高压和双向数据通讯 ,这一点与测井仪器有着惊人的相似。值得注意的是就在最近几年国内 (如胜利油田测井研究所 )却成功研制出了新型的测井仪器 ,解决了上述的问题。让地震仪器专家或测井仪器专家单独地承担井下地震装备研制任务都是非常困难的 ,但如果让两种专家 (再配以其它方面的专业人员 )共同来承担就可以优势互补 ,也许能够成功研制出国产井下地震装备。实际上这也是一个观念的转变的问题。2. 2. 8  油藏模拟新技术的研究虽然油藏模拟技术不属于开发地震的研究范围 ,不是本文的主题所在 ,但开发地震技术的发展必然在很大程度上影响到油藏模拟技术的发展 ,从开发技术总成的高度 ,尽早地设计今后的油藏模拟(下转第 30 页 )·41· 石  油  物  探                    第 41 卷  假设去进行速度分析 ,就会极大地影响到横波速度的分析结果。而适应任意界面形态的迭代法则无疑为此问题更合理的解决提供了一种很好的途径。4 结束语我们提出的求取转换点位置的迭代算法 ,适用于包括倾斜和水平界面情况在内的任意界面形态。它直接根据转换波旅行时确定其相应的转换点的位置 ,方法简单、实用有效 ,且解收敛快速、过程稳定、精度高 ,并可直接应用于转换波 集抽取和速度分析及其动校正之中。它不仅有助于在转换波资料处理中真正实现转换波共反射点叠加 ,而且还为在转换波共反射点道集条件下进行合理的横波速度分析提供了一种途径。衷心感谢马在田院士和许世勇博士的热情帮助 !参 考 文 献1   张耀辉 . 关于倾斜界面转换点的确定 \[J \] 1993 , 28 (6) :752~ 7602   傅旦丹 ,朱宏彰 ,何汉漪 . 复杂介质多波地震正演模拟的动力学射线追踪法 \[J \]地质 ) , 1999 ,13(5) :328~ 3333   马在田 . 计算地球物理学概论 \[ M \]同济大学出版社 ,1997. 430 页4   . - S [ J \]. 1989 , 54 ( 8 ) :1 060~ 1 063(上接第 14 页 )技术是完全必要的。传统的油藏模拟方法中的地质建模仅仅使用井筒资料 (测井资料为主 ) ,这是一种无奈的选择。有了高精度的油藏综合地球物理资料以后 ,油藏工程师必须转变观念 ,重新定义油藏模拟的思路 ,开发全新的建模技术。新的油藏建模方法在地质建模时 ,应该充分使用油藏综合地球物理资料 ,而不再是依据测井资料进行简单地内插。3  结论开发地震是油藏综合地球物理技术的一个重要组成部分。开发地震总体上还处于研究发展阶段 ,但井间地震技术的日渐成熟必然带动其它开发地震技术的发展 ,开发地震技术进入实用的时代已为期不远。开发地震技术的发展必将极大地影响人们的传统观念和工作习惯 ,对于技术发展而言 ,转变观念是头等重要的。综合地应用各种学科的知识 ,将是油藏综合地球物理技术开发的一个重要特点。基础研究、实用技术开发、工业实验相结合 ,产、学、研相结合将会是一种有效的科研模式。·03· 石  油  物  探                    第 41 卷  
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