BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

劉穎 (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

劉穎 (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

自20世紀(jì)90年代早期起,BP公司一直致力于4D地震技術(shù)的研究和部署,范圍涵蓋了不同環(huán)境和儲層條件。到2007年底,已獲取了至少115項(xiàng)勘測 (根據(jù)油田計(jì)數(shù))項(xiàng)目,其中約有85項(xiàng)已經(jīng)實(shí)施,業(yè)務(wù)遍及10個國家60多個油田,主要是為了滿足北海盆地現(xiàn)行油藏管理和加密鉆井解決油田中后期注水開發(fā)危機(jī)的需要,隨后推廣到一些復(fù)雜的新油田。經(jīng)過多年的研究與應(yīng)用,BP公司在4D地震領(lǐng)域取得了很多成功的經(jīng)驗(yàn),并展示了今后的發(fā)展趨勢。

BP公司 4D地震技術(shù) 應(yīng)用現(xiàn)狀 油田后期

時移地震技術(shù)又稱為四維 (4D)地震技術(shù)。理論上認(rèn)為當(dāng)?shù)卣鹩^測精度足夠高時,通過重復(fù)觀測可以研究地層中流體的變化特點(diǎn)。時移地震作為油藏監(jiān)測的一項(xiàng)主要技術(shù),得到了普遍的關(guān)注和重視,近年來在技術(shù)上也得到了較大的進(jìn)步。21世紀(jì)初,時移地震技術(shù)已經(jīng)從可行性研究和先導(dǎo)性試驗(yàn),走向了應(yīng)用和生產(chǎn)階段,特別是在北海、墨西哥灣和加拿大等地區(qū)取得了較為廣泛的應(yīng)用。在4D地震技術(shù)試驗(yàn)和應(yīng)用方面,BP公司處于領(lǐng)先地位,4D地震技術(shù)已成為BP公司的核心技術(shù)之一,尤其是自1999年后在北海開展了大量4D地震觀測和應(yīng)用[1-3]。

1 BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展概況

第一個3D時延數(shù)據(jù)是在27年前陸上得克薩斯采集的 (1982—1983年,由阿克公司負(fù)責(zé),現(xiàn)在是BP公司的一部分),監(jiān)測一個提高采收率方法——火燒油層。此后,BP公司共計(jì)采集了大約120次測量結(jié)果,業(yè)務(wù)遍及10個國家60多個油田。盡管最早始于啟動得克薩斯 EOR時延項(xiàng)目,但是當(dāng)時3D地震數(shù)據(jù)正在廣泛應(yīng)用,BP公司的4D試驗(yàn)、驗(yàn)收和推廣直到20世紀(jì)90年代才開始,主要是為了滿足北海盆地現(xiàn)行油藏管理和加密鉆井解決油田中后期注水開發(fā)危機(jī)的需要,隨后推廣到一些復(fù)雜的新油田。初期,北海油田在技術(shù)和商業(yè)上取得的成功使該項(xiàng)技術(shù)首次推廣到全球,包括墨西哥灣深水油田和陸上阿拉斯加。到2007年底,已獲取了至少115項(xiàng)勘測 (根據(jù)油田計(jì)數(shù))項(xiàng)目,其中約有85項(xiàng)已經(jīng)實(shí)施,30項(xiàng)尚未實(shí)施[4-5]。

4D技術(shù)一般應(yīng)用于水驅(qū)油田,因?yàn)樗?qū)油田飽和度和壓力變化大,儲層管理復(fù)雜,適于地震監(jiān)測,具有巨大的商業(yè)價值。氣田的監(jiān)測也具有明顯的商業(yè)價值,但是實(shí)施的很少,主要是因?yàn)閱我粌庸芾韱栴}少,項(xiàng)目小。所采用的主要采集技術(shù)一直是每2～5年進(jìn)行一次拖拽式等浮電纜測量,現(xiàn)在BP公司安裝了世界上首批 (三套)永久性海底電纜 (OBC)監(jiān)測系統(tǒng),用以傳輸高質(zhì)高頻的3D和4D數(shù)據(jù)。近幾年4D技術(shù)應(yīng)用的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,除了北海和墨西哥灣地區(qū),還開發(fā)了很多新區(qū),如安哥拉深水區(qū)和美國阿拉斯加州[4-5]。

目前,BP公司正在實(shí)施時延4D地震技術(shù)的全球推廣。通過4D技術(shù)的發(fā)展,如等浮電纜控制、等浮電纜交叉重疊、永久海底電纜系統(tǒng)、專用4D處理、解釋與模擬工具等,時延4D地震技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展,變得更加多樣化,從單一的海洋等浮電纜操作到如今的高風(fēng)險部分重疊和易操作的等浮電纜、永久性的海底電纜,BP公司現(xiàn)在有三套系統(tǒng)居世界領(lǐng)先地位。

2 BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展歷程

BP公司 4D地震技術(shù)的發(fā)展分為三個階段(圖1)。

圖1 BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展史

2.1 1992—1998年:北海和墨西哥灣地區(qū)的試驗(yàn)階段

在北海和墨西哥灣盆地的成熟油田,研究儲層時間推移響應(yīng)的機(jī)會來自于全油田范圍內(nèi)采集的高質(zhì)量重復(fù)3D地震勘探,提高了地震分辨率和成像效果。在英國北海的Magnus和 Forties油田、挪威北海地區(qū)的古爾法克斯油田和墨西哥灣的Pompano油田進(jìn)行的重復(fù)3D地震測量用于4D響應(yīng)集中分析。在1995年和1998年間,第一個專用的4D地震測量在英國設(shè)得蘭Foinaven油田采用,在Foinaven實(shí)時油藏監(jiān)測試驗(yàn)中采用了海底電纜和等浮方法。1993年到1996年在Schiehallion油田的試采測量階段進(jìn)行了等浮電纜重復(fù)性分析。在這個階段末期,4D地震監(jiān)測技術(shù)及其商業(yè)可行性得到證明,在一定范圍內(nèi)為進(jìn)一步推廣奠定了基礎(chǔ)[4-5]。

2.2 1996—2006年:推廣應(yīng)用和探測技術(shù)的限制

試驗(yàn)階段取得的成功預(yù)示了4D地震技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用,仍然以北海油田為主,包括Schiehallion、Foinaven和Magnus專門的4D地震測量,作為系統(tǒng)項(xiàng)目的一部分還包括 Andrew、Valhall和Ula在內(nèi)的許多油田進(jìn)行的第一次測量。進(jìn)一步的測量包括在墨西哥灣 (Amberjack)的專門采集和在其他地區(qū)的等浮電纜采集,如Azerbaijan、Trinidad、Angola、中國、中東和阿拉斯加。

大約從2003年這個階段的晚期開始進(jìn)一步研發(fā)了更有效的技術(shù),例如第一個高風(fēng)險等浮電纜測量、第一個永久海底電纜系統(tǒng)和第一個陸上、井中垂直地震剖面 (VSP)設(shè)備。

2.3 2007年至今:繼續(xù)全球推廣應(yīng)用

4D地震技術(shù)在北海和墨西哥灣油田一直使用,而且在一些新的產(chǎn)區(qū)例如阿塞拜疆和安哥拉油田可能使用的機(jī)會更大。4D地震技術(shù)在陸上的阿拉斯加油田、美國本土以及墨西哥灣的Sub-salt油田的發(fā)展?jié)摿εc未來技術(shù)的發(fā)展有很大的關(guān)系。

3 4D地震技術(shù)不同發(fā)展階段的原因分析

BP公司1990—2006年油田應(yīng)用4D地震技術(shù)的勘探活動呈現(xiàn)S形上升趨勢。S形曲線模擬與實(shí)際應(yīng)用的曲線軌跡基本吻合?？偟膩碚f,可以把BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展歷程分為三個階段:

(1)1992—1998年:增長緩慢,主要是因?yàn)樘幱诩夹g(shù)試驗(yàn)階段。

(2)1999—2002年:應(yīng)用規(guī)?？焖僭黾?主要是因?yàn)楸焙ｉ_始系統(tǒng)應(yīng)用 (圖2)[4-5]。

圖2 BP公司1982—2007年在北海的地震勘探活動和使用4D地震的演變歷程

從圖2可以看出,1999—2002年4D地震技術(shù)應(yīng)用急劇擴(kuò)大,主要是因?yàn)檫@段時期技術(shù)上的突破給4D地震帶來了廣泛的應(yīng)用,包括:高質(zhì)量浮纜觀測;永久海底電纜系統(tǒng);陸上和井中的VSP試驗(yàn)。

(3)2003—2006:新油田應(yīng)用增長緩慢。

對BP公司在北海盆地的勘探活動來說,4D地震已經(jīng)成為非常關(guān)鍵的技術(shù),在過去5年里,地震活動發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變,從90%以上的3D地震轉(zhuǎn)變成約90%的4D地震。同時,用于勘探、初期油氣田評價和開發(fā)的常規(guī)3D地震采集活動也有所下降 (圖2)。4D地震技術(shù)最重要的一項(xiàng)功能就是挑戰(zhàn)產(chǎn)量下降的成熟油田開發(fā),如 Forties油田(2001年),更加復(fù)雜的新油田開發(fā),如 Schiehallion和Foinaven油田 (2000年)。同時,傳統(tǒng)的3D勘探和油氣田初期評價與開發(fā)正在減少。

4 油田不同開發(fā)階段4D地震的價值體現(xiàn)

從圖3可以看出,在油田開采期限如何系統(tǒng)地應(yīng)用4D地震技術(shù)來影響初期、中期、晚期的油田開采?？偟膩砜?4D地震技術(shù)在油田開發(fā)中發(fā)揮著非常重要的作用。

圖3 整個開采過程中4D地震的角色和價值

4.1 油田開發(fā)初期

一個高質(zhì)量的3D勘探可以為4D勘探提供必要的3D基本數(shù)據(jù)框架,用于早期的開發(fā)規(guī)劃工作。早期的4D勘探包括:

◇在一定區(qū)域范圍可以提供早期的監(jiān)測數(shù)據(jù),通過判斷早期的能量消耗來校正油藏類型;

◇幫助及早確定后續(xù)開發(fā)油井進(jìn)行4D勘探的時機(jī);

◇幫助制定調(diào)整措施,如產(chǎn)量與預(yù)期有差距則進(jìn)行早期加密調(diào)整。

4D勘探在油田早期生產(chǎn)中一個重要的作用就是保護(hù)油田基本生產(chǎn)能力。

4.2 油田開發(fā)中期

油田在穩(wěn)定期后產(chǎn)量必然出現(xiàn)遞減,4D地震能夠提供必不可少的新的或者正在進(jìn)行的注水和注氣數(shù)據(jù),能夠重新校正油藏模型,確定和減少第一次鉆加密井的風(fēng)險,低投入高產(chǎn)出,如射孔和堵水。4D地震技術(shù)在油田開發(fā)中期的作用就是保證高經(jīng)濟(jì)效益的油田管理和資源的有效開發(fā)。

4.3 油田開發(fā)后期

油田最終都會進(jìn)入最具挑戰(zhàn)的開發(fā)后期,高品質(zhì)的4D數(shù)據(jù)有助于延長油田開發(fā)期,主要是通過制定最優(yōu)加密方案,規(guī)劃最經(jīng)濟(jì)的分支井,來論證油井管理手段以及監(jiān)測 EOR采油技術(shù)的有效性。4D地震技術(shù)是油田生產(chǎn)后期獲得較高最終采收率的重要手段。

5 結(jié)論與展望

經(jīng)過20多年調(diào)查研究,4D地震已經(jīng)成為BP公司的核心技術(shù)。通過對多個區(qū)域、儲層和不同類型油藏進(jìn)行的110多項(xiàng)4D測量結(jié)果研究,獲得了很多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)用范圍已經(jīng)從北海的“實(shí)驗(yàn)室”拓展到了BP下屬的大部分地區(qū)。等浮電纜4D地震技術(shù)未來有望在采集和處理上成為最普通的4D方法。對一些大的、復(fù)雜的油田來說,永久性O(shè)BC監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)成為最好的選擇,通過技術(shù)進(jìn)步和提高工業(yè)能力使該系統(tǒng)的應(yīng)用成本更低。

目前,BP公司能夠通過4D資料的“動態(tài)解釋”,把3D和4D地震資料與其他動態(tài) (如井的生產(chǎn)史和油藏模擬結(jié)果)和靜態(tài)的 (抑測井)信息聯(lián)合起來,進(jìn)行可視化處理,根據(jù)“動態(tài)解釋”的結(jié)果迅速調(diào)整油田決策。通過動態(tài)解釋和油藏模擬相結(jié)合,對歷史匹配進(jìn)行指導(dǎo),提高了油田動態(tài)預(yù)測的質(zhì)量。最終,4D地震技術(shù)將用以解決注水油田的“中、后期危機(jī)”。而越來越多的油田逐漸把4D技術(shù)應(yīng)用于油田整個開發(fā)過程,用來監(jiān)測早、中、晚期的油田產(chǎn)量變化,包括EOR情況。

縱觀BP公司、RCP項(xiàng)目組等的技術(shù)發(fā)展, 4D地震技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)出油藏工程技術(shù)與地球物理技術(shù)的高度融合。多種地球物理技術(shù)廣泛集成,但是高精度、高分辨率三維地震仍然是基礎(chǔ),4D地震技術(shù)是主流。

盡管4D地震監(jiān)測在很多國家和地區(qū)都取得了明顯的成效,但相對而言4D技術(shù)在工業(yè)上仍然是一項(xiàng)新技術(shù),在一些油氣區(qū),包括印度、中東地區(qū)還沒有推廣使用。原因很復(fù)雜,可能涉及技術(shù)、商業(yè)效益,相關(guān)技術(shù)滯后,以及4D監(jiān)測對首次生產(chǎn)時間的要求等。

[1]國際大石油公司關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展跟蹤研究.中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究中心,2007年.

[2]BP公司 2008年度工作總報告(英文版).http:// www.bp.com.

[3]錢伯章.BP公司的可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略.中國石化, 2008(1).

[4]Dave G Foster.The BP 4-D story:experience over the last 10 years and current trends[R]:IPTC 11757.

[5]Dave G Foster.Lessons Learnt from over 20 Years of 4-D Deployment[R]:SPE 113542.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.9.001

2010-01-11)