中國石化地球物理勘探實(shí)踐與展望

郭旭升,劉金連,楊江峰,趙 銳

(1.中國石油化工股份有限公司,北京100728;2.中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京211103)

當(dāng)前,我國石油與天然氣需求旺盛,但油氣供需矛盾突出。以2020年為例,我國石油消費(fèi)總量達(dá)7.02×108t,天然氣消費(fèi)總量達(dá)3 200×108m3,而我國當(dāng)年油、氣產(chǎn)量分別僅為1.95×108t和1 889×108m3,石油與天然氣的對外依存度分別高達(dá)72%和41%。根據(jù)“雙碳”目標(biāo),即便到2060年,預(yù)計(jì)我國原油、天然氣的消費(fèi)量仍分別為2.7×108t與3 752×108m3,而當(dāng)年國內(nèi)產(chǎn)量分別約為2×108t和3 000×108m3?？梢?持續(xù)加大國內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度,保障國家能源安全,是未來相當(dāng)長時期內(nèi)油氣勘探開發(fā)工作肩負(fù)的使命與擔(dān)當(dāng)。

隨著油氣勘探不斷向深層-超深層、深水、非常規(guī)油氣延伸,物探技術(shù)面對的油氣勘探開發(fā)目標(biāo)隱蔽性增強(qiáng),研究對象日趨復(fù)雜[1-2]。油氣勘探開發(fā)需求不斷推動物探技術(shù)進(jìn)步,而物探技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步持續(xù)提升地質(zhì)認(rèn)識。歷史上物探技術(shù)的每一次進(jìn)步都會帶來油氣儲量的快速增長,20世紀(jì)我國油氣勘探探明的石油地質(zhì)儲量有5次大幅度增長,每一次都與地震技術(shù)進(jìn)步有著極為密切的關(guān)系[3-4]。

本文在總結(jié)近年來中國石化油氣勘探成果的基礎(chǔ)上,著重闡述中國石化地球物理技術(shù)的進(jìn)展與應(yīng)用成效。并簡要分析當(dāng)前的物探技術(shù)需求和未來的物探技術(shù)發(fā)展方向,期望石油物探技術(shù)在貫徹落實(shí)中國石化轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、提高發(fā)展質(zhì)量的戰(zhàn)略部署中發(fā)揮更大的作用。

1 主要技術(shù)進(jìn)展與勘探成效

近年來,中國石化面對低油價的嚴(yán)峻形勢,堅(jiān)定執(zhí)行高效勘探、效益開發(fā)的要求,開展了物探技術(shù)攻關(guān),高密度三維地震勘探、可控震源高效采集取得新進(jìn)展,疊前逆時偏移成像等技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用,全波形反演在國內(nèi)率先用于生產(chǎn),非均質(zhì)儲層描述與“甜點(diǎn)”預(yù)測等技術(shù)不斷得到完善,物探技術(shù)進(jìn)步為中國石化油氣勘探提供了有力的技術(shù)支撐。

限于篇幅,本文以高密度三維地震技術(shù)、超深層碳酸鹽巖三維地震勘探技術(shù)、頁巖油氣勘探開發(fā)一體化地球物理技術(shù)為例,闡述中國石化物探技術(shù)取得的新進(jìn)展。

1.1 高密度三維地震技術(shù)

中國東部探區(qū)自20世紀(jì)70年代開始實(shí)施三維地震,勘探歷程大致分為3個階段:1998年以前,以二維地震勘探和常規(guī)三維地震勘探為主,采集觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對簡單,炮道密度一般低于20×104道/km2,滿足了當(dāng)時尋找中淺層規(guī)模較大的簡單構(gòu)造型油氣藏需要。1998年至2015年間,隨著老油區(qū)勘探難度逐年增大,中國石化積極開展以小面元、高覆蓋為主的高精度三維地震試驗(yàn)[4-6],挖掘了東部探區(qū)早期三維覆蓋區(qū)的資源潛力,高精度三維地震的炮道密度在20×104～100×104道/km2;2015年以來,邁入高密度勘探階段,炮道密度為100×104～500×104道/km2。東部富油凹陷探明程度已達(dá)50%,在油氣富集帶,原有高精度三維不能滿足勘探開發(fā)需求,中國石化先后在勝利油田墾71、羅家、義東、盤河等區(qū)塊開展了以更小面元、更高覆蓋次數(shù)和單點(diǎn)檢波器接收為主的高密度地震技術(shù)探索[7-9]。

高密度三維地震技術(shù)經(jīng)歷了由單點(diǎn)數(shù)字檢波器接收、模擬檢波器組合接收、陸用壓電單點(diǎn)檢波器接收的探索過程,最終形成了目前已經(jīng)成熟推廣的單點(diǎn)高密度三維地震技術(shù)。單點(diǎn)高密度三維地震技術(shù)采用單點(diǎn)激發(fā)、單點(diǎn)接收,具有小面元、寬頻帶、寬方位、高密度特征,是以方位各向異性理論為基礎(chǔ),采用寬頻全方位處理、五維解釋的新一代地震技術(shù)。目前已在濟(jì)陽坳陷部署實(shí)施了東風(fēng)港-2016、羅家-2017等11塊單點(diǎn)高密度地震。

1.1.1 模擬檢波器組合高密度地震

2014年,中國石化勝利油田在盤河“金三角”地區(qū)實(shí)施了3次地震采集,采用“面元大小為12.5 m×12.5 m,覆蓋次數(shù)168次,炮道密度107.52×104道/km2”高密度采集觀測系統(tǒng),超級檢波器小組合接收。高密度三維地震資料的處理效果較高精度三維地震資料顯著提升,斷裂系統(tǒng)刻畫清晰(圖1)。成果剖面優(yōu)勢頻帶5～45 Hz,有效頻寬3～59 Hz,優(yōu)勢頻帶提升了7 Hz[7]。

圖1 盤河高精度三維(a)與高密度三維(b)地震剖面

1.1.2 陸用壓電單點(diǎn)檢波器地震技術(shù)

單點(diǎn)接收地震資料具有保真度高、波場信息豐富、寬頻帶、寬方位的特點(diǎn)。2016年中國石化勝利油田開展陸用壓電單點(diǎn)檢波器采集攻關(guān)試驗(yàn),在濟(jì)陽坳陷實(shí)施東風(fēng)港三維地震采集,采用“面元大小為12.5 m×12.5 m,覆蓋次數(shù)160次,炮道密度102.4×104道/km2”高密度采集觀測系統(tǒng)。經(jīng)過東風(fēng)港三維施工統(tǒng)計(jì),采集設(shè)備費(fèi)用只有國外同類產(chǎn)品的1/4,與動圈檢波器組合接收相比,施工效率大幅提高。東風(fēng)港三維采集項(xiàng)目的成功實(shí)施,徹底打破了國外數(shù)字單點(diǎn)檢波器技術(shù)壟斷。從高精度和高密度三維疊前時間偏移剖面(圖2)可見,高密度三維地震剖面成像精度大幅改善,斷裂刻畫清晰,同相軸易于追蹤,主要目的層沙三段優(yōu)勢頻帶擴(kuò)寬了20 Hz以上[7]。

圖2 東風(fēng)港高精度三維(a)與高密度三維(b)疊前時間偏移剖面

2017年,中國石化勝利油田在濟(jì)陽坳陷沾化凹陷西部羅家地區(qū)部署實(shí)施了高密度三維地震,采用“面元大小為6.25 m×12.50 m,覆蓋次數(shù)279次,炮道密度357×104道/km2”的觀測系統(tǒng),陸用壓電單點(diǎn)檢波器接收。與高精度三維地震資料相比,羅家高密度地震資料分辨率大幅提高,斷裂系統(tǒng)和河道刻畫清晰[8],地震資料品質(zhì)躍上了新臺階(圖3)。

圖3 羅家高精度三維(a)與高密度三維(b)地震剖面

經(jīng)過5年多時間的攻關(guān),在勝利油田形成了一套較為完備的單點(diǎn)高密度三維地震技術(shù),目前已逐步推廣至蘇北、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、塔里木盆地等探區(qū)。

1.2 超深層碳酸鹽巖三維地震勘探技術(shù)

碳酸鹽巖地層中蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源,是21世紀(jì)油氣勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。近年來,隨著勘探技術(shù)的進(jìn)步,我國中西部碳酸鹽巖油氣勘探逐步向深層-超深層推進(jìn)[10-12]。深層碳酸鹽巖儲層類型多樣,非均質(zhì)性極強(qiáng),經(jīng)歷過多期次構(gòu)造運(yùn)動改造,采用地球物理方法預(yù)測儲層面臨巨大挑戰(zhàn)[10]。20世紀(jì)90年代以來,中國石化分別在四川和塔里木盆地開展了物探技術(shù)攻關(guān),取得了一系列深層-超深層油氣發(fā)現(xiàn),形成了一批應(yīng)用效果顯著的物探技術(shù)。

1.2.1 復(fù)雜山地超深層生物礁儲層地震勘探技術(shù)系列

超深層天然氣高效勘探是國際公認(rèn)的世界性難題,元壩探區(qū)是四川盆地最后一個被登記探礦權(quán)的區(qū)塊,面臨埋藏深度大、目標(biāo)刻畫精度低與氣水識別難度大等問題。中國石化經(jīng)過多年探索,形成了復(fù)雜山地超深層生物礁儲層地震勘探技術(shù)系列,極大推動了元壩氣田的發(fā)現(xiàn)進(jìn)程[13]。

四川盆地周緣為復(fù)雜山地,地表地震條件復(fù)雜,目的層埋深大,地震勘探技術(shù)的瓶頸在于如何有效提高超深層地震反射能量和分辨率。通過開展近地表介質(zhì)和激發(fā)最佳匹配研究,建立了面向超深礁灘儲層的飽和激發(fā)技術(shù)和采集設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù),保證了超深目的層的有效能量。在此基礎(chǔ)上,發(fā)展了近地表精細(xì)建模、層析成像、分頻靜校正等方法與技術(shù),建立了多次迭代、逐次逼近的靜校正技術(shù)組合,有效解決了復(fù)雜山地近地表效應(yīng)難題。創(chuàng)新發(fā)展了基于各向異性和吸收衰減介質(zhì)模型的超深儲層弱信號提取與補(bǔ)償技術(shù),實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜山地超深層礁灘地震高精度、高分辨率疊前成像的技術(shù)突破。與老資料相比,埋深大于6 500 m目的層有效能量提高了70%以上,有效頻帶范圍大幅度拓寬(頻帶范圍由原來的8～50 Hz拓展到4～80 Hz,主頻提高15～18 Hz)(圖4)。

圖4 超深弱反射層地震采集處理技術(shù)應(yīng)用前(a)、后(b)地震剖面

針對超深層生物礁儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向變化快、儲層物性預(yù)測不可靠等難題,率先將生物礁儲層的巖石學(xué)微觀結(jié)構(gòu)特征引入巖石物理參數(shù)測試與分析,厘定了該類儲層的地震波速度隨孔隙結(jié)構(gòu)類型的變化規(guī)律,突破傳統(tǒng)的一元孔隙度-速度Wyllie模型,建立了超深生物礁儲層的孔隙結(jié)構(gòu)類型-密度孔隙度與縱橫波速度間的新的表征關(guān)系式,創(chuàng)新發(fā)展了基于非均質(zhì)孔縫雙元結(jié)構(gòu)模型的孔構(gòu)參數(shù)反演技術(shù)方法,有效預(yù)測低孔高滲帶分布,超深有效儲層預(yù)測精度大幅度提高,埋深6 500～7 000 m生物礁儲層的預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆符合率達(dá)93%,儲層厚度預(yù)測絕對誤差1～3m,相對誤差小于5%(圖5)。

圖5 元壩長興組生物礁高產(chǎn)富集帶預(yù)測結(jié)果

針對疊前地震資料超深層信號弱、信噪比低、AVO響應(yīng)特征不明顯等氣水識別難題,研發(fā)形成了基于射線束聚焦和振幅與頻率衰減補(bǔ)償?shù)牡兰瘍?yōu)化技術(shù),經(jīng)過理論模型正演分析,明確了超深含氣生物礁儲層的AVA響應(yīng)特征,發(fā)展建立了廣義疊前彈性參數(shù)反演方法與技術(shù),確定了高靈敏度氣水識別因子,通過井-震最佳匹配分析,構(gòu)建出表征超深生物礁儲層地震響應(yīng)特征的物理小波基,研發(fā)出新的高分辨率時頻分析技術(shù),實(shí)現(xiàn)了超深層生物礁儲層氣水精細(xì)識別與預(yù)測。預(yù)測元壩氣田高產(chǎn)富集帶面積98.5 km2,實(shí)施的10口探井均獲日產(chǎn)百萬方高產(chǎn)天然氣流。

1.2.2 順北沙漠區(qū)超深斷溶體油氣藏三維地震勘探關(guān)鍵技術(shù)

順北走滑斷裂帶既是油氣疏導(dǎo)通道,又是成藏有利空間,斷裂帶外圍致密碳酸鹽巖作為側(cè)向封擋,上覆巨厚泥巖作為區(qū)域封蓋層,油氣沿走滑斷裂垂向運(yùn)移聚集形成油氣藏[14]。順北斷控儲集體類型特殊,地球物理勘探面臨著一系列難題。一是地表沙丘起伏大、目的層埋藏深,地震資料信噪比低、主頻低、有效頻帶窄、干擾波發(fā)育且能量強(qiáng);二是走滑斷裂帶在地震剖面上近直立、垂直斷距小、識別難度大,斷控儲集體規(guī)模主要受斷裂帶發(fā)育程度控制;三是順北地區(qū)廣泛發(fā)育二疊系巨厚的火成巖地層,主要巖性有英安巖、玄武巖、凝灰?guī)r等,不同巖性間巨大的速度差異造成了二疊系下伏地層出現(xiàn)地震成像中的假斷裂,進(jìn)而增加了對奧陶系斷控儲集體識別的多解性。為此,中國石化反復(fù)試驗(yàn)改進(jìn),形成了實(shí)用性極強(qiáng)的高精度三維地震采集、成像處理、精細(xì)雕刻等技術(shù)系列(圖6),有效解決了制約生產(chǎn)的瓶頸難題[15-16]。

圖6 順北沙漠區(qū)超深斷溶體油氣藏三維地震勘探關(guān)鍵技術(shù)系列示意

形成面向目標(biāo)的采集技術(shù),采用寬頻帶、寬方位、高覆蓋、長排列、適中面元的觀測系統(tǒng),取全走滑斷裂、小尺度目標(biāo)波場信息。形成三維精細(xì)處理成像技術(shù),提出了“三層一帶”(二疊系火成巖地層、奧陶系碳酸鹽巖地層、寒武系深部地層、深大斷裂帶)速度建模理念和技術(shù),有效提高了縫洞及不同尺度走滑斷裂帶的成像精度(圖7)。

圖7 順北斷溶體油氣藏基于精細(xì)速度建模的高精度成像前(a)、后(b)地震剖面

形成高精度的目標(biāo)描述評價技術(shù),依據(jù)斷溶體儲層類型及反射結(jié)構(gòu)特征,建立了走滑斷裂帶及斷溶體儲層地震識別模式,開展儲層敏感屬性分析,形成針對斷溶體外部輪廓、內(nèi)部不同類型儲層的一系列儲層預(yù)測及流體檢測技術(shù),主要包括“六定”(定模式、定響應(yīng)、定期次、定級別、定組合、定規(guī)模)超深走滑斷裂帶精細(xì)解釋技術(shù),實(shí)現(xiàn)了斷溶體的定性-半定量解釋;“三元(洞穴、斷裂、裂縫)一體(斷溶體)”綜合立體雕刻技術(shù),實(shí)現(xiàn)儲集體三維空間展布描述;“五步法”儲量計(jì)算技術(shù),實(shí)現(xiàn)斷溶體圈閉體積和資源量預(yù)測;“三定(定方案、定方位、定軌跡)”井軌跡優(yōu)化技術(shù),實(shí)現(xiàn)斷溶體有效鉆遇(圖8)。最終建立了以“張量屬性定輪廓、振幅屬性定邊界、融合雕刻定體積”為關(guān)鍵的圈閉落實(shí)與描述技術(shù),形成了“打主斷、過異常、穿核部”目標(biāo)優(yōu)選與井軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[14]。探區(qū)多口鉆井實(shí)現(xiàn)了油氣重大突破,證實(shí)了順北沙漠區(qū)超深斷溶體油氣藏三維地震勘探技術(shù)的有效性及適用性。

圖8 順北超深斷溶體識別預(yù)測與量化描述技術(shù)示意

順北地區(qū)超深斷溶體三維地震勘探技術(shù)的攻關(guān)研究,識別了不同尺度斷溶體儲層,描述刻畫了斷溶體輪廓及內(nèi)幕特征,發(fā)現(xiàn)落實(shí)了一批優(yōu)質(zhì)圈閉。繼1號斷裂帶突破之后,近年又在4號和8號斷裂帶不斷取得重大突破,新增探明儲量1.3×108t,建產(chǎn)能102×104t,2020年產(chǎn)量98×104t。2021年,在4號和8號斷裂帶部署實(shí)施的順北41X井、順北42X井、順北8X井,相繼試獲千噸高產(chǎn)油氣流。

1.3 頁巖油氣勘探開發(fā)一體化地球物理技術(shù)

1.3.1 頁巖氣層精細(xì)表征及開發(fā)評價物探技術(shù)系列

中國南方海相頁巖氣資源豐富,相比北美商業(yè)頁巖氣田,頁巖地層時代老、經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動、熱演化程度高、成藏條件復(fù)雜,不能簡單套用北美地區(qū)的理論和勘探技術(shù)方法[17]。中國石化從2007年開始,系統(tǒng)開展了南方海相頁巖氣的理論與技術(shù)攻關(guān),提出了南方復(fù)雜構(gòu)造區(qū)高演化海相頁巖氣“二元富集”理論認(rèn)識,在川東南涪陵地區(qū)取得了頁巖氣勘探突破[18-19]。在技術(shù)層面上,北美經(jīng)驗(yàn)表明頁巖氣的成功勘探開發(fā)離不開三維地震資料的支撐。中國南方頁巖氣地質(zhì)條件與北美差異較大,常規(guī)的二維、三維地震勘探技術(shù)無法準(zhǔn)確獲取評價頁巖氣富集規(guī)律的地質(zhì)參數(shù),難以精細(xì)落實(shí)頁巖氣“地質(zhì)甜點(diǎn)”,也很難保證設(shè)計(jì)的鉆井軌跡連續(xù)穿越優(yōu)質(zhì)泥頁巖層段[20-22]。要完成上述地質(zhì)任務(wù),就必須應(yīng)用高精度三維地震勘探技術(shù),準(zhǔn)確查明優(yōu)質(zhì)泥頁巖層的精細(xì)構(gòu)造、厚度、有機(jī)質(zhì)含量分布規(guī)律、脆性指數(shù)及其保存條件等。

以中國石化涪陵探區(qū)為例,頁巖氣勘探開發(fā)面臨著三方面難題。一是山地地震成像效果不佳,南方山地地表?xiàng)l件差,構(gòu)造復(fù)雜且斷裂發(fā)育;二是水平井軌跡精度要求更高,在埋深4 000 m、厚度40 m的條件下,要求絕對誤差<20 m;三是工程甜點(diǎn)預(yù)測難度大,壓裂要求地震精準(zhǔn)預(yù)測脆性、地應(yīng)力、裂縫等參數(shù)。針對上述問題,中國石化在涪陵焦石壩地區(qū)進(jìn)行了較小道距、較高覆蓋次數(shù)、適中排列長度、較寬方位和較小束線距的高精度三維地震資料采集,井控及OVT域高精度地震處理和疊前-疊后聯(lián)動的地震解釋技術(shù)攻關(guān),研發(fā)形成了面向頁巖氣水平井開采的一體化配套技術(shù)系列,主要包括:多信息約束各向異性逆時偏移(TTI-RTM)精細(xì)成像、水平井隨鉆快速成像、多尺度裂縫刻畫與識別、“雙甜點(diǎn)”地震綜合預(yù)測及壓裂微地震監(jiān)測評估等技術(shù)。中國石化率先探明了國內(nèi)首個千億方常壓頁巖氣田,有效促進(jìn)了我國頁巖氣的勘探開發(fā)。

圍繞山地地震成像效果不佳的難題,開展了面向頁巖氣水平井開采的多信息約束TTI-RTM精細(xì)成像技術(shù)攻關(guān),有效解決了高陡構(gòu)造成像、斷裂歸位、地層傾向不準(zhǔn)確等問題(圖9)。在白馬區(qū)塊開展了新一輪RTM目標(biāo)處理,成功解決了該區(qū)塊頁巖層埋深和產(chǎn)狀誤差、斷點(diǎn)漂移、構(gòu)造變形等問題,井震誤差可控制在3‰以內(nèi),部署的兩口評價井取得了較好的效果。

圖9 面向頁巖氣水平井開發(fā)的多信息約束TTI-RTM精細(xì)成像前(a)、后(b)剖面

針對頁巖氣水平井鉆井軌跡控制難題,開展了水平井隨鉆快速成像處理技術(shù)攻關(guān),形成了完整的井控處理技術(shù)流程,提高了優(yōu)質(zhì)頁巖鉆遇率。在TTI-RTM資料基礎(chǔ)上,利用校正點(diǎn)歸位和井控層析技術(shù)即時優(yōu)化調(diào)整速度模型,并配備高性能計(jì)算機(jī)群進(jìn)行快速偏移成像。隨著鉆井進(jìn)尺不斷增加,獲得更多校正點(diǎn)后實(shí)時更新成像結(jié)果,進(jìn)一步提高低幅度構(gòu)造成像精度,確保水平井段優(yōu)質(zhì)頁巖鉆遇率。

圍繞工程甜點(diǎn)預(yù)測,形成了微地震壓裂評估、多尺度裂縫識別與刻畫等綜合預(yù)測技術(shù),為頁巖氣開發(fā)中壓后效果評價、壓裂工藝及參數(shù)優(yōu)化、井網(wǎng)開發(fā)部署提供了指導(dǎo)性依據(jù)?；诘卣鸩ㄗ杩狗囱?開展了“雙甜點(diǎn)”地震預(yù)測,為優(yōu)質(zhì)頁巖高鉆遇率提供了保障。

圖10展示了焦石壩五峰-龍馬溪組海相頁巖某平臺水平應(yīng)力差異比(DHSR)平面預(yù)測結(jié)果與微地震對比效果,微地震強(qiáng)事件多集中在DHSR低值區(qū),壓裂中更易于形成網(wǎng)狀縫,壓裂效果更好。

圖10 頁巖氣“雙甜點(diǎn)”三維地震綜合預(yù)測技術(shù)效果

1.3.2 頁巖油“雙甜點(diǎn)”綜合預(yù)測評價技術(shù)

中國石化陸相頁巖油資源潛力大,分布廣,類型多樣,具有良好的勘探開發(fā)潛力。濟(jì)陽坳陷是斷陷盆地陸相頁巖油典型代表,具有含油性好、壓力系數(shù)高、厚度大、流動性好等特點(diǎn),資源量超過40×108t,是重要的原油接替領(lǐng)域。然而,頁巖油地球物理勘探也極具挑戰(zhàn)性:地質(zhì)甜點(diǎn)主要受巖相和裂縫控制,巖相空間變化復(fù)雜,不同巖相地震反射差異較小,因此根據(jù)地震屬性的差異直接預(yù)測有利巖相及其組合體的空間變化精確度不高;微斷裂及裂縫尺度較小,其空間展布特征應(yīng)用疊后地震資料難以刻畫;工程甜點(diǎn)主要受頁巖地層的脆性特性影響,對頁巖層儲集性和后期工程壓裂至關(guān)重要,但受地震資料分辨率限制預(yù)測地層脆性及薄夾層難度很大[23]。

針對上述問題,近年來中國石化探索建立了地質(zhì)與工程“雙甜點(diǎn)”陸相頁巖油預(yù)測評價體系(圖11)?？v向上頁巖巖相變化引起的地震信號反射特征的變化更多集中在低頻端,地震低頻信息提取是頁巖油巖相組合體表征的關(guān)鍵,而拉梅常數(shù)等彈性參數(shù)能有效區(qū)分各類巖相,因此,研發(fā)的地震寬頻譜反演和基于巖石物理特征的疊前彈性參數(shù)反演是刻畫巖相展布的有效手段;開發(fā)迭代法螞蟻體制作技術(shù)消除了斷裂系統(tǒng)刻畫假象,同時,利用疊前各向異性反演預(yù)測裂縫發(fā)育區(qū),在有效頻帶內(nèi)計(jì)算各方位角疊加數(shù)據(jù)體的地震屬性,通過各方位角的地震屬性擬合,得到研究區(qū)裂縫的分布特征;基于疊前反演的脆性指數(shù)定量預(yù)測建立了脆性指數(shù)與彈性參數(shù)之間的多元計(jì)算模型,實(shí)現(xiàn)了基于參數(shù)差異性反演的頁巖脆性指數(shù)的定量預(yù)測。

圖11 頁巖油甜點(diǎn)關(guān)鍵要素地震預(yù)測技術(shù)示意

上述技術(shù)成果在濟(jì)陽坳陷多個凹陷開展了推廣應(yīng)用,提出6個勘探突破目標(biāo),完成了風(fēng)險井樊頁平1、渤頁平5,產(chǎn)能試驗(yàn)井牛頁1-HF優(yōu)化設(shè)計(jì)并投入礦場實(shí)踐,并相繼取得了勘探突破。2021年,樊頁平1、渤頁平5、牛頁1-1井在博興、渤南、牛莊洼陷相繼試獲百噸高產(chǎn)頁巖油氣流,實(shí)現(xiàn)了濟(jì)陽坳陷頁巖油“三個洼陷,兩個層系”的重大突破,目前已提交預(yù)測儲量4.58×108t,全年試采產(chǎn)量預(yù)計(jì)超5.0×104t,形成了“當(dāng)年戰(zhàn)略突破、當(dāng)年規(guī)模增儲、當(dāng)年商業(yè)產(chǎn)量”的良好態(tài)勢,為東部老油田原油可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)資源基礎(chǔ)。

2 中國石化油氣勘探開發(fā)難題及物探技術(shù)需求

中國石化油氣勘探開發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域包括東部斷陷盆地、深層-超深層海相碳酸鹽巖、中西部致密碎屑巖、非常規(guī)、海域、火成巖、山前帶七大領(lǐng)域[24]。物探技術(shù)進(jìn)步為各大領(lǐng)域油氣勘探發(fā)現(xiàn)突破做出了突出貢獻(xiàn),但面對日益復(fù)雜的勘探對象,仍然存在一些勘探開發(fā)難題和物探技術(shù)需求(表1)。

表1 中國石化油氣勘探開發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域勘探開發(fā)難題和技術(shù)需求

總體上存在四方面的問題。一是物探技術(shù)對勘探領(lǐng)域拓展、勘探部署支撐的力度有待提高。例如在山前帶和超深層領(lǐng)域,地震資料品質(zhì)難以支撐綜合評價研究,制約了整體評價部署,地震部署仍然呈現(xiàn)出貼郵票的特點(diǎn)。二是物探精度尚不能滿足復(fù)雜地質(zhì)目標(biāo)識別的要求,例如東部斷陷盆地薄層識別、中西部致密油氣識別精度不夠,影響了圈閉落實(shí)和探井成功率提高。三是裝備軟件“卡脖子”問題依然存在。可控震源等主要采集裝備和大型資料處理解釋軟件尚未打破“國外依賴”,儀器設(shè)備新度系數(shù)不高,自主知識產(chǎn)權(quán)推廣應(yīng)用不足,自主軟件的應(yīng)用效果,用戶體驗(yàn)亟待提升。四是技術(shù)集成和攻關(guān)合力不夠,包括特色技術(shù)的集成、裝備的配套。例如復(fù)雜山前帶攻關(guān)仍未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展;可控震源高效采集在塔里木高大沙丘和浮土區(qū)的應(yīng)用還需攻關(guān);黃土塬區(qū)、致密碎屑巖等領(lǐng)域仍需持續(xù)攻堅(jiān)。

3 中國石化物探攻關(guān)方向思考

3.1 油氣勘探開發(fā)形勢

在“以國內(nèi)循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)”的新發(fā)展格局下,能源行業(yè)整體發(fā)展形勢向好,同時“3060”碳減排目標(biāo)對能源轉(zhuǎn)型提出了新的挑戰(zhàn)。據(jù)中國石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院預(yù)測,中國石油需求峰值預(yù)計(jì)在7.9×108t(2030年),之后由于國內(nèi)儲備煉化增長有限以及碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)措施落地實(shí)施,石油需求開始下降。在天然氣方面,國家大力推進(jìn)氣代煤,培育天然氣主體能源地位。但碳中和的提出將影響天然氣長期發(fā)展態(tài)勢,預(yù)計(jì)天然氣達(dá)峰時間將提前至2040年、需求峰值6 090×108m3(圖12)。

圖12 中國中長期油氣需求

碳達(dá)峰、碳中和背景下,油氣需求峰值預(yù)期提前,但油氣較長時期內(nèi)依然是主體能源,到2050年我國油氣消費(fèi)占整體能源消費(fèi)總量的25%(圖13)。因此,持續(xù)加大國內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度不會變。但是油氣勘探開發(fā)難度加大。油氣勘探開發(fā)向深水、深層、非常規(guī)油氣方向發(fā)展,對勘探開發(fā)技術(shù)提出更高要求,迫切需要高精度高效率低成本的物探技術(shù)支撐油氣勘探開發(fā)的高質(zhì)量發(fā)展。

圖13 中國一次能源需求結(jié)構(gòu)

3.2 中國石化物探技術(shù)重點(diǎn)攻關(guān)方向

針對中國石化東部斷陷盆地、深層-超深層海相碳酸鹽巖等七大重點(diǎn)領(lǐng)域的油氣勘探開發(fā)難題及物探技術(shù)需求,我們需要提升完善6項(xiàng)核心技術(shù),支撐當(dāng)前勘探開發(fā);攻關(guān)研究5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),突破技術(shù)發(fā)展瓶頸;探索儲備2項(xiàng)前沿技術(shù),引領(lǐng)未來技術(shù)發(fā)展。

3.2.1 提升完善6項(xiàng)核心技術(shù),支撐當(dāng)前勘探開發(fā)

加強(qiáng)核心技術(shù)的提升完善,通過單點(diǎn)高密度節(jié)點(diǎn)地震采集技術(shù)、復(fù)雜介質(zhì)高精度處理成像技術(shù)、復(fù)雜儲層精細(xì)刻畫技術(shù)、非常規(guī)油氣地球物理技術(shù)、地球物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)、地震一體化軟件平臺與應(yīng)用系統(tǒng)等核心技術(shù)的提升完善,提高地震資料品質(zhì)、成像及目標(biāo)刻畫精度,滿足油氣勘探戰(zhàn)略展開、滾動勘探、挖潛增效的需求。

3.2.1.1 單點(diǎn)高密度節(jié)點(diǎn)地震采集技術(shù)

單點(diǎn)高密度節(jié)點(diǎn)地震采集技術(shù)在東部濟(jì)陽坳陷大規(guī)模應(yīng)用,目前已逐步推廣至蘇北、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、塔里木等盆地。節(jié)點(diǎn)儀在復(fù)雜地表區(qū)開展了工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用,將在不久的將來取代有線設(shè)備。

發(fā)展寬(低)頻、全方位、高密度、節(jié)點(diǎn)采集技術(shù),形成高性價比的單點(diǎn)高密度+節(jié)點(diǎn)地震采集技術(shù)系列,提高地震資料的信噪比、分辨率與保真度,為東部斷陷盆地?cái)鄩K、巖性、流體識別,西部深層海相碳酸鹽巖縫洞、斷溶體識別,南方頁巖氣甜點(diǎn)預(yù)測、斷縫體識別提供高品質(zhì)的地震資料。

3.2.1.2 復(fù)雜介質(zhì)高精度處理成像技術(shù)

高精度處理技術(shù)向高保真、高分辨率、高精度、自動化方向發(fā)展,地震成像技術(shù)向全波形反演、最小二乘逆時偏移以及Q-RTM發(fā)展;從模型驅(qū)動向數(shù)據(jù)驅(qū)動發(fā)展;從一次波成像到多次波、散射波成像發(fā)展,進(jìn)一步提高地震成像精度、縮短地震資料處理周期。

圍繞“三復(fù)雜”地質(zhì)目標(biāo),完善面向復(fù)雜近地表的速度建模技術(shù),完善推廣以RTM為核心的各向異性、吸收衰減補(bǔ)償偏移成像技術(shù),研究全波形反演技術(shù)、Marchenko成像、多次波成像和阻抗成像技術(shù)等,建立面向“三復(fù)雜”探區(qū)的高精度成像技術(shù)系列與流程,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)造和地質(zhì)目標(biāo)的準(zhǔn)確成像,解決山前帶、超深層、非常規(guī)、火成巖等成像難題。

3.2.1.3 復(fù)雜儲層精細(xì)刻畫技術(shù)

復(fù)雜儲層精細(xì)刻畫向著多學(xué)科綜合一體化、定量化、智能化方向發(fā)展,提高圈閉識別、儲層描述和油氣預(yù)測精度。

針對超深層海相碳酸鹽巖、致密碎屑巖和火山巖等復(fù)雜儲層勘探開發(fā)的需求,通過巖石物理分析、保真保幅處理、精細(xì)地震解釋和儲層預(yù)測等技術(shù)發(fā)展,滿足10 m以下地質(zhì)目標(biāo)預(yù)測要求,致密碎屑巖預(yù)測符合率達(dá)80%以上,碳酸鹽巖預(yù)測符合率達(dá)85%以上。

在超深層海相碳酸鹽巖儲層精細(xì)刻畫方面,推廣應(yīng)用井震聯(lián)合反演、分頻混色、多屬性疊合分析,相控三步法反演技術(shù)等碳酸鹽巖儲層預(yù)測成熟技術(shù),提高復(fù)雜儲層參數(shù)識別與表征效果,提升儲層預(yù)測可靠性,支撐深層、超深層碳酸鹽巖縫洞、斷縫體、礁灘、白云巖儲層的勘探開發(fā)。

在致密碎屑巖儲層精細(xì)刻畫方面,針對鄂爾多斯、四川盆地等探區(qū)致密砂巖油氣勘探開發(fā)需求,綜合運(yùn)用地質(zhì)、地震等信息,完善低幅度構(gòu)造落實(shí)處理技術(shù),推廣疊后、疊前數(shù)據(jù)分析和反演等技術(shù),完善五維地震解釋技術(shù)、定量儲層預(yù)測方法,改進(jìn)復(fù)雜非均質(zhì)性儲層精細(xì)刻畫效果,提高致密砂巖儲層彈性和物性預(yù)測精度,有效支撐致密砂巖儲層高效開發(fā)。

在火山巖儲層精細(xì)刻畫方面,提升完善精細(xì)速度建模、各向異性RTM等技術(shù),提高火山機(jī)構(gòu)及內(nèi)幕成像精度;發(fā)展火山巖物性和含氣性預(yù)測技術(shù),提高火山巖儲層刻畫描述精度。

3.2.1.4 非常規(guī)油氣地球物理技術(shù)

非常規(guī)油氣地球物理技術(shù)的發(fā)展方向是高精度的地質(zhì)甜點(diǎn)、工程甜點(diǎn)預(yù)測技術(shù)。完善頁巖儲層“甜點(diǎn)”定量預(yù)測和評價技術(shù),形成面向深層、陸相等頁巖氣藏的勘探開發(fā)一體化解決方案。應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)、巖石物理、地震反演等技術(shù)手段,進(jìn)一步完善頁巖儲層雙“甜點(diǎn)”預(yù)測技術(shù),推進(jìn)稀疏淺井微地震采集、處理解釋等低成本技術(shù),提升壓裂評價效果。

3.2.1.5 地球物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)

針對頁巖油氣、超深層油氣等新領(lǐng)域,地?zé)帷⑻烊粴馑衔锏刃履茉?建立物理性質(zhì)測試技術(shù)體系,開發(fā)巖石物理分析技術(shù)。開展復(fù)雜條件波場模擬技術(shù)、巖石物理分析技術(shù),建立相應(yīng)的巖石物理模型和地球物理參數(shù)的解釋量版,為山前帶地震采集、復(fù)雜構(gòu)造成像、超深層碳酸鹽巖儲層預(yù)測和深層頁巖氣“甜點(diǎn)”預(yù)測等提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。發(fā)展針對地?zé)?、天然氣水合物等新能源的巖石物理分析技術(shù),形成深層地?zé)岷退衔飵r石物理理論。

3.2.1.6 地震一體化軟件平臺與應(yīng)用系統(tǒng)

針對地球物理軟件“卡脖子”技術(shù),圍繞油氣勘探開發(fā)業(yè)務(wù)需求,持續(xù)優(yōu)化完善π平臺及應(yīng)用系統(tǒng),深化π-Frame2.0推廣應(yīng)用,加快自主成熟技術(shù)系統(tǒng)集成與應(yīng)用,形成穩(wěn)定的新一代地震一體化軟件平臺與應(yīng)用系統(tǒng)。

基于平臺進(jìn)一步完善全流程處理模塊集成與測試,完善π應(yīng)用系統(tǒng)關(guān)鍵應(yīng)用功能并實(shí)用化,發(fā)展自動化處理解釋等物探技術(shù),形成π-frame3.0人工智能版本,實(shí)現(xiàn)物探專業(yè)軟件的自主化替代,為解決中國石化物探技術(shù)“卡脖子”問題提供軟件支撐。

3.2.2 攻關(guān)研究5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),突破技術(shù)發(fā)展瓶頸

加強(qiáng)可控震源高效采集和處理、復(fù)雜山前帶地震一體化、海域高精度地震勘探、井中地球物理、油氣藏地球物理等關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)研究,著力滿足超深層、山前帶、海域等新區(qū)、新領(lǐng)域的物探技術(shù)需求,進(jìn)一步提高探井成功率和油氣采收率。

3.2.2.1 可控震源寬頻高效采集和處理關(guān)鍵技術(shù)

陸地地震資料頻寬已經(jīng)達(dá)到6個倍頻程以上[25],國際上可控震源采集最高日效可達(dá)2×104～5×104炮/天,同時源數(shù)據(jù)解混技術(shù)可實(shí)現(xiàn)震源信號有效分離,實(shí)現(xiàn)高效益低成本勘探。

攻關(guān)研究可控震源寬頻高效采集技術(shù),發(fā)展可控震源高保真采集技術(shù)、壓縮感知地震采集技術(shù)、噪聲壓制技術(shù),形成具有中國石化特點(diǎn)的高效寬頻可控震源地震采集和處理技術(shù)系列,有效提高采集效率、降低采集成本,提高地震資料的成像精度,支撐塔里木盆地沙漠區(qū)油氣高效勘探。

3.2.2.2 復(fù)雜山前帶地震一體化技術(shù)

復(fù)雜山前帶地震采集技術(shù)向著基于復(fù)雜構(gòu)造深度域成像的三維觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于激發(fā)LiDAR數(shù)據(jù)的點(diǎn)位布設(shè)和變觀設(shè)計(jì)、井炮+高精度可控震源聯(lián)合激發(fā)、有線+節(jié)點(diǎn)接收、表層速度建模技術(shù)方向發(fā)展;處理技術(shù)向著基于“真”地表速度建模的疊前深度偏移技術(shù)方向發(fā)展;解釋技術(shù)向著注重理清構(gòu)造變形機(jī)理和局部圈閉發(fā)育規(guī)律研究,三維空間體解釋、地質(zhì)建模技術(shù)方向發(fā)展,提高山前帶復(fù)雜構(gòu)造識別能力。

發(fā)展近地表調(diào)查速度建模、高密度、節(jié)點(diǎn)、全波場采集等技術(shù),攻克復(fù)雜構(gòu)造成像難題,形成滿足復(fù)雜山前帶地震勘探的地震采集處理解釋技術(shù)體系,地震資料品質(zhì)明顯提高,總體技術(shù)水平與中石油相當(dāng),為在山前帶尋找規(guī)模儲量接替陣地提供物探技術(shù)支撐。

3.2.2.3 海域高精度地震勘探技術(shù)

海域地震采集技術(shù)向著寬頻、寬方位、高密度、高效采集方向發(fā)展[24]。由傳統(tǒng)拖纜、海底電纜地震勘探方法逐步向海底節(jié)點(diǎn)(OBN)地震勘探方法轉(zhuǎn)型。

為尋找大型優(yōu)質(zhì)儲量、降低勘探成本[26],發(fā)展海域多震源激發(fā)、基于壓縮感知的海底節(jié)點(diǎn)采集技術(shù)和裝備、混疊地震數(shù)據(jù)分離、多次波和鬼波壓制、全波形反演、海洋儲層預(yù)測和油氣識別技術(shù),形成高效高精度海域地震采集、處理、解釋技術(shù)系列,滿足海上復(fù)雜油氣田勘探開發(fā)需求。

3.2.2.4 井中地球物理技術(shù)

發(fā)展VSP采集處理成像技術(shù)、井地聯(lián)合采集處理解釋、隨鉆地震預(yù)測技術(shù)、微地震監(jiān)測、基于DAS的時延VSP技術(shù)、井間地震等技術(shù),為提高油氣采收率,實(shí)現(xiàn)降本增效提供支撐。

3.2.2.5 油氣藏地球物理技術(shù)

油氣藏地球物理技術(shù)向著油氣藏精細(xì)描述、油氣藏動態(tài)模擬和油氣藏監(jiān)測方向發(fā)展,以發(fā)現(xiàn)剩余油氣、提高采收率和提高難采儲量動用率為目的。

發(fā)展面向儲層的屬性處理與融合技術(shù)、基于地震數(shù)據(jù)驅(qū)動的油藏建模技術(shù)、井震藏一體化油氣藏動態(tài)描述技術(shù)、時延地震技術(shù)、多波地震技術(shù)、智能化油藏屬性建模技術(shù),基于DAS的油藏監(jiān)測技術(shù),形成儲層物性及流體反演一體化軟件,提高復(fù)雜油氣藏識別和表征效果,提高油藏描述和油藏監(jiān)測的精度,有效解決油氣田開發(fā)監(jiān)測難題,實(shí)現(xiàn)油氣田全生命周期管理。

3.2.3 探索儲備2項(xiàng)前沿技術(shù),引領(lǐng)未來技術(shù)發(fā)展

加強(qiáng)前沿技術(shù)的探索儲備,加強(qiáng)智能化地球物理技術(shù)、新能源和碳中和地球物理技術(shù)等前沿技術(shù)的探索,研發(fā)適應(yīng)復(fù)雜條件下地震采集需求的自動化、智能化節(jié)點(diǎn)等新儀器;研發(fā)自動化、可視化、智能化的五維處理解釋軟件,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化,滿足復(fù)雜探區(qū)高效勘探的需求;探索研究基于物探技術(shù)的新能源識別描述技術(shù)、碳捕集利用和封存(CCUS)技術(shù),為未來勘探戰(zhàn)場轉(zhuǎn)移做好技術(shù)儲備。

3.2.3.1 智能化地球物理技術(shù)

當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字和智能時代,探索開發(fā)智能化地球物理技術(shù),重點(diǎn)發(fā)展智能化采集裝備和技術(shù),數(shù)據(jù)驅(qū)動型、增量式、智能化處理技術(shù)及可視化、全信息、智能化解釋技術(shù),為油氣勘探開發(fā)降本增效提供技術(shù)支撐。

探索研發(fā)智能化地震采集裝備和技術(shù),形成自主智能化地震采集軟硬件產(chǎn)品和基于智能節(jié)點(diǎn)的無觀測系統(tǒng)地震采集技術(shù),初步建立智能化地震隊(duì),提高地震采集質(zhì)量和效率,降低成本。

探索研究智能化地震處理和解釋技術(shù),形成面向地震處理解釋人工智能應(yīng)用的支撐環(huán)境,建立智能化處理、智能化解釋、智能化儲層表征和描述的技術(shù)系列,提高構(gòu)造成像、儲層預(yù)測的精度和工作效率。

3.2.3.2 新能源和碳中和地球物理技術(shù)

圍繞中國石化“一基兩翼三新”發(fā)展格局,探索研究地?zé)岷吞烊粴馑衔锏厍蛭锢砑夹g(shù),重點(diǎn)發(fā)展適應(yīng)地?zé)岷吞烊粴馑衔锏刃履茉锤咝Э碧降木C合物探及地震識別與檢測新技術(shù),為清潔能源的有效勘探開發(fā)提供支撐。

建立水合物巖石物理模型,開發(fā)針對水合物勘探的高精度建模及成像關(guān)鍵技術(shù),形成疊前、疊后地震綜合預(yù)測技術(shù)系列,為水合物富集區(qū)安全高效開發(fā)提供技術(shù)支撐。

開展地球物理技術(shù)在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用研究,形成適用、經(jīng)濟(jì)和有效的關(guān)鍵勘探技術(shù),為深層地?zé)豳Y源的勘查、開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

開展地球物理技術(shù)在CCUS中地質(zhì)封存選址表征、封存空間探測、CO2注入、4D可靠性和安全性監(jiān)測中的應(yīng)用研究,形成CCUS地下封存空間探測和監(jiān)測技術(shù),開拓CCUS技術(shù)服務(wù)市場,服務(wù)上游業(yè)務(wù)減排。

4 結(jié)束語

油氣勘探地質(zhì)指路,物探先行。面對中國石化重點(diǎn)勘探領(lǐng)域的地質(zhì)需求,中國石化物探戰(zhàn)線將深入貫徹落實(shí)“促進(jìn)中國石化物探專業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的措施”要求,以支撐高質(zhì)量勘探和效益開發(fā)為中心,以解決實(shí)際地質(zhì)問題為根本,突出發(fā)展高精度、高效率、低成本的物探技術(shù),特別是可控震源高效寬頻采集、無線節(jié)點(diǎn)采集等技術(shù),強(qiáng)化關(guān)鍵物探裝備升級,為中國石化高質(zhì)量發(fā)展,為保障國家能源安全提供有力的物探技術(shù)和裝備支撐。

致謝:本文研究成果屬于中國石化物探人集體智慧的結(jié)晶,在此一并表示感謝！