川南地區(qū)深層頁巖氣地球物理勘探技術(shù)新進(jìn)展與攻關(guān)方向

張少華，鄧小江，馮許魁，巫芙蓉，楊曉，管敏

(1.東方地球物理公司，河北涿州 072751； 2.東方地球物理公司西南物探研究院，四川成都 610213； 3.東方地球物理公司研究院，河北涿州 072751； 4.東方地球物理公司西南物探分公司，四川成都 610213)

0 引言

全球頁巖氣持續(xù)、快速增長，2020年產(chǎn)量為7700×108m3，占全球天然氣總產(chǎn)量的18%。與2010年相比，2020年頁巖氣產(chǎn)量增長了5853×108m3，占天然氣增量的76%。美國深層頁巖氣主要分布Haysesbille、Eagle Ford、Cana Woodford等區(qū)塊，2020年產(chǎn)量為1882×108m3，占美國頁巖氣總產(chǎn)量的26%。美國深層頁巖氣探明儲量也在不斷攀升，從2014年的18000×108m3增至2019年的36400×108m3，儲量占比達(dá)到36.42%[1]。

中國海相頁巖氣資源豐富，地質(zhì)資源量為80.45×1012～144.5×1012m3，其中深層(3500 m以下)資源量占65%以上[2]。四川盆地是中國頁巖氣的主要產(chǎn)區(qū)，深層資源量為11.2×1012m3，占比超過69%[2]。

從2006年開始，中國石油天然氣股份有限公司與殼牌公司聯(lián)合評價、合作開發(fā)四川盆地川南地區(qū)深層頁巖氣；之后殼牌公司、BP公司退出。截至目前，中國石油可以自主評價、工業(yè)化開采，川南地區(qū)深層頁巖氣勘探已經(jīng)取得了實質(zhì)性的突破。一是啟動了100×108m3頁巖氣的開發(fā)與建設(shè)，落實了瀘州地區(qū)深層頁巖氣萬億方儲量規(guī)模；二是發(fā)現(xiàn)了威遠(yuǎn)、瀘州、渝西等深層頁巖氣有利區(qū)塊，多口鉆井獲得了20～50×104m3/d的測試產(chǎn)量，特別是瀘203井測試產(chǎn)量達(dá)138×104m3/d，最終可采儲量(EUR)達(dá)1.9×108m3，是中國深層頁巖氣第一口日產(chǎn)超百萬方的水平井[3]。

近年來，中淺層頁巖氣地球物理勘探技術(shù)取得了一些進(jìn)展[4-6]，并在頁巖氣勘探開發(fā)過程中發(fā)揮著重要作用[7-12]。但是，深層與中淺層頁巖氣地質(zhì)特點不同，因而中淺層頁巖氣地球物理勘探技術(shù)不能完全滿足深層頁巖氣勘探與開發(fā)的需求。為此，本文研究團(tuán)隊通過近幾年的攻關(guān)研究，梳理、總結(jié)了深層頁巖氣的地球物理配套技術(shù)的最新進(jìn)展以及成效。同時，指出了深層頁巖氣地震勘探的下一步攻關(guān)方向。

1 川南地表及地質(zhì)特點

1.1 地表條件復(fù)雜，橫向變化快

川南頁巖氣區(qū)地表條件復(fù)雜，主要表現(xiàn)在三個方面：①出露巖性較為復(fù)雜且橫向變化快，寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系均有出露，主要巖性有砂巖、泥巖、碳酸鹽巖等。砂巖和碳酸鹽巖占比大，如在長寧地區(qū)寧209三維區(qū)，出露砂巖和碳酸鹽巖占比共達(dá)到80%。②地表為典型的復(fù)雜山地地形，地面高差大，橫向變化快，長寧地區(qū)寧209三維區(qū)地面高差最大達(dá)1600 m。③深層頁巖氣產(chǎn)區(qū)工業(yè)較發(fā)達(dá)，人口稠密，廠房、城鎮(zhèn)眾多。

1.2 地下構(gòu)造變形強烈，地應(yīng)力復(fù)雜

川南地區(qū)深層頁巖氣區(qū)經(jīng)歷了加里東、海西、印支、燕山和喜山期等多期次構(gòu)造運動，這造成了地下構(gòu)造變形強烈，同時造成了地應(yīng)力方向多變、施工壓力高等復(fù)雜條件。研究區(qū)發(fā)育不同組系、不同方向的構(gòu)造和斷層，其中微幅度構(gòu)造、微斷裂非常發(fā)育。

1.3 最優(yōu)靶體厚度小

北美地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖厚度較大，一般為幾十米，最厚甚至可達(dá)百米。而川南地區(qū)最優(yōu)靶體儲層厚度較小，在威遠(yuǎn)和長寧地區(qū)僅0～5 m；瀘州地區(qū)稍厚，也僅有十多米。

2 深層頁巖氣地震勘探難點和需求

2.1 地震勘探難點

2.1.1 地面施工難

深層頁巖氣區(qū)地表條件復(fù)雜，給地震資料高效采集、安全施工造成了很大困難。地表巖性復(fù)雜導(dǎo)致激發(fā)、接受條件較差，耦合關(guān)系不好，得到高品質(zhì)單炮的難度較大；地面高差大和廠房、城鎮(zhèn)稠密造成觀測系統(tǒng)不規(guī)則，激發(fā)、接收的有效率不高。這些因素均會給后續(xù)地震資料高精度成像帶來困難。

2.1.2 高精度成像難

深層頁巖氣埋藏深，地震能量衰減快，地震資料分辨率低。盆地腹部發(fā)育的斷裂導(dǎo)致地震波場復(fù)雜，地震資料高精度成像困難。地震資料成像精度不高且最優(yōu)靶體薄、微幅度構(gòu)造發(fā)育等導(dǎo)致了水平鉆井準(zhǔn)確入靶、提高鉆遇率難，易產(chǎn)生卡鉆、漏失等事故風(fēng)險。

2.1.3 壓裂改造難

川南地區(qū)深層頁巖氣具地應(yīng)力高、應(yīng)力差大、天然裂縫發(fā)育等特征，這給壓裂改造帶來困難。壓裂施工壓力高，普遍在90 MPa以上；地應(yīng)力差超過10 MPa，形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度大；天然裂縫與人工縫耦合形成復(fù)雜縫網(wǎng)，壓裂時容易產(chǎn)生套損、套變等風(fēng)險。

2.2 地震勘探需求

川南深層頁巖氣地震勘探需求主要體現(xiàn)在滿足選好井、定好井、鉆好井和壓好井的“四好”目標(biāo)。在選好井、定好井方面，需要對儲層厚度、地應(yīng)力、裂縫等甜點關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行精細(xì)描述；在鉆好井方面，需要對入靶深度、地層產(chǎn)狀和微斷裂進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，保證靶體的高鉆遇率；在壓好井方面，需要對裂縫、地應(yīng)力進(jìn)行精細(xì)描述，對壓裂前方案的參數(shù)設(shè)計、壓裂中方案的參數(shù)調(diào)整、壓裂后效果評估等提供建議。要滿足“四好”目標(biāo)，需要采集高品質(zhì)原始資料，且經(jīng)過處理后能得到高保真度成像資料，并可對頁巖氣“雙甜點”(地質(zhì)甜點和工程甜點)進(jìn)行精細(xì)描述。

3 深層頁巖氣地震勘探技術(shù)進(jìn)展及成效

3.1 地震資料采集技術(shù)進(jìn)展及成效

為了解決采集地震資料效率和原始資料品質(zhì)不高等問題，主要研發(fā)、實施了如下四項技術(shù)。

3.1.1 井炮與可控震源聯(lián)合激發(fā)

川南地區(qū)人口稠密，障礙分布廣，三維地震資料采集時，井炮激發(fā)容易造成炮點分布不均，部分區(qū)域存在近炮檢距信息缺失的現(xiàn)象。如果采取井炮為主、可控震源為輔的井震聯(lián)合采集技術(shù)，則可以有效彌補近炮檢距信息的缺失，解決因區(qū)內(nèi)大型障礙大面積丟炮后地震波場信息不足的缺點(圖1矩形框區(qū)域)。井炮與可控震源聯(lián)合采集彌補了過障礙區(qū)淺層資料缺失和中深層成像欠佳的不足，能夠獲得滿足頁巖氣藏開發(fā)的高品質(zhì)三維地震資料。

3.1.2 動態(tài)井深追蹤泥巖激發(fā)技術(shù)

砂巖和泥巖激發(fā)效果差異大，在泥巖中激發(fā)單炮品質(zhì)明顯優(yōu)于砂巖。因此，提高在泥巖中的激發(fā)比例，可以有效提高整體地震資料的品質(zhì)。通過開展精細(xì)表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，結(jié)合錄井巖性，詳細(xì)查明激發(fā)井炮縱向上泥巖分布情況，可以逐點設(shè)計動態(tài)激發(fā)井深(圖2)。如在瀘201—瀘202井區(qū)三維地震勘探中，在泥巖中激發(fā)的單炮比例由原來的65%提高到90%以上，顯著提高了原始地震資料品質(zhì)。在泥巖中激發(fā)的單炮近道干擾少、同相軸更連續(xù)(圖3)。

圖2 基于表層結(jié)構(gòu)調(diào)查和錄井分析的巖性柱狀圖

圖3 在泥巖(左)與砂巖(右)中激發(fā)的單炮記錄品質(zhì)對比

3.1.3 無線節(jié)點儀采集技術(shù)

無線節(jié)點儀采集技術(shù)是近年來迅速發(fā)展的一項新技術(shù)。它將采集站、電源站、檢波器置于一體，具有體積小、重量輕、易收放、性能穩(wěn)定等特點，可減小作業(yè)難度、提升施工效率、降低施工成本。

當(dāng)三維地震勘探穿過城區(qū)，采用有線設(shè)備采集時，布設(shè)有線排列會對當(dāng)?shù)氐慕煌ê褪姓ぷ鲙聿槐恪Ｒ虼?，受諸多條件的限制，大量的排列無法布設(shè)而造成施工丟道，這對地震資料品質(zhì)有較大的影響。川南深層頁巖氣地震勘探穿過城區(qū)作業(yè)時，采用無線節(jié)點儀可擺脫有線電纜的束縛，利用小巧高精度的無線節(jié)點儀，結(jié)合井炮源驅(qū)動、節(jié)點儀數(shù)據(jù)快速合成等配套技術(shù)，丟道率由原來的2.0%降至0.5%以下，有效解決了采集設(shè)備在城區(qū)布設(shè)困難的難題。

3.1.4 智能化地震系統(tǒng)

因地表條件復(fù)雜，三維地震勘探項目施工質(zhì)量和安全管理難度大。三維地震資料采集時，依托自主開發(fā)的智能化地震隊系統(tǒng)(它是將測量放樣、排列管理、鉆井管理、井震激發(fā)、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)深度融合，實現(xiàn)物探采集技術(shù)全流程平臺化整合，野外生產(chǎn)組織和質(zhì)量、安全、人員、裝備全過程數(shù)字化管理，賦能野外勘探，重塑作業(yè)流程，實現(xiàn)地震生產(chǎn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展)，發(fā)揮該系統(tǒng)在任務(wù)管理、項目管理、GIS應(yīng)用、智能質(zhì)控、井炮監(jiān)控、生產(chǎn)運營分析等方面的強大功能，提升項目質(zhì)量和安全管理水平，為安全、優(yōu)質(zhì)、高效地震勘探提供有效支撐。如瀘201—瀘202井區(qū)深層頁巖氣三維地震勘探滿覆蓋面積為1230 km2，共121304炮，采集作業(yè)時間僅用118 d，時間縮短了8%。

3.2 處理技術(shù)進(jìn)展及成效

為了滿足 Ⅰ 類連續(xù)薄儲層(總有機碳含量TOC>3%，含氣量>3 m3/t，孔隙度>5%，脆性指數(shù)>55，連續(xù)厚度為0～15 m)和微斷裂(斷距小于5 m的斷層或微裂縫發(fā)育帶)預(yù)測的需求，需要在保真前提下盡可能提高地震資料縱、橫向分辨率，同時也要求地震資料可對地層的微幅度產(chǎn)狀進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，為水平井地震導(dǎo)向提供資料基礎(chǔ)。

3.2.1 井控高分辨率處理技術(shù)

利用表層資料及速度模型建立表層Q場，解決近地表結(jié)構(gòu)造成的長波長問題；中深層Q補償則是從VSP井資料中提取Q值信息，結(jié)合層位信息擬合全區(qū)平均Q值，形成時、空變Q體，進(jìn)行相位和振幅補償。同時利用合成地震記錄對反褶積結(jié)果的可信度、可預(yù)測度進(jìn)行分析，優(yōu)選參數(shù)，以提高疊前地震資料分辨率。

圖4是井控高分辨率處理前、后的剖面對比。由圖可知，處理后地震剖面目的層分辨率更高，同相軸更連續(xù)。

3.2.2 TTI各向異性疊前深度偏移處理技術(shù)

為了滿足微幅度構(gòu)造、微斷裂的精細(xì)刻畫，在地震資料的深度偏移處理中主要進(jìn)行了以下幾項改進(jìn)：①深層頁巖氣區(qū)域多為傾斜介質(zhì)，因此成像介質(zhì)假設(shè)由VTI改為TTI；②采用近地表小圓滑面作為深度偏移基準(zhǔn)面，結(jié)合初至層析反演近地表模型，實現(xiàn)“近真地表偏移”；③綜合多信息(鉆井、測井、地質(zhì)層位、時間偏移速度等信息)、多尺度(深度域構(gòu)造模型、VSP和測井約束速度模型、網(wǎng)格層析數(shù)據(jù)獲得高頻信息)，實現(xiàn)“井震結(jié)合、處理解釋一體化結(jié)合”，開展“沿層層析+網(wǎng)格層析聯(lián)合”，在分析深層頁巖氣VSP測井速度時，縱向上加密速度控制層以構(gòu)建高精度速度模型。

圖5為地震資料的疊前時間偏移、VTI和TTI各向異性疊前深度偏移處理結(jié)果的對比。根據(jù)這三種剖面解釋結(jié)果計算的入靶點深度誤差分別為30、5和3 m，地層產(chǎn)狀吻合率分別為70%、88%和98%。由此可見，TTI介質(zhì)各向異性疊前深度偏移處理資料入靶點深度、斷層空間位置和地層產(chǎn)狀預(yù)測更準(zhǔn)確。

圖5 疊前時間偏移(上)與VTI(中)、TTI(下)各向異性疊

3.3 “甜點體”預(yù)測技術(shù)進(jìn)展及成效

“甜點體”是指頁巖氣富集且易于開發(fā)的目標(biāo)，包括地質(zhì)甜點(以TOC、含氣量、孔隙度和厚度等參數(shù)表征)和工程甜點(以脆性指數(shù)、地應(yīng)力和微裂縫等表征)。Ⅰ類連續(xù)儲層厚度大、高鉆遇率是獲得高EUR的條件；微幅度構(gòu)造(地層產(chǎn)狀平緩、微斷裂)的精準(zhǔn)預(yù)測是靶體高鉆遇率的基礎(chǔ)；微斷裂和地應(yīng)力精準(zhǔn)預(yù)測是水平井方向設(shè)計和高效、安全鉆井的保障。

3.3.1 Ⅰ類連續(xù)儲層厚度預(yù)測技術(shù)

疊前地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演技術(shù)可以提高Ⅰ類連續(xù)薄儲層的預(yù)測精度。該技術(shù)是建立在貝葉斯框架下，基于貝葉斯模糊判別的馬爾科夫鏈蒙特卡洛模擬算法(MCMC)，綜合了地震資料橫向高密度和測井資料垂向高精度的優(yōu)點，包含了地震資料的中頻和測井資料的低頻、高頻信息，對于少井地區(qū)的薄儲層預(yù)測具有重要的價值[13]。

圖6為疊前同時反演與地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演效果對比，疊前地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演結(jié)果分辨率明顯更高，可以很好地區(qū)分龍馬溪組1～4小層。由于Ⅰ類連續(xù)儲層主要分布在龍馬溪組1小層，因此疊前地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演結(jié)果可以很好地預(yù)測Ⅰ類連續(xù)儲層厚度等參數(shù)。

圖6 疊前同時反演(上)與疊前地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演(下)龍馬溪組小層預(yù)測效果對比

3.3.2 GeoEast智能裂縫預(yù)測技術(shù)

基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)構(gòu)建的深度學(xué)習(xí)方法，GeoEast智能裂縫預(yù)測技術(shù)形成了涵蓋各種斷層性質(zhì)的1200多種斷層體模型和對應(yīng)的地震正演數(shù)據(jù)，獲得了比較好的深度斷層預(yù)測模型。它可將地震振幅直接轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的斷層屬性數(shù)據(jù)。該方法屬于體預(yù)測，與體曲率相比，在微小斷層成像和深層抗噪性等方面具有明顯優(yōu)勢(圖7)。

圖7 智能裂縫預(yù)測(上)與體曲率(下)斷裂預(yù)測效果對比

3.3.3 地震地應(yīng)力預(yù)測技術(shù)

深層頁巖氣地應(yīng)力高、應(yīng)力差大、應(yīng)力方向復(fù)雜多變。地應(yīng)力差是選擇頁巖氣甜點的重要工程參數(shù)，地應(yīng)力差越小，壓裂時越容易獲得裂縫網(wǎng)絡(luò)。地應(yīng)力方向是優(yōu)化水平井軌跡方向的一個重要參數(shù)，水平井軌跡應(yīng)與最小主應(yīng)力方向成一個較小的夾角[14-15]。地應(yīng)力求取中最為關(guān)鍵的一環(huán)是對孔隙壓力的預(yù)測[16]。

川南地區(qū)志留系遭受過剝蝕，縱向上巖性組合和地層厚度在不同地區(qū)均有差異。通過引入巖性變化因子和剝蝕強度因子，可形成改進(jìn)的孔隙壓力預(yù)測技術(shù)[17]。在求取孔隙壓力后，即可求取最大主應(yīng)力Shmax、最小主應(yīng)力Shmin和二者之差等參數(shù)[16]。地震地應(yīng)力預(yù)測的關(guān)鍵是通過疊前地震反演獲取高精度的速度體，從而得到高精度地應(yīng)力預(yù)測結(jié)果。

圖8為川南地區(qū)水平應(yīng)力差預(yù)測結(jié)果。由圖可見，東南部的應(yīng)力差較小，更易壓裂形成縫網(wǎng)，為工程甜點有利區(qū)。

圖8 川南地區(qū)志留系龍馬溪組地震資料預(yù)測水平應(yīng)力差分布

3.4 壓裂實時監(jiān)測技術(shù)進(jìn)展及成效

國內(nèi)外常用的水力壓裂監(jiān)測技術(shù)主要包括測斜儀、放射性示蹤劑、溫度測井、微地震、激發(fā)電磁和光纖(DAS)等。其中前三種方法分別存在無法監(jiān)測復(fù)雜裂縫尺寸、局限于井筒附近、精度不高等方面不足。微地震監(jiān)測方法是目前水力壓裂裂縫評價最成熟、最有效的方法之一，它包含了巖石破裂時的瞬態(tài)信息。而激發(fā)電磁法壓裂監(jiān)測技術(shù)能實時直觀監(jiān)測、分析壓裂液流體隨時間變化的注入、返排和滯留等運移信息，可作為微地震監(jiān)測技術(shù)的有益補充。光纖通過記錄壓裂時的全井段聲波能量，實時動態(tài)監(jiān)測橋塞封隔效果，判斷壓裂各簇開啟情況及暫堵效果，實現(xiàn)簇級進(jìn)液精細(xì)評價(3～8 m)，為壓裂生產(chǎn)提供了新的方法。

21世紀(jì)以來，微地震監(jiān)測技術(shù)廣泛應(yīng)用于頁巖氣開發(fā)[18-21]。但是，早期西方公司壟斷了高端微地震監(jiān)測技術(shù)服務(wù)市場，如法國Magnitude公司、美國Pinnacle公司、Weatherford公司、MicroSeismic公司和加拿大ESG公司等。前幾年，中國微地震監(jiān)測技術(shù)相關(guān)研究取得了重大進(jìn)展，開始廣泛應(yīng)用于頁巖氣勘探開發(fā)，但是還存在缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件系統(tǒng)、監(jiān)測精度不高等問題。針對這些問題，通過技術(shù)攻關(guān)，在微地震監(jiān)測方面取得了如下兩個方面的進(jìn)展。

(1)在井中監(jiān)測中用爬行器帶動常規(guī)檢波器排列，實現(xiàn)了水平井全井段同層監(jiān)測，解決了監(jiān)測直井?dāng)?shù)量不足和距目的層太遠(yuǎn)而造成定位精度不高的難題，有利于分析裂縫擴展規(guī)律和壓裂異常。應(yīng)用該技術(shù)已成功對超長水平井平臺進(jìn)行壓裂微地震監(jiān)測，爬行器帶動檢波器排列在水平段爬行近1300 m，實現(xiàn)了水平井段全井段監(jiān)測。圖9為監(jiān)測到的微地震事件密度屬性圖，為評估壓裂改造效果提供了可靠依據(jù)。

圖9 微地震事件密度屬性

(2)首次在中國配套形成了水平井壓裂微地震現(xiàn)場實時決策系統(tǒng)(SGE)。它最顯著的特點是在現(xiàn)場與遠(yuǎn)端實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)共享的遠(yuǎn)程專家決策平臺，在微地震數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上整合了其他測井、地震模型等多種數(shù)據(jù)。在壓裂前開展 “甜點”屬性分析，預(yù)測壓裂施工工程風(fēng)險，優(yōu)化壓裂設(shè)計；在壓裂中現(xiàn)場實時微地震監(jiān)測，實時評估壓裂效果，指導(dǎo)壓裂方案和施工參數(shù)調(diào)整；在壓裂后進(jìn)行微地震—單井產(chǎn)量—壓裂工藝—地震地質(zhì)綜合評估，分析影響單井產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，并進(jìn)一步優(yōu)化水平井井位部署和井軌跡設(shè)計，達(dá)到提高單井產(chǎn)量的目的。

4 深層頁巖氣非地震勘探技術(shù)進(jìn)展及成效

4.1 激發(fā)電磁法壓裂監(jiān)測技術(shù)

微地震可以對巖石破裂的位置、大小進(jìn)行高分辨率成像，但是微地震成像僅包含巖石破裂時的瞬態(tài)信息，并不能完全反映壓裂液流體隨時間變化的注入、返排和滯留等時移信息；而激發(fā)電磁法壓裂監(jiān)測技術(shù)利用壓裂液與油氣層電阻率的差異特性，實時監(jiān)測、分析壓裂液流體隨時間變化的注入、返排和滯留等運移信息，指導(dǎo)壓裂施工參數(shù)的調(diào)整，可較準(zhǔn)確地判斷壓裂效果[22]。激發(fā)電磁法壓裂監(jiān)測為壓裂監(jiān)測和效果評估提供了新的技術(shù)手段，具有廣闊的應(yīng)用推廣前景。

油、氣、水三種介質(zhì)的電阻率差異明顯，因此可以利用電阻率差異確定壓裂液分布范圍。對采集的水平電場分量(Ex)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加、傅里葉變換和歸一化處理，可以得到不同發(fā)射頻率的Ex平面分布。圖10是壓裂后歸一化Ex異常平面圖。H22-5井為主要監(jiān)測井，同時兼顧監(jiān)測H22-4井。H22-5井的西側(cè)為民房，北側(cè)為河流，沒有布設(shè)測點。從圖中可以看出，大多數(shù)區(qū)域單側(cè)壓裂異常延伸長度超過180 m，第 1、第 5、第 6、第 7 段兩端和第 22 段西端等外圍局部位置壓裂液波及異常顯示較弱，其他區(qū)域異常均較強，壓裂效果良好。從低阻異常分布范圍來看，H22-5井改造效果更好，生產(chǎn)結(jié)果驗證了這一結(jié)論。自2020年3月投產(chǎn)以來，H22-4井累計產(chǎn)氣5713.6×104m3，H22-5井累計產(chǎn)氣6297.4×104m3。

圖10 壓裂電磁異常(發(fā)射頻率為0.27 Hz)

4.2 DAS—儲層改造精準(zhǔn)監(jiān)測技術(shù)

采用常規(guī)電纜、常規(guī)檢波器進(jìn)行壓裂監(jiān)測時，對井筒條件要求高，而且常常受限。光纖技術(shù)的發(fā)展為水力壓裂監(jiān)測提供了新的技術(shù)[23]。2009年，殼牌公司首次在致密氣井水力壓裂過程中采用了光纖技術(shù)。隨后，光纖技術(shù)在水力壓裂中大量用于壓裂儲層改造的監(jiān)測。

當(dāng)巖石中的誘發(fā)應(yīng)力超過巖石或裂縫破裂強度時，就會釋放微地震能量。光纖儲層改造精準(zhǔn)監(jiān)測系統(tǒng)可記錄從這些微地震事件位置發(fā)出的波形。使用大孔徑、密集采樣的光纖組合，采集全井段聲波能量可估計這些事件的距離、大小和位置，從而了解裂縫延伸方向和范圍，精準(zhǔn)指導(dǎo)壓裂生產(chǎn)。

圖11是一段壓裂過程中的光纖儲層改造監(jiān)測效果圖。從圖中可以看出：①在送球階段，壓力和能量明顯升高(紅色實線圓圈)，已成功將壓裂的第11簇從第6、第7簇之間分割開；②主壓裂階段，裂縫網(wǎng)絡(luò)主要以第4～第8簇和第10簇為主；③為了改善壓裂效果，進(jìn)行了第一次暫堵劑加注，暫堵前后壓力變化不明顯，裂縫網(wǎng)絡(luò)和主壓裂階段相似，暫堵效果不好；④進(jìn)行第2次暫堵球和暫堵劑的加注，暫堵后壓力上升，第11簇開始進(jìn)液，第5～第8簇能量增強(紅色實線圓圈)，壓裂效果得到較明顯的改善。分析結(jié)果表明，第4～第6簇對應(yīng)裂縫開啟效果最好；第1簇、第3簇與第9、第11簇裂縫開啟效果略差于第4～第6簇；第2簇裂縫開啟效果較差。結(jié)果與壓裂曲線響應(yīng)高度匹配。實時分析分簇壓開情況可以對暫堵劑(暫堵球)類型、用量、加注時機等進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，達(dá)到儲層改造的精準(zhǔn)監(jiān)測。

圖11 光纖精準(zhǔn)儲層改造監(jiān)測結(jié)果

與傳統(tǒng)的井中檢波器組合相比，光纖儲層改造精準(zhǔn)監(jiān)測技術(shù)非常適合于深層頁巖氣高溫、高壓環(huán)境，能夠提供可靠的長期測量數(shù)據(jù)。

川南地區(qū)深層頁巖氣綜合應(yīng)用這些地震勘探技術(shù)后，水平井入靶點深度預(yù)測誤差平均絕對值由時時深轉(zhuǎn)換方法的30 m降至深度偏移處理方法的10 m以內(nèi)，誤差3°以內(nèi)的地層產(chǎn)狀的吻合率從76%提升至86%，構(gòu)造寬緩區(qū)箱體鉆遇率由89%提升至99%，構(gòu)造復(fù)雜區(qū)箱體鉆遇率由60%提升至73%，單井EUR從0.5×108m3提高到1.24×108m3，部分井超過2.0×108m3。

5 深層頁巖氣地球物理勘探攻關(guān)方向

5.1 DAS—井地立體聯(lián)合勘探技術(shù)

深層頁巖氣埋藏深，地層的衰減吸收強，獲取的地震信號弱、分辨率不高。同時，微幅度構(gòu)造和微斷裂的發(fā)育要求對水平井周圍進(jìn)行高精度成像，常規(guī)三維地震資料無法滿足這一要求。

常規(guī)井中地震檢波器由于受限于儀器級數(shù)、采樣間隔、溫度、壓力，無法滿足全井段覆蓋等要求，從而制約了井地立體聯(lián)合勘探技術(shù)的發(fā)展。近年來，隨著分布式光纖聲波傳感(uDAS)技術(shù)的發(fā)展，DAS—井地立體聯(lián)合勘探技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。

DAS—井地立體聯(lián)合勘探技術(shù)可將井中與地面地震數(shù)據(jù)采集相結(jié)合，達(dá)到同步采集、同步處理，提高地震資料成像精度、目的層信噪比和分辨率，有利于識別特殊地質(zhì)體、開展儲層精細(xì)預(yù)測與評價、識別巖性圈閉、落實井周圍地層的構(gòu)造和頁巖儲層及其變化特征，是一種新型的地震勘探技術(shù)。DAS—井地立體聯(lián)合勘探數(shù)據(jù)采集作業(yè)不僅大幅度降低了三維 VSP 數(shù)據(jù)采集成本，而且通過針對性的觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，在三維地震采集的同時進(jìn)行井中地震數(shù)據(jù)采集，同源、同波場同時接收可得到高品質(zhì)的采集數(shù)據(jù)。井震同步、井驅(qū)高分辨率成像處理可得到高品質(zhì)資料。

圖12是中國一個DAS—井地立體聯(lián)合勘探項目地震資料井驅(qū)處理前、后的效果對比。由圖可見，經(jīng)過井驅(qū)處理后，剖面頻帶拓寬了5～10 Hz(原資料頻寬為10～60 Hz，處理后頻寬為8～65 Hz，重點提升了45～60 Hz的能量)，有效提高了三維地震資料的地質(zhì)分辨能力。

圖12 地震資料井驅(qū)處理前(左)、后(右)剖面效果對比

5.2 高保真偏移成像處理技術(shù)

地震資料縱、橫向分辨率不高會造成深層頁巖氣薄儲層準(zhǔn)確預(yù)測難度大、微斷裂識別多解性強。要解決這些問題，除了進(jìn)行采集技術(shù)攻關(guān)外，同時也需要對偏移成像技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。因此，應(yīng)開展兩方面工作：一是對現(xiàn)今成熟的Q偏移成像技術(shù)進(jìn)行工業(yè)化推廣應(yīng)用；二是對最小二乘偏移成像等新技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。

Q補償方法只對單道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行衰減補償，忽略了傳播路徑的影響，同時補償效果與Q值的準(zhǔn)確性息息相關(guān)。Q偏移是一種更為保幅的疊前深度偏移地震資料成像方法。它首先通過Q層析反演，在傳統(tǒng)的Q值求取建?；A(chǔ)上，在指定頻帶范圍內(nèi)利用模擬與實際衰減旅行時的差值，建立沿不同射線路徑的大型衰減旅行時矩陣方程，通過層析的方式估算Q值，用于校正由于異常吸收衰減引起的與Q相關(guān)的振幅、相位的衰減效應(yīng)。其原理更接近地震波在非彈性介質(zhì)中的實際傳播情況，并且考慮了地下構(gòu)造的傾角等信息，結(jié)合DAS—井地聯(lián)合勘探提取的三維Q場，最終獲得的Q場更為真實、可靠。

Q偏移技術(shù)在地震波速度和旅行時計算時考慮了衰減因素，在偏移公式中引入了振幅加權(quán)因子、相移因子以達(dá)到振幅補償、頻率恢復(fù)和相位校正的目的，從而提高深層頁巖氣的成像品質(zhì)和分辨率，成果更有利于微幅度構(gòu)造落實、微斷裂識別和薄儲層預(yù)測。

最小二乘偏移成像技術(shù)是基于線性反演理論框架，相對于常規(guī)偏移成像技術(shù)而言，能夠提高成像分辨率，削弱不規(guī)則照明的影響，均衡成像振幅，增強保幅性。最小二乘偏移成像技術(shù)在國內(nèi)外多個區(qū)塊取得了較大進(jìn)展[24-26]。盡管目前最小二乘偏移的應(yīng)用瓶頸問題依然存在，在生產(chǎn)中的應(yīng)用也處于試驗、探索階段，但是深層、超深層頁巖氣對微幅度構(gòu)造和儲層精細(xì)描述的高要求必然推動最小二乘偏移成像技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用效果也將越來越好。

5.3 基于DAS的全生命周期一體化服務(wù)

基于光纖傳感的油藏地球物理技術(shù)，將能夠直接感知聲波、溫度、壓力、應(yīng)變、流體類型等參數(shù)的傳感光纜布設(shè)到沿井孔或油氣藏儲層內(nèi)水平井中，實現(xiàn)對整個油氣藏的智能描述和監(jiān)測[23]。

光纖儀器相比常規(guī)儀器具有更高效率、更低成本和更低風(fēng)險的優(yōu)勢。隨著光纖傳感技術(shù)裝備的進(jìn)步和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)拓展到井中和地面地震數(shù)據(jù)采集、井中—地面立體聯(lián)合勘探、水力壓裂微地震監(jiān)測、儲層改造精準(zhǔn)監(jiān)測、油氣生產(chǎn)井長期動態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域，為鉆井、完井、壓裂、油氣生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)提供技術(shù)保障，可貫穿油氣藏勘探開發(fā)全生命周期。深層頁巖氣若要實現(xiàn)安全效益開發(fā)，未來需充分發(fā)揮基于DAS的全生命周期一體化服務(wù)，實現(xiàn)深層頁巖氣井的鉆好井、打好井、壓好井、管好井的“四好”目標(biāo)。

6 結(jié)論

(1)川南地區(qū)具有復(fù)雜山地地形、城鎮(zhèn)稠密、碳酸鹽巖出露等特點，通過采用動態(tài)井深優(yōu)選泥巖激發(fā)、井震聯(lián)合激發(fā)、智能化地震隊、無線節(jié)點儀等關(guān)鍵技術(shù)，在保證深層頁巖氣獲得高品質(zhì)地震資料的同時，提高了采集效率，實現(xiàn)了地震資料采集工程的經(jīng)濟、技術(shù)一體化。

(2)川南地區(qū)深層頁巖氣儲層靶體薄、微幅度構(gòu)造和微斷裂發(fā)育、地應(yīng)力復(fù)雜，通過井驅(qū)聯(lián)合處理、真地表各向異性疊前深度偏移等技術(shù)，可應(yīng)用以提高地震資料成像精度；聯(lián)合Ⅰ類儲層厚度、智能裂縫預(yù)測及地應(yīng)力預(yù)測技術(shù)應(yīng)用，可以解決薄儲層精細(xì)描述、微斷裂及地應(yīng)力等“甜點”參數(shù)的精細(xì)預(yù)測。

(3)微地震壓裂監(jiān)測技術(shù)可以實現(xiàn)深層頁巖氣水平井全井段監(jiān)測，激發(fā)電磁法能更直觀地觀測壓裂液流體隨時間變化的注入、返排和滯留等運移信息；而光纖技術(shù)能適用于深層頁巖氣的高溫、高壓環(huán)境，實現(xiàn)儲層改造的精準(zhǔn)監(jiān)測，為深層頁巖氣水力壓裂監(jiān)測提供了新的手段。

(4)深層頁巖氣勘探對地震資料品質(zhì)要求高，下一步應(yīng)大力發(fā)展和應(yīng)用井中+地面DAS立體勘探采集，對地下儲層進(jìn)行高密度采樣，加大Q偏移技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用、最小二乘偏移技術(shù)等高保真偏移成像處理技術(shù)的研究，以高精度刻畫頁巖儲層。同時，加大基于DAS的全生命周期一體化服務(wù)，為深層頁巖氣鉆井、完井、壓裂、油氣生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)提供技術(shù)保障，實現(xiàn)頁巖氣藏精細(xì)描述。