淺談國內(nèi)陸上油氣勘探新技術(shù)

周陽

摘 要 隨著國內(nèi)油氣勘探開發(fā)程度和難度的不斷增大，油氣勘探新技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善。陸上石油天然氣勘探的主要技術(shù)包括地震勘探技術(shù)、鉆井技術(shù)、測井技術(shù)及酸化壓裂技術(shù)等。下面我們將分別對這幾項新技術(shù)加以綜述。

關(guān)鍵詞 地震勘測 測井 油氣 技術(shù)

一、地震勘探新技術(shù)

地震技術(shù)在油氣勘探開發(fā)過程中發(fā)揮著非常重要的作用，近些年中國陸上地震勘探新技術(shù)主要體現(xiàn)在復(fù)雜山地地震技術(shù)、沙漠地震技術(shù)、黃土塬地震技術(shù)和高精度三維地震技術(shù)方面，其適應(yīng)對象基本涵蓋了中國陸上主要油氣勘探領(lǐng)域， 為近年中國陸上油氣勘探不斷取得新發(fā)現(xiàn)發(fā)揮了重要的作用。

1.復(fù)雜山地地震技術(shù)。復(fù)雜地形往往與復(fù)雜構(gòu)造共存。隨著油氣勘探程度不斷提高，勘探進(jìn)入新階段，地震勘探也被迫進(jìn)入地面和地下都很復(fù)雜的山區(qū)領(lǐng)域，地面和地下都很復(fù)雜時有許多問題需要連帶考慮。復(fù)雜構(gòu)造山區(qū)地震存在的主要問題有偏移歸位問題、山區(qū)靜校正、散射波干擾及壓制問題、耦合問題等，針對這一系列問題也提出了一些解決的方法和新技術(shù)。應(yīng)對復(fù)雜山地地震勘探的特殊需求，結(jié)合當(dāng)前 MEMS 技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)了弱信號檢測、MEMS 加速度計、姿態(tài)檢測技術(shù)、并行采集存儲技術(shù)、有線無線混合組網(wǎng)傳輸技術(shù)、快速繪圖及實時三維示技術(shù)，開發(fā)出一套以單站掛接四路三分量的獨立式信號采集站為基礎(chǔ)的多功能地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。復(fù)雜山地地震技術(shù)在塔里木盆地庫車地區(qū)廣泛應(yīng)用，深化了復(fù)雜構(gòu)造帶模式的認(rèn)識，提高了圈閉識別精度，為發(fā)現(xiàn)大北3、克深2等大氣田發(fā)揮了積極作用。

2.沙漠地震技術(shù)。沙漠中氣候干燥，環(huán)境惡劣，號稱“死亡之?！保乇砜碧绞┕し浅ＦD苦。并存在兩大技術(shù)難題：一是強(qiáng)干擾、弱反射帶來的低信噪比問題，二是沙丘起伏帶來的靜校正問題。針對上述技術(shù)難點，多年來采取了一系列方法技術(shù)。其中有高精度測量方法，在塔克拉瑪干大沙漠用先進(jìn)的測繪技術(shù)和常規(guī)測繪技術(shù)結(jié)合的辦法，探索出了一套大沙漠區(qū)的物探測量方法，主要有快速GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、衛(wèi)星定網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合平差技術(shù)、GPS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、實測炮點和檢波點高程、縮短導(dǎo)線邊長和RTK（實時動態(tài)測量），RTD（實時動態(tài)定位）等測量技術(shù)，為地表勘探提供了精確的測量成果。沙漠地震技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地沙漠區(qū)的應(yīng)用，使克拉瑪依地區(qū)新資料深層弱反射能量增強(qiáng)，信噪比提高，地質(zhì)結(jié)構(gòu)清楚，為克拉瑪依氣田千億方儲量的落實發(fā)揮了重要作用。

3.黃土塬地震技術(shù)。黃土塬區(qū)的地震勘探技術(shù)長期以來一直被認(rèn)為是“世界級”難題，其主要原因有三個，一是黃土塬區(qū)復(fù)雜的地貌條件，即溝、梁、塬、峁、坡、川并存；二是復(fù)雜的地表條件，即溝壑縱橫施工困難；三是復(fù)雜的表淺層條件，即地震波難以激發(fā)且能量衰減嚴(yán)重等。黃土塬區(qū)地震勘探的技術(shù)難點主要表現(xiàn)在地震采集時地震激發(fā)條件較差、地震波吸收衰減嚴(yán)重、淺表層干擾波強(qiáng)烈、地震施工條件困難；黃土塬區(qū)地震處理的技術(shù)難點有靜校正難度很大、資料信噪比偏低。針對地表黃土厚度大（300 m）疏松無潛水面、速度極低、地形復(fù)雜（溝、梁、卯發(fā)育）的特點，發(fā)展形成了黃土塬地震部署和采集（彎線、溝塬連線、寬線、非縱觀測）、多域去噪技術(shù)、四域迭代法初至波折射靜校正處理、共反射面元選排與均化技術(shù)、疊前時間偏移處理技術(shù)、古地貌形態(tài)刻畫技術(shù)、儲層物性及含油氣性預(yù)測技術(shù)、五圖一表井位優(yōu)選技術(shù)等8項關(guān)鍵技術(shù)為核心的黃土塬地震勘探技術(shù)。黃土塬地震技術(shù)在鄂爾多斯盆地黃土塬地區(qū)廣泛應(yīng)用，在西峰、姬塬、白豹地區(qū)的石油勘探和榆林、子洲等氣田勘探中發(fā)揮了重要作用。

4.高精度三維地震技術(shù)。高精度三維地震勘探技術(shù)是指高分辨率三維地震技術(shù)和三維高精度地震信號成像技術(shù)的綜合運用技術(shù)，它是以提高資料的信噪比、分辨率、保真度和成像精度為宗旨、解決復(fù)雜地質(zhì)問題和識別油氣地質(zhì)目標(biāo)為目的的一項三維地球物理勘探技術(shù)，涉及項目部署、地震數(shù)據(jù)采集、資料處理與解釋、油藏滾動勘探開發(fā)的全過程。高精度三維地震勘探技術(shù)關(guān)鍵有空間采樣與分辨率的關(guān)系、高精度激發(fā)、接收技術(shù)、靜校正精度分析、疊前噪聲衰減技術(shù)、高保真處理技術(shù)、高精度速度分析技術(shù)、疊前偏移技術(shù)。近幾年為了尋找更多的石油與天然氣，三維地震勘探技術(shù)發(fā)展很快，數(shù)據(jù)采集、處理和解釋的方法不斷取得新的突破，采用萬道地震儀（測線在30 000道以上）和數(shù)字檢波器進(jìn)行單點激發(fā)、單點接收、大動態(tài)范圍、多記錄道數(shù)、多分量地震、全方位信息、小面元網(wǎng)格、高覆蓋次數(shù)的特高精度三維地震采集技術(shù)，進(jìn)行高精度精細(xì)地震解釋。高精度三維地震技術(shù)推動了東部富油凹陷復(fù)雜斷塊、地層巖性油氣藏勘探的不斷發(fā)現(xiàn)。如在南堡凹陷灘海地區(qū)完成三維地震全覆蓋的基礎(chǔ)上，與鄰區(qū)2 400 km2進(jìn)行連片處理，提高了資料的信噪比，滿足了區(qū)域地質(zhì)研究的需要和精細(xì)落實構(gòu)造的需要。

二、鉆井新技術(shù)

1.欠平衡鉆井技術(shù)。欠平衡鉆井技術(shù)是采用井筒負(fù)壓的鉆井技術(shù)，是降壓差提高機(jī)械鉆速最有效的方法。欠平衡鉆井過程中由于鉆頭端面上液柱壓力減小，正在被鉆的巖石更易破碎；另外，低密度的循環(huán)液體有助于減少“壓持效應(yīng)”，使鉆頭繼續(xù)切削新的巖石而不是重復(fù)碾壓已破碎的巖石，減少了巖屑的重復(fù)破碎現(xiàn)象，能夠有效地破碎巖石。欠平衡鉆井的這一技術(shù)優(yōu)勢在鉆水平井和大尺寸、長井段井眼時表現(xiàn)得尤為突出，國內(nèi)大慶油田應(yīng)用水包油鉆井液體系，在火山巖層開展液相欠平衡鉆井技術(shù)研究與試驗，成功鉆成評價井-宋深101井和探井-衛(wèi)深5井，減少了井下復(fù)雜情況的發(fā)生，提高了機(jī)械鉆速，尤其對及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)層并保護(hù)產(chǎn)層的意義十分重要。大港油田在千米橋古潛山地層采用無固相淡水（鹵水）欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)現(xiàn)了1個含油氣面積超過60 km2的億噸級大型氣田，取得了很好的勘探效果。目前全球裝備的欠平衡鉆井?dāng)?shù)量已經(jīng)超過1.5萬口。我國不但研究、開發(fā)、改進(jìn)了大量欠平衡鉆井技術(shù)方案，而且還設(shè)計、制造了大量的欠平衡鉆井裝備，逐步實現(xiàn)了主要裝備的國產(chǎn)化，并逐步開始向海外輸出技術(shù)、工藝和裝備。

2.激光鉆井破巖技術(shù)。從20世紀(jì)60年代開始，許多國家開展了利用激光破巖的研究工作，它經(jīng)歷了小功率激光器的巖石切剖階段和大功率激光器的鉆井破巖階段。激光破巖的基本原理是利用高能光束直接作用巖石，使之局部快速加熱到熔化和汽化狀態(tài)并形成氣、液2相混合物，然后由高速輔助氣流將其攜走和排除，是一種非機(jī)械接觸式的物理破巖方法。1998年-2007年，我國學(xué)者易先中開展了激光破巖機(jī)理研究并進(jìn)行了大量室內(nèi)試驗，其研究結(jié)果表明：激光破巖速度可高達(dá)105 m/h～115 m/h，巖石基本上是以受熱碎裂、汽化和熔融等形式破壞。巖石受激光作用后，熱影響區(qū)附近的巖石存在著宏觀裂紋發(fā)育現(xiàn)象，其孔隙度、滲透率均有提高。另外，開展了激光破巖的排屑機(jī)理與溫度場特性研究，得出溫度場的劇烈變化是引起巖石微觀物性、宏觀性質(zhì)發(fā)生改變的根本因素。2010年，中國石油大學(xué)（華東）徐依吉等分析了激光破巖試驗中出現(xiàn)的巖石熱裂、液體汽化效應(yīng)，得出了影響激光熱裂巖石、激光汽化鉆井液的因素，從理論上探討了激光-氣體機(jī)械聯(lián)合鉆井與激光激勵汽化射流輔助鉆井方法的可行性。采用激光鉆井主要具有以下優(yōu)勢：（1）激光鉆進(jìn)更易穿透巖石，同時光子沿直線傳播，所以井眼軌跡偏離預(yù)定軌道的情況減少；（2）激光鉆井過程中無需鉆頭、套管等設(shè)備，免去了下套管和起下鉆柱的時間，大大節(jié)約了成本和時間；（3）激光沖擊巖石后會形成一層堅硬井壁，可以有效地防止地層流體流入井中，預(yù)防井噴；（4）激光器系統(tǒng)包括各種圖像可視系統(tǒng)及井下傳感器，可以對整個鉆進(jìn)過程有更全面的把握與布局。激光鉆井破巖技術(shù)是一項前沿技術(shù)，其發(fā)展前景廣闊。目前，國內(nèi)外在這方面的研究還處于探索階段，主要包括理論模型和試驗研究等，預(yù)計2020年投入商業(yè)化應(yīng)用，并有望給鉆井帶來一場革命。

3.粒子沖擊破巖技術(shù)。粒子沖擊鉆井是以高速球形硬質(zhì)鋼粒子沖擊破巖為主，聯(lián)合高速水力破巖和機(jī)械牙齒破巖為輔的一種新的鉆井破巖方法。在鉆井過程中，為實現(xiàn)粒子破巖過程，需在鉆井液泵出后通過注入系統(tǒng)將粒子注入到高壓鉆井液中，經(jīng)過鉆具到達(dá)專門設(shè)計的PID鉆頭，粒子以較高的頻率和速度從噴嘴噴出并沖擊地層，實現(xiàn)破碎巖石的目的，并被鉆井液攜帶返到地面，粒子被捕獲分離再利用。國內(nèi)伍開松等對雙粒子沖擊破巖進(jìn)行數(shù)值模擬分析，采用無量綱分析方法，得到雙粒子沖擊破巖的規(guī)律及雙粒子在各種參數(shù)（粒子直徑、粒子間距、沖擊初速度和入射角度）變化時的沖擊破碎巖石效果。與傳統(tǒng)鉆井相比，粒子沖擊鉆井系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：（1）粒子沖擊產(chǎn)生的局部瞬時脈沖應(yīng)力峰值極高，足以破碎和侵徹極堅硬的巖石，提高了能量的利用率，其鉆井速度是常規(guī)鉆井的2倍～4倍；（2）需要的鉆壓和扭矩較常規(guī)鉆井要小得多，大大地減小了鉆柱和鉆具的疲勞破壞的概率，鉆頭磨損非常小；（3）粒子沖擊破巖能產(chǎn)生比較精確的預(yù)期井眼直徑和井眼軌跡，對防止井斜能產(chǎn)生顯著的效果。粒子沖擊鉆井技術(shù)有可能成為一種高效經(jīng)濟(jì)的深井硬地層鉆井的新方法。該技術(shù)經(jīng)歷了室內(nèi)實驗階段和現(xiàn)場試驗階段，目前正在邁入商業(yè)應(yīng)用階段。

三、測井新技術(shù)

1.注入剖面測井。大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司在聚合物注入剖面測井中，采用聚合物同位素連續(xù)釋放器，克服了傳統(tǒng)的一次性同位素釋放，能使示蹤劑與注入液更好地混合，現(xiàn)場試驗取得良好效果。

2.產(chǎn)出剖面。阻抗式過環(huán)空找水儀得到進(jìn)一步改進(jìn)，提高了儀器的可靠性，拓寬了應(yīng)用范圍。

3.地層參數(shù)測井。雙源距碳氧比能譜測井儀、注硼中子壽命測井技術(shù)進(jìn)一步完善，在很多油田得到推廣應(yīng)用，取得較顯著的應(yīng)用效果。

4.工程測井。國內(nèi)研制的小直徑井壁超聲成像測井儀的測試結(jié)果表明，各方面性能可與引進(jìn)哈里伯頓的CASTA相媲美，為套損檢測提供了一種新的手段；另外包括井壁超聲成像在內(nèi)的工程測井組合測井儀，不但可以檢測出套損情況，還可以為分析套損機(jī)理和制定預(yù)防方案提供依據(jù)。

5.試井方面。大慶油田研制的新型多參數(shù)綜合試井儀，成功地將測井技術(shù)中磁定位技術(shù)引入到試井儀器上，不僅解決了試井測試中深度誤差大的問題，同時一次下井可以完成動液面、靜液面、流壓、靜壓、井筒內(nèi)流體密度測量等多項工作。

6.井間測試方面。井間試井方面提出弱脈沖井間干擾試井技術(shù)并在冀東油田取得初步應(yīng)用效果；井間示蹤方面提出第五代微量物質(zhì)油井捆綁技術(shù)和綜合解釋方法。

四、酸化壓裂新技術(shù)

1.水平井酸化工藝技術(shù)。水平井酸化工藝技術(shù)是實現(xiàn)水平井增產(chǎn)的一項主要措施，目前主要采用了連續(xù)油管拖動酸化工藝與籠統(tǒng)酸化工藝，且兩種工藝都通過現(xiàn)場的應(yīng)用取得了較好的成果。連續(xù)油管拖動酸化工藝主要針對水平井儲層傷害特征，綜合考慮長水平井段均勻布酸的問題而提出。由于單一采用連續(xù)油管注酸會限制注酸排量和注酸規(guī)模、勢必降低了酸化解堵效果和改造深度。采用拖動酸化配合全井段籠統(tǒng)注酸方式，拖動酸化實現(xiàn)全井段的均勻布酸，籠統(tǒng)注酸又實施大排量酸化，提高酸蝕作用距離，最終獲得更大效力的全井段酸化改造。通過連續(xù)油管拖動酸化與大排量籠統(tǒng)酸化配合施工，可以較大幅度地提高水平井的單井產(chǎn)量。

2.大斜度井、水平井加砂壓裂工藝技術(shù)。目前，針對水平井進(jìn)行加砂壓裂主要有如下幾種工藝：（1）籠統(tǒng)壓裂，該壓裂方式采取全井段射孔，一次性注液對全井段實施壓裂。施工過程中，在井段薄弱處起裂造縫，具體布縫位置和布縫數(shù)量受儲層物性及地應(yīng)力影響，壓裂作業(yè)不可預(yù)見性強(qiáng)，難以實現(xiàn)人為控制；（2）限流壓裂，該壓裂方式主要是結(jié)合射孔工藝，利用射孔密度、射孔方位、孔徑等多因素控制待壓層段的液體與支撐劑進(jìn)入量.壓開多條獨立裂縫，實現(xiàn)分多段限流壓裂對儲層進(jìn)行改造；（3）分段隔離壓裂，該壓裂方式主要是采取多種隔離方式，對待壓層段實施分段壓裂，主要隔離方式有機(jī)械式封隔、填砂封隔、暫堵劑暫堵封隔等。大斜度井、水平井加砂壓裂工藝通過多井次現(xiàn)場應(yīng)用，目前單井的加砂量最大可達(dá)54 t，平均凈增天然氣產(chǎn)能4×104 m3/d左右，施工取得了顯著的效果。

3.斜井分層加砂壓裂工藝技術(shù)。隨著勘探開發(fā)的不斷深入，氣田部署了大量的叢式井和大斜度井，并對縱向上多段儲層通過單井同時開采，結(jié)合儲層基質(zhì)低滲和受污染狀況，加砂壓裂是有效提高單井產(chǎn)量的必要手段。為了降低作業(yè)成本，縮短作業(yè)工期，并要保證多段儲層能得到改造，在結(jié)合前期論證和階段性加砂試驗成果的基礎(chǔ)上，提出了斜井分層加砂壓裂工藝。對比直井分層加砂壓裂工藝，斜井分層加砂壓裂工藝具有如下難點：（1）斜井加砂，受井斜程度的影響，產(chǎn)生多裂縫的幾率較大，給施工帶來風(fēng)險。（2）受斜井射孔的影響，近井存在裂縫扭曲的風(fēng)險。（3）斜井分層工具是保證分層壓裂作業(yè)成功的首要條件，對工具的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。