海上延时地震油藏监测技术

作者&投稿:赧软 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
地震勘探技术~

展望非常规油气地震勘探开发技术,预期总体上将沿着两个层次发展。
一是单项技术的不断创新与发展。目前,在地震装备技术方面,陆地地震装备已具备15万道的带道能力,海上地震装备已具备26缆能力,未来装备正向陆地百万道发展。地震采集技术方面,陆地采集技术在向单检、宽频带、宽(全)方位、高密度、高带道、小面元和提高可控震源的宽频带激发能力,尤其是提高可控震源低频拓展能力等方向发展,海上采集技术正向双缆技术、变深度拖缆技术、双检技术、全方位双螺旋采集技术、精确点位控制技术、更深水域勘探技术发展;地震处理技术方面,叠前深度偏移、逆时偏移技术成为应用和发展的主流技术,全波形反演技术、各向异性叠前偏移成像技术具有良好的应用前景;地震解释技术方面,油藏地球物理、AVO/AVA反演、波动方程反演、岩石物理反演、宽(全)方位地震解释、方位各向异性解释、流体预测等是发展热点;前缘技术方面,多波多分量地震技术、3D3C-VSP、随钻VSP、井间地震、多分量微地震监测以及时间推移地震技术的研究与应用将有很大的潜力。
二是针对具体勘探对象的技术集成配套与优化。针对复杂地表、复杂储层、各向异性地区和开发生产领域,以数据库为基础,在卫星及网络支持下,突出以三维数据体为对象的采集、处理、解释一体化,以叠前资料为基础的多域、多属性目标处理解释综合分析,以地震、非地震联合反演为核心的综合地球物理技术,以地质模型为核心的地震、测井、地质多学科综合研究,以油藏为目标的勘探开发一体化。对于非常规油气,即致密岩气、致密岩油、煤层气、泥页岩气、泥页岩油等特定资源类型等,为非常规油气资源勘探开发服务。

代表性科研项目(5项):[1] “深水地震资料点源绕射波压制与数据规则化技术”国家油气重大专项,2008.10-2010.12,负责人[2] “渗透率非均匀性油藏地震波传播机制研究”,国家自然科学基金项目, 2007.01-2009.12,负责人[3] “薄互层气藏地震波衰减机制及其在AVO中应用研究”,中青年创新基金,2007.9-2009.9,负责人[4] “油藏动态表征及流体分布描述”,国家973项目,2007.10-2011.12,研究骨干[5] “高精度地震资料处理技术”,国家863项目,2006.12-2010.12,研究骨干代表性论著(10篇):[1] Jingye Li, Xiaohong, Chen, Zhao Wei, et al. Purposeless repeated acquistion time-lapse seismic data processing. Petroleum Science, 2008, 5(1): 31-36[2] 李景叶,陈小宏. 基于地震资料的储层流体识别,石油学报,2008,29(2):235-238[3] 李景叶, 陈小宏, 郝振江等. 多波时移地震AVO反演研究.地球物理学报,2005,48(4):902-908[4] 李景叶, 陈小宏,刘其成. 高孔低胶结砂岩储层饱和度和压力变化时移地震振幅随偏移距变化规律.中国石油大学学报(自然科学版), 2006,30(1):38-41[5] 李景叶, 陈小宏, 金龙. 时移地震AVO反演在油藏定量解释中的应用.石油学报,2005,26(3):68-73[6] 李景叶, 陈小宏. 用改进的模拟退火算法进行叠后时移地震数据反演. 石油地球物理勘探, 2003,38(4):392-395[7] 李景叶, 陈小宏, 郝振江等. 盖层的各向异性对时移地震AVO的影响. 石油物探,2006,44(6):563-567[8] Jingye Li, Xiaohong, Chen, et al. Study on Time-Lapse Seismic AVO of Fine Layering Porous Unconsolidated Reservoir. SEG International Exposition and 74nd Annual Meeting, 2004[9] Jingye Li, Xiaohong Chen, et al. Time-lapse seismic AVO attributes analysis with variation of oil saturation, pressure and temperature. Theoretical and computational acoustics 2003. World Scientific, 2003: 273-281[10] Jingye Li, Jin Long, et al. Study and Perspective on time-lapse seismic numerical modeling techniques. WPC 1st youth forum, 2004, Beijing获得省部级以上奖励:“地震油藏描述与动态监测技术研究”获2006年北京市科学技术二等奖,本人排名2

延时地震勘探是指在同一个开发油田上隔一定时间就重复地进行地震测量,经同样的处理手段处理后,找出两次测量间由于油田开采引起的油气层地震属性变化,进一步确定油气界面的变化及残留油气的分布,为油田进一步开发提供可靠依据。地震属性主要指油气层的速度、反射系数、波阻抗等,当油层内的流体发生变化时,这些参数也要变化。

延时地震勘探出现于20世纪80年代。以往仅根据油田已有井的出油情况,结合地震资料来推断油田油水界面及残留油气的分布,进而定出井位。由于所用资料少(主要是钻井资料),往往定不准,出现干井或丢失了本来可以开采的残留油气。在中国陆地油田,为了不漏掉可采的残留油气,往往用加密井办法。在海上由于打井费用高,此法不宜采用。所以,延时地震勘探首先在海上提出,加之海上地震采集信噪比陆地高,便迅速发展起来。

据统计到目前为止,在世界范围内已累计作延时地震项目达100多个(包括正在进行中的)。使用延时地震勘探最多的并获得成功的地区,是欧洲的北海和美洲的墨西哥湾,在非洲的浅水领域也见到了喜人的效果。勘探方式普遍采用三维,有的还采用了多波勘探。此外,VSP和井间地震也采用了延时的方法。

一、延时地震的可行性研究

随着地震采集、处理、解释技术的不断发展,在较好的地质条件下,在地震特殊处理剖面上,可以直接显示油气的存在和分布,这是延时地震的基础。但对于埋藏较深、油层很薄的油藏,还不能或部分不能在地震特殊处理剖面上显示出来。为了能有效地利用时移地震,必须在采集之前做可行性分析,以确定是否做时移地震和用怎样的采集、处理手段才能达到预期的目的。

首先,要研究地震处理的成果对目标油层的反映能力。这些成果包括波阻抗、伪速度、孔隙度等。分析欲做延时地震的油田上现有的地震资料,如果它们已经能很好地反映油气的存在及分布情况,问题就简单了;如果不能,那就要改进地震资料的采集和处理,提高其分辨率,使它能反映油气的存在和分布。一般的做法是,根据现有井的油层厚度、孔隙度等资料,结合VSP作正演计算。根据正演结果,首先要研究怎样的地震频宽能很好地得到油层顶和底的分离反射。根据正演研究的结果,得出所需要的频率,设计出采集、处理的方法。其中最难克服的是地层吸收,尽管海上高分辨率勘探已有不小的发展,但还不能完全克服地层吸收的影响,尤其是油气层较薄、埋藏较深的时候,要达到预定的分辨率是非常困难的,这样不可能获得独立的或可分辨开的储层顶底反射。为此,可采用谐调厚度法正演,即当油层很薄时,其顶底反射叠加在一起,其叠加振幅随储层厚度的变化而有规律地变化,如在一定厚度范围内,其振幅随油层变厚而线性增强,这种变化如果能在地震记录上检测出来,也是可以加以利用的。如油层中的油在开采中被水代替,其振幅也会发生应有的变化,这就是利用它的基础——一些油田的延时地震就利用了这种算法。

还要研究开采过程中的驱油方式,根据油田情况,当前有水驱、气驱、蒸汽驱等,按油田所选的驱油方式计算出驱油后的地震属性变化。例如油田采用水驱开采方式,当油被水代替后,其储层密度和速度都要发生变化,变化的大小与石油的性质、储层岩石的密度、孔隙度和水的密度、速度等有关。根据储层岩石的孔隙度、基质的密度及速度和水、油的密度、速度,可计算出反射系数、波阻抗等物性参数的变化。这种变化只要足够大(如最小要大于随机噪声),就可能被地震资料反映出来,可见降低延时地震的采集、处理噪声水平非常重要。

最后要研究地表地质条件,如水深水流、海底底质等。水深了可使电缆难于沉放到预定位置;海流大可能冲动海底电缆;厚的海底淤泥使检波器与大地耦合变差。只有对上述进行充分研究后,才可能找出合理的克服办法,做出正确的选择。

二、延时地震资料的采集和处理

延时地震技术是地震属性求差技术,为了提高属性差值的可靠性,必须尽量去掉储层流体变化以外产生的地震资料差异因素。如激发能量及震源子波的差异接收电缆的差异(包括缆深、道距、组合检波、灵敏度等)、观测系统的差异、随机噪声的差异及资料处理中的各种差异等。除去这些差异,是延时地震要解决的关键问题。

早期的延时地震,因为采用油田开采前的地震资料,并没考虑以后要做延时地震,当时的采集技术还比较落后,这样的基础采集资料,可能与以后重复采集的资料大不相同,这给拾取地震属性差带来很大困难。为了补偿这种采集上的差别,在处理上要多下功夫消除掉这种差别(见下边第三小节中的处理实例)。

现在已经积累了延时地震勘探很多宝贵的经验,使我们在作基础地震测量时,就考虑以后的资料重复性。在海上,世界范围内公认,好的延时地震资料采集方法是铺设永久性的海底电缆,见图6-122。海底是海水内噪声最小的地方,海浪随水深的增加而减小,深度每增加海浪的半个波长,海浪高就减小到原来的1/10;检波器在海底的位置固定,而等浮电缆采集则要受海流、风的影响而产生不断变化的羽角和噪声,在重复测量时很难保证羽角和噪声的一致。

图6-122 FARM海底电缆采集系统示意图

由于海底电缆铺设困难且价格昂贵,铺设中要遵循下列原则。

a.检波器道距可略大,如50m,这样可构成最小的25m×25m的面元。

b.海底电缆的间距一般为300~500m,CDP线间距用不同放炮方式达到25m(或50m)。

c.海底电缆露在水面的接仪器的插头要少,且要很好地安置,因这样的插头容易损害。

d.如果要用陆检或多波检波器,一定要很好地安置,使它与海底形成较好的耦合。

e.铺设好电缆后,采集时就要考虑用怎样的设备(记录仪器、定位导航仪、震源等)进行采集,以后的重复采集还要采用它,采集方法也是一样。

这样的采集给地震资料处理带来方便,不过还要分析不同采集噪声的差异情况,分析震源子波在采集过程中的差异,尽量采用高保真、高分辨率处理,以保证高质量地监测油藏的动态。

三、实例

(一)中国下辽河油田

图6-123 两次采集最终针对性处理叠加数据的差异

1996年,下辽河油田作了延时地震,其储层深为700~750m,油层为薄互层,厚10m左右,基础采集为二维;第二次采集为三维。采集过程中存在着严重的干扰:如50Hz感应、大地吸收衰减严重、激发能量不稳、鸣震等,这样给拾取油层差值信号带来困难。

因此,在处理中首先是去噪,然后选择吻合较好的二维测线与三维采集中相应的CDP测线进行求差。在这种二维线中其采集参数(排列、药量、覆盖次数)基本相同。

对于50Hz干扰,不能采用陷波法,因为这要损失50Hz附近的有效波,而是采用F-x域中值滤波来剔除不同强度的50Hz干扰。

为不失真地补偿大地吸收衰减的影响,采用了时、频域球面发散及吸收补偿的方法。

同时还采用了地表一致性统计变步长预测反褶积方法消除鸣震,还消除了采用高频涡流检波器带来的高频噪声。经过这些努力得到了较好的结果,见图6—123。在图中725ms附近存在一组较强的剩余能量,这正是注气洞的上界面,充气开采后反射系数变弱的结果。

通过下辽河油田与印度尼西亚Duri油田的延时地震对比,总结了它们的不足,见表6-11:

表6-11 Duri油田与下辽河油田延时地震参数对比

从对比表可以看出,下辽河油田所以效果较差,主要是因为采集频率低,不能分辨开较薄的储层;前后采集不同,使其前后采集的噪声差别大,难于检测出较纯的储层开采后物探属性的变化,加之又采用了大噪声涡流检波器,覆盖次数低等因素,使其结果不可能达到检测油藏动态的目的。同时,也说明只要改进采集处理方式,达到较高的分辨率,延时地震就可以达到预定的目的。

(二)尼日利亚的 Meren油田

该油田为近海油田,1965年发现,主要储层深度在1450~2900m之间,按水驱油在井旁正演计算表明,其波阻抗和地震振幅能减少40%,这是延时地震的基础。为此1987年作了基础采集。由于水较浅,采集采用遥测方式,即每道一个采集站的系统,定位采用LARAN无线电定位系统和GPS定位系统,采集面元为12.5m×50m,排列为50~3125m,覆盖次数为60,采用8Hz的低截滤波检波器来消除泥滚波。

第二次采集于1996年,为了提高重复性,排列和放炮方式保持不变,但由于事隔几年勘探设备已有很大提高,不可避免地使用了不同的震源(总能量尽量保持相同)和记录仪器,共反射面元变成25m×25m,最大覆盖次数为74次——因这次不仅是为了延时地震,还有勘探深层油藏的目的。

在对1996年的资料处理的同时,对1987年的资料作了重新处理,处理流程尽量保持一致。由于采集不同,对其引起的一些差异作了适当处理,如对剩余处理差异用互均衡算法进行补偿。为了提高重复性,作了偏移后时、空变互均衡处理,包括去噪、振幅、频率均衡、相位校正、剩余振幅均衡,使两个数据体获得良好的重复性。

在解释上,首先在两个数据体上拾取储层顶底最佳地震属性振幅,时窗为-10~20ms。在拾取过程中,从有井标定的基干剖面出发,向外推广,最后在解释的属性图上标上井位,并进一步解释注入水的流向及残存的油气位置,图6-124是二次测量的振幅图。根据井资料得出的油水界面(点划线)与1987年后的地震数据相关很好,但与1996年的大不相同:由于注水井被封堵断层(黑点线)隔挡,形成了3块剩油区域,这为以后准确地定井提供了依据。

图6-124 Meren油田E-05储层二次测量的层位振幅图

(三)墨西哥湾和北海的延时地震

这两个地区是开展延时地震最早、最多、效果明显的地区,由于水比较深,尤其是墨西哥湾,打井成本很高,不可能只靠钻井资料准确地预测出井位,通过延时地震就可少投资而解决了开采一定时间后残留油气的情况。下面列出这些地区几个延时地震的例子。

a.延时地震。1995年,BP和shell公司在墨西哥湾Foinaven油田上作了延时地震。该油田水深500m,采用海底电缆永久铺设方式,电缆间隔300m,共铺设6条电缆,每条电缆长5km,检波器道距50m,总覆盖面积5km×1.5km,以双船作业的方式完成基础采集,以后计划每隔10个月进行一次重复观测。为了安全,海底电缆都连到一起,由一根电缆连到仪器船上,仪器船要有自动定位装置,保证在采集时船位不动。震源船每次行走的路线和方向都要相同,用精确的DGPS定位,保证不同时间采集炮点位置基本重合,当然震源和仪器参数要尽量保持不变。

b.海上多波延时地震和井间延时成像。为了解决气云对储层成像的影响,斯仑贝谢公司在北海Viking graben油区开展了海底多分量延时地震研究。他们采用三分量检波器加一个水中检波器,铺设要保证检波器的方位正确、一致,检波器与海底耦合匹配完好,以保证采集质量。数据在采集中首先在船上进行初步处理,包括共中心点面元显示、共转换点面元显示、速度分析(Vp和Vs、Vp/Vs)等,证实采集无误后再送到处理中心进行处理。其中包括多分量组合、静校正、详细速度分析、高阶NMO、非约束性切除、DMO和偏移。最终数据分析表明,永久性的海底电缆采集,转换波的重复性高于P波的重复性,当不采用永久性电缆而重新铺设时,转换波的重复性就不如P波,横向转换横波分辨率较差。这可能是因为转换波对三分量检波器与地面的耦合及检波器的方向要求很高,两次铺设电缆不可能完全一样,使转换波数据重复性变差,P波主要由水中检波器接收,铺放情况有些变化对它影响不大。井间延时地震成像是延时地震的一个新发展方向,由于它采集费用低,资料处理相对简单,是一个有前景的发展项目。

c.加利福尼亚州Cymrie油藏为高孔隙度低渗透率硅质岩,实施了蒸汽吞吐开采。为了解由蒸汽诱导产生的裂隙的垂直分布及蒸汽分布范围,通常是利用测斜仪和附近的温度观测井的数据进行分析,但这种数据样点太少,不能作准确的判断。同时3-D地震的数据分辨率也不理想。为解决这个问题,Tomo Seis公司提出用本方法监测蒸汽驱引起的变化。采集采用了Tomo Seis的采集设备,采用5~10个水中检波器串接收,用压电晶体作震源,以测井上提的同样方式移动激发。这种方式采集快、成本低,通常震源扫描频率为250~2000Hz,扫描长度1.2s,炮距和道距都为2.5ft。该油田经过4次采集和处理,取得了一定的效果,最终得到了剩余部分储层而被开发,这在以往是看不到的。垂直诱导裂隙方向所得到的结果与地球物理预测的结果相同。另外,还存在着一些沿层分布的诱导裂隙。

(四)中国海油项目

中国海油于2001年承担了国家“十五”863高技术研究项目《海上延时地震勘探技术》,到2005年可基本完成海上延时地震采集系统和地震资料处理系统,并在渤海进行初步应用。




海上延时地震油藏监测技术
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时移差异的物质平衡方法解释
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基于数值模拟的解释方法应用
3)时移地震方法可以用来进行油藏动态描述,用时移地震方法监测油藏流体运动的准确度要超过许 多其他方法。

基于声波方程模型时移地震模拟
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