准噶尔盆地中国石化探区油气勘探方向探讨

准噶尔盆地面积大,而中石化探区工区小,且埋藏深、区块散,勘探难度较大。油气勘探表明,准噶尔盆地中石化探区目前发现的主要油层与中石油新疆局邻近油田的主要油层不好对比,发现的油层多不是当初设计的主要目的层,总体上所发现的主力油层都偏上。分析认为,准噶尔盆地可能存在4横4竖8条油气富集带,不同富集带的特征不同,其分布与深大断裂的发育方向与圈闭位置有关;其富集程度与主要油源区的位置及烃源岩的层位有关,尤其是不整合面与油源断裂的联合输导与油气富集关系更为密切。根据石油地质特征、成藏条件、主要油藏类型分析,中石化探区勘探重点近期应以西缘区块的地层岩性油气藏为主,次为准中区块的地层岩性油气藏,北缘及青格里底山区块的地层-构造油气藏是今后应长期关注的勘探方向。

天然气水合物岩石物理实验研究进展

天然气水合物是我国地质调查和资源勘查的重要矿体之一,勘探开发面临着诸多难题,如地震响应特征、力学和电学性质等需要开展深入研究。天然气水合物的赋存需要特定的温度和压力范围,环境温度和压力的变化可能会造成天然气水合物的分解,这在海洋环境和地质灾害等研究领域造成了诸多问题。天然气水合物地层的物性和岩石物理变化特征较复杂,在实验室开展天然气水合物测试分析是了解其岩石物理性质、获取岩石物理参数的一种有效手段。回顾了凝水成冰法、四氢呋喃(THF)溶液法、过量水法、过量气法、温度法、冰粉混合法等实验室生成水合物的方法,总结了温度、气体压力、粒径、矿物成分、含水率、表面活性剂、含盐量、地层骨架等水合物生成实验的影响因素,介绍了水合物岩石物理实验研究中声学、力学、电学等方面的研究进展,展望了天然气水合物岩石物理实验未来的研究方向。

自适应动态滤波网络地震随机噪声压制方法

由于地质及环境条件复杂,导致地震勘探采集资料信噪比相对较低,对后续的研究带来不利影响,因此地震勘探数据处理中对随机噪声的压制一直备受关注。现有算法无法较好实现对噪声的有效压制和对有效信号的极大保留,为此,将传统方法和深度学习相结合,提出了基于自适应动态滤波网络(Adaptive Dynamic Filtering Net,ADFNet)的方法压制地震资料中的随机噪声。该网络以编码器—解码器为架构,首先引入通道注意力机制(Attention Mechanism,AM)的思想,通过通道AM对空洞卷积多尺度数据特征集成,为网络提供了精准且丰富的特征表示;然后,引入动态卷积,以较低的计算复杂度实现对地震资料高频特征的学习,从而保留更丰富的细节信息。合成数据和实际数据的实验结果均表明,ADFNet可有效压制地震资料中的随机噪声,同时保留更丰富的地震数据细节,处理后的地震数据信噪比得到显著提升。

地震波阻抗反演实验分析

本文使用实际测井数据和地震层位建立一个二维波阻抗实验模型,利用褶积算法生成合成地震记录,再对合成地震记录分别进行测井约束波阻抗反演和稀疏脉冲波阻抗反演,并以地震数据的最高有效频率为截频点,将反演结果分为高频分量和低频分量,分别对其可靠性及其影响因素进行分析,在此基础上进行测井约束和稀疏脉冲联合波阻抗反演。实验结果表明:①测井约束反演方法能够可靠地反演出实际波阻抗的低频分量,而反演结果的高频分量主要来自于初始波阻抗模型;②稀疏脉冲反演方法能够产生地震资料有效频带之外的频率成分,但并不能保证反演结果低频分量的可靠性;③测井约束波阻抗反演与稀疏脉冲反演之间具有很强的互补性,联合应用两种方法能够改善反演结果的可靠性。

各向异性介质中扭转波分裂的初步实验观测

实验室可以产生两种振动模式的横波,一种是剪切振动,另一种是扭转振动.本文利用扭转换能器观测了扭转横波在各向异性样品中的传播特性.实验表明,无偏振方向的扭转波在各向异性介质中会以两种不同速度传播,并出现波的分裂现象,其快慢波的速度值与剪切横波的快慢横波速度一致.用扭转波换能器接收时,快慢扭转波的波形振幅不受各向异性方位影响,表现为无方向性.通过两块不同来源的均匀各向异性样品,用实验观测方式初步揭示了各向异性介质中扭转波的一些传播特征.

裂隙密度对快、慢横波速度影响的物理模型实验研究

在裂隙储层中,横波速度是对裂隙密度最敏感的参数。在实验室通过在均匀介质中嵌入圆形薄片弱弹性材料,构建了与Hudson裂隙理论假设相符的裂隙模型。分别用3种谐振频率(0.50,0.25,0.10MHz)的超声波测试观测了平行和垂直裂隙模型方向传播的快、慢横波波形特征和速度,并用实测的模型基质速度和裂隙参数计算了裂隙模型的理论速度值。实测值与理论计算值的对比表明,随着裂隙密度的增加快、慢横波速度的下降趋势基本一致;随着测试频率的降低出现明显的速度频散现象,实测值由高于理论值向低于理论值方向变化。快横波速度在0.10MHz频率时测试值与理论值几乎一致;慢横波速度则在0.25MHz时测试值与理论值偏差最小。在实测值中,横波偏振垂直裂隙时与传播方向垂直裂隙时的慢横波速度有达2%的差异。分析认为这与波长与裂隙尺寸之比有关,比值接近1时,偏振因素影响大,慢横波波至前会出现干扰波;比值大于1时,传播方向的散射影响大。

裂隙密度对纵波传播特性影响的实验观测

在利用纵波对裂隙储层预测中,速度和振幅是两个不可缺少的参数,实际资料处理时更需要知道裂隙密度与速度和振幅的关系。在实验室,通过把圆薄币状填充物嵌入基质材料中的方式来模拟裂隙模型,制作了裂隙密度从0到12%的9种裂隙模型,并用四种频率的超声纵波换能器测试了平行和垂直裂隙方向上的纵波速度和透射振幅,得到了裂隙密度与纵波速度及振幅曲线。实验表明,纵波沿裂隙方向传播时,其速度随裂隙密度变化的影响不大,当裂隙密度增大到12%时,速度仅有2%的变化;纵波垂直裂隙传播时,速度比平行传播时下降一半。随着裂隙密度的增加,纵波振幅下降的趋势不但与裂隙密度有关也与频率相关。实验结果定量地给出了在裂隙介质中裂隙密度和频率对纵波参数的影响。

基于空间协模拟的叠前地震随机反演方法

无论是迭代类随机反演还是线性贝叶斯随机反演,一般采用序贯类随机模拟表征油藏的非均质性。序贯类方法大多依赖变差函数或训练图像描述模型参数的空间相关性,需要逐点计算模拟结果,因此并行实现困难、计算效率低。为此,将一种条件化快速傅里叶变换滑动平均(FFT⁃MA)模拟引入线性反演框架,提出基于空间协模拟的叠前地震随机反演方法。首先,在贝叶斯框架下整合地震数据和测井低频信息,获得弹性参数的后验概率分布。然后,根据FFT⁃MA算法生成概率场,以测井数据为条件数据对贝叶斯后验应用概率场协同模拟,从而获得井震数据约束的叠前弹性参数高分辨率随机反演结果。该方法无需迭代更新模型参数,能极大地提高随机反演的计算效率。最后,由模型试算和实际资料应用测试方法的效果。模型试算表明,所提方法在高分辨率储层预测及计算效率方面均优于常规方法,可稳定、准确地描述小尺度储层特征。实际资料应用表明,所提方法得到的高分辨反演结果与测井数据契合良好,提高了随机反演在薄储层定量表征方面的实用性。

基于变差分系数的变网格弹性波全波形反演

全波形反演充分利用地震波传播的振幅、相位和旅行时等信息,相较于旅行时层析能够获得分辨率和精度更高的反演结果。当浅层介质速度较低时,为了保证正演模拟精度,通常需要使用较细的网格对低速层进行采样。然而,对整个模型用细网格剖分会导致巨大的计算量以及存储量,同时模型的高速区域也会产生过采样现象,这些问题会在全波形反演过程中被进一步放大。为了避免这些问题,引入了一种基于变差分系数的变网格弹性波动方程有限差分正演模拟方法。首先,基于Taylor展开式推导了变网格波场模拟的差分系数,实现了变网格波场模拟;其次,将变差分系数正演模拟方法应用于全波形反演中的正演模拟、残差反传和波场重构中,实现了基于变差分系数的变网格弹性波全波形反演。在全波形反演时,分别采用多尺度反演策略和常规的共轭梯度法迭代求解。使用细网格剖分速度较低的浅部低速层和粗网格剖分速度较高的中深层,既可以保证浅层的反演精度,又可以避免中深层的过采样。模型数据反演结果表明,基于变差分系数的变网格全波形反演相较于均匀粗网格全波形反演可以更有效实现低速异常体的准确刻画。含噪数据测试表明,提出的全波形反演方法具有较强的抗噪性。

利用人造岩石样品开展地震岩石物理实验研究的新进展

人造岩石样品被用于油气勘探开发诸多环节中,在岩石物理学、岩石力学、油层物理等领域中取得了广泛应用。做为天然岩石的补充和有效替代样品,人造岩石在科学研究和工程应用中发挥着重要作用,为理解和分析复杂地层中油气赋存和运移、地球物理响应、物理化学机制等方面发挥重要作用。本文介绍了胶结法、烧结法、冷压法和热压法、3D打印技术、降温加压法等人造岩石样品的实验工艺,总结了针对复杂油气储层开展人造砂岩、双孔隙岩石、人造页岩、人造碳酸盐岩、天然气水合物模拟等实验方法,以及应用人造岩石样品开展地震波散射机制、地震各向异性、地震波衰减、震电效应、波致流机制、页岩脆性和甜点、水合物声电和力学等实验研究的进展。通过对人造岩石样品研究现状及发展趋势的总结表明,人造岩石样品与天然岩石具有越来越高的相似性,针对砂岩、含裂缝岩石、页岩、碳酸盐岩及天然气水合物等多种非常规储层的岩石类型,可以模拟孔隙度、渗透率、孔隙特征、矿物组分、流体饱和状态、微观结构等多种复杂岩石特征,参数可控的人造岩石样品可以实现单一物理量的变化,开展流体渗流、弹性性质、电磁学性质、力学性质等多方面的研究,定量的表征孔隙流体运移、弹性波传播、电场磁场、岩石破裂等多种物理化学过程中的机制,为降低油气勘探开发中的多解性、提高油气勘探开发精度提供支撑。利用人造岩石样品与天然岩石相结合开展研究可更好地揭示岩石物性对岩石物理特征的影响,但仍然存在一些问题。岩石力学性质与岩石孔隙结构、岩石矿物成分、岩石颗粒粒径、胶结方式和胶结强度等都有关,目前人造岩心在这方面的模拟还不太理想。同时,随着非常规复杂储层逐渐成为了目前油气勘探开发的主要目标,储层岩石的物性特征更加复杂,对人造岩石样品的模拟精度提出了更高的要求。与天然岩石相比,人造岩石样品有一些固有的不足,如孔隙结构相对比较单一、胶结方式和强度与天然岩石有差异、孔隙度和渗透率相对较高等,因此还需要在实验工艺上进一步提高人造岩石与天然岩石的相似程度。

时间-空间高阶精度矩形交错网格隐式有限差分声波正演模拟

有限差分方法因其操作简单、计算消耗低而成为地震勘探领域中最为常用的数值模拟方法之一,然而用离散的显式差分算子数值逼近地震波动方程中的连续导数容易导致数值频散,并且基于正方形网格离散形式的有限差分方法对不同地质模型的适应性较低.针对一阶变密度声波方程的数值模拟,本文发展了一种适用于矩形网格离散形式的时间高阶空间隐式有限差分格式,可以有效压制时间和空间频散,同时灵活的网格剖分增强了其应用的广泛性.基于本文矩形交错网格时间高阶空间隐式有限差分格式的时空域频散关系和变量替换的思想,首先采用泰勒级数展开方法求解不同方向的非轴上时间差分系数及轴上空间差分系数,使本文差分格式可以获得任意偶数阶时间和空间精度.为了进一步提高本文差分格式在更大波数区域的空间模拟精度,我们采用线性优化方法来求取新的轴上空间差分系数用于一阶变密度声波方程的波场迭代求解中.频散、稳定性分析及数值模拟算例表明:相比于传统十字形空间域隐式有限差分格式,本文矩形交错网格时间高阶空间隐式有限差分格式在精度、稳定性和效率方面均具有优势.

稳定Q补偿梯度的黏滞声波全波形反演

针对衰减介质的全波形反演(FWI)通常采用黏滞声波方程,并通过伴随状态法计算目标函数对介质速度参数的梯度。在梯度计算过程中,由于震源波场和伴随波场都历经衰减,因此梯度随着深度减弱,导致模型参数的修正量变小,降低了反演的收敛速度。为了提升反演效率,研究了基于解耦分数阶拉普拉斯算子(DFL)波动方程的黏滞声波FWI,提出了一种新的基于稳定因子的梯度补偿策略。在补偿梯度过程中设置稳定因子实现稳定补偿,可以在保持正确运动学特征的同时,平衡所恢复梯度的幅度。数值算例表明,与传统的黏滞声波FWI相比,经此梯度补偿的黏滞声波FWI具有更快的收敛速度和更高的反演精度。

基于L_(1)范数正则化约束的叠前数据衰减补偿方法

由于地下介质的吸收作用,地震波在传播过程中经历了能量衰减、波形畸变及频带变窄的过程,严重降低了地震资料的分辨率。对于叠前地震数据而言,地层吸收衰减效应会随着传播路径发生变化,进而扭曲地震数据的AVA反射曲线特征。为此,提出一种针对叠前数据的衰减补偿方法。该方法考虑了射线路径对于衰减补偿的影响,首先在水平层状介质假设下推导出衰减介质中的叠前道集正演公式;然后将衰减补偿简化为一个反问题,并通过L_(1)范数进行正则化约束;最后采用交替方向乘子算法(ADMM)求取最优解,进而实现叠前数据的衰减补偿。数值测试结果表明,所提方法不仅能对振幅和相位进行补偿,而且还能恢复叠前道集的AVA反射特征。通过与叠后补偿、常规叠前反Q滤波方法对比分析,所提方法的精度更高、稳定性及抗噪能力更强。同时,Q值敏感度分析实验说明所提方法对Q值模型不敏感,仅借助低频Q值模型也能保持较高的补偿精度。实际资料处理结果也表明,该方法能够提高叠前道集的分辨率,有效还原数据的AVA反射特征,为高精度叠前地震反演奠定了基础。

纵波与横波反演能力对比

目前,油气地震勘探主要利用了纵波(PP波)的信息,在地层多参数反演、复杂和非常规油气储层预测、流体识别等方面存在着不确定性。近年来,横波(SV⁃SV波和SH⁃SH波)可控震源技术的发展大幅提高了资料的品质,为横波勘探技术的发展和广泛应用提供了必要条件。然而,与传统的PP波、PP与PS波联合反演相比,横波的反演能力尚不明确。为此,对比、分析不同弹性参数表示的纵波、转换横波(PSV波)和横波反射系数近似公式的精度,然后利用反射系数近似公式构建针对不同弹性参数的线性反演框架,结合反演协方差矩阵和反演条件数对比,分析纵、横波在反演不同弹性参数时的不确定性、不适定性。分析结果表明:利用PP波反演剪切模量和密度的不确定性最大,即使采用大角度数据PP波反演依然具有较高的不适定性;PSV波反演可有效降低反演的不适定性,但难以独立应用于实际资料;PP波和PSV波联合反演可有效降低反演的不确定性、不适定性,但反演效果依赖于纵、横波匹配精度;SH⁃SH波和SV⁃SV波在反演横波阻抗、横波速度、剪切模量和密度时具有明显的优势,可有效降低对输入数据角度的需求。该成果可为横波反演方法研究提供理论依据。

川南页岩地层裂缝地震物理模拟及敏感属性分析

四川盆地南部龙马溪组页岩气资源潜力大,但页岩地层裂缝发育,对页岩气的保存条件具有较大影响,在页岩气工程开发过程中容易造成井间压窜,给页岩气的勘探和开发带来困难。针对LZ区块FJ向斜构造进行地震物理模拟研究,依据目标工区地质模式、地震解释结果及裂缝发育特征设计地震物理模型,在目标地层中设计具有不同参数的裂缝带,进行地震物理模型制作和数据采集,开展裂缝带的地震波场响应特征分析,并对物理模型的地震数据进行处理和反演,开展裂缝预测研究。叠前地震反演结果表明,经过优选叠前裂缝预测方法,可利用阻抗因子F和AVO梯度等敏感参数预测裂缝密度,利用纵波阻抗、λρ和AVO截距等敏感参数预测裂缝倾角。利用地震物理模型技术分析裂缝参数对应的地震响应特征,可检验不同裂缝预测方法的有效性,为目标工区的页岩地层裂缝预测和综合解释提供依据。

基于模型的薄层结构智能反演试验分析

受地震数据有效频带的限制,常规的地震反演方法很难对薄层结构进行准确刻画和描述。基于机器学习的地震反演方法是近年来用于薄层结构预测的新技术。为此,基于BLSTM-Net神经网络模型,针对薄层空间结构的预测问题开展了简单及复杂陆相沉积模型的阻抗反演试验分析。首先,构建简单的薄互层模型,开展基于BLSTM-Net模型智能反演与基于测井约束的常规地震反演方法的试验对比,同时对BLSTM-Net模型的抗噪性进行测试;然后,构建典型的陆相沉积复杂薄互层地质模型,对反演结果的可靠性及其对地震频带的依赖性进行试验分析;最后,对比分析BLSTM-Net神经网络模型与稀疏脉冲反演对弱反射的恢复和保护能力。模型试验结果表明,基于BLSTM-Net模型的反演方法较常规反演方法具有更强的薄层结构预测能力,且对弱反射具有更好的保护作用,具有更大幅度提高实际地震数据薄层刻画精度的理论优势和技术潜力。

典型河流相叠置砂体构型的地震相位特征分析

河流相储层中由于河道迁移、切削等因素形成的不连续边界常常阻碍了储层内部流体的流动,增大了剩余油气的开采难度。受地震分辨率的限制,这些不连续边界在常规地震剖面上一般难以识别。通过模型试验,提出了一种应用于河流相薄互层砂体的提高频率分辨率的相位谱计算方法,即将一个周期时窗的地震数据末端补零至适当长度,再进行傅里叶变换,求取展开相位谱和积分展开相位,可增加其稳定性;其次,基于典型河流相叠置砂体构型,建立不同纵向高程差的两组砂体叠置模型,分析不同叠置样式的地震相位特征,认为相位异常值与砂体不连续夹层厚度存在定性关系,利用积分展开相位可以较好地识别砂体不连续边界。噪声实验认为信噪比大于5∶1时,识别结果可信。将该方法应用于渤海南部海域某工区实际地震数据,识别出两处砂体叠置区域,其结果与测井识别出的叠置情况吻合。应用结果表明,将地震数据周期时窗尾端补零求取的积分展开相位在识别叠置砂体不连续边界稳定且有效。

基于EZW算法的叠前地震数据分频压缩技术

随着高密度采集技术的发展及采集日效的大幅提高,勘探数据量呈指数增长。为了节省存储空间,提高传输效率,叠前地震数据的高保真压缩与重构研究显得极其迫切。嵌入式零树小波(embedded zerotree wavelet, EZW)算法具有优越的压缩性能,传统的EZW地震数据压缩基于t-x域(时间-空间域)数据。由于叠前地震数据的波数较宽,频带有限,经离散余弦变换(discrete cosine transform, DCT)后,能量主要集中在低频部分。本文提出一种分频地震数据压缩技术,通过2D-DCT将t-x域数据转换为DCT域数据并进行分频,对高频和低频数据单独进行EZW编码。低频数据编码级数高,保证重构数据的信噪比;高频数据编码级数低,提高数据的压缩比。模型数据和实际数据表明,在解压信噪比基本相当的情况下,分频地震数据压缩的压缩比高于常规EZW压缩方法。

叠后多属性在潜山断裂系统描述中的应用研究

南海北部深水区白云凹陷区域毗邻生烃超压带,成藏条件优越,拥有巨大的勘探潜力,同时深层潜山圈闭发育,潜山内幕裂缝带是油气运移通道。因此,针对深层潜山有利圈闭预测是该区油气勘探的一个重要方向。受构造作用及风化作用的影响,潜山内幕地震响应特征表现为杂乱反射、弱反射和空白反射的特点,这无疑增加了储层预测的难度。针对上述问题,论文充分利用叠后地震数据开展多属性分析,并在此基础上形成了一套分级分尺度的叠后地震潜山储层预测方案及技术流程。该方法主要依据断裂尺度大小与地震数据分辨率的相对大小关系,将断裂划分为大尺度断层、亚断层和微断裂,并利用不同叠后地震属性来分级描述。首先,在人工构造解释的基础上,利用叠后地震数据的本征值相干属性来刻画亚断裂,并在滤波处理的基础上,采用倾角增强、断层增强和线性增强对大尺度断裂进行精细刻画。其次,对比分析曲率属性体和最大似然属性,优选最大似然属性对中小尺度微断裂进行刻画,确定裂缝发育区。最后,在分级刻画的基础上进行多属性叠合刻画微断裂发育带。选取南海北部深水区白云凹陷东潜山勘探区进行了实际应用,通过对不同尺度大小的断裂目标体进行不同属性的描述和多属性叠合解释,提高了对潜山微断裂发育带的刻画精度,确定了潜山有利储层目标区域。实际数据应用结果表明:叠后多属性断裂系统描述方案可以很好地进行断裂型储层的分级描述,并在地质认识的基础上确定优质目标区。论文提出的分级分尺度储层断裂刻画方案可在其他类似的潜山油气勘探开发中应用。

窄方位拖缆地震数据角度域成像处理及各向异性特征研究

由于海上油气勘探常用的拖缆地震数据的方位角范围比较窄,在利用各向异性特征进行裂缝性等复杂储层预测中,常常会受到限制。如何有效地增加海上拖缆数据的方位信息,提取到成像道集中的各向异性特征,通过各向异性反演对裂缝性复杂储层进行表征是关键。本文开展了针对窄方位拖缆地震数据的成像处理方法研究及其处理后道集数据的各向异性特征分析,建立了一套有效的海上窄方位拖缆数据的成像处理技术流程,并在此基础上开展了叠前各向异性反演以表征地下裂缝密度。窄方位的拖缆地震数据通过局部角度域全方位成像处理后,有效增加了地震数据的方位信息,并有能力输出得到角度域的全方位反射道集数据。论文选取珠江口盆地潜山油气藏勘探区的实际数据进行应用研究,全方位的偏移成像处理结果显著提升了潜山裂缝发育区的成像效果,同时利用全方位的角度域反射道集数据能够有效反演得到表征潜山内幕裂缝发育情况的参数。实际数据应用结果表明,基于窄方位拖缆地震数据的角度域成像处理及各向异性参数反演技术,可以很好地潜山裂缝储层描述,确定裂缝发育优质目标区,可在其他类似的潜山油气藏勘探开发中进行应用。