页岩油气勘探开发的迅猛发展, 是世界油气工业界具有重大影响的事件。页岩油气革命重塑了世界油气工业版图并影响能源企业的战略版图^[1-4]。美国页岩油勘探开发起步早, 近年来一直引领世界页岩油勘探开发的技术发展趋势, 并取得了巨大成功。据2019年EIA的统计数据, 美国的页岩油资源量达到205×10⁸t, 2019年的页岩油产量达到日产829×10⁴桶的峰值, 借助页岩油产量的迅速增长, 美国成功摆脱石油依赖进口的局面。近年来, 借鉴美国页岩油气开发的成功经验, 我国油气工业也进行了页岩油气勘探开发的艰难探索, 页岩气领域率先取得突破, 并建成以涪陵页岩气田为代表的一批具有商业价值的页岩气田, 与此同时, 页岩油领域也取得了一些突破。通过选区评价和预探, 在各大盆地皆有不同程度的页岩油发现, 如松辽盆地北部的古龙凹陷白垩系下部青山口组一、二段深湖相页岩中获得了大于30t的单井日产量, 古龙凹陷YP1井日产油35.3m³, 日产气11992m³, 油嘴6.3mm, 套压8.3MPa; 大港油田官东1701H井最高产油量达到66.8t/d; 胜利油田在济阳坳陷已有35口井的初产达到“工业油流”标准, 有5口井累产油量超过万吨; 在鄂南, 以长7段为目的层建成了页岩油开发示范区, 庆城、新安边油田探明储量分别达到3.58×10⁸t和1.00×10⁸t; 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组也获得多处发现。根据“十三五”资源评价结果, 我国陆相页岩油资源丰富(约290×10⁸t), 分布领域广, 类型多样, 主要包括鄂尔多斯盆地三叠系延长组、准噶尔盆地二叠系、渤海湾盆地沙河街组—孔店组、三塘湖盆地二叠系、松辽盆地白垩系、四川盆地侏罗系、江汉盆地古近系、柴达木盆地古近系、吐哈盆地侏罗系等, 是今后油气勘探开发增储上产的主要领域, 从目前页岩油勘探开发的态势预测, 在可预见的将来, 页岩油勘探开发将迎来实质性的、更大规模的突破和发展。

在页岩油气勘探开发中, 石油工程技术发挥着不可替代的作用, 其中水平井钻井技术以及分段压裂技术发挥着至关重要的作用, 而物探技术则或多或少的被轻视或未能发挥其应有的作用。究其原因, 是由于人们对页岩油气地质特征认识上的偏差造成的。页岩油勘探开发的初始时期, 人们普遍认为页岩油藏均质性强, 层系厚度大, 横向分布范围大而稳定, 不需要过多的物探工作。近年来, 石油勘探开发人员逐渐认识到中国陆相页岩油具有类型多样、成因复杂、成藏机理复杂等特点。陆相页岩油层系具有较之海相页岩层系更强的非均质性, “甜点”预测的需求更为迫切, 对物探技术的要求也更高。从“甜点”预测的角度看, 人们对页岩气和致密砂岩储层“甜点”的研究较多, 也较为成熟^[5-10]; 而当前陆相页岩油“甜点”预测技术仍不成熟。曲寿利等^[11]在胜利油田罗家地区泥页岩层段进行了全方位P波属性裂缝检测方法的研究和应用; 刘喜武等^[12-13]在这方面进行了有益的尝试, 讨论了水平缝、垂直裂缝以及地应力的预测方法; 潘仁芳等^[14]对济阳坳陷渤南洼陷古近系页岩油“甜点”地震预测进行了探索, 对孔隙度、地层压力、脆性等“甜点”要素的预测方法进行了研究; 陈树民等^[15]对松辽盆地古龙页岩油地震“甜点”预测技术进行了探讨, 分析了古龙页岩油的岩石物理特征并探讨了其地震响应特征; 柳忠泉等^[16]对吉木萨尔页岩油“甜点”预测方法进行了研究, 利用波形指示反演的方法提高对页岩“甜点”段的分辨率; 邓儒炳等^[17]对页岩油藏“甜点”地震响应特征的不确定性进行了分析。总体而言, 物探技术在页岩油勘探开发中显现度不高。笔者从多年工作的经验以及对中国陆相页岩油的地质特征的粗浅认识出发, 对中国陆相页岩油勘探开发中面临的挑战以及技术对策和发展方向进行了思考, 以期引发关于这个领域更为深入广泛的讨论和思考。

根据焦方正等^[18]、付金华等^[19-20]和付锁堂等^[21]的划分方法, 中国陆相页岩油可划分为3类: 夹层型、混积型与页岩型(表 1)。夹层型是指页岩层系整体含油, 层系内有一层或多层薄砂层或其它储集岩分布, 与页岩互层。在这种地层结构中, 页岩层整体含油, 储集层物性较好, 与源岩直接接触, 成为有利的页岩“甜点”段。鄂尔多斯盆地的长7段与三塘湖盆地的马郎凹陷条湖组^[22-23]即为这种类型页岩油的代表, 在中石化探区内的泌阳凹陷核桃园组以及潜江凹陷潜江组盐间页岩油可归为此类。这类页岩油勘探开发中对于石油物探而言, 重点是确定“甜点”段空间展布, 并实现对“甜点”段物性的预测。混积型页岩油是指受气候韵律和水动力条件变化、不同物源混积、有机质絮凝等多因素形成的纹层状混积页岩层系整体含油的油藏, 这种页岩油层的特点是页岩层系整体含油, 岩石矿物组分复杂, 岩性复杂, 有利岩性段内形成有利储集体, 页岩油在有利岩性段内富集形成“甜点”。准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组^[24-25]、渤海湾盆地沧东凹陷孔二段^[26]等页岩油为此种类型。混积型页岩油勘探开发中物探的重点和难点是实现可靠的岩性、岩相预测。页岩型是指纯页岩段具有一定的渗流能力, 既是生油层也是含油储集层, 如松辽盆地青山口组纹层型、页理型页岩^[27-28]。这类油藏的特点是“甜点”段物性较好, 纹层、页理发育。

表 1

表 1 陆相页岩油“甜点”类型及地质特征[18-21] 主要类型 实例 地质特征 夹层型 砂岩型 鄂南长7段 源储共存、页岩层系整体含油, 薄层砂岩有利储集层近源形成“甜点” 凝灰岩型 马郎凹陷条湖组 源储共存、页岩层系整体含油, 凝灰质有利储集层近源形成“甜点” 混积型 砂质云质型 吉木萨尔凹陷芦草沟组 源储共存、页岩层系整体含油, 砂质、钙质等有利储集层源内形成“甜点” 白云质型 沧东凹陷孔二段 源储共存、页岩层系整体含油, 白云质等有利储集层源内形成“甜点” 灰质型 川中大安寨段 源储共存或一体、页岩层系整体含油, 灰质岩等有利储集层源内形成“甜点” 页岩型 纹层型 松辽盆地中部青二段 源储一体、页岩整体含油, 砂质、钙质页岩有利储集层源内形成“甜点” 页理型 松辽盆地中部清一段 源储一体、页岩整体含油, 砂质、钙质页岩有利储集层原地滞留石油形成“甜点”

表 1 陆相页岩油“甜点”类型及地质特征[18-21]

页岩油勘探开发对石油物探既有一些共性和普遍性的技术需求, 也有一些探区特有或油藏类型特有的技术需求^[29-30]。整体而言, 页岩层系具有分布范围广, 较为稳定的特点, 因此, 物探工作的首要任务是查明页岩层系的空间分布, 确定目的层的构造地层特征。在东部以及地表地质条件较为简单的地区, 这一任务较易实现, 而在中西部地表复杂的探区实现这一基本任务仍面临巨大挑战。而且, 页岩油开发以长水平井段开发为特点, 合理、精确设计井轨迹对高效开发至关重要, 这对利用物探手段获取构造地层要素提出了更高的精度要求。这些地质任务要求物探在资料采集、处理和解释等环节必须有严格的质量控制和更为全面、系统的流程设计和管理。

页岩层系具有明显的各向异性特征。纹层、页理的发育使页岩层系整体上表现为VTI介质特征, 在构造应力的作用下, 局部“甜点”部位发育高角度缝, 使介质表现出正交各向异性特征。利用地震资料获取各向异性参数对于认识页岩纹层、层理发育情况、裂缝发育状况非常重要。因此要求在地震资料采集前要充分考虑获取各向异性参数的技术需求。

不同于常规油藏地球物理工作, 页岩油“甜点”预测涉及到对页岩层系的总有机碳含量(TOC)、孔隙度、孔隙地层压力以及应力的预测, 完成这些预测工作需要利用叠前反演技术对页岩层系的弹性参数进行预测^[31-34], 这就要求地震资料具有较高的信噪比和丰富的大角度反射信息。

具体到不同类型的页岩油目标, 物探技术需求重点也会有一些不同之处。夹层型页岩油目标一般具有夹层厚度薄, 与页岩互层的特点, 对于有利“甜点”段空间分布的准确预测是物探面临的主要问题。在准确预测“甜点”段空间展布的基础上, 还需要对“甜点”段的物性及含油气性进行预测, 这是较之常规油藏地球物理描述难度更大的一个技术问题。混积型页岩目标具有岩性、岩相复杂的特点, 在地质研究确定有利岩相的基础上, 需要进一步明确有利岩相的岩石物理特征, 进而实现对有利岩相的预测。页岩型目标的纹层、页理发育, 纹层、页理既是原油的有效储集空间也是原油渗流的有利通道, 其对物探技术的主要需求是如何实现对页岩纹层、页理发育程度的有效预测和表征。

超长水平井段和井工厂模式决定了页岩油相关物探工作的首要任务是准确查明页岩层系的构造地层分布状况。在地表复杂探区(如鄂南黄土塬探区等), 完成此任务面临着地震采集、处理、解释等环节的一系列挑战。复杂地表地震资料采集环境下, 各类干扰比较严重, 资料信噪比较低。室内初至拾取、静校正、地表一致性校正等处理环节的输出结果可能不甚理想, 近地表速度模型精度不高, 这些因素都会给成像质量造成影响, 并对后续精细构造解释带来困难。因此, 地表复杂探区高精度地震成像和高精度构造地层解释是页岩油物探工作面临的主要挑战之一。

对于夹层型页岩油藏, 物探面临的直接挑战是如何对页岩的薄“甜点”夹层进行精细描述。陆相夹层型页岩油藏的沉积特点决定了夹层厚度小(1~5m), 横向变化较快。地震资料的分辨率一般很难满足直接分辨这些薄夹层的要求, 对薄夹层的空间展布及其物性的精细描述也是物探工作必须直面的挑战。混积型页岩油藏物探工作的最大挑战是复杂岩性和岩相的识别与描述。混积岩的地质特点决定了其矿物组分复杂、岩性多样、岩相复杂, 由此导致不同岩性、岩相的弹性参数特征不明晰, 难以确定有效区分不同岩相的弹性参数, 因此, 常规解释和反演方法难以实现对此类页岩油藏有利岩相的精确描述。纯页岩型油藏物探工作面临的主要挑战是如何预测页理、纹层及裂缝的发育状况。金之钧等^[35]指出, 页岩油藏的水平渗透率通常是垂直渗透率的数十倍到几百倍, 因而纹理、页理发育是页岩油高产的主要地质控制因素。如何对页岩层系的页理及层理发育状况进行预测尚无成熟有效的方法, 也是当前页岩油勘探开发所亟待解决的物探技术难题。

页岩油勘探开发还面临地质-工程复合型“甜点”预测技术挑战。地质“甜点”预测通常包括TOC、孔隙度以及裂缝等地质参数的预测。其中, TOC预测是页岩油藏特有的问题。有机质含量对地震反射特征的影响、TOC与弹性参数的定量关系需要通过深入细致的地震岩石物理研究进行厘清。工程“甜点”预测通常包括孔隙地层压力、地应力、地层可压性预测。页岩层系渗透性差, 页岩油的产量往往与孔隙地层压力密切相关。另外, 地应力与地层可压性决定水平井轨迹方位、地层压裂设计和现场储层改造的效果, 因此孔隙地层压力、地应力、可压性的预测是页岩油工程“甜点”预测的重要内容。从目前的技术手段来看, 相关物探工作都面临着巨大的挑战。首先, 尽管孔隙地层压力预测方法众多^[36-39], 但是都存在一定的局限性。页岩油井地层压力的测试难度大, 测试样点少, 测井评价有一定困难, 可能会造成地层压力与岩石弹性参数之间的关系无法厘清, 增加了地震预测的难度。另外, 中国陆相页岩油存在于经历多期构造运动的盆地之中(如四川盆地及周缘、鄂尔多斯盆地等), 由于地层经历多次埋深、抬升过程, 地层正常压实趋势的建立存在困难, 也限制了孔隙地层压力预测工作。地应力预测往往与孔隙地层压力预测紧密相连, 孔隙地层压力预测中面临的问题在地应力预测中都难以回避, 并且地应力预测过程更为复杂, 需要综合多学科信息才能完成。工程“甜点”预测的另一个重要方面是可压性预测。针对地层可压性预测开展的物探工作主要是脆性指数预测, 而脆性指数主要利用弹性参数计算得到, 这种预测与真正意义上的可压性预测仍有较大差距。因此, 可压性预测仍是地球物理面临的巨大挑战。

页岩油物探工作面临的另一个挑战是压裂效果的地震监测。压裂改造体积规模、压裂效果评估等问题, 都需要利用微地震监测技术手段予以回答^[40-43]。目前, 微地震监测技术仍在不断丰富完善之中。井中微地震监测技术较为成熟, 但是应用条件比较苛刻, 成本较高; 而地表微地震监测技术仍面临微震信号弱、噪声强、到时自动拾取困难等问题。

在充分理解陆相页岩油地质特征并充分认知物探技术面临挑战的基础上, 在实践中采取针对性的技术对策, 才能解决陆相页岩油勘探开发中的物探技术难题。兹从我国页岩油勘探开发已有实践出发, 对地震资料采集与成像、夹层型页岩油薄层预测、混积型页岩油复杂岩性及岩相识别、纯页岩型页岩油目标的页理缝分布预测、地质-工程复合型“甜点”地球物理评价4个方面较为成功的一些技术对策进行介绍。

在页岩油探区地震资料采集与成像处理方面, 一些页岩油探区近年来推广采用“宽频、宽方位、高密度”(两宽一高)的地震采集技术和一系列针对性的处理技术, 为页岩油构造落实和“甜点”预测奠定了较好的资料基础。

以渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷牛庄洼陷为例, 页岩油地质目标描述要求地震资料要有尽可能高的分辨率, 页理、纹层以及裂缝的预测需要有宽方位的地震信息, 高精度成像和高精度构造解释需要有高密度的地震资料作为基础。在“两宽一高”的基础上, 地震资料采集还要结合“甜点”预测的技术需求, 适当加大炮检距, 丰富远炮检距地震信息, 这是弹性参数高精度反演的要求。为满足这些地质需求, 2019年在牛庄洼陷进行了新的地震资料采集, 采集的资料整体频带较宽, 目的层沙三段优势频带4~80Hz, 宽方位, 炮道密度166.4×10⁴道/km², 最大炮检距5198.83m。

在地震资料处理的相关环节, 地表复杂探区地震资料处理要特别注意做好静校正以及速度建模, 尤其是表层速度建模, 以获取可靠的空变速度场。同时还要应用各向异性处理技术, 重视页岩层系速度各向异性问题, 在实践中大力推广使用OVT处理技术, 为裂缝预测工作提供可用的道集资料。丰富的远角反射信息是高精度叠前反演的基础, 在处理中要特别注意保留远道信息。在牛庄洼陷新采集资料的处理中, 考虑以上因素, 采用了一些针对性的处理技术(图 1)。在保持地震资料信噪比的前提下, 叠前反Q补偿技术可显著提高目的层资料的分辨率; 对称片梯形置换规则化处理技术可以消除炮检点变观造成的数据缺失与不规则问题, 改善面元细分观测系统横向覆盖次数的一致性, 数据规则化处理后, 空道大幅减少, 单个OVT片内数据更均匀, 有效信息更丰富, 资料信噪比也得到提升(图 2); 针对页岩油目的层开展精细速度分析, 横向上加密速度分析点, 可以提高横向速度分析精度; 在OVT偏移处理之后, 目的层段螺旋道集(OVG)特征会得到凸显; 为了改善OVG道集的同向性, 可以采用非刚性匹配技术进行方位各向异性校正; 针对偏移后OVG道集上的多次波干扰, 采用高精度拉冬(Radon)变换多次波压制技术, 可以显著减弱多次波的影响; 针对偏移后OVG道集上的随机噪声, 可以进一步采用四维去噪技术提高道集信噪比、改善保幅性。从最终处理成果剖面看, 新处理资料较老资料目的层分辨率得到提高, 层间信息更加丰富(图 3)。

图 1(Fig. 1)

图 1 页岩油地质-工程“甜点”预测针对性处理技术

图 2(Fig. 2)

图 2 OVT域数据规则化处理前(a)、后(b)叠加剖面

图 3(Fig. 3)

图 3 页岩油目标处理前(a)、后(b)地震剖面

鄂南长7段页岩油是前述夹层型页岩油的典型例子。从岩性组合、砂体厚度等因素考虑, 可以大致划分为3种类型^[23], 如表 2所示。3种类型之中, Ⅱ、Ⅲ类虽有少量井获工业油流, 但是产量递减快, 很难实现有效开发。其中, Ⅱ类面临的最大问题是薄层预测问题, 此类页岩油也是夹层型页岩油经过技术攻关有望取得突破、且潜力较大的一种亚类型。基于此种情况, 中石油长庆油田近年在城80区块进行了技术攻关, 依据攻关成果部署了城页1井、城页2井, 取得了明显的勘探成效。

表 2

表 2 鄂尔多斯盆地长7段页岩油类型划分及特征对比[23] 类型 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 岩性组合 多期叠置砂岩发育 厚层泥页岩加薄层粉细砂岩 纯页岩 砂地比, % 20~30 5~20 ＜5 砂体叠置厚度/m ＞4 2~4, 多薄层叠置 ＜2

表 2 鄂尔多斯盆地长7段页岩油类型划分及特征对比[23]

此类“夹层型”页岩油目标的勘探需求推动了地震采集、处理、解释技术进步。近年来通过物探技术攻关, 发展了井炮和可控震源混采的黄土塬三维地震勘探技术, 覆盖次数可达320次, 获得了品质较高的地震资料。在地震资料处理方面, 形成了一系列高保真、高精度的地震成像技术, 地震剖面主频达到35Hz左右, 频宽在6~70Hz, 钻井合成记录匹配度87%左右。在地震资料解释方面, 测井约束岩石物理建模、广义S变换时频分析、稀疏层反演、波形指示反演、人工神经网络多属性融合等技术的研发应用取得了实际成效。这些技术为描述微幅构造、精细刻画砂体、指导水平井轨迹设计发挥了卓有成效的物探技术支撑作用。其中广义S变换时频分析技术凸显了薄层粉细砂岩的地震响应特征, 薄层砂体识别精度可以达到8m。陇东地区一些井的钻探实例证明了地震勘探技术进步在“夹层型”页岩油目标勘探中所起的重要作用(图 4)。

图 4(Fig. 4)

图 4 时频分析结果指导钻井轨迹设计[23]

混积型页岩油层系岩性一般较为复杂, 对此类页岩油目标进行勘探开发, 复杂岩性、岩相识别和预测非常重要。准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组是此类页岩油目标的典型例子。在该凹陷, 芦草沟组为粒度较细的咸化湖盆沉积, 厚度为100~350m, 不同岩性互层频繁, 混积岩类发育, 储层有粉砂岩、砂质白云岩、泥质白云岩、白云质砂岩、白云质泥岩等多种岩性类型。此类页岩油“甜点”相对于围岩而言, 具有自然伽马中高值、深侧向电阻率明显升高的特征, 从弹性参数特征来看, 此种类型页岩油“甜点”具有较低阻抗背景下的中高阻抗特征, 反映刚性沉积颗粒相对较为发育。此类页岩油目标具有一定的厚度, 但是岩性、岩相的预测准确度非常关键。

从图 5也可以看出, 岩性、岩相预测的重要性和面临的困难。在图 5中, 油层样点相对于非油层样点尽管纵波阻抗偏高, 但是值域重叠非常严重, 纵波阻抗很难对与油层样点相关的岩性、岩相进行有效区分。同时孔隙度和纵波阻抗的相关性非常差, 进一步说明了纵波阻抗很难对控制物性好坏的岩性、岩相进行有效区分。在这种情况下, 岩性、岩相的识别就不能仅仅局限于由叠后波阻抗反演得到的声阻抗。此类目标的岩性、岩相识别应该从岩石物理模型构建入手, 构建包含多个岩石物理参数(如纵横波波阻抗、纵横波波速比、泊松比、泊松阻抗等)的岩石物理量版, 从交会统计分析中寻找对不同岩性、岩相具有明显区分度的岩石物理参数或参数组合, 再通过叠前弹性参数反演获取这些岩石物理参数, 实现对混积型页岩油岩性、岩相的有效识别, 并在岩性、岩相识别的基础上, 通过开展相控储层参数反演来达到页岩油“甜点”精准预测的目的。

图 5(Fig. 5)

图 5 吉木萨尔凹陷某井芦草沟组核磁孔隙度与纵波阻抗交会分析结果[16]

纯页岩型页岩油目标可以细分为页理型和纹理型。松辽盆地青山口组发育此种类型。此种页岩油目标为陆相淡水湖盆沉积环境最大湖泛期沉积形成, 富含有机质且成熟度较高。此种类型目标页岩占比往往超过95%^[44], 决定原油赋存空间的是其中孔渗性相对较好的部位, 这些部位与裂缝发育状况关系密切。裂缝预测对此类目标的勘探开发非常关键。

对松辽盆地古龙页岩油藏等目标的岩心分析可知, 此种类型页岩油目标涉及到的裂缝类型主要包含高角度裂缝和水平页理缝。对于高角度裂缝的预测, 目前有相干、曲率、蚂蚁体等基于叠后几何属性异常的分析方法^[45-46]。但是水平页理缝的预测还缺少成熟有效的地球物理手段。岩石物理分析表明, 页理缝的发育程度与页岩表现出来的各向异性强弱关系较为密切^[44]。页岩各向异性的强弱与垂直页理方向的纵波速度有关, 可以通过VTI各向异性介质模型来开展研究, 进而推测页理缝的发育程度^[46]。具体的实现途径是通过VTI介质反射系数方程进行AVO分析和反演, 结合岩石物理分析结论进行各向异性强度预测, 间接地预测页理缝的发育程度。初步研究结果表明, 该途径具有较强的适用性(图 6)^[44]。

图 6(Fig. 6)

图 6 页岩层各向异性强度地震反演预测效果[44]

地质-工程“甜点”地球物理评价应特别重视岩石物理基础的研究。只有通过实验岩石物理、测井岩石物理以及地震岩石物理分析, 才能真正查明页岩油地质-工程“甜点”要素(总有机碳含量、孔隙度、脆性等)与动、静态弹性参数之间的关系, 研发适用的地质-工程“甜点”地球物理评价方法。

胜利油田牛庄洼陷页岩油勘探实践表明, 总有机碳含量(TOC)是页岩生烃潜力的重要指标, 结合典型井总有机碳实验室测量结果及ΔlogR模型, 就可以由测井资料计算出页岩段总有机碳含量的连续曲线。富含有机质岩石往往呈现低密度、低速度的特征, 这样就可以通过弹性参数与总有机碳曲线的交会分析结果确定相应的弹性参数门槛值, 为利用叠前弹性参数反演获取表征有机质丰度的三维数据体提供依据。同样, 岩石物理实验分析结果表明, 岩石脆性和岩石的矿物组分构成关系密切。通过泥页岩层系岩石物理特征分析发现, 页岩脆性矿物含量高的层段总体表现为高杨氏模量、高剪切模量、低泊松比的特征。基于这种认识, 可利用泊松比和杨氏模量构建页岩脆性指数, 进而通过泊松比和杨氏模量反演数据体预测页岩层系的岩石脆性(图 7)。

图 7(Fig. 7)

图 7 叠前弹性参数反演脆性指数预测剖面

石油物探作为服务于石油勘探开发的重要技术手段, 其首要任务和存在价值是满足石油勘探开发地质需求。这决定了物探技术的发展以需求为导向, 陆相页岩油物探技术发展同样也要遵循这一原则。从需求导向出发, 陆相页岩油物探技术应重视以下发展方向。

1) 在地震资料采集方面, 分布式、智能化采集仪器和基于压缩感知的非规则采集技术将是今后发展的主要方向。如前所述, 页岩油藏的特点决定了宽频带、宽方位、高密度地震采集技术是页岩油物探技术获得应用成效的基础。同时, 地质“甜点”与工程“甜点”预测的需求比任何领域都更为需要丰富可靠的大角度反射信息, 这就需要在宽频带、宽方位、高密度的基础上进一步增加炮检距, 意味着需要更长、更宽的采集排列, 其必然会导致成本的增加, 而分布式、智能化采集仪器的广泛应用可以有效降低施工成本。基于压缩感知的非规则采集技术在中东地区成功应用的实践表明, 该技术可以极大地提高生产效率、降低成本。这些技术的推广应用既能保证页岩油勘探开发实践需求, 又可以有效地降低勘探成本, 是页岩油勘探开发中物探技术必然的发展方向。

2) 在地震资料处理方面, 各向异性处理技术将得到广泛的应用和发展。地下介质(包含页岩层系)从宏观上呈现为层状介质, 决定了其本身呈现强各向异性特征, 因此, 相关的处理过程也应该充分考虑各向异性因素。各向异性处理主要包括各向异性速度分析和各向异性偏移成像两个方面。在速度分析环节要研究不同方位射线速度的差异, 借助不同方位射线速度差异确定地层的宏观各向异性参数。在此基础上, 利用各向异性偏移算法进行偏移成像, 才能更好地逼近地下介质的真实情况。从方法来讲, 当前已有较为成熟的TTI介质偏移成像算法, 但是方法技术和规模化应用之间仍有距离, 推广OVT域处理技术是当前及未来一段时间页岩油探区地震资料处理优先考虑的现实途径。

3) 在叠前弹性参数反演方面, 高分辨率反演技术将得到广泛应用和进一步的发展。页岩油藏, 特别是夹层型页岩油藏, “甜点”层段厚度不大, 需要应用高分辨反演技术进行刻画和描述。基于L₁范数的地震高分辨率反演方法具有分辨率高且稳定可靠的特点, 将来有可能取代目前大量使用的约束稀疏脉冲反演方法成为主要的反演技术手段, 并在页岩油勘探开发中发挥重要作用。

4) 页岩油物探技术发展的另一个重要方向是各向异性参数反演技术。页岩层系本身具有显著的各向异性特征, 预测其各向异性参数有助于对页岩层的“甜点”要素参数进行评价, 是页岩油勘探开发中物探技术必须大力发展的方向。目前, 基于HTI介质的反演方法有所进展, 而针对页理、纹层发育状况预测的基于VTI介质的反演方法仍需进一步研究。开展此方面的研究, 要充分重视裂缝储层岩石物理理论和五维地震裂缝预测技术手段的结合^[47-48]。

5) 在常规岩石物理实验分析的基础上, 应大力发展数字岩石物理技术。页岩油藏的孔隙结构、有机孔-无机孔的分布以及众多“甜点”要素参数与弹性参数间的关系需要通过岩石物理技术, 特别是数字岩石物理技术来确定。常规实验方法难以精确地测定页岩层的孔、渗特性并进行相关的流体替换实验, 或者因为测试成本高而造成测试样本过少, 导致分析困难, 数字岩石物理技术的有效应用可以在一定程度上解决这些难题。

6) 页岩油“甜点”预测技术与压裂模拟等工程环节相结合, 实现多学科融合的地层可压性预测是物探技术的另一个发展领域。如前所述, 借助于反演弹性参数, 物探工作者实现了地层脆性预测, 但是距离地层可压性预测需求仍有较大距离。页岩层的可压性是以地层压裂效果评价为目的的一个综合性指数, 既与地层的应力、压力状态、压裂工艺参数有关, 也与地层本身的弹性性质有关。因此, 在弹性参数反演以及孔隙地层压力、地应力预测的基础上, 进一步与工程压裂相结合, 实现系统的地层可压性预测是必然的技术发展方向^[49-50]。

7) 应用人工智能实现页岩油藏“甜点”预测乃至页岩油藏产能预测是今后页岩油物探技术发展的主要方向之一。陆相页岩油藏“甜点”要素参数与弹性参数之间关系的复杂性决定了陆相页岩油“甜点”预测是一个极其困难的问题。“甜点”要素的地震响应特征往往难以在现有的理论框架下得到有效的解释, 因此常规页岩油“甜点”预测方法具有很强的多解性和不确定性。人工智能可以综合多种输入信息实现对目标属性的预测, 使地震资料海量信息以及丰富的地质、测井信息得到充分应用, 有助于减少多解性与不确定性, 提高预测精度。目前, 支持向量机技术已经得到一定程度的应用, 深度学习等相关算法也必将会在页岩油“甜点”预测中得到更多的应用。

8) 实现微地震压裂监测的实时化, 并指导压裂施工是压裂监测技术的主要发展方向。当前的压裂监测技术距离实时化仍有一定差距, 更多的是帮助人们认识压裂的效果和压裂所产生的现象, 并没有真正地指导压裂施工。进一步提高算法精度、实现微地震事件的实时监测和解释, 并指导压裂工艺参数调整是压裂监测进一步发展的方向。

中国陆相页岩油勘探开发已经取得实质性的突破和进展, 中石化探区内的陆相页岩油勘探也取得了突破。可以预见, 陆相页岩油将成为中石化增储上产的重要领域之一。物探技术必然会在页岩油勘探开发中发挥重要作用, 这就要求物探工作者充分认识页岩油藏的地质特征, 制定针对性的技术对策, 在勘探开发需求推动下, 把握页岩油物探技术发展方向, 在实践应用中不断丰富完善方法技术。

高品质地震资料是一切应用的基础, 页岩油物探工作需要有宽频、宽方位、高密度的地震资料作支撑, 因此要大力推广应用采集新技术, 既实现降本增效, 又满足页岩油“甜点”预测技术需求。在此基础上, 要本着系统化的原则, 以“甜点”预测需求为核心, 在地震资料处理环节考虑构造-地层精细解释、不同类型页岩油“甜点”描述、地质-工程复合型“甜点”地球物理综合评价对地震品质的要求进行处理方案设计和统筹, 研发针对性的处理技术。在页岩油“甜点”预测和综合研究中, 要立足实践需求, 锚定未来发展方向, 在高分辨率叠前弹性参数反演、各向异性参数反演、数字岩石物理、地层可压性预测、人工智能技术应用、实时微地震监测方面持续发力, 更好地服务页岩油勘探开发实践, 在页岩油增储上产过程中发挥物探技术的支撑与引领作用。