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  中国石油勘探  2020, Vol. 25 Issue (1): 67-77  DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2020.01.007
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引用本文 

付锁堂, 王大兴, 姚宗惠. 鄂尔多斯盆地黄土塬三维地震技术突破及勘探开发效果[J]. 中国石油勘探, 2020, 25(1): 67-77. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2020.01.007.
Fu Suotang, Wang Daxing, Yao Zonghui. Progress of 3D seismic exploration technologies and oil and gas exploration and development performance in the loess tableland area of the Ordos Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2020, 25(1): 67-77. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2020.01.007.

基金项目

国家科技重大专项“鄂尔多斯盆地致密油开发示范工程”(2017ZX05069),“鄂尔多斯盆地大型低渗透岩性地层油气藏开发示范工程”(2016ZX05050);中国石油天然气集团公司重大专项“长庆油田5000万吨持续高效稳产关键技术研究与应用”(2016E05)

第一作者简介

付锁堂(1962-), 男, 甘肃天水人, 博士, 2004年毕业于成都理工大学, 教授级高级工程师, 主要从事石油天然气地质综合研究及管理工作。地址:陕西省西安市未央区未央路151号, 邮政编码:710018。E-mail:fst_cq@petrochina.com.cn

文章历史

收稿日期:2019-05-06
修改日期:2019-11-25
鄂尔多斯盆地黄土塬三维地震技术突破及勘探开发效果
付锁堂1,2, 王大兴1,2, 姚宗惠3     
1. 中国石油长庆油田公司;
2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室;
3. 中国石油集团东方地球物理公司长庆物探处
摘要: 鄂尔多斯盆地黄土塬地区为举世闻名的地震勘探难区,为解决页岩岩性甜点预测、低幅度构造刻画、小断层和裂缝分布、水平井实时导向等高效油藏的勘探开发问题,通过多年地震持续攻关,创新了黄土塬井炮和低频可控震源“井震联合激发”的宽方位高覆盖三维地震勘探、超深微测井约束的三维网格层析静校正和黄土塬近地表吸收补偿、多属性降维和地质概率融合评价的甜点预测等多项技术,在陇东黄土塬合水县和宁县盘克“井震联合激发”三维区,地震地质导向页岩油水平井开发,油层平均钻遇率达87.4%,比不用地震导向提高10%以上,创建了长庆油田地震技术应用与油田开发结合的典型示范区。在宁夏盐池地区推广应用低频可控震源高覆盖三维地震技术,预测成功率为72.1%,较以往二维地震提高了一倍多,实现了黄土塬地震勘探技术的突破,有力支撑了油气勘探新发现和油气田高效开发。
关键词: 鄂尔多斯盆地    黄土塬    地震勘探    低频可控震源    页岩油开发    
Progress of 3D seismic exploration technologies and oil and gas exploration and development performance in the loess tableland area of the Ordos Basin
Fu Suotang1,2 , Wang Daxing1,2 , Yao Zonghui3     
1. PetroChina Changqing Oilfield Company;
2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil and Gas fields;
3. Changqing Geophysical Exploration Office of BGP Inc., CNPC
Abstract: The loess tableland area of the Ordos Basin is a world-famous challenging area for seismic exploration. In order to solve issues in high-efficient oil exploration and development, such as sweet spots prediction in tight reservoirs, characterization of low-amplitude structures, distribution of small faults and fractures, and real-time geo-steering drilling in horizontal wells, studies have been carried out for many years on seismic exploration and several technologies have been developed, such as 3D seismic exploration with wide azimuth and broad coverage excited jointly by well shot on loess tableland and low-frequency vibrator, 3D grid tomographic static correction constrained by ultra-deep micro-logging and near-surface absorption compensation on loess tableland, and sweet spot prediction based on comprehensive evaluation of multi-attribute dimension reduction and geological probability, etc. In the Panke 3D "joint excitation of well shot and vibrator" seismic survey area of Heshui County and Ning County loess tableland of Eastern Gansu Province, the average penetration rate is up to 87.4% in tight reservoirs, with seismic geo-steering drilling in horizontal wells, which is more than 10% higher than that without seismic geo-steering tool. It has become a typical demonstration area in the Changqing oil field which combines seismic technologies application with oilfield development. In the Yanchi area of Ningxia province, 3D seismic exploration with low-frequency vibrator and broad coverage technologies have been applied widely. The success rate of reservoir prediction is 72.1%, which is more than twice as high as the previous 2D seismic survey. It has achieved the breakthrough in seismic exploration technologies in the loess tableland area and strongly supported new discoveries and efficient development in oil and gas fields.
Key words: Ordos Basin    loess tableland    seismic exploration    low-frequency vibrator    shale oil development    
0 引言

鄂尔多斯盆地南部黄土塬覆盖区面积约为15×104km2,占盆地面积的60%。该区油气资源量非常丰富,目前长庆油田大部分石油勘探开发区和部分天然气勘探区均位于该区。截至2018年底,在黄土塬区落实提交石油三级储量70.46×108t、天然气三级储量2.87×1012m3,油气三级储量当量占长庆油田三级储量的68.9%。黄土塬区石油产量占长庆油田石油总产量的92%,天然气产量占41%。黄土塬区油气储层平均孔隙度为6%~14%,渗透率为0.1~5.0mD,属典型的低渗透—致密(页岩)岩性油气藏[1-2]

鄂尔多斯盆地南部黄土塬区地表复杂,发育巨厚、干燥、疏松的黄土层[3]。一般情况下,黄土密度为1.3~1.7g/cm3,纵波速度为400~1800m/s,横波速度为200~700m/s,且密度、速度随深度增加连续变化;黄土塬地貌沟壑纵横,地形起伏剧烈(1100~1800m),黄土厚度变化大(30~300m),部分沟中出露一套巨厚、疏松、成岩性极差的罗汉洞组砂岩和洛河组砂岩。与其他复杂地表条件的盆地类似[4-8],鄂尔多斯盆地黄土塬区地震地质条件复杂多变,地震激发和接收条件非常差,导致地震资料干扰波发育、静校正问题突出、高频吸收衰减严重、资料分辨率及信噪比极低,利用地震勘探技术预测油气有效储层难度极大。以往通过各种非地震方法试验[9-12],在间接获取油气勘探信息方面进行了尝试,但要获取直接反映油气储层界面的信息还需地震勘探来解决。最近10年来,随着近地表调查技术和可控震源激发技术的进步[13-15],通过艰苦的黄土塬地震攻关,试验成功了黄土塬区独特的井炮和低频可控震源联合激发(井震联合激发)的宽方位高覆盖三维地震采集技术,获得了高品质的三维地震数据体,为页岩油甜点储层预测及指导水平井轨迹设计奠定了资料基础。该项技术引领了未来鄂尔多斯盆地南部黄土塬区地震采集技术发展的方向,标志着地震技术在黄土塬区非常规油气复合叠置区勘探与开发中实现了历史性转变和突破性。

1 黄土塬地震勘探历程

黄土塬地震勘探始于20世纪70年代初期,从单次覆盖沟中弯曲测线地震勘探技术,发展到上百次覆盖的黄土山地多线和沟塬联线地震勘探技术,以及试验了引进俄罗斯专家指导的网状三维地震勘探技术,受技术条件限制,地震勘探没有取得实质性效果。进入21世纪以来,在鄂尔多斯盆地南部黄土塬区攻关形成了独具特色的黄土塬非纵向(炮线平行偏离接收线1~1.5km)二维地震勘探技术,它借鉴了三维地震勘探的优点,采用激发线与接收线分离的方法,适用于地表复杂但地下水平层状介质平缓的地台区,从传统的二维线元叠加过渡到类似三维的面元叠加,提高了目的层的压噪效果,从而提高了资料的信噪比和分辨率。非纵向二维地震资料品质较以往所有黄土塬二维测线有所提高,特别是中生界目的层反射,在采集上就避开了黄土塬底部强烈折射干扰,在长庆油田中生界石油勘探中发挥了一定的作用。但是由于非纵向二维观测系统采集方位角较窄,更接近于一种简易的束线观测,达不到三维地震噪声压制和聚焦反射能量的效果,因此,古生界及深层的地震资料反射品质较差,无法满足鄂尔多斯盆地多层系油气勘探开发,特别是开发水平井地质导向的技术需求。

2 黄土塬地震技术的突破

中国黄土塬分布广泛、厚度大,尤其陇东、陕北和晋西黄土层最具代表性[16]。鄂尔多斯盆地陇东地区黄土塬属典型的黄土塬山地,发育塬、峁、梁、沟等沟壑纵横复杂多变的地貌(图 1a),黄土塬表层为干黄土,向下逐渐变为潮湿黄土至胶泥及砂岩,黄土层为3层结构,下伏为高速砂岩层,随着深度加深速度逐渐变大(图 1b)。目前,鄂尔多斯盆地发现的绝大多数油田和部分气田分布在南部黄土塬区(图 1c)。构造单元属于伊陕斜坡和天环坳陷南部。2017年依托国家科技重大专项“鄂尔多斯盆地致密油开发示范工程”,选择位于甘肃省陇东黄土塬的庆阳市合水县和宁县境内盘克区,开展黄土塬宽方位高覆盖三维地震技术试验攻关,精细描述小幅度构造、古地貌、小断裂和裂缝分布,预测砂体及有效储层,实现6~8个页岩油开发甜点的预测,形成黄土塬宽方位三维地震页岩油预测示范技术,为油藏评价、井位部署和开发水平井轨迹导向提供重要的技术支撑。

图 1 鄂尔多斯盆地地貌和油气分布图 Fig. 1 Geomorphologic and hydrocarbon distribution of Ordos Basin
2.1 井震联合激发技术

围绕黄土塬页岩油甜点储层预测的地质目标,针对巨厚干燥黄土地震波吸收衰减作用强、塬上障碍物密集、炮点布设难和页岩油储层内幕反射成像精度低等难点,依据近年来鄂尔多斯盆地黄土塬地震采集中取得的丰富经验和技术方法,进行了有利于提高激发能量、提高覆盖次数、保真去噪、采集属性均匀、适于叠前参数反演和裂缝检测的观测系统设计,开展了复杂黄土塬区激发和接收采集参数现场试验及优选研究工作。

2.1.1 面向页岩油甜点预测需求的“全方位、高覆盖”三维地震观测系统设计技术

通过地质、测井、地震资料综合研究,鄂尔多斯盆地中生界延长组长7段页岩油甜点储层具有非均质性强、储层与围岩地震波阻抗差异小、甜点储层纵向结构复杂的特点。“全方位、高覆盖”观测系统有利于压制噪声,提高叠前偏移成像质量;有利于全波场地震信息采样,提取甜点地震属性;有利于叠前反演和各向异性分析,计算杨氏模量及泊松比,从而估算出页岩油甜点储层的脆性、裂缝密度、孔隙度、TOC四要素[17],满足页岩油甜点预测需求。盘克黄土塬攻关区通过优化观测系统后,采用32线5炮200道,面元为20m×20m,排列片观测总道数达到6400道,覆盖次数达到320次,炮道密度达到80×104道/km2,目标层实现全方位观测,摒弃了窄方位观测系统的缺陷,为非均质甜点储层三维空间精细刻画和微裂缝检测提供了高保真地震数据。

2.1.2 提高激发点布设密度的黄土塬区井震联合激发技术

为确保激发效果和获得深层反射能量,提高激发点密度和覆盖次数,创新提出了黄土塬区井炮和低频可控震源联合激发的三维地震勘探技术。近年来高性能高精度可控震源技术迅速发展,激发频率从6~120Hz的KZ28-AS常规可控震源,发展到3~140Hz的BV620-LF低频可控震源,再发展为1.5~160Hz的EV-56高精度可控震源;频宽由114Hz拓宽到158Hz;激发重锤质量由4626kg提高到5900kg;3Hz激发能量可达峰值的60%以上,低频能量大幅度提升;具有成本低、无污染、连续作业的优势,可实现高精度高效绿色勘探。针对盘克三维地震工区黄土塬上障碍物密集、炮点布设困难、安全隐患大、井炮激发小药量带来的能量较弱等问题,借助上述先进的激发技术,为确保激发能量和增加采集覆盖次数,首次在黄土塬地区开展低频可控震源激发攻关试验取得成功。黄土塬低频可控震源采用长信号连续激发,获得了足够的激发能量,相对于井炮激发降低了黄土塬疏松地层对高频能量的吸收衰减,绝大部分震源能量用于产生传入地下的弹性波。同时可控震源相关技术使得外界环境噪声的影响受到压制,初值清楚,高频段信噪比获得显著提升,确保了地震资料品质。并且可控震源激发降低了房屋、道路等人文设施的损害影响,增加了三维区激发点密度,解决了黄土塬上大面积障碍物密集区炮点布设的大难题。而后,通过检波器接收方式参数优选、精细表层结构建模和浅表层吸收补偿技术,大幅度提高了采集资料品质和采集施工效率。因此,黄土塬低频可控震源激发具有能量强、频带宽、安全风险小、环保高效和资料品质好而稳定等优点,在黄土塬、梁、沟等平坦地区和乡村小路大道均可推广应用。高性能低频可控震源和井炮因地制宜、灵活应用,一举突破了黄土塬区制约地震品质提高的技术瓶颈。

在盘克黄土塬区三维地震施工面积为202.8km2,设计320次满覆盖面积为113km2。采用黄土塬井震联合激发施工,低频可控震源和井炮联合激发共计25491炮,其中井炮激发24184炮,可控震源激发1307炮,可控震源激发占总激发点数的5.1%(图 2ab)。黄土塬井震联合激发施工,激发点比原设计仅用井炮激发提升7%,井炮激发最低覆盖次数为260次,是设计320次的81%;井震联合激发最低覆盖次数为272次,是设计320次的85%(图 2cd),因此,黄土塬井震联合激发施工,最低覆盖次数比原设计仅用井炮激发提升4%。从可控震源激发与井炮激发试验的单炮记录分析看(图 3),低频可控震源1台和2台激发的单炮记录各频段能量和信噪比均比井炮5口组合激发高得多。因此,与常规黄土塬二维井炮采集相比,井炮和可控震源联合激发得到的宽方位三维地震资料,其能量和信噪比显著提高。采集实施后,中生界横纵比为1.0(全方位)、古生界横纵比为0.8(宽方位),原始采集资料主频达到30Hz,频宽达到65Hz以上,获得了高品质的黄土塬区三维地震资料。

图 2 井炮激发与井震联合激发的激发点分布和覆盖次数对比图 Fig. 2 Comparison chart of shot points distribution and coverage times between well shot and joint excitation of well shot and vibrator
图 3 可控震源激发与井炮激发的单炮记录和信噪比对比图 Fig. 3 Comparison chart of single shot record and signal-to-noise ratio between vibrator excitation and well shot excitation
2.2 近地表调查技术

针对鄂尔多斯盆地黄土塬复杂的表层条件,首次在黄土塬区完成的12口200~240m超深微测井资料,并且通过盘克黄土塬三维区20余口大钻井岩性分层,联合进行近地表结构、岩性变化和速度分布规律研究。首先,利用初至折射建立初始模型,采用超深微测井网格约束更新速度模型,逐步降低射线追踪计算的初至时间与实际旅行时的误差,用近偏移距约束层析反演极浅层速度模型,用全偏移距强约束层析反演深层速度模型,最终建立精细的近地表结构速度模型(图 4)。之后,通过5口双井微测井调查资料研究表层地层品质因子Q值,求取浅层Q值与速度关系,拟合获取盘克黄土塬三维区Qv关系。根据超深微测井约束反演速度模型,获取全区表层模型约束下的近地表Q场。研究结果表明,表层Q值平面图与表层属性相关性好,建立的表层模型合理,为后续高质量的静校正分析和吸收补偿处理研究,以及高分辨率地震资料处理奠定了坚实基础。

图 4 基于微测井网格约束反演近地表结构速度模型 Fig. 4 Inversion of near surface structure velocity model based on micro-logging grid constraints
2.3 地震处理技术

鄂尔多斯盆地黄土塬区三维地震资料主要难点是表层结构复杂、低降速层巨厚,地震资料信噪比低、分辨率低,高频吸收严重。地震处理面临以下3点难关:一是初至干扰太严重,初至拾取难度很大,造成静校正、叠前去噪和一致性保真处理问题突出;二是受障碍物及地形的影响,炮检点分布不均匀,资料空道多,采集脚印明显,进而影响数据规则化及偏移效果,造成CMP、CRP道集无法满足叠前储层预测的要求,OVT螺旋道集品质无法满足叠前裂缝预测的要求;三是低信噪比资料特别是道集资料影响速度建模精度、叠加及偏移成像效果。

2.3.1 超深微测井约束的三维网格层析静校正和近地表吸收补偿技术

在盘克黄土塬三维区由于利用了大钻井和微测井资料,反演出的表层速度及厚度与实际地表结构的一致性更好,建立的近地表结构速度模型更加准确,因此,表层模型约束的层析静校正处理极大地提高了静校正处理成像质量。此外,根据黄土塬地表起伏特点,形成了两步法地表一致性近地表吸收补偿处理技术,即在炮点域补偿来自炮点位置路径的吸收衰减,在检波点域补偿来自检波点位置路径的吸收衰减。黄土塬区近地表吸收补偿后,解决了沟塬吸收不一致的问题,主频提升3Hz,频宽提升10Hz。对比无约束层析和有约束层析静校正处理的叠加剖面,可以看出约束层析反演得到的近地表结构速度模型信息刻画更为准确,剖面成像质量得到明显提升,说明微测井约束的网格层析静校正能更好地解决黄土塬区三维资料的静校正问题。图 5是应用近地表吸收补偿前后的地震叠加剖面对比,近地表补偿由于消除了近地表对高频信息的吸收,所以提高了子波一致性和分辨率。利用Qv关系完成中、深层地层吸收补偿,进一步恢复深层弱信号能量,再通过反褶积可以进一步提高资料分辨率,改善深层成像质量。

图 5 近地表吸收补偿前、后剖面效果对比 Fig. 5 Comparison of processing profile before and after near surface Q absorption compensation
2.3.2 叠前保真高信噪比处理和OVT域处理技术

为充分发挥宽方位数据空间连续性好的资料优势,利用多套处理系统的叠前保真高信噪比处理模块,进行多域保幅去噪,同时分类、分时、分频、分域、分步、分区压制干扰噪声,逐步提高资料的信噪比。宽方位三维地震OVT域处理技术可以实现针对相近偏移距及方位角的有效处理,将该技术应用于盘克黄土塬三维区,获得了良好的效果。在高质量叠前数据的基础上,OVT域处理技术可以在OVT子集抽取、OVT域噪声压制、OVT域剩余振幅补偿、方位各向异性、快慢波速度提取等各个环节进行参数优选,特别是加强针对道集的目标处理,挖掘宽方位数据潜力,提取方位各向异性信息,提供高质量道集和方位各向异性信息。而之后进行的OVT域叠前时间偏移是针对相近偏移距和方位角的数据进行偏移,偏移道集效果更好,且包含方位角信息,可为后续各向异性预测奠定资料基础。

2.3.3 处理关键环节的过程质控

处理质控是检验处理成果品质是否达到要求的关键环节,主要在于确定监控分析图件、制定质控检验标准、确保处理过程的准确性及保真性。质控评价包括远近偏移距剖面互相关、反演近地表Q值与实测Q值差异、噪声剖面有无有效信号、稳定的区域反射标准波振幅一致性、与VSP资料标定吻合度、OVT螺旋道集校平程度和剩余速度谱能量聚焦度等,以此过程质控判断叠加处理和偏移成像的效果优劣。

上述地震处理关键技术获得突破,三维成果数据体浅—中—深层成像好,反射层序清晰,成像品质大幅度提升(图 6),其中主频提高5Hz(由30Hz升至35Hz),频宽提升16Hz(由47Hz升至63Hz)。在叠前处理的基础上,通过叠后保真高分辨率处理,主频再提升5Hz,频带再拓宽5Hz。因此,整个处理成果有效频宽为68Hz,主频达40Hz, 信噪比高,均大于4,满足了页岩岩性解释和储层甜点预测的要求,为陇东黄土塬区油气立体勘探开发,以及深层新领域勘探奠定了基础。

图 6 盘克黄土塬三维地震剖面与二维地震剖面对比 Fig. 6 Comparison of 3D seismic profile and previous 2D seismic profile in Panke loess tableland area
2.4 页岩油甜点预测技术

鄂尔多斯盆地页岩油资源丰富,主要分布在湖盆中部三叠系延长组长7段,长7段源储共生,生油条件优越、储层和构造相对稳定、埋藏深度适中、含油饱和度高、油质较轻、大面积连续分布,具备大型页岩油藏形成的有利地质条件,初步估计有利勘探面积超过3×104km2 [18-19]。鄂尔多斯盆地页岩油储层发育于长7段砂岩,主要为形成于深湖的重力流和三角洲沉积,岩性主要为细粒—极细粒岩屑长石砂岩,其次为长石岩屑砂岩;填隙物含量较高,以孔隙式胶结为主,面孔率较低,储层孔喉细小,储层孔隙度主要为5%~12%,平均为9.2%;渗透率主要为0.01~0.40mD,平均为0.12mD[18, 20]

2.4.1 目的层构造及断裂系统精细刻画

盘克黄土塬三维区主要目的层为长7段页岩储层,其反射标准波为长7段底部的厚层烃源岩(张家滩组页岩)顶的反射。三维成果表明长7段底部构造整体由北西向南东抬升,发育三大鼻凸带,轮廓面积约为90km2,工业油井大部分位于鼻凸内。盘克黄土塬三维区内长7段发现和落实低幅度构造圈闭32个,构造幅度为4~20m,面积为31.31km2。纵向上断层和断裂发育,延长组内幕发育的近北西向3条正断层,断距为20~80m,平面延伸6km左右,呈雁列式展布。通过模型正演、蚂蚁体、相干断层识别和叠前裂缝检测,预测了该区断裂和裂缝的展布。断裂起到油气运移通道、沟通油源的作用,它一方面控制了局部构造的形成,另一方面控制了微裂缝的形成,对局部油藏的富集有利。然而,目的层不同及其与烃源岩的距离不同,断裂对油气成藏的控制作用有一定差异。

2.4.2 页岩储层厚度及结构预测

长71砂体反射位于长7段底部厚层烃源岩顶反射之上, 不受烃源岩强反射的影响,因此,应用地震模式识别、多属性融合地震相分析、地质统计学反演等技术可预测页岩储层厚度。但对于长72砂体,其反射处于长7段底部厚层烃源岩强反射背景中,在时间域剖面上无法识别,则采用高分辨率时频分析技术依据其谐调响应特征预测砂体的发育程度。由于薄层在时间域可以产生复杂的谐振反射[21-22],时间域不同厚度的谐振现象反映在频率域中就是呈现不同频率的分布特征,即所谓的“低频反映块状厚层,高频反映薄互层”。在正演模型研究地震频率与砂体结构关系的基础上,利用同步挤压三参数小波高分辨率时频分析技术[23],可定性分析预测砂体结构和砂体的发育程度。

2.4.3 甜点属性预测

采用时频分析检测强反射背景中的单砂体,叠前反演预测含油砂体,高亮体和吸收衰减等频率域属性检测含油性,泊松比预测优质储层,脆性指数预测岩石可压裂特性[24-31],综合应用上述多属性降维和地质概率统计评价优选甜点区(图 7)。在盘克黄土塬三维区优选长72甜点面积76.5km2,占三维资料面积202km2的37.9%;优选长71甜点面积116.4km2,占三维资料面积的57.6%。甜点区的落实为后续部署水平井及轨迹导向提供了重要的依据。

图 7 多属性降维优选敏感参数和井震概率综合评价流程及甜点区评价结果 Fig. 7 Comprehensive evaluation process diagram of sensitive parameters and well-seismic probability optimized by multi-attribute dimension reduction and evaluation result of sweet spot area
2.5 水平井地震地质导向技术

对于非常规页岩储层而言,水平井开发方式作为提高单井产量、有效动用储量的重要途径,随钻地质导向是水平井钻井成败的关键。当地质体目标变化小于已知钻井的井距时,地震技术是井间预测井间地质体变化、钻前靶区优选和水平井轨迹导向的最有效手段。地震地质导向技术利用控制井的速度数据对地震速度模型作更新,把时间域的地震数据转换到深度域,填补了无井控制地区的资料空白。因此,基于地震钻井动态时深转换的水平井地震地质导向技术在实际生产中的指导意义更加重大。以往地震技术在水平井导向方面的应用基本还停留在时间域的静态设计上,真正的深度域地震地质导向研究还比较少见,正是这一技术盲区制约了水平井地震地质导向技术的发展。近年来长庆油田公司组织研发了基于油田数字化平台的地震钻井动态时深转换的水平井地震地质导向技术。在井控速度建模下利用三维地震区井资料建立速度模型,并且随着新井增加更新速度模型,把时间域地震成果数据转换到深度域,并结合水平井旋转导向和随钻测井等实时动态调整。

2018年在盘克黄土塬井震联合激发三维区,优选页岩油甜点区9个,地震地质导向技术提供11口页岩油水平井,有效储层平均钻遇率为87.4%,地震技术指导完成国内最长的水平井Hx-y(水平段长3035m)。利用盘克三维地震反射特征、叠前反演泊松比和脆性指数剖面(图 8a—c)综合分析指导水平井钻探,显示水平井轨迹沿叠加剖面目的层长71砂体反射、低泊松比异常和高脆性指数穿过;图 8d为水平井段测录井综合评价图,完钻水平段长71砂体钻遇率为93%,有效储层钻遇率为82%。目前,通过三维地震地质综合评价长7段甜点区,优选水平井甜点区4个,新部署水平井9口,水平段长度为2.4~3km。由此,盘克黄土塬井震联合激发三维区成为长庆油田地震技术与油田开发一体化结合应用的典型示范区,有效支撑了长庆油田5000×104t油气当量稳产,为长庆油田实现二维地震向三维地震等“三个转变”和强力支撑长庆油田“二次加快发展”准备了示范引领技术。

图 8 过Hx-y水平井泊松比、脆性指数及水平井段综合评价图 Fig. 8 Comprehensive evaluation of Poisson' s ratio, brittleness index and horizontal well section cross Well Hx-y
3 前景展望

随着鄂尔多斯盆地黄土塬地震勘探由二维向三维转变,宽方位高覆盖高精度三维地震勘探技术的不断成熟,三维地震技术在长庆油田勘探开发中大规模推广应用前景广阔。但是致密(页岩)油气有效勘探开发面临如下问题:一是强非均质性储层预测、砂体结构刻画和地震预测精度存在提升问题;二是水平井轨迹从静态转变为动态随钻调整的时效性、实效性仍需持续提高,以满足现场的及时调整;三是当年采集三维地震成果滞后,跟不上长庆油田油气钻井的快节奏。以上述实际生产需求问题为导向,在地震采集上要优化研制轻便型的低频可控震源和其他高性能高效激发设备,大力推广应用井震联合激发技术,提高可控震源激发的比例,不断提升深浅层地震资料的品质。在沙漠黄土塬过渡区的宁夏盐池古峰庄地区大力推广应用了高性能的低频可控震源三维地震技术,炮道密度由45×104道/km2提高到(80~154)×104道/km2;横纵比由0.85提高到1.0;总覆盖次数由198次提高到616次,资料品质大幅度提高。近3年预测部署石油勘探评价井111口,完钻76口,完试获工业油井49口,其中高产井23口,Yzzz井地震预测长8顶部海拔为-845m,长82砂体厚度为15m,实钻长8顶部海拔为-850.86m,长82砂体厚度为12.7m,长82试油获高产油流116.28t/d。三维地震预测石油钻井成功率达72.1%,较以往二维地震提高44%。

目前,以盘克黄土塬三维区技术为示范,在鄂尔多斯盆地南部黄土塬区大面积推广应用,初步推算在黄土塬农田、梁和沟的道路上可控震源激发施工总面积超过5000km2,井震联合激发三维地震勘探前景广阔。2019年在庆城北黄土塬三维区推广井震联合激发等关键示范技术,充分利用塬梁地形、各种交织公路和乡村大小道,攻克了塬大沟深、障碍物密集、地震波能量衰减大等难点,大面元三维地震井震联合激发技术和单点接收技术取得显著效果。庆城北三维区大力提升低频可控震源激发比例,可控震源激发占比由5.2%(盘克三维区)提升到16.5%;井震联合激发满足设计的最低覆盖次数百分比由7%(仅井炮激发)提升到22%;总覆盖次数由320次提高到420次。在处理解释上牢牢把握黄土塬宽方位高覆盖OVT域成像、精细刻画单砂体和甜点预测、水平井靶区预测、实时轨迹导向4项核心关键技术,搞清构造断裂、瞄准甜点靶区、精准时深转换、实时调整轨迹,提高油层钻遇率。庆城北三维区浅—中—深层成像好,频宽增加9Hz,信噪比提升一倍,资料品质明显提升。2019年庆城北三维区地震导向完成水平井30口,油层平均钻遇率为80.1%,较三维地震应用前提高10%以上。2019年10月在庆城地区利用三维地震地质导向,有效指导了中国最长的一口水平井实施,完钻井深6266m,水平段进尺长达4088m,储层钻遇率为89.2%,再次刷新纪录,成为中国第一口水平井段超4000m的最长水平井。三维地震预测的泊松比、脆性指数等甜点分布也有力支撑了页岩油地质综合评价,在甘肃省庆城地区首次提交页岩油探明储量3.58×108t和预测储量6.93×108t,为页岩油建产300×104t奠定了资源基础。下一步应继续深入研究频带更宽、精度更高、作业能力更强、吨位和体积适宜的可控震源技术,为拓展可控震源大规模应用空间奠定基础,确保三维地震技术适用且快速应用于生产,实现鄂尔多斯盆地黄土塬区油气高效勘探开发的目标。

4 结语

鄂尔多斯盆地黄土塬通过多年地震持续攻关,创新了井炮和低频可控震源“井震联合激发”宽方位高覆盖三维地震勘探、超深微测井约束的三维网格层析静校正和近地表吸收补偿等多项关键技术,为国家页岩油示范工程试验区甜点优选和页岩油开发水平井实时导向提供了重要的技术支撑。应用上述关键技术,整个陇东黄土塬区和宁夏、甘肃交界的黄土塬过渡区取得了较好效果。目前,长庆油田公司规划了2020—2025年油气二次加快发展方案,每年部署实施黄土塬三维地震2000km2以上,加快推进鄂尔多斯盆地地震勘探从二维向三维、从勘探向开发、从盆地周缘向盆地中心和从天然气储层预测向油气多层系储层立体刻画的转变,充分发挥三维地震“利剑”作用,支撑油气勘探开发业务大发展。因此,长庆油田公司地震工作将以发现落实规模高效储量和支撑油气有效开发为目标,进一步强化部署、采集、处理、解释一体化技术攻关,深化可控震源和井炮联合采集、无线节点仪单点采集及黄土塬静校正和吸收补偿技术的推广应用,打好致密(页岩)油气规模勘探的阵地战,破解盆地南部黄土塬区含油气薄储层预测难题,做好勘探开发水平井实时导向的技术支撑,为长庆油田二次加快发展油气上产6300×104t再做新贡献。

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