BP公司4D地震技术发展及应用现状

刘颖 (大庆油田勘探开发研究院)

BP公司4D地震技术发展及应用现状

刘颖 (大庆油田勘探开发研究院)

自20世纪90年代早期起,BP公司一直致力于4D地震技术的研究和部署,范围涵盖了不同环境和储层条件。到2007年底,已获取了至少115项勘测 (根据油田计数)项目,其中约有85项已经实施,业务遍及10个国家60多个油田,主要是为了满足北海盆地现行油藏管理和加密钻井解决油田中后期注水开发危机的需要,随后推广到一些复杂的新油田。经过多年的研究与应用,BP公司在4D地震领域取得了很多成功的经验,并展示了今后的发展趋势。

BP公司 4D地震技术 应用现状 油田后期

时移地震技术又称为四维 (4D)地震技术。理论上认为当地震观测精度足够高时,通过重复观测可以研究地层中流体的变化特点。时移地震作为油藏监测的一项主要技术,得到了普遍的关注和重视,近年来在技术上也得到了较大的进步。21世纪初,时移地震技术已经从可行性研究和先导性试验,走向了应用和生产阶段,特别是在北海、墨西哥湾和加拿大等地区取得了较为广泛的应用。在4D地震技术试验和应用方面,BP公司处于领先地位,4D地震技术已成为BP公司的核心技术之一,尤其是自1999年后在北海开展了大量4D地震观测和应用[1-3]。

1 BP公司4D地震技术发展概况

第一个3D时延数据是在27年前陆上得克萨斯采集的 (1982—1983年,由阿克公司负责,现在是BP公司的一部分),监测一个提高采收率方法——火烧油层。此后,BP公司共计采集了大约120次测量结果,业务遍及10个国家60多个油田。尽管最早始于启动得克萨斯 EOR时延项目,但是当时3D地震数据正在广泛应用,BP公司的4D试验、验收和推广直到20世纪90年代才开始,主要是为了满足北海盆地现行油藏管理和加密钻井解决油田中后期注水开发危机的需要,随后推广到一些复杂的新油田。初期,北海油田在技术和商业上取得的成功使该项技术首次推广到全球,包括墨西哥湾深水油田和陆上阿拉斯加。到2007年底,已获取了至少115项勘测 (根据油田计数)项目,其中约有85项已经实施,30项尚未实施[4-5]。

4D技术一般应用于水驱油田,因为水驱油田饱和度和压力变化大,储层管理复杂,适于地震监测,具有巨大的商业价值。气田的监测也具有明显的商业价值,但是实施的很少,主要是因为单一储层管理问题少,项目小。所采用的主要采集技术一直是每2～5年进行一次拖拽式等浮电缆测量,现在BP公司安装了世界上首批 (三套)永久性海底电缆 (OBC)监测系统,用以传输高质高频的3D和4D数据。近几年4D技术应用的范围进一步扩大,除了北海和墨西哥湾地区,还开发了很多新区,如安哥拉深水区和美国阿拉斯加州[4-5]。

目前,BP公司正在实施时延4D地震技术的全球推广。通过4D技术的发展,如等浮电缆控制、等浮电缆交叉重叠、永久海底电缆系统、专用4D处理、解释与模拟工具等,时延4D地震技术得到进一步发展,变得更加多样化,从单一的海洋等浮电缆操作到如今的高风险部分重叠和易操作的等浮电缆、永久性的海底电缆,BP公司现在有三套系统居世界领先地位。

2 BP公司4D地震技术发展历程

BP公司 4D地震技术的发展分为三个阶段(图1)。

图1 BP公司4D地震技术发展史

2.1 1992—1998年:北海和墨西哥湾地区的试验阶段

在北海和墨西哥湾盆地的成熟油田,研究储层时间推移响应的机会来自于全油田范围内采集的高质量重复3D地震勘探,提高了地震分辨率和成像效果。在英国北海的Magnus和 Forties油田、挪威北海地区的古尔法克斯油田和墨西哥湾的Pompano油田进行的重复3D地震测量用于4D响应集中分析。在1995年和1998年间,第一个专用的4D地震测量在英国设得兰Foinaven油田采用,在Foinaven实时油藏监测试验中采用了海底电缆和等浮方法。1993年到1996年在Schiehallion油田的试采测量阶段进行了等浮电缆重复性分析。在这个阶段末期,4D地震监测技术及其商业可行性得到证明,在一定范围内为进一步推广奠定了基础[4-5]。

2.2 1996—2006年:推广应用和探测技术的限制

试验阶段取得的成功预示了4D地震技术将得到更为广泛的应用,仍然以北海油田为主,包括Schiehallion、Foinaven和Magnus专门的4D地震测量,作为系统项目的一部分还包括 Andrew、Valhall和Ula在内的许多油田进行的第一次测量。进一步的测量包括在墨西哥湾 (Amberjack)的专门采集和在其他地区的等浮电缆采集,如Azerbaijan、Trinidad、Angola、中国、中东和阿拉斯加。

大约从2003年这个阶段的晚期开始进一步研发了更有效的技术,例如第一个高风险等浮电缆测量、第一个永久海底电缆系统和第一个陆上、井中垂直地震剖面 (VSP)设备。

2.3 2007年至今:继续全球推广应用

4D地震技术在北海和墨西哥湾油田一直使用,而且在一些新的产区例如阿塞拜疆和安哥拉油田可能使用的机会更大。4D地震技术在陆上的阿拉斯加油田、美国本土以及墨西哥湾的Sub-salt油田的发展潜力与未来技术的发展有很大的关系。

3 4D地震技术不同发展阶段的原因分析

BP公司1990—2006年油田应用4D地震技术的勘探活动呈现S形上升趋势。S形曲线模拟与实际应用的曲线轨迹基本吻合。总的来说,可以把BP公司4D地震技术发展历程分为三个阶段:

(1)1992—1998年:增长缓慢,主要是因为处于技术试验阶段。

(2)1999—2002年:应用规模快速增加,主要是因为北海开始系统应用 (图2)[4-5]。

图2 BP公司1982—2007年在北海的地震勘探活动和使用4D地震的演变历程

从图2可以看出,1999—2002年4D地震技术应用急剧扩大,主要是因为这段时期技术上的突破给4D地震带来了广泛的应用,包括:高质量浮缆观测;永久海底电缆系统;陆上和井中的VSP试验。

(3)2003—2006:新油田应用增长缓慢。

对BP公司在北海盆地的勘探活动来说,4D地震已经成为非常关键的技术,在过去5年里,地震活动发生了巨大转变,从90%以上的3D地震转变成约90%的4D地震。同时,用于勘探、初期油气田评价和开发的常规3D地震采集活动也有所下降 (图2)。4D地震技术最重要的一项功能就是挑战产量下降的成熟油田开发,如 Forties油田(2001年),更加复杂的新油田开发,如 Schiehallion和Foinaven油田 (2000年)。同时,传统的3D勘探和油气田初期评价与开发正在减少。

4 油田不同开发阶段4D地震的价值体现

从图3可以看出,在油田开采期限如何系统地应用4D地震技术来影响初期、中期、晚期的油田开采。总的来看,4D地震技术在油田开发中发挥着非常重要的作用。

图3 整个开采过程中4D地震的角色和价值

4.1 油田开发初期

一个高质量的3D勘探可以为4D勘探提供必要的3D基本数据框架,用于早期的开发规划工作。早期的4D勘探包括:

◇在一定区域范围可以提供早期的监测数据,通过判断早期的能量消耗来校正油藏类型;

◇帮助及早确定后续开发油井进行4D勘探的时机;

◇帮助制定调整措施,如产量与预期有差距则进行早期加密调整。

4D勘探在油田早期生产中一个重要的作用就是保护油田基本生产能力。

4.2 油田开发中期

油田在稳定期后产量必然出现递减,4D地震能够提供必不可少的新的或者正在进行的注水和注气数据,能够重新校正油藏模型,确定和减少第一次钻加密井的风险,低投入高产出,如射孔和堵水。4D地震技术在油田开发中期的作用就是保证高经济效益的油田管理和资源的有效开发。

4.3 油田开发后期

油田最终都会进入最具挑战的开发后期,高品质的4D数据有助于延长油田开发期,主要是通过制定最优加密方案,规划最经济的分支井,来论证油井管理手段以及监测 EOR采油技术的有效性。4D地震技术是油田生产后期获得较高最终采收率的重要手段。

5 结论与展望

经过20多年调查研究,4D地震已经成为BP公司的核心技术。通过对多个区域、储层和不同类型油藏进行的110多项4D测量结果研究,获得了很多实际经验。应用范围已经从北海的“实验室”拓展到了BP下属的大部分地区。等浮电缆4D地震技术未来有望在采集和处理上成为最普通的4D方法。对一些大的、复杂的油田来说,永久性OBC监视系统已经成为最好的选择,通过技术进步和提高工业能力使该系统的应用成本更低。

目前,BP公司能够通过4D资料的“动态解释”,把3D和4D地震资料与其他动态 (如井的生产史和油藏模拟结果)和静态的 (抑测井)信息联合起来,进行可视化处理,根据“动态解释”的结果迅速调整油田决策。通过动态解释和油藏模拟相结合,对历史匹配进行指导,提高了油田动态预测的质量。最终,4D地震技术将用以解决注水油田的“中、后期危机”。而越来越多的油田逐渐把4D技术应用于油田整个开发过程,用来监测早、中、晚期的油田产量变化,包括EOR情况。

纵观BP公司、RCP项目组等的技术发展, 4D地震技术的发展表现出油藏工程技术与地球物理技术的高度融合。多种地球物理技术广泛集成,但是高精度、高分辨率三维地震仍然是基础,4D地震技术是主流。

尽管4D地震监测在很多国家和地区都取得了明显的成效,但相对而言4D技术在工业上仍然是一项新技术,在一些油气区,包括印度、中东地区还没有推广使用。原因很复杂,可能涉及技术、商业效益,相关技术滞后,以及4D监测对首次生产时间的要求等。

[1]国际大石油公司关键技术发展跟踪研究.中国石油集团经济技术研究中心,2007年.

[2]BP公司 2008年度工作总报告(英文版).http:// www.bp.com.

[3]钱伯章.BP公司的可持续发展能源战略.中国石化, 2008(1).

[4]Dave G Foster.The BP 4-D story:experience over the last 10 years and current trends[R]:IPTC 11757.

[5]Dave G Foster.Lessons Learnt from over 20 Years of 4-D Deployment[R]:SPE 113542.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.9.001

2010-01-11)