胜利油田三维开发地震的实践及效果

2019-05-31苏朝光尚新民

石油地球物理勘探 2019年3期

苏朝光宋亮孟阳尚新民关键

(①中国石化胜利油田物探研究院，山东东营 257022； ②中国石化胜利油田油气开发管理中心，山东东营 257001)

1 研究背景

三维开发地震主要服务于精细滚动勘探和老区开发挖潜；针对的目标更隐蔽，成像精度要求更高；观测系统设计过程中充分考虑了开发目标对观测系统的需求；相对于三维勘探地震，具有“小面元、高覆盖、宽方位、高密度”的特点[1-8]。三维开发地震面元尺寸为10～15m(常规三维是20～50m，K71三维开发地震可变面元为10m×10m，图1a)；覆盖次数在120次以上(常规三维是40次以下，图1b)；横纵比通常大于0.5(常规三维约为0.3，图1c)；炮道密度大约百万道(常规三维约为20万道，图1d)。

熊翥[9]曾强调“均匀、对称、连续采样”是“实现高精度三维地震勘探的坚实基础”。基于多年的高精度地震与开发地震勘探实践，胜利油田进一步完善了以地震波场的充分性、对称性、均匀性和连续性为核心的观测理念。

从地质角度讲，充分性是保证地质目标体的充分观测，在地震勘探上表述为地震信号的充分采样。是否充分采样，可用最小/最大炮检距、覆盖次数、面元尺寸及方位角等参数综合评价。

对称性是针对地震观测的评价指标，其作用是确保观测系统的稳定性和良好的统计特性，有利于压制偏移成像噪声，提高目标地质体的成像质量。该评价指标主要考察排列片的布设状况，即道间距、炮点距、接收线距、炮线距这几个参数及其相互间的关系：当道间距=炮点距=接收线距=炮线距时，为对称采样；当道间距=炮点距、接收线距=炮线距时，为广义对称采样；其他则为非对称采样。

均匀性评价的目的是确保目标地质体各方位的观测。均匀性评价指标也是针对排列片布设，重点考察道间距、炮点距、接收线距、炮线距等参数之比，当道均匀性、炮均匀性、炮道均匀性指标等于或接近1时，面元炮检距分布就是均匀的。

连续性评价的目的是考量地质目标体是否得到连续观测，主要从面元尺寸、三维观测模板的纵横滚动距、炮道密度这几个参数进行评价。

结合胜利油田开发地震实际情况，按照充分、对称、均匀和连续等四个要素，分别对K71、YX、B12、PH、DWZ、B3、DFG等7块三维开发地震的观测系统参数进行统计，确定三维开发地震观测系统设计与评价指标(表1)。

自2005年K71三维开发地震项目实施以来，中国石化胜利油田共部署7个三维开发地震区块(图2)，合计面积668km2，尤其在“十二·五”以来，集中部署并完成了PH、DWZ、B3、DFG等4个三维开发地震项目，满覆盖次数面积共计438km2。

图1 三维开发地震与三维勘探地震主要采集参数对比

指标分类采集参数工区名称K71YXB12PHDWZB3DFG评价指标充分性对称性均匀性连续性面元网格/m×m10×10可变12.5×2512.5×12.515×1512.5×12.512.5×12.5<25×25覆盖次数/次120600240168168147160>120最大炮检距/m27233759400845834759361145111.5倍埋深最小炮检距/m10151520251512.55～30横纵比0.930.520.500.450.530.570.780.50～1.00道间距/m20502525302525<50炮点距/m20805050605050<50接收线距/m22050150150180125175<200炮线距/m10080150150150150175<200对称性近似对称近似对称近广义对称近广义对称近似对称近似对称近似对称广义对称道均匀性0.181.000.170.170.170.200.140.50～1.00炮均匀性0.201.000.330.330.400.330.280.50～1.00炮道均匀性2.200.390.500.500.600.420.500.50～1.00炮检距均匀性10～350m不均匀0～3759m均匀小炮检距不均匀小炮检距不均匀小炮检距不均匀小炮检距不均匀小炮检距不均匀分布均匀滚动线数12线/6线48线/24线20线/5线24线/2线24线/2线28线/2线32线/2线道密度(点/km2)227400267267185320229>100炮密度(点/km2)500156133133111133114>100炮道密度(104道/km2)120.0095.8576.80107.5274.6094.08102.40>50

图2 胜利油田三维开发地震项目部署图

2 三维开发地震的实施

经过最近十余年的发展，胜利油田开发地震技术逐渐走向成熟，在一体化运行、地震选区原则、观测系统设计、单点检波器接收技术等四个方面取得较大进展和突破，保障了开发地震技术取得良好的资料效果和实际滚动开发效果[10-14]。

2.1 建立了三维开发地震采集、处理、解释和滚评一体化模式

经过探索实践，三维开发地震工作建立了由油田开发处统一组织、以物探研究院为技术核心的采集、处理、解释和滚评一体化模式(图3)，实现了开发地震采集、处理、解释、滚评的高质量、高效率、高水平。在一体化实施过程中，物探研究院始终贯穿采集、处理、解释、滚评的每一个环节。

图3 开发地震三维采集、处理、解释和滚评一体化工作流程

在采集阶段，首先由采油厂初步提出设计具体的采集区块，再由油田开发处统一组织三维开发地震区块的论证与优选，并上报中国石化油田勘探开发事业部最后确定部署区块；接下来由物探研究院进行三维开发地震观测系统设计，通过油田和总部审查后，交由胜利物探公司组织三维开发地震的现场采集施工，期间物探研究院处理人员及时跟进，对采集质量进行监控。

在处理环节，物探研究院处理人员及时将采集资料入库处理，此期间物探研究院解释人员和地质监督人员向处理人员讲解地质任务，开展后续处理监督，最终处理人员提供优质处理剖面。

在解释环节，处理人员把最终处理资料交给物探研究院解释人员、相关采油厂、油公司等单位进行地震资料解释。

在滚评环节，物探研究院和采油厂、油公司通过院厂结合或通过成立重点滚评项目组，物探研究院提供物探技术支持，共同提出滚评井位建议(图3)。

2015年实施的B3项目就是三维开发地震一体化工作模式典范，该三维区块实现了当年施工、当年高质量处理、当年高效解释应用、当年发现千万吨滚评目标，体现了一体化工作的高质量、高效率和高水平。

2.2 提出了三维开发地震选区“四有”、“四能”原则

开发地震部署选区是开发地震工作的重要环节，在低油价的环境下显得尤为重要。通过实践总结，胜利油田已经总结出一套较为科学的选区原则。

2.2.1 “四有”原则

“四有”原则即为：工区有储量、开发有问题、滚动有潜力、资料有不足。

(1)工区有储量：开发地震区应该有1000×104～2000×104t以上探明储量。统计胜利油田已经实施的7块三维开发地震区内平均探明储量3800×104t，这是开发地震部署的储量基础，有利于开发地震实施后老区开发的挖潜和调整，如采集较早的YX和B12区块，分别开发调整覆盖地质储量5446×104t和3916×104t。

(2)开发有问题：开发的问题主要包括油与水的矛盾、注与采的矛盾、潜力与资料的矛盾等几个方面。如YX区块原有老资料成图发现高部位高含水，低部位出油、低含水，存在明显油水矛盾； DWZ区块由于断层模糊、岩性发生变化、不同砂体叠合等地质现象在地震资料上解释不清，造成注与采矛盾突出； B12稀油主力含油层系沙三段、沙四上亚段为近岸水下扇沉积，多层系含油，探明地质储量797×104t，由于地震资料限制，剖面上层位及断层不清楚，分层系开发调整的潜力无法实现，存在明显的潜力与资料的矛盾。

(3)滚动有潜力：开发地震的部署应综合考虑滚动勘探潜力和老区挖潜，尤其是部署区域在滚动勘探方面应具有较大潜力，以保证开发地震的经济效益。如B12三维开发地震的滚动勘探潜力突出，利用三维开发地震资料，开展了断层精细刻画、砂砾岩扇体内幕期次划分以及浊积砂体描述等工作，部署滚动、评价井19口，新增地质储量1005×104t，新建产能19.4×104t ，累计增油39.14×104t。

(4)资料有不足：现有的地震资料不能满足进一步滚动勘探和老区挖潜，包括断层成像不清、地震分辨率不足、资料信噪比较差等。如B12区块原有老资料主要是针对区域勘探和评价进行的采集和处理，资料采集较早，面元网格较大，覆盖次数较低，虽然经过目标处理，仍不能满足油田滚动勘探和开发调整的需求，资料信噪比较低、分辨率不足、低序级断层刻画困难等，需要部署三维开发地震才能解决实际油气开发问题。

2.2.2 “四能”原则

“四能”原则即为：重采能改善、效益能提高、现场能实施、环保能保障。

(1)重采能改善：通过三维开发地震的部署和实施确保能够改善地震资料的品质，在选区过程中需要针对目的层强化采集观测系统的论证，保证通过观测系统的优化，小面元、高覆盖次数、宽方位观测系统及其他新采集技术的应用，提高资料的信噪比、分辨率和保真度，以识别小断层、薄砂体和各种复杂地质体。

(2)效益能提高：选区论证工作要突出效益保障。如在YX和B12区块，通过三维开发地震的实施，在新区滚动中发现了一批储量，提高了钻探成功率；在老区挖潜调整中，通过细分层系，对构造储层精细落实，解决了复杂的油水矛盾，提高了油气采收率，三维开发地震的实施，有利地带动了复杂地质区的滚动勘探和开发，明显提高了滚动勘探成功率和开发效益。

(3)现场能实施：现场施工条件是三维开发地震选区的一个前提，是三维开发地震选区和现场施工需要考虑的主要条件之一。如B3三维开发地震最初设计满覆盖次数面积126km2，东南为滨州城区，有密集建筑物和两个大型水库，通过现场踏勘，综合考虑地下潜力和地上能实施的原则，进行了优化，最终设计满覆盖次数面积为110.9km2，去掉了东南角施工复杂区域15km2，保障了现场顺利施工和资料效果，同时节约投资800万元。

(4)环保能保障：绿色环保是国家和中国石化的重要发展理念之一，尤其在当前环境下，环保工作是重中之重。如原部署的CN-BB三维开发地震项目经实地踏勘，有利区域存在大面积成片分布的海参区，海参养殖周期为三年，且对水质要求非常严格，海参池内不能布设炮检点，禁止踏勘人员进入养殖区域，最终从经济赔偿成本和环保的角度放弃该块的三维开发地震采集部署，调整到DWZ区块。

2.3 实现了三维开发地震观测系统“五化”、“六性”设计

从2014年开始，三维开发地震采集观测系统设计由过去乙方施工单位(物探公司)设计变为甲方监督单位(物探研究院)设计。针对三维开发地震资料特点，物探研究院提出了新的设计思路，实现了新的设计方式，总结出了采集观测系统“五化”、“六性”设计理念，有效地保证了三维开发地震观测系统设计质量。

2.3.1 观测系统“五化”设计

三维开发地震观测系统设计过程中，针对三维开发地震特点，形成了以开发目标层系为依据的4项三维开发地震观测系统设计与分析评价技术，实现了观测系统“五化”设计：即观测系统设计中地球物理参数提取的“全局化”、观测系统论证的“模型化”、观测系统优化设计的“需求化”和观测系统分析评价的“可视化、系统化”，提升了观测系统设计的针对性、时效性。

(1)全局化：胜利油田物探研究院发挥采集处理解释一体化的优势，利用目标区处理解释最新成果提取各目的层在全区的深度、速度、倾角、方位角等地球物理参数，作为参数论证、观测系统设计与分析评价的模型依据。全局化改变了过去以几个论证点代表全区的粗放式论证方法，形成点、线、面、体的论证技术，论证工作更加精细。

(2)模型化：模型化实现了抽象的数学推导与图表方式到模型的转变。通过建立模型再反推参数，论证结果更加准确、直观。

(3)需求化：观测系统设计过程中，充分发挥物探院采集、处理、解释和滚评一体化的优势，从地质任务及处理需求出发设计合理的观测系统，设计更具针对性，有力推动了三维开发地震工作的开展。

(4)可视化：通过正向照明及反向照明技术的应用，实现地下波场的可视化，改变了过去依靠经验的论证模式，保证了论证结果的准确性。

(5)系统化：设计过程中，从观测系统的技术性、实施性、经济性等多个方面综合考虑、统筹策划，进一步保证三维开发地震的质量及效益。

2.3.2 观测系统设计“六性”理念

“六性”理念即为：充分性、对称性、均匀性、连续性、经济性、实施性。前述充分性、对称性、均匀性、连续性等体现了技术的高要求，确保能完成三维开发地震地质任务；增补的经济性、实施性强调三维开发地震的效益及可行性。

“六性”理念统筹考虑了设计方案的技术可行性和经济效益，极大地促进了三维开发地震工作的开展。如B3项目预定对4套观测系统方案进行对比分析(表2、表3)，与方案3相比，虽然方案4各项技术指标都较好，但是东西向25m炮点距穿越障碍能力受限，炮密度高，施工成本高；与方案1和方案2相比，方案3具备以下优势。

(1)减少了接收线距，增加了接收线数，提高了目的层有效覆盖次数，目的层能量聚焦更好；增加了接收道密度，波场采样更充分连续，横纵比进一步提高，减少了能量的浪费。

(2)点线细分方式取代了炮点奇偶交错细分方式，观测系统信息耦合程度更好，方位信息来源更丰富，有利于获取多方位倾斜构造层面镜面反射信息。

(3)减少了横向滚动距离，由5线滚动改为2线滚动，静校正耦合性更好，采集痕迹更弱，进一步减少了偏移中的噪声。

从技术、经济性、可实施性进行综合优选，最终推荐方案3。

2.4 突破了组合向单点检波器接收的技术瓶颈

随着勘探和开发的不断深入，薄层成为重要的勘探开发对象，对地震资料提出了更高的分辨率和保真度要求。单点接收的优点是避免了面积组合的两个缺陷：一是面积组合制约了高密度采集的发展，二是面积组合导致地震资料分辨率低、保真度差。而单点接收可有效提高地震资料的分辨率和保真度，更好地满足当前勘探开发的需要，而单点采集也是提高地震采集精度的一个重要发展方向。但高性能数字检波器主要被国外公司垄断，检波器成本高，单点采集噪声大，难以大面积推广，随着胜利单点压电高性能低成本检波器的研制成功，突破了组合向单点检波器接收的技术瓶颈和禁区[15-25]。

表2 B3开发地震观测系统参数对比

表3 B3开发地震观测系统方案评价对比

胜利LHKJ-1A陆用压电检波器具有灵敏度高、频带宽、动态范围大的特性，主要技术指标达到了国外数字检波器的水平，最大的优势在于兼容性强，适用于复杂的地表条件(表4)。

LHKJ-1A陆用压电检波器先后在PH、XZ、CD、DFG等区块做过10多次试验，积累了大量研究成果，尤其是在DFG区块做了系统试验和分析，效果较好。试验分析结果表明，单点陆用压电检波器较超级检波器组合而言，分辨率有较大优势，从试验单炮记录对比看，主要目的层的频带优势有明显的拓展，以-20dB为标准，目的层频宽拓展34Hz(图4d、表5)，保真度也更好；通过微分，将组合模拟检波器记录转换到加速度域，单点压电检波器接收记录仍有明显的优势，低频拓展约2Hz，高频拓展10Hz；虽然单点压电检波器单炮信噪比略低(图4a～图4c)，通过多次覆盖的弥补，最终偏移结果信噪比相当(表5)。

表4 胜利LHKJ-1A陆用压电检波器与国外数字检波器、超级动圈检波器主要性能对比

图4 DFG地区单点压电(a)、组合模拟(b)检波器与组合模拟检波器加速度域(c)的单炮记录及其目的层频谱对比(d)

检波器类型单炮目的层频谱分析/Hz信噪比能量压电检波器5～90(-20dB)超级检波器2～53(-20dB)超级检波器(加速度域)7～80(-20dB)单炮单点比组合的信噪比略低,处理后信噪比相当陆用压电单点接收信号约是超级组合接收信号的两倍

2015年底，胜利油田在DFG区块使用陆用压电检波器单点接收与模拟检波器组合接收进行二维地震试验对比工作。两者激发因素相同，观测系统一致。采用同样处理流程，对两种采集因素进行处理。从成像结果上看，目的层主频有一定提高，地层分辨能力改善(图5a)。从目的层的频谱分析上来看(图5b)，以-20dB为标准，陆用压电单点检波器接收资料频宽为8～67Hz，模拟检波器组合接收资料频宽为7～55Hz。陆用压电单点接收资料频宽有明显拓宽。

2016年，胜利油田在DFG区块使用LHKJ-1A陆用单点压电检波器进行了采集，是国内首块国产单点检波器工业化采集的开发地震三维。通过现场严格质量采集施工和室内针对性处理，在保幅前提下有效地提高了资料的分辨率并实现了高精度成像，取得了良好的资料效果。

图5 模拟检波器组合接收(a)、陆用压电检波器单点接收(b)试验偏移剖面及其目的层频谱(c)对比

3 三维开发地震应用效果

胜利油田近十余年来实施的三维开发地震成像效果好，有效地支撑了三维开发地震区的滚动勘探和开发，取得了明显经济效益。

从成像效果来看，主要体现为“四更”，即：剖面分辨率更高、资料保幅性更好、断层成像更精准、地质体识别能力更强。

(1)剖面分辨率更高。如YX三维剖面分辨率提高幅度：浅层1倍、中层50%、深层30%(图6)。

(2)资料的保幅性更好。如DWZ资料由于资料保幅性更好，小的岩性体、地层尖灭点在开发地震资料上识别能力进一步提高，可描述0.02km2的小砂体(图7)。

(3)断层成像更精准。无论是大断层还是低序级断层，开发地震资料断层更加清楚，断层归位更加准确，横向断棱可达10m的精度(图8)。

(4)地质体识别能力更强。如B12开发地震区地质体识别能力更强：砂砾岩体内部旋回特征更清楚，可描述50～100m厚的扇体旋回(图9)。

从地质效果看，早期部署的YX、B12两块开发地震三维在新区滚动和老区挖潜中发挥了重要作用，分别新增可采储量513×104t和727×104t，提高采收率6%～13%，折合吨油发现成本只有十几元，有力带动了复杂地质区滚动勘探和开发。“十二·五”期间部署的PH、DWZ、B3、DFG等开发地震三维区块，分别针对小断块、薄互层滩坝、砂砾岩体和浊积岩等多种地质目标，通过联合使用地震、钻井、地质等资料，已部署各类井位174口，完钻井139口，成功率为91%，落实地质储量2000×104t。如在DWZ三维区D31-32块滚动勘探中，根据老三维资料部署的D31-32井，沙四段初期产油21.0t/d，不含水，采油后期，D31-32井含水上升，末期液量为20.2t/d，油量为10.2t/d，含水为50%；老构造图认为西部低部位潜力小、风险大(图10a)。针对开发地震三维新资料重做精细构造分析，在D31-32圈闭西部发现了一个约10m的低序级断层(图10b～图10d)，认为西部断鼻具有滚动勘探潜力，在其高部位部署实施了D31-X34井，获得21t/d的工业油流，开发地震三维资料在新区滚动勘探和老区开发中取得了良好地质效果。