海外油气勘探关键技术难题及解决思路.pdf

张树林等 海外油气勘探关键技术难题及解决思路 图 2 西非海岸某盆地深水地震剖面 盐下油气勘探l 4 _ 。成像难度大的原因主要有四个方面 1上覆高速盐层 体 的屏蔽作用 ； 2 早 白垩世 裂谷期断层十分发育； 3 裂谷期地层埋深大； 4 水 深 、水体及海底地形复杂多变 。盐下裂谷盆地地震成 像成为当前盐下勘探的技术瓶颈 ，严重地影响了海外 新 项 目评 价 。 综上所述 ，由于盐盆和盐岩具有与其他盆地和岩 石显著不同的特点 ，导致含盐盆地存在一系列勘探难 题 1 盐 岩强烈 活动 形成大 量 的盐 构造 ，但对 地层 及储层的改造作用也大 ； 2当盐岩波阻抗与围岩差 异较小时 ，盐层 体 识别难度很大； 3高陡盐体 边界及 围岩强烈形变使得盐体边界成像难度极大 ，导 致盐翼 、盐间构造落实难度大； 4多种因素造成南 大 西洋两岸 盐 下 早期裂谷盆地地震 资料 品质差 ，严 重影响盐下圈闭落实和复杂碳酸盐岩 、河湖相储层 的 高精度预测。 1 ．2 复杂储 层预测技 术难题 本文所说 的复杂储层主要是指碳酸盐岩储层和河 湖相储层。碳酸盐岩是一类十分重要的储层 ，分布很 广。据统计 ，全球碳酸盐岩沉积体积约 占全球沉积岩 总量的2 0 ％左右，但碳酸盐岩储层所蕴藏的油气资源 量约占全球总量的 5 0 ％左右 ，其产量约占6 0 ％左右I 6 _。 高产油气井几乎都出现在碳酸盐岩储集体 中。从全球 来看 ，碳酸盐岩油气圈闭以地层一岩性圈闭和复合型 圈闭为主 ，勘探难度比单一构造型圈闭大。 碳酸盐岩储层一般较薄 ，通常只有几米到几十 米 ，横向分布局限。碳酸盐岩通常与盐岩 、膏岩相伴 生 ，盐岩活动使碳酸盐岩储层预测更为困难 。从碳酸 盐岩沉积环境和成岩特点来看 ，碳酸盐岩形成后通常 会遭受剧烈的成岩变化 ，导致其横向相变很快 ，孑 L 渗 非均质性与地震波速度各 向异性很强。 已发 现 的很多碳 酸盐岩 油气 田均表 现 出了很强 的 非均质性 。印度尼西亚中新世中期阿隆礁丘气田，礁 下 、礁中与礁上的孔隙度和渗透率变化很快 ，礁上 的 孑 L 渗性明显要好于礁中，礁下最差 ，孔渗纵 向非均质 性很 强 。阿布扎 比早 白垩世 布哈萨厚 壳蛤 油 田也是 一 个典 型 的生物礁 油 田 ，其 礁核 上部 的孔渗性 最好 ，孑 L 隙度达 2 4 ． 5 ％，渗透率达 1 2 0 mD ，而礁前和礁后明显变 差 ，孔渗横向非均质性很强。从滨里海盆地钻井资料 来看，钻遇的碳酸盐岩储层一般只有几米到 3 0 m左右， 平均 l O m左右 ，不但薄，而且横向变化十分快。相临 很近的井钻探结果常常迥然各异 。 喀斯特化后的碳酸盐岩对地震波能量有较强的屏 蔽作用 ，侧面散射严重。每个充流体的不均质体都是 散射源 ，大大降低了地震波的穿透力。如泰国呵勒盆 地 ，主要储层是二叠系一三叠系的碳酸盐岩。从该盆 地 钻探 结果来看 ，只有经过 喀斯 特化后 的碳酸盐 岩储 层才能作为油气有效储层。钻探失利井的最主要原因 就是没有钻到喀斯特化后的具有较高孑 L 渗条件的碳酸 盐岩储层。 碳酸盐岩纵波地震速度高于砂岩 、泥岩，因而其 地震分辨率相对较低 ，地震资料品质相对较差。含盐 盆地盐下大多发育有碳酸盐岩储层 ，如南大西洋两 岸 、滨里海和墨西哥湾深水盆地都发育盐下碳酸盐岩 储层。综观这些地区盐下地震资料 ，品质都 比较差 ，不 但分辨率低，信噪比也低。通常情况下 ，碳酸盐岩储 层油气成藏的一个主要控制因素就是碳酸盐岩储层的 发育程度及其与其他成藏要素的配置情况。已成为全 球勘探热点的西非海岸中南段各盆地不但发育了盐上 阿尔 比阶碳 酸盐 岩 、砂 岩勘探 领域 ，而且发 育 了盐 下 碳酸盐岩 、砂岩勘探领域。储层成为这两大勘探领域 油气成藏的主控因素之一。 综上所述 ，复杂碳酸盐岩储层高精度预测是海外 勘探中的又一个关键技术难题 ，在过去几年中给新项 目评价结果的可靠性带来较大影响。 在海外新项 目评价中，还经常遇到复杂的陆相砂 岩储层预测难题。如大西洋两岸盆地盐下不但发育湖 相碳酸盐岩储层 ，而且广泛发育河流一三角洲相砂岩 储层。这种陆相砂岩储层很复杂，纵横向变化非常快 ， 非均质性和砂体之间的连通性差 。多期次发育的砂体 通常叠 置在 一起 ，可能 连通也 可能不 连通 。砂 岩储 层 2 0 1 2年第 2期 石油科技论 坛4 9 薄 ，一般 小 于 1 0 m，且 厚度 和速度 变化快 。盐 下裂谷 盆地断层十分发育。盐下地震资料品质也较差 ，低分 辨率 、低信噪比、低保真度地震资料对储层表征精度 不高 ，难以反映地层和储层的横 向变化。常规的某些 储层预测技术不能适应陆相砂岩储层预测的研究。上 述种种因素使得大西洋两岸陆相砂岩储层高精度预测 难 度 加 大 。 1 ． 3 深水盆地地震成 像难题 深水盆地分布面积大，油气资源丰富。全球深水 沉 积总面 积约 5 5 0 0 1 0 k m 2 。以西非为例 ，西 非海岸 共 发育 了 1 5 个沉积盆地 ，盆地 总面积达 3 3 0 1 0 4 k in 2 ， 其 中海域 面积 为 2 5 8 1 0 4 k r l l 2 ，而深 水 面积 达 1 9 9 1 0 k m ，占整个面积的 6 0 ％ 以上。预计深水油气资源 量为 7 0 0 ～1 0 0 0 1 0 8 b b l 油当量。 全球深水油气发现越来越多，深水已经成为全球 最重要的油气战略接替方向。B P 石油公司认为 2 0 1 0 ， 深水储量占全球储量 比例将由 2 0 0 8 年的 2 9 ％上升到 2 0 1 2 年的 5 0 ％，作业水深将达到 4 0 0 0 m左右。近几年深 水油气发现主要集中在巴西、西非和墨西哥湾海域。 深水 勘探 需要解 决 的主要地震 勘探 难题有 四个方 面 1 厚 的水体 层 与崎岖海底对地震成像的严 重影响 尤其是深层 ； 2断层的发育 、大量岩性体 及含气性对地震成像的影响； 3 多次波的影响； 4 地层一岩性油气藏储层及含油气性地震预测 问题 。 深水复杂的崎岖海底对地震波射线有散射作用 ， 导致深层 能量不足 ，地震能量 分布不均 图 3 。同时 ， 地震正演模拟和实际地震资料表明，较深的水体及崎 岖海底使地震波波场更为复杂。 图 3 中 国近 海 某盆地 深 水 区地 震 剖面 5 o 石油科 技论坛 2 0 1 2年 第 2期 从近 几年大 量 的海外 新项 目评价资料 中发 现 ，全 球几大深水勘探地区都存在较为严重的崎岖海底 ，发 育大量的地层一岩性体 多为浊积水道等 ，而且这些 砂岩岩性体常含有油气。砂体含油气 ，尤其是含气后 对地震波能量有较严重的吸收和屏蔽作用 ，导致含油 气砂体下部出现地震反射同相轴下拉 、地震波同相轴 能量变弱 ，甚至出现纵波反射空白区。 上述现象在西非海域很普遍。西非深水区不但海 底崎岖 ，而且发育大量渐新世 、中新世 、上新世浊积 水道砂体。这些砂体是西非海域十分重要的储层 ，已 在这些储集体中发现大量油气。同时，西非海岸盆地 都是复合 型大陆被动边缘盆地 ，其早期都为裂谷盆 地 ，断层很 发育 。 白垩 纪 中期广 泛发育 盐层 。盐层 的 强烈活动和构造变动导致盐上地层也发育断层。上述 地质因素均给西非深水地震成像带来不利影响。 亚太地区、南美与北美地区也都存在类似现象与 问题 ，严重制约了海外新项 目评价和油气勘探进程。 2 解决关键技术难题的思路 针对上述关键技术难题 ，笔者提出四个方面的解 决思 路 。 思路一 开展系统性调研 ，深入了解上述勘探难 题的技术发展现状及相关的有效技术 。 近 2 0 年来 ，美国地球物理学家们基于著名的S E G ／ E A E G盐丘模型开展了大量的盐丘及围岩地震成像研 究工作 ，取得了很好的效果 ，大力推动了地震成像技 术快速发展 ，为墨西哥湾深水盆地与盐活动有关 的圈 闭落实提供了较好的资料基础，为近几年不断获得大 型油气发现做出了贡献。 主要由于盐岩的存在 ，使得墨西哥湾海域的地震 勘探 由二维地 震走 向三维 地震 ，由窄方 位角地震 勘探 走 向宽方位角和全方位角 ，由叠后时间偏移走向叠前 时间偏移，由叠后深度偏移发展到叠前深度偏移 ，由 各向同性走向各项异性，由处理 、解释各 自独立走向 处理解释一体化 ，为更好地做好叠前深度偏移提供了 条件。从墨西哥湾实际地震剖面看 ，如今的宽方位角 和全方位角采集处理的地震剖面品质比以前的资料有 明显 进 步 。 巴西深水盐 岩和盐 下地震勘 探也取 得 了较 大 的进 ∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞ 瑚 伽 鲫 姗 1 l l 2 2 2 3 3 3 3 4 4 张树林等 海外油气勘探关键技术难题及解决思路 展 ，为过去几年 巴西深水区盐下系列大发现提供了良 好 的资料基础。 从笔者评价的大量西非含盐盆地新项 目地震资料 来 看 ，西非盐 岩尤 其是 盐下勘 探相 对滞 后 ，地 震 资料 品质普遍较差 。值得高兴的是 ，巴西深水近几年获得 的大型 和 巨型盐下 油气 田发现 激发 了各 国石油公 司对 西 非含 盐 盆地 地震 勘探 的热情 与投 入 。 虽 然 各 地 区盐 岩地 震 勘 探 不 同程 度 地取 得 了进 步 ，但离勘探要求仍然有一定距离 ，需要地球物理学 家们不懈地付 出努力，以获得品质更好 的地震数据。 客 观 地 说 ，我 国 在 这方 面 的研 究 工 作 开展 得 还 很 不 够 ，虽然在西部开展 了大量盐岩地震勘探技术攻关 ， 也取得了一定的成果 ，但这些成果相对于海外极其复 杂的盐岩而言 ，还是满足不了海外勘探 的要求。特别 是 ，各个地区 包括我国西部 的地质情况 、盐岩发 育 特点 和活 动强 度各 不相 同 ，要 针对具 体 的地 区 开展 适 合 当地 地质 特 点 的地震 技术 攻关 研究 。 思路二 盐岩 、碳酸盐岩和陆相砂岩勘探与深水 勘探都是 系统工程 ，但考虑到海外 和新项 目的特殊 性 ，建议优先研究针对性的处理技术和流程 ，以解燃 眉 之 急 。 海外 新项 目快 速评 价 时间很 短 ，通 常 只有 5～3 0 天时间。在如此短暂的时间内，不可能为了评价而重 新采集地震数据。对于已进入勘探期的区块 ，要根据 区块 的油气地质条件 、勘探潜力 、地震数据成像不好 的主要原因 、经费多少以及是否合算等来决定是否进 行重新采集 。如果单纯为了储层预测而重新采集地震 数据未必合算。在此情况下，最佳的选择就是研究开 发新的 “ 三高”地震数据处理方法和流程 ，使重处理 地震数据尽量满足盐岩 、碳酸盐岩和陆相砂岩勘探的 要求 ；针对碳酸盐岩和陆相砂岩的地质特点 ，研究开 发新的储层预测技术 ，提高薄而复杂的碳酸盐岩和陆 相砂岩储层预测精度和效果。 思路 三 近期 比较现 实 的做 法或 技术对 策是根 据 各地区盐岩特点和碳酸盐岩沉积成因的差异 ，优选成 熟的数据处理和解释技术 ，合理集成与组合 集成与 组合也是创新 ，以解决海外新项 目评价和战略研究 对地震资料的需求。 笔 者 曾评 价 过 巴西 桑 托 斯 盆地 深 水 区 的一 个 区 块。该区块前几年因为盐下地震资料品质不过关而摸 不清盐岩层分布 ，尤其是盐下裂谷层系地震成像较 差 ，盐下圈闭落实不了，严重影 响了勘探潜力评价。 2 0 0 9年 ，西方某 大型石油公 司对该 区块 地震成像进 行 了攻关 。该 公 司采 取 的策 略是在 充分 分析盆地 地质 情 况和区块盐岩可能的发育模式的情况下 ，优选 了系列 成熟的处理成像技术 和模块 ，并在多次试验的基 础 上，对这些模块进行合理的组合和流程优化 ，花了近 一 年时间，终于获得 了品质大有改善的叠前深度偏移 地震资料 ，为盐岩和盐下圈闭较高精度落实 、碳酸盐 岩储层预测提供了较好 的资料基础 。这个实例告诉我 们 ，为了解决某一个棘手的问题 ，不一定非要开展全 新的技术研究 ，可以根据具体地质情况 ，充分地用好 成熟技术 ，把成熟技术组合好 ，把处理流程优化好，把 工作做细 ，也一样 能达到 目的。 思路 四 中长 期做法是 主要针 对 已进 入勘探期 的 区块 ，开展 采集 、处理 和解释 三个环 节的研 究 。在 引 进西方先进技术的基础上 ，适当开展部分环节的原创 性研究 ，并注重针对性 的人才培养和经验积累。 具体而言 ，建议加强以下几个方面的研究工作 1 全面推行 三维叠 前深度偏 移处理 和解释 ，真 正做 到处 理解 释一 体化 ； 2完善和发 展包括层 析速度 反演 、波动方程 波 场外推 以及偏移速度分析在 内的速度建模方法与技 术 ，把速度建模工作做得更细； 3 深化与发展适合不同地区、不同盆地甚至不 同区带的基于速度各 向异性的 “ 三高”叠前深度偏移 方 法 与流程 ； 4鉴 于宽方位 角和全方 位角地震 技术在 改善盐 体与盐下地震照明度 、去多次波等方面有着良好的效 果 ，建议我国各石油公司和科研单位在消化吸收的基 础上，发展宽方位角和全方位角地震勘探技术，并全 面推行 ； 5坚持 马永生 院士提 出的 “ 以区域 构造 、沉积 研究为基础，以储层发育机理研究为核心 ，以储层预 测技术研究为关键”的碳酸盐岩勘探总体技术思路 ； 6 系统开展碳酸盐岩地震学和地质学研究 ，包括 系统研究勘探区块和战略靶区碳酸盐岩沉积环境与成岩 作用，系统研究碳酸盐岩地震岩石物理规律，研究其声 2 0 1 2年 第 2期 石油科技 论坛5 1 学性质和声测井资料的定量解释，系统研究不同沉积环 境和成岩作用下碳酸盐岩地震相和层序地层学 ； 7系统分析碳酸盐岩裂缝成 因和控制因素 ； 8 在上述研究的基础上 ，开展相关技术研究 ， 并 综合应用多种资料和多种技术组合预测碳酸盐岩储层。 3 结论 海外 新项 目评价 包括 勘探 和资产 是海 外油气 勘探 的排 头兵 。多 年 的海 外新 项 目评 价 和 已获 得 区块 的勘探研究工作使我们认识到在海外勘探过程中存在 着众多的关键技术难题。最常遇到的勘探技术难题有 含盐盆地勘探难题 、复杂储层高精度预测难题 、深水 地震 勘 探难 题 等 。 不同的盆地 、同一盆地不 同的构造单元都可能存 在不同的勘探技术难题。需要紧密结合研究工作的性 质 、靶区或区块 的地质情况以及要解决的关键地质问 题来寻找解决技术难题的思路。同时，还需要考虑经 济性和 自身技术现状。 可以相信 ，只要我们坚持不懈的努力 ，发挥 自身 优势 ，善 于学习西方公 司先进 的技术 和经验 ，在学习 、 吸收、消化的基础上 ，开展部分环节的原创性研究，在 不久的将来就可以较好地解决上述关键技术难题 ，为 海外勘探提供更好的技术支持。 【 参考文献 】 [ 1 】 张树林， 廖伶媛． 海外油气资产与勘探新项 目管理初 探卟 石油科技论坛， 2 0 1 1 , 3 0 4 2 2 2 7 ． [ 2 ] 徐文世， 于兴河， 刘妮娜， 等． 蒸发岩与沉积盆地的含油 气性卟 新疆石油地质， 2 0 0 5 ， 2 6 6 7 1 5 7 1 8 ． [ 3 】 张建球， 等． 滨里海盆地 东南部盐上层 系油气运聚规 律与成藏． 中国石 油勘探， 2 0 1 0 ， 1 5 5 5 8 6 2 ． [ 4 ] 何娟， 何登发， 李顺利， 等． 南大西洋被动大陆边缘盆地 大油 气田形成条件与分布规律U J ． 中国石 油勘探 ， 2 0 1 1 ， 1 6 3 5 7 6 7 ． 【 5 ] 贾承造， 赵文智， 魏国齐， 等． 盐构造与油气勘探U 】 ． 石油 勘探 与开发， 2 0 0 3 ， 3 o 2 1 7 1 9 ． [ 6 ] 贾小乐， 何登发． 全球大油气田分布特征【 『 ] ． 中国石油 勘探， 2 0 1 1 ， 1 6 3 1 - 7 ． 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 2 0 9 o 上 接 4 2页 2由于钻柱的旋转，环空钻井液呈螺旋流动 ， 有 助于 扰动 和破坏 静止 的岩 屑床 ，环空 截面 的三个 分 区 将被扰乱 ，岩屑将在三个分区中交替窜动 ，整个环空 截面都将起到运移岩屑的作用。 3通过对大位移、大斜度定向井岩屑携带问题 的分析可以看出，在现有设备限制下 ，单一借助增大 钻井液排量或者改善钻井液性能不能有效地清除并 防 治岩屑床 ；最有效的方法应是适当地利用大排量 、改 善钻井液性能和借助岩屑床清除工具等相结合的综合 措 施 除 岩 。 【 参考文献 】 ⋯ 张洪泉， 任 中启， 董明健． 大斜度 大位移井岩屑床的解 决办法 石 油钻探技 术， 1 9 9 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