勝利油田三維開發地震的實踐及效果

蘇朝光 宋 亮 孟 陽 尚新民 關 鍵

(①中國石化勝利油田物探研究院，山東東營 257022； ②中國石化勝利油田油氣開發管理中心，山東東營 257001)

1 研究背景

三維開發地震主要服務于精細滾動勘探和老區開發挖潛；針對的目標更隱蔽，成像精度要求更高；觀測系統設計過程中充分考慮了開發目標對觀測系統的需求；相對于三維勘探地震，具有“小面元、高覆蓋、寬方位、高密度”的特點[1-8]。三維開發地震面元尺寸為10～15m(常規三維是20～50m，K71三維開發地震可變面元為10m×10m，圖1a)； 覆蓋次數在120次以上(常規三維是40次以下，圖1b)； 橫縱比通常大于0.5(常規三維約為0.3，圖1c)； 炮道密度大約百萬道(常規三維約為20萬道，圖1d)。

熊翥[9]曾強調“均勻、對稱、連續采樣”是“實現高精度三維地震勘探的堅實基礎”。基于多年的高精度地震與開發地震勘探實踐，勝利油田進一步完善了以地震波場的充分性、對稱性、均勻性和連續性為核心的觀測理念。

從地質角度講，充分性是保證地質目標體的充分觀測，在地震勘探上表述為地震信號的充分采樣。是否充分采樣，可用最小/最大炮檢距、覆蓋次數、面元尺寸及方位角等參數綜合評價。

對稱性是針對地震觀測的評價指標，其作用是確保觀測系統的穩定性和良好的統計特性，有利于壓制偏移成像噪聲，提高目標地質體的成像質量。該評價指標主要考察排列片的布設狀況，即道間距、炮點距、接收線距、炮線距這幾個參數及其相互間的關系：當道間距=炮點距=接收線距=炮線距時，為對稱采樣；當道間距=炮點距、接收線距=炮線距時，為廣義對稱采樣；其他則為非對稱采樣。

均勻性評價的目的是確保目標地質體各方位的觀測。均勻性評價指標也是針對排列片布設，重點考察道間距、炮點距、接收線距、炮線距等參數之比，當道均勻性、炮均勻性、炮道均勻性指標等于或接近1時，面元炮檢距分布就是均勻的。

連續性評價的目的是考量地質目標體是否得到連續觀測，主要從面元尺寸、三維觀測模板的縱橫滾動距、炮道密度這幾個參數進行評價。

結合勝利油田開發地震實際情況，按照充分、對稱、均勻和連續等四個要素，分別對K71、YX、B12、PH、DWZ、B3、DFG等7塊三維開發地震的觀測系統參數進行統計，確定三維開發地震觀測系統設計與評價指標(表1)。

自2005年K71三維開發地震項目實施以來，中國石化勝利油田共部署7個三維開發地震區塊(圖2)，合計面積668km2，尤其在“十二·五”以來，集中部署并完成了PH、DWZ、B3、DFG等4個三維開發地震項目，滿覆蓋次數面積共計438km2。

圖1 三維開發地震與三維勘探地震主要采集參數對比

指標分類采集參數工 區 名 稱K71YXB12PHDWZB3DFG評價指標充分性對稱性均勻性連續性面元網格/m×m10×10可變12.5×2512.5×12.515×1512.5×12.512.5×12.5<25×25覆蓋次數/次120600240168168147160>120最大炮檢距/m27233759400845834759361145111.5倍埋深最小炮檢距/m10151520251512.55～30橫縱比0.930.520.500.450.530.570.780.50～1.00道間距/m20502525302525<50炮點距/m20805050605050<50接收線距/m22050150150180125175<200炮線距/m10080150150150150175<200對稱性近似對稱近似對稱近廣義對稱近廣義對稱近似對稱近似對稱近似對稱廣義對稱道均勻性0.181.000.170.170.170.200.140.50～1.00炮均勻性0.201.000.330.330.400.330.280.50～1.00炮道均勻性2.200.390.500.500.600.420.500.50～1.00炮檢距均勻性10～350m不均勻0～3759m均勻小炮檢距不均勻小炮檢距不均勻小炮檢距不均勻小炮檢距不均勻小炮檢距不均勻分布均勻滾動線數12線/6線48線/24線20線/5線24線/2線24線/2線28線/2線32線/2線道密度(點/km2)227400267267185320229>100炮密度(點/km2)500156133133111133114>100炮道密度(104道/km2)120.0095.8576.80107.5274.6094.08102.40>50

圖2 勝利油田三維開發地震項目部署圖

2 三維開發地震的實施

經過最近十余年的發展，勝利油田開發地震技術逐漸走向成熟，在一體化運行、地震選區原則、觀測系統設計、單點檢波器接收技術等四個方面取得較大進展和突破，保障了開發地震技術取得良好的資料效果和實際滾動開發效果[10-14]。

2.1 建立了三維開發地震采集、處理、解釋和滾評一體化模式

經過探索實踐，三維開發地震工作建立了由油田開發處統一組織、以物探研究院為技術核心的采集、處理、解釋和滾評一體化模式(圖3)，實現了開發地震采集、處理、解釋、滾評的高質量、高效率、高水平。在一體化實施過程中，物探研究院始終貫穿采集、處理、解釋、滾評的每一個環節。

圖3 開發地震三維采集、處理、解釋和滾評一體化工作流程

在采集階段，首先由采油廠初步提出設計具體的采集區塊，再由油田開發處統一組織三維開發地震區塊的論證與優選，并上報中國石化油田勘探開發事業部最后確定部署區塊； 接下來由物探研究院進行三維開發地震觀測系統設計，通過油田和總部審查后，交由勝利物探公司組織三維開發地震的現場采集施工，期間物探研究院處理人員及時跟進，對采集質量進行監控。

在處理環節，物探研究院處理人員及時將采集資料入庫處理，此期間物探研究院解釋人員和地質監督人員向處理人員講解地質任務，開展后續處理監督，最終處理人員提供優質處理剖面。

在解釋環節，處理人員把最終處理資料交給物探研究院解釋人員、相關采油廠、油公司等單位進行地震資料解釋。

在滾評環節，物探研究院和采油廠、油公司通過院廠結合或通過成立重點滾評項目組，物探研究院提供物探技術支持，共同提出滾評井位建議(圖3)。

2015年實施的B3項目就是三維開發地震一體化工作模式典范，該三維區塊實現了當年施工、當年高質量處理、當年高效解釋應用、當年發現千萬噸滾評目標，體現了一體化工作的高質量、高效率和高水平。

2.2 提出了三維開發地震選區“四有”、“四能”原則

開發地震部署選區是開發地震工作的重要環節，在低油價的環境下顯得尤為重要。通過實踐總結，勝利油田已經總結出一套較為科學的選區原則。

2.2.1 “四有”原則

“四有”原則即為：工區有儲量、開發有問題、滾動有潛力、資料有不足。

(1)工區有儲量：開發地震區應該有1000×104～2000×104t以上探明儲量。統計勝利油田已經實施的7塊三維開發地震區內平均探明儲量3800×104t，這是開發地震部署的儲量基礎，有利于開發地震實施后老區開發的挖潛和調整，如采集較早的YX和B12區塊，分別開發調整覆蓋地質儲量5446×104t和3916×104t。

(2)開發有問題：開發的問題主要包括油與水的矛盾、注與采的矛盾、潛力與資料的矛盾等幾個方面。如YX區塊原有老資料成圖發現高部位高含水，低部位出油、低含水，存在明顯油水矛盾； DWZ區塊由于斷層模糊、巖性發生變化、不同砂體疊合等地質現象在地震資料上解釋不清，造成注與采矛盾突出； B12稀油主力含油層系沙三段、沙四上亞段為近岸水下扇沉積，多層系含油，探明地質儲量797×104t，由于地震資料限制，剖面上層位及斷層不清楚，分層系開發調整的潛力無法實現，存在明顯的潛力與資料的矛盾。

(3)滾動有潛力：開發地震的部署應綜合考慮滾動勘探潛力和老區挖潛，尤其是部署區域在滾動勘探方面應具有較大潛力，以保證開發地震的經濟效益。如B12三維開發地震的滾動勘探潛力突出，利用三維開發地震資料，開展了斷層精細刻畫、砂礫巖扇體內幕期次劃分以及濁積砂體描述等工作，部署滾動、評價井19口，新增地質儲量1005×104t，新建產能19.4×104t ，累計增油39.14×104t。

(4)資料有不足：現有的地震資料不能滿足進一步滾動勘探和老區挖潛，包括斷層成像不清、地震分辨率不足、資料信噪比較差等。如B12區塊原有老資料主要是針對區域勘探和評價進行的采集和處理，資料采集較早，面元網格較大，覆蓋次數較低，雖然經過目標處理，仍不能滿足油田滾動勘探和開發調整的需求，資料信噪比較低、分辨率不足、低序級斷層刻畫困難等，需要部署三維開發地震才能解決實際油氣開發問題。

2.2.2 “四能”原則

“四能”原則即為：重采能改善、效益能提高、現場能實施、環保能保障。

(1)重采能改善：通過三維開發地震的部署和實施確保能夠改善地震資料的品質，在選區過程中需要針對目的層強化采集觀測系統的論證，保證通過觀測系統的優化，小面元、高覆蓋次數、寬方位觀測系統及其他新采集技術的應用，提高資料的信噪比、分辨率和保真度，以識別小斷層、薄砂體和各種復雜地質體。

(2)效益能提高：選區論證工作要突出效益保障。如在YX和B12區塊，通過三維開發地震的實施，在新區滾動中發現了一批儲量，提高了鉆探成功率；在老區挖潛調整中，通過細分層系，對構造儲層精細落實，解決了復雜的油水矛盾，提高了油氣采收率，三維開發地震的實施，有利地帶動了復雜地質區的滾動勘探和開發，明顯提高了滾動勘探成功率和開發效益。

(3)現場能實施：現場施工條件是三維開發地震選區的一個前提，是三維開發地震選區和現場施工需要考慮的主要條件之一。如B3三維開發地震最初設計滿覆蓋次數面積126km2，東南為濱州城區，有密集建筑物和兩個大型水庫，通過現場踏勘，綜合考慮地下潛力和地上能實施的原則，進行了優化，最終設計滿覆蓋次數面積為110.9km2，去掉了東南角施工復雜區域15km2，保障了現場順利施工和資料效果，同時節約投資800萬元。

(4)環保能保障：綠色環保是國家和中國石化的重要發展理念之一，尤其在當前環境下，環保工作是重中之重。如原部署的CN-BB三維開發地震項目經實地踏勘，有利區域存在大面積成片分布的海參區，海參養殖周期為三年，且對水質要求非常嚴格，海參池內不能布設炮檢點，禁止踏勘人員進入養殖區域，最終從經濟賠償成本和環保的角度放棄該塊的三維開發地震采集部署，調整到DWZ區塊。

2.3 實現了三維開發地震觀測系統“五化”、“六性”設計

從2014年開始，三維開發地震采集觀測系統設計由過去乙方施工單位(物探公司)設計變為甲方監督單位(物探研究院)設計。針對三維開發地震資料特點，物探研究院提出了新的設計思路，實現了新的設計方式，總結出了采集觀測系統“五化”、“六性”設計理念，有效地保證了三維開發地震觀測系統設計質量。

2.3.1 觀測系統“五化”設計

三維開發地震觀測系統設計過程中，針對三維開發地震特點，形成了以開發目標層系為依據的4項三維開發地震觀測系統設計與分析評價技術，實現了觀測系統“五化”設計：即觀測系統設計中地球物理參數提取的“全局化”、觀測系統論證的“模型化”、觀測系統優化設計的“需求化”和觀測系統分析評價的“可視化、系統化”，提升了觀測系統設計的針對性、時效性。

(1)全局化：勝利油田物探研究院發揮采集處理解釋一體化的優勢，利用目標區處理解釋最新成果提取各目的層在全區的深度、速度、傾角、方位角等地球物理參數，作為參數論證、觀測系統設計與分析評價的模型依據。全局化改變了過去以幾個論證點代表全區的粗放式論證方法，形成點、線、面、體的論證技術，論證工作更加精細。

(2)模型化：模型化實現了抽象的數學推導與圖表方式到模型的轉變。通過建立模型再反推參數，論證結果更加準確、直觀。

(3)需求化：觀測系統設計過程中，充分發揮物探院采集、處理、解釋和滾評一體化的優勢，從地質任務及處理需求出發設計合理的觀測系統，設計更具針對性，有力推動了三維開發地震工作的開展。

(4)可視化：通過正向照明及反向照明技術的應用，實現地下波場的可視化，改變了過去依靠經驗的論證模式，保證了論證結果的準確性。

(5)系統化：設計過程中，從觀測系統的技術性、實施性、經濟性等多個方面綜合考慮、統籌策劃，進一步保證三維開發地震的質量及效益。

2.3.2 觀測系統設計“六性”理念

“六性”理念即為：充分性、對稱性、均勻性、連續性、經濟性、實施性。前述充分性、對稱性、均勻性、連續性等體現了技術的高要求，確保能完成三維開發地震地質任務； 增補的經濟性、實施性強調三維開發地震的效益及可行性。

“六性”理念統籌考慮了設計方案的技術可行性和經濟效益，極大地促進了三維開發地震工作的開展。如B3項目預定對4套觀測系統方案進行對比分析(表2、表3)，與方案3相比，雖然方案4各項技術指標都較好，但是東西向25m炮點距穿越障礙能力受限，炮密度高，施工成本高； 與方案1和方案2相比，方案3具備以下優勢。

(1)減少了接收線距，增加了接收線數，提高了目的層有效覆蓋次數，目的層能量聚焦更好；增加了接收道密度，波場采樣更充分連續，橫縱比進一步提高，減少了能量的浪費。

(2)點線細分方式取代了炮點奇偶交錯細分方式，觀測系統信息耦合程度更好，方位信息來源更豐富，有利于獲取多方位傾斜構造層面鏡面反射信息。

(3)減少了橫向滾動距離，由5線滾動改為2線滾動，靜校正耦合性更好，采集痕跡更弱，進一步減少了偏移中的噪聲。

從技術、經濟性、可實施性進行綜合優選，最終推薦方案3。

2.4 突破了組合向單點檢波器接收的技術瓶頸

隨著勘探和開發的不斷深入，薄層成為重要的勘探開發對象，對地震資料提出了更高的分辨率和保真度要求。單點接收的優點是避免了面積組合的兩個缺陷：一是面積組合制約了高密度采集的發展，二是面積組合導致地震資料分辨率低、保真度差。而單點接收可有效提高地震資料的分辨率和保真度，更好地滿足當前勘探開發的需要，而單點采集也是提高地震采集精度的一個重要發展方向。但高性能數字檢波器主要被國外公司壟斷，檢波器成本高，單點采集噪聲大，難以大面積推廣，隨著勝利單點壓電高性能低成本檢波器的研制成功，突破了組合向單點檢波器接收的技術瓶頸和禁區[15-25]。

表2 B3開發地震觀測系統參數對比

表3 B3開發地震觀測系統方案評價對比

勝利LHKJ-1A陸用壓電檢波器具有靈敏度高、頻帶寬、動態范圍大的特性，主要技術指標達到了國外數字檢波器的水平，最大的優勢在于兼容性強，適用于復雜的地表條件(表4)。

LHKJ-1A陸用壓電檢波器先后在PH、XZ、CD、DFG等區塊做過10多次試驗，積累了大量研究成果，尤其是在DFG區塊做了系統試驗和分析，效果較好。試驗分析結果表明，單點陸用壓電檢波器較超級檢波器組合而言，分辨率有較大優勢，從試驗單炮記錄對比看，主要目的層的頻帶優勢有明顯的拓展，以-20dB為標準，目的層頻寬拓展34Hz(圖4d、表5)，保真度也更好； 通過微分，將組合模擬檢波器記錄轉換到加速度域，單點壓電檢波器接收記錄仍有明顯的優勢，低頻拓展約2Hz，高頻拓展10Hz； 雖然單點壓電檢波器單炮信噪比略低(圖4a～圖4c)，通過多次覆蓋的彌補，最終偏移結果信噪比相當(表5)。

表4 勝利LHKJ-1A陸用壓電檢波器與國外數字檢波器、超級動圈檢波器主要性能對比

圖4 DFG地區單點壓電(a)、組合模擬(b)檢波器與組合模擬檢波器加速度域(c)的單炮記錄及其目的層頻譜對比(d)

檢波器類型單炮目的層頻譜分析/Hz信 噪 比能 量壓電檢波器5～90(-20dB)超級檢波器2～53(-20dB)超級檢波器(加速度域)7～80(-20dB)單炮單點比組合的信噪比略低,處理后信噪比相當陸用壓電單點接收信號約是超級組合接收信號的兩倍

2015年底，勝利油田在DFG區塊使用陸用壓電檢波器單點接收與模擬檢波器組合接收進行二維地震試驗對比工作。兩者激發因素相同，觀測系統一致。采用同樣處理流程，對兩種采集因素進行處理。從成像結果上看，目的層主頻有一定提高，地層分辨能力改善(圖5a)。從目的層的頻譜分析上來看(圖5b)，以-20dB為標準，陸用壓電單點檢波器接收資料頻寬為8～67Hz，模擬檢波器組合接收資料頻寬為7～55Hz。陸用壓電單點接收資料頻寬有明顯拓寬。

2016年，勝利油田在DFG區塊使用LHKJ-1A陸用單點壓電檢波器進行了采集，是國內首塊國產單點檢波器工業化采集的開發地震三維。通過現場嚴格質量采集施工和室內針對性處理，在保幅前提下有效地提高了資料的分辨率并實現了高精度成像，取得了良好的資料效果。

圖5 模擬檢波器組合接收(a)、陸用壓電檢波器單點接收(b)試驗偏移剖面及其目的層頻譜(c)對比

3 三維開發地震應用效果

勝利油田近十余年來實施的三維開發地震成像效果好，有效地支撐了三維開發地震區的滾動勘探和開發，取得了明顯經濟效益。

從成像效果來看，主要體現為“四更”，即：剖面分辨率更高、資料保幅性更好、斷層成像更精準、地質體識別能力更強。

(1)剖面分辨率更高。如YX三維剖面分辨率提高幅度：淺層1倍、中層50%、深層30%(圖6)。

(2)資料的保幅性更好。如DWZ資料由于資料保幅性更好，小的巖性體、地層尖滅點在開發地震資料上識別能力進一步提高，可描述0.02km2的小砂體(圖7)。

(3)斷層成像更精準。無論是大斷層還是低序級斷層，開發地震資料斷層更加清楚，斷層歸位更加準確，橫向斷棱可達10m的精度(圖8)。

(4)地質體識別能力更強。如B12開發地震區地質體識別能力更強：砂礫巖體內部旋回特征更清楚，可描述50～100m厚的扇體旋回(圖9)。

從地質效果看，早期部署的YX、B12兩塊開發地震三維在新區滾動和老區挖潛中發揮了重要作用，分別新增可采儲量513×104t和727×104t，提高采收率6%～13%，折合噸油發現成本只有十幾元，有力帶動了復雜地質區滾動勘探和開發。“十二·五”期間部署的PH、DWZ、B3、DFG等開發地震三維區塊，分別針對小斷塊、薄互層灘壩、砂礫巖體和濁積巖等多種地質目標，通過聯合使用地震、鉆井、地質等資料，已部署各類井位174口，完鉆井139口，成功率為91%，落實地質儲量2000×104t。如在DWZ三維區D31-32塊滾動勘探中，根據老三維資料部署的D31-32井，沙四段初期產油21.0t/d，不含水，采油后期，D31-32井含水上升，末期液量為20.2t/d，油量為10.2t/d，含水為50%； 老構造圖認為西部低部位潛力小、風險大(圖10a)。針對開發地震三維新資料重做精細構造分析，在D31-32圈閉西部發現了一個約10m的低序級斷層(圖10b～圖10d)，認為西部斷鼻具有滾動勘探潛力，在其高部位部署實施了D31-X34井，獲得21t/d的工業油流，開發地震三維資料在新區滾動勘探和老區開發中取得了良好地質效果。

圖6 YX區塊老三維(a)、開發地震三維(b)剖面(上)及其頻譜(下)對比

圖7 DWZ區塊老三維地震剖面(a)與開發地震三維剖面(b)對比

圖8 PH區塊老三維(a)與開發地震三維(b)斷層特征剖面對比

圖9 B12區塊老三維地震剖面(a)與開發地震三維剖面(b)對比

圖10 DWZ開發地震三維區D31-32斷塊滾動勘探綜合地質效果圖

4 結論

(1)勝利油田針對開發潛力和復雜區帶，精心組織部署實施了7塊開發地震三維，取得了開發地震三維技術的四項技術進步：探索建立了采集、處理、解釋和滾評一體化運行模式，提出了地震選區“四有”、“四能”原則，實現了觀測系統“五化”、“六性”設計，突破了組合向單點檢波器接受的技術瓶頸。

(2)三維開發地震取得了明顯的“四更”資料效果和良好的滾動勘探、開發應用效果，三維開發地震是看清地下復雜斷塊、巖性、地層、潛山油氣藏的重要物探手段，會在提高鉆探成功率及采收率方面發揮越來越重要作用，保證重點復雜潛力區帶滾動勘探和開發，為油田新形勢下提質增效發揮重要作用。

(3)三維開發地震向單點高密度地震方向發展，面元更小、覆蓋次數更高、方位角更寬、精度更高，也趨向時移地震油藏監測技術方向。