一、油藏地球物理發展及展望油藏

地球物理本章重點本章主要給學生介紹油藏地球物理所涉及到的內容和研究方法。對現代油藏描述技術的發展做一簡要的介紹，使學生對這一方向有一初略的了解。我國的油氣資源主要賦存于中新生代陸相盆地中，陸相盆地擁有石油資源量的四分之三和天然氣資源量的近半數。經過半個多世紀的油氣勘探之后，在陸相盆地中發現了數量眾多的構造油氣藏，也找到了一些巖性地層油氣藏，目前陸相油田占我國已探明石油儲量的95%以上。隨著勘探程度的提高，巖性地層油氣藏探明儲量所占比重越來越大，現已成為我國陸上油氣勘探的重點領域。20世紀50年代:通過借鑒國外勘探研究經驗，初步認識到巖性地層油氣藏的成藏條件，在準噶爾盆地西北緣勘探發現了一些淺層地層油氣藏。60～70年代:隨著中國油氣勘探戰略東移，在松遼盆地和渤海灣盆地找到了一批大型構造油氣田的同時，在渤海灣盆地發現了任丘、高升、歡喜嶺等大型巖性地層油氣田。80年代:隨著多次覆蓋數字地震技術的廣泛應用，以地震相、儲層預測、沉積體系、成藏條件等研究為基礎，找到一些具有明顯前積結構特點的砂礫巖體巖性油氣藏和區域不整合遮擋地層油氣藏。

90年代:隨著高分辨率三維地震大面積采集和層序地層學等理論方法的引入，極大提高了巖性地層油氣圈閉識別準確率和儲層預測精度，巖性地層油氣藏勘探取得豐碩成果，在松遼、鄂爾多斯、準噶爾、塔里木等盆地，發現了朝陽溝、榆樹林、肇州、安塞、靖安、西峰、哈得遜等十幾個億噸級的巖性地層大油田。近幾年巖性地層油氣藏探明儲量占中國石油的50%以上，2003年三級儲量超過60%，已成為中國陸上油氣勘探的重點領域。隨著我國含油氣盆地勘探程度的不斷提高，加強層序地層學技術方法和巖性地層油氣藏形成條件與分布規律研究，成為重要的研究方向。建立一套比較完善的理論與配套的技術，對于推動中石油乃至全國的巖性地層油氣藏勘探具有十分廣闊的應用前景。國內外研究證明，層序地層學是尋找巖性地層油氣藏的有效方法，將層序地層學理論與現代地震解釋技術，特別是與各種地震儲層預測技術緊密結合，是國內外積極探索的重要研究方向。

油藏地球物理是一個相對較新的概念。過去，地球物理的角色大多局限于勘探，而在油藏的開發中應用程度則很低。隨著效益成為油氣工業經濟發展的主要動力，隨著一些主要油氣田的枯竭，人們越來越認識到，地球物理是一種可以用來降低油氣開發成本的手段。地球物理測量特別是地震測量的可靠性，極大地降低了現有油田與鉆井有關的風險，把地球物理約束條件加到統計模型中去的能力，提供了一種直接向油藏工程師傳送地球物理結果的機制。井控制地震勘探中，通常要向遠離目標區帶，橫穿斷層，層序邊界，和偶發性不連續點的地方外推井數據。“類比”的有效性是勘探的一個重要方面，而且解釋結果的置信度水平必定是有限的。

油藏地球物理中，一般假設油藏已經生產了（或者至少開發了一段時間），而且在分析時有井資料可以加以利用。這些井資料提供了各種不同的信息。從巖石物理學家那里，我們獲得了經過編輯和解釋過的測井數據、巖性描述結果（包括礦物學、孔隙度甚至巖心空間的形態）、流體含量（有時與測井條件有關，有時與原始油藏條件有關），以及詳細的地質層位的深度約束條件。巖石物理控制

地球物理學家所要回答的主要問題之一或必須獨立地回答的問題是：地球物理技術能否區分出什么樣的油藏模型具有更好的效益和較低的成本？回答不僅僅取決于地球物理模型，也取決于油藏巖石和相鄰地層的巖石物理----或者說“地震巖石物理”。井的存在和獲得巖心樣品的可能性都極大地提高了油藏地球物理學家解決這個問題的能力。測井，特別是與成像測井相結合的縱、橫波速度測井，為我們提供了裂隙的信息，它可以被用來（仔細地）為我們提供一些基本的地震特性，這些地震特性可被依次用來模擬變化的巖性特性，流體含量以及現場條件（如孔隙壓力）。巖心樣品可被用來提供理論框架的基礎，或者說它們的測量結果可被用來提供同樣是基礎性的地震特性。

地球物理學家必須時常注意與標度特性有關的輸入數據的意外錯誤，特別是在某一尺度（如高頻處飽和巖石的噴流機制）觀測到的物理效應不能被錯誤地應用于其它尺度處。有時，了解不夠可能是一種很危險的方法，地層的地震巖石物理方面不完善的評價會導致不正確的結果或解釋。

測量設計

一旦某一油田已被發現、開發并生產了一段時間，地球物理學家就可以獲得一些有關信息來設計一個以最大似然方式開展地球物理測量的方案，采集的數據將使解釋最佳化。也就是說，如果測量的目的是為了確定油田的構造邊界，那么，3D地震測量就可以以這種想法來設計。簡單地說，就是目標體是已知的，它使得油藏地球物理學家要比傳統的勘探地球物理學家在設計測量方案時具有更多的優勢，而且是以目的更為明確的方式來設計測量方案。通常很容易證明適當地開展用于儲層特征描述的地震測量的花費是合算的，這是因為可以以更高的置信度來計算測量的經濟回報率，而且其資金成本回籠要比傳統的勘探地震測量快得多。3D地震雖有許多各種各樣的其它技術常被用于一些特定的項目，但絕大多數油藏地球物理都是基于反射地震數據的。盡管幾乎所有用于油藏研究而采集的地震數據都是高覆蓋次數的，而且是以垂向檢波器采集的3D數據，但是，在陸上和在海底以多分量震源激發、多分量檢波器接收的轉換波數據的應用正不斷增長。特別是，為了對氣云下方進行成像（油藏的P波成像不清楚），轉換波的應用正在加強，而且獲得海底多分量數據的技術正不斷得到改進。在許多油藏開發方案中，裂縫的重要性已經產生了大量關于多分量震源和檢波器的經驗做法，通過橫波分裂（和其它特征）的識別來確定與其有關的高裂縫密度。其中有些技術的應用可望在未來得到持續不斷的增長，但目前來說，設計用來描述現有油藏的絕大多數地面地震研究是用垂直分量檢波器接收的高質量3D地震測量。在這種情形下，假設振幅與R0成比例，而簡單的褶積模型通常是適用于數據的解釋的。但并不總是這樣簡單，在這種假設條件下會發生許多解釋錯誤。舉個例子來說，許多情況下，褶積模型可能并不適用，特別是如果在解釋中反射與偏移距的關系很重要時更是如此。而且把孔隙度或流體特性的變化解釋為真實阻抗變化的原因又過于樂觀，特別是在含粘土的砂巖或具有裂隙的巖石中。除簡單的振幅應用外還有許多其它地震屬性可以利用。許多“原始”地震屬性是基于Hilbert變換的，包括了瞬時振幅（或波包絡的振幅）、瞬時相位（大多用于精確時間拾取）和瞬時頻率（常常與薄層混響有關，但經?？赡苠e誤地解釋為由于氣泡引起的衰減的結果）。由這些屬性引伸出的許多其它的屬性也可加以利用。例如，相干性是相鄰地震道之間波型相似性的屬性，它常常被用來識別裂縫。傾角和方位角描述了最大相似性時地震道偏移距的方向，它們能輸出地層界面的理想的詳細圖像。如今，在地球物理處理或解釋軟件包中所利用的屬性超過了200個；從稍有不同的各種方法中獲得的許多地震屬性實際上定義了同一個特定的屬性，如頻率或振幅。在薄地層地區應用傳統的屬性分析時必須特別小心，因為這些地區薄層本身的干涉可能會模糊傳統的屬性解釋。建立起目的層的屬性和目的層測井數據（或由測井推導出的數據）之間的關系是很簡單的，可以說地震振幅和孔隙度之間的強相關性常常足以使許多研究人員確信這種相關性是很有意義的，于是地震振幅可被用于油藏特征描述中孔隙度的表示。但正如人們可能的許多推測那樣，該方法中又存在許多潛在的缺陷。必須對合適的相關性進行統計測試，也必須引入地質結論對結果的合理性進行檢驗，最為重要的是觀測到的屬性特征要有其物理基礎。地質統計在油藏特征描述中，綜合研究隊通常都有大量的井資料可資利用，一般來說，研究人員根據它們來推斷油藏。根據這些井資料的可利用性會有下面的二難推論：你如何利用現有數據的空間分布？很容易看出井之間簡單求平均會導致使人誤解的結果，當可被觀察的特性相關超過某一確定的距離時，人們開發了一種可以利用的稱作Kriging的技術。該技術已經得到了改善，它包括下面這樣一種數據的利用，即該數據能提供位于井位處“硬”數據之間額外的“軟”證據，地震數據經常提供這種“軟”證據。超薄地層近年來人們開發出了幾項特殊的技術，這些技術顯然有助于解釋人員識別非常薄的地層的特征，這種情況下所考慮的地震數據分辨率都顯著小于傳統的四分之一波長。這些技術利用了有限帶寬地震子波內各種頻率分量，既有頻率域方法，也有在時間域實現的方法。頻率域譜分解方法可望切分出頻帶內來自薄層頂底反射干涉中的一種虛反射信號。虛反射處的頻率或譜陷頻對應于薄層的二倍（雙程）時間厚度。由于地震子波包括了許多高于主頻的頻率，因此，譜陷頻可以顯示很薄地層。例如，河道或海岸線的變細，可通過頻譜中較高頻率陷頻位置的成功填圖來觀察到。時間域方法包括匹配子波特征，通常利用神經網絡技術；沿某一給定層位的子波可被分類成幾個不同的子波，也許彼此之間僅僅存在比較細微的差別。分類子波的結果圖常常能類推出所求取地質特征的圖像。分類有助于比較相對振幅（如旁瓣與主瓣），例如，主峰或主槽的“肩峰”，或周期內的微小變化，因此常常與子波分辨率之下地質特征造成的干涉相對應。如果地震巖石物理模擬不進行直接地震分析和解釋或不進行結果證實，所有這些技術可計算出導致不正確解釋結果的風險。對于油藏地球物理學家來說，將高級計算機軟件用作黑盒子來提供完美的圖像正越來越成為一件很容易的事，這就使得解釋中的可靠性值得懷疑。幸運的是，目前所能獲得的絕大多數軟件包都包括了結果測試所要求的模擬性能，當然測試僅僅是在油藏地球物理學家能夠應用它們時才能實現。聚焦方法由于油藏地球物理學家對目的層已進行了分析研究，對以前的地震數據已進行了井標定，并且研究了油藏內各種預期情況的地震巖石物理響應，因此，他們有機會搜集到這些數據，而且也只有利用這些數據才能觀察目的層的特征。例如，如果人們確信遠偏移距地震數據包含了研究所需的所有基本信息，那么可以只搜集遠偏地震數據。然而，可能由于即使增加成本也不能保證降低缺失重要數據類所帶來風險的原因，因此這種高度聚焦方法的應用效果并不是很明顯。也許人們對有目的地收集某種數據有一種自然的厭惡，這種數據也不象常規采集的地震數據那樣“美好”或“完整”。井中地球物理油藏地球物理學家不僅具有應用井數據建立相關性的優勢，而且還具有把這些井數據推廣應用到新的地球物理數據收集中的有利條件，這些數據受地面噪聲和風化層的影響很少，而且本身更接近于目的層。許多新的井中數據采集技術是有效的，而且許多技術在不遠的將來可能成為油藏地球物理學家方法庫里一種重要的技術。地震震源和／或檢波器可以安置在一口井中或相鄰的井中，分析的對象可以是速度場也可以是井附近詳細的反射圖像。既然是井中地球物理，因此至少應將震源或檢波器安置在井中。ＶＳＰ、聲波和套管井聲波測井常規的井中地球物理技術包括ＶＳＰ、傳統的聲波測井和套管井聲波測井。起初，開發所有這些技術是為了建立起地面地震和井中觀測結果之間的聯系，但現在它們已被推廣應用到許多情況。ＶＳＰ為詳細的同相軸識別和子波確定提供了最佳數據，但它們也可被用來對井附近環境進行成像，而且如果對震源位置應用多種偏移距形式，那么這些圖像可得到進一步的改進。

現代聲波測井方法提供縱、橫波速度的理想測量結果，它們是標定研究地震數據上流體置換效應所必需的；當然，如果數據顯示出侵入或非侵入狀態，解釋人員必須仔細地了解情況，而且必須根據情況作近似校正?，F代聲波測井方法還常常能提供套管井可靠的速度值，它通常能發現套管后面的軟泥巖的可靠形狀，這是因為裸眼井中泥巖是流動的或塌陷的，因此裸眼井測井不具有這個能力。井間、RVSP和單井成像井中地球物理技術的最新發展包括將地震震源安置在一口井中，接收器在另一口井中（井間地震）、安置在地面（逆ＶＳＰ（ＲＶＳＰ）），或以距震源一定的距離安置在同一口井中（單井成像）。實驗中，利用這種布置采集了數據并已生成了圖像，此外還獲得了數據采集、處理所需要的時間以及整個作業的成本，綜合這些因素可以考慮在什么地方可以將這項技術進行商業性作業，而不僅僅是實驗。幾年前，井間地震技術僅僅是用于層析成像，同時提供井間范圍速度的有效描述，而不提供詳細的圖像。近來，層析成像技術常常被用來提供二井間（以及下方）生成高度詳細反射圖像所需的速度信息。ＲＶＳＰ數據的利用只是近來才成為現實，但早期的一些研究表明，這項技術在井附近詳細構造成像中的潛力是巨大的。單井成像盡管還沒有普及，但對于詳細的特殊構造的研究來說，它是一種有用的方法，諸如鹽丘側翼研究，它有助于從某一勘探井進行開發側鉆的設計，尤其是在深水環境。無源地震監測近年來，人們對油藏圍巖的機械響應進行了詳細研究，Ｔeufel和Rhett(1992)報道了在北海Ｅkofisk臺地觀測到的引人注目的沉降，關于天然地震與油氣生產和注入實踐以前已經在科學和天然地震文獻中發表過，天然地震監測（由于地球物理學家沒有利用人工地震震源，因此稱為無源監測）已變得越來越明確和精確，即使在地震活動水平很低的情況下，這大多是因為安置在井下的檢波器遠離地面噪聲，并且更接近于地震能量源。由于在流體的產出（和／或注入）期間油藏圍巖應力受到影響同時伴有流體壓力的變化，因此會發生小的（偶而會較大）天然地震事件，它表示了沿弱應力面的剪切破裂；對于拉伸破裂來說，在油藏工程的“開裂”壓力條件下在注入井中可能發生拉伸破裂。在一些詳細的研究實例中，很小的事件似乎指明了反映原油運移的裂縫系統的模式和位置。水力壓裂期間的地面傾斜觀測和無源地震監測已經在許多情況下改善了油藏的開發。這兩種水力壓裂監測技術幾乎已成為石油工業界的常規手段（也就是說，它們已不再是處于實驗階段了），而且能夠應用于所有合適的地方。結論隨著地球物理技術的日臻成熟，它們已使地球物理工作者對構造細節了解的水平不斷提高，現在，要實現許多與油藏生產有關的目的也幾乎都離不開它。反射地震特別是3D地震是勘探中應用最為廣泛的技術。不斷出現的一些新技術業已成功地證明了它們的潛在能力，但商業應用程度不一，這些技術包括井間、正／逆VSP、單井成像和無源地震監測（重力、電磁和其它的技術在本專輯的其他文章里另有描述）。油藏地球物理學家比勘探地球物理學家所具有的明顯優勢在于已有關于油藏目標體數據的數量和質量，實施的測量聚焦于特定的目的層，允許地球物理觀測結果對到地層的標定（為了使結果具有一定的置信度這是必須的，同時改善成像質量）。隨著地球物理技術成為油藏工程師更為熟悉的技術，隨著工程實踐活動也越來越成為地球物理學家慣于從事的活動，可以預期，油藏地球物理技術的應用將不斷得到增長?，F代油藏描述技術發展狀況雖然單一學科技術發展進步很大,仍然滿足不了現代油藏描述的需要,因而90年代以來逐步向多學科一體化描述發展,提倡地質、物探、測井研究人員與油藏工程師共同工作,發展邊緣學科及計算機的”地學平臺”,以多種應用數學方法貫穿研究始終,如應用統計學、人工智能、專家系統、分形幾何學等,其中最突出的是地質統計學隨機模擬方法的應用,從而使油藏描述技術由多學科分體式協同工作發展為多學科一體化共同工作。

現代油藏描述即是應用地質、物探、測井、測試等多學科相關信息,以石油地質學、構造地質學、沉積學為理論基礎,以儲層地質學、層序地層學、地震巖性學、油藏地球化學為方法,以數據庫為支柱,以計算機為手段,由復合型研究人員對油藏進行四維定量化研究并進行可視化描述、表征及預測的技術。

其突出特點體現在如下幾個方面:一是單井到多井的飛躍;二是定性半定量到定量的飛躍;三是單學科、多學科分體到多學科一體化的飛躍;四是研究過程自動化、成果可視化。

現代油藏描述通常由四個子系統構成:即地質描述子系統、測井描述子系統、地震描述子系統和油藏工程描述子系統。四個子系統在同一平臺上作業,隨時交流,充分實現資源共享?，F代油藏描述技術發展趨勢

要實現多學科綜合和多種技術的發展,主要應該從三方面著手,一方面要不斷提高和發展單相技術水平,它是整個油藏描述得以實現的基石,也是多學科綜合運用的前提條件,發展的準確、完善與否,直接影響著多學科和多種技術的集合效果。另一方面,由于地質統計學能夠方便地綜合運用各種資料,如地質、地震、測井、生產等信息,而現代油藏描述的方向就是強調多種技術多學科的綜合研究,因而應把地質統計學更廣泛地應用于油藏描述;第三方面,要建立完善的綜合運用多學科以實現高效油藏描述的機制,它是一門獨立于單相技術之外的科學,各學科只有得到有效的組織才能發揮其最大的效用。實現這一目的的關鍵就是在公司各油田加強油藏管理學習,科學的管理,是任何工作得以開展的關鍵所在,對于油氣勘探這樣的大型系統工程,尤為關鍵。

(一)不斷提高和發展單相技術水平,促進整個油藏描述水平的提高。比如發展水平技術,為確定性建模提供準確的第一性資料。發展和建立最優化的數據庫,從中可進行地球物理和地質建模及生產模擬。目前建立高質量的數據庫,如歷史擬合和建模等主題已引起世界各石油公司的關注?？傊?各學科描述技術要緊密適應地質描述及建模的需求發展。

(二)廣泛地將地質統計學應用于油藏描述

現代油藏描述的直接目的在于準確提供油藏數值模型,為勘探開發奠定基礎。傳統的油藏模型是以少量確定性參數(鉆井取芯及測井),以常規統計學方法進行參數求取及空間分布內插。結果所提供模型不能準確反映地質體變化的非均質性及隨機性。由于地質變量在空間具有隨機性和結構化的特點,為了準確求取油藏各項特征參數,近二十年來發展的區域化變量理論和隨機模擬理論為油藏描述提供了一種新的工具,使油藏非均質特征得以更確切地描述,可以建立較符合地下實際情況的模型。地質統計學在油藏描述中的應用可歸納為以下幾方面:一是參數估計,地質統計學的基本原理就是應用線性加權的方法對地質變量進行局部的最優化估計。二是儲層非均質性研究,儲層非均質性對勘探開發都有重要影響,儲層模型中對非均質性的描述與表征是關鍵。地質統計學中的隨機建模技術就是針對非均質性研究提出來的,隨機技術是聯系觀察點和未采樣點之間的橋梁。其目的是以真實和高效的方法在儲層模型中引入小型和大范圍的非均質性參數。三是各種資料的綜合應用,油藏描述涉及多學科、多類型資料信息,如何系統地匹配使用好各種資料信息至關重要,地質統計學為此提供了許多方法。如指示克里金技術可將定性的信息進行系統編碼,將定性的概念定量化;協同克里金可綜合多種類型的信息,給出未采樣的參數值落入任一給定范圍的概率分布;通過定量回歸處理出的模型與多種信息資料取得一致,而不是地質模型、地球物理模型、生產模型自成系統,無法綜合在一起。

四是不確定性描述,靜態、動態的確定性模型很難反映油藏地下復雜的變化,只有通過不確定性描述,從地質統計觀點概括和綜合地質模型,才能真實地反映復雜的油藏模型,而不會導致像傳統油藏模型把控制流體在油藏中運動的復雜地質現象過于簡單化,如“蛋糕層模型”,用這種模型模擬的歷史表明,往往給出了過于樂觀的油藏動態預測,造成開發過程的低效益。

(三)建立多學科綜合研究管理系統

地質、地震、測井、巖石物理、地球化學、工程(鉆井、完井、開發、采油)等學科的資料及成果是油藏描述的基礎,它們以各自不同的方式反映地下油藏特點。以井為出發點的測井、巖石物理、地球化學、工程等學科,能提供油藏的各種精細參數,但是在空間上分布的尺度較小,尤其是勘探早期,探井很少,在如此稀疏的空間上所采集到的數據,難以代表