時移地震技術在剩余油分布研究中的應用

摘 要：隨著勘探開發的進一步深入，國內外對于油田采收率提高和老油區剩余油分布問題越來越重視。時移地震油藏監測技術是基于油藏生產會引起油層附近的地震反射特征變化的基本原理，通過重復采集地震資料并求取、對比其差異信息，判斷流體變化，獲得剩余油分布信息，實現油藏的動態監測，達到提高采收率目的的最主要開發地震技術之一。因而，時移地震油藏監測技術也逐漸得到國內外更廣泛關注。文章首先介紹了幾種用于研究剩余油分布的主要方法，而后介紹了時移地震的基本理論和方法，并給出了用時移地震研究剩余油分布的若干成功案例，最后對該技術的局限和發展前景進行了分析。

關鍵詞：剩余油；時移地震；問題和展望

1 引言

在油田開發的過程中，一般情況下只有占地下總儲量30%左右的石油能夠被開采出來，而剩下占總儲量60%以上的石油則殘留在地下。在經歷不同開采方式或不同開發階段后，仍保存或滯留在油藏不同地質環境中的原油即為廣義上的剩余油[1]。這些殘留在地下的剩余油如果能夠被有效開發，將對提高可采儲量和增加石油產量具有重大意義。據估計，如果世界上所有油田的采收率提高1%，就相當于增加了可供應全世界2至3年消費的石油產量[2]。我國的陸上油田由于地質條件復雜，原油性質差異大，導致剩余油的比例高于世界平均水平。由于我國陸上油田大多已進入穩產或減產期，而大量的剩余油埋藏在地下未被開采出來，因此研究剩余油的分布具有重要意義。

2 剩余油分布研究現狀

這里主要對目前應用較為廣泛的4種典型方法進行介紹。

2.1 開發地質法

該方法主要從研究儲層的宏觀沉積非均質性入手，分析剩余油的空間分布?；舅悸肥菑拈_發地質的基礎理論出發，以油藏地質精細描述為手段，揭示微構造、沉積微相及油藏非均質性等因素對剩余油形成與分布的控制作用。目前常用的方法包括，儲層相控建模技術、儲層流動單元法和人工神經網絡法等。開發地質法是研究剩余油分布的主要方法之一，發展時間長，技術和相關理論都較為完善。缺點在于主觀性較強，且偏重于定性的靜態研究，在描述油藏的動態變化方面有所欠缺。

2.2 油藏數值模擬法

該方法建立在油藏描述的基礎上，用滲流力學的理論模擬油藏中流體的滲流過程，據此分析和預測剩余油的分布規律。油藏數值模擬法近年來發展迅速，已成為定量描述剩余油分布的主要技術手段。油藏數值模擬法的不足之處在于模擬結果的準確程度主要依賴于地質建模的精確程度，而油藏的非均質性等復雜的地質因素必然導致地質建模與實際的地下情況存在誤差，進而影響了油藏數值模擬結果的準確性。此外，進行數值模擬時所選取的網格精度、計算機的計算能力和內存等因素也會對數值模擬的精度造成影響。

2.3 測井法

測井法可以確定剩余油飽和度在井剖面上的分布，根據井眼條件的不同，可以分為裸眼井測井和套管井測井兩大類。裸眼井測井包括電阻率測井，核磁測井，電磁波傳播測井，介電常數測井等方法，套管井測井主要包括脈沖中子俘獲測井，碳氧比測井，重力測井等。測井法是目前用來確定剩余油飽和度使用最廣泛的方法，此種方法面臨的問題主要有測量半徑小導致測量精度受射孔因素影響較大，且測得的剩余油飽和度往往低于對實際巖心進行分析獲取的飽和度。

2.4 地震法

地震法在剩余油分布研究中的應用主要集中在油藏監測方面，主要包括高分辨率三維地震勘探技術、井間地震技術和垂直地震剖面技術（VSP）。其中井間地震技術由于在分辨率方面具有明顯的優勢而成為目前地震法用于剩余油分布研究最主要的技術。相比之下，高分辨率三維地震勘探的優勢主要體現在研究剩余油的平面分布，而垂直地震剖面法則主要起輔助作用[3]。

事實上，單一學科的技術手段和獲取的數據在研究剩余油分布存在很大的局限。目前對剩余油的研究主要采用多學科的理論方法、技術手段相融合的模式，廣泛的收集不同種類數據，輔之以計算機等工具從不同的角度對剩余油的分布進行綜合的研究。

3 時移地震技術在剩余油分布研究中的應用

3.1 時移地震技術的基本原理

時移地震是在某一油田范圍內進行一系列重復的地震測量，利用連續的地震測量間的差異反映該地區油藏內所發生的變化，包括油氣水運動、壓力以及溫度變化等。該方法的主要思想是對不同時間觀測的數據進行歸一化處理，使那些與油氣藏無關的地震響應具有可重復性，保留與油氣藏有關的地震響應之間的差異，通過與基礎觀測數據的比較分析，用來確定油氣藏隨時間變化的規律。然后綜合利用巖石物理學、地質學、油藏工程資料，對油氣藏及時進行動態監測，快速進行油藏評價，達到調整開發方案、提高油氣采收率的目的。

與傳統的三維地震勘探不同，時移地震解釋的目標不再是儲層而是地震有效差異信息所反映的油藏彈性變化。引起地震有效信息差異的主要原因是油氣田開發，特別是注采工程。伴隨著儲層孔隙壓力、儲層的飽和度、孔隙度以及孔隙結構的變化，儲層特征也將發生變化，在不同時間采集的地震資料上它們表現為速度、振幅以及頻率等的變化。

時移地震資料匹配處理處理工作主要包括基于振幅，頻率，相位，能量，時差，空間位置的校正等步驟，最大限度地提高地震資料的一致性，使地震資料差異正確地反映油藏流體變化。其數據處理流程如下圖所示：

圖1 時移地震數據處理流程

3.2 用時移地震技術研究剩余油分布的實例

時移地震技術的應用始于20世紀80年代，1983年ARCO公司在美國德克薩斯州實施了首次時移地震勘探項目，至今已有三十年的歷史。特別是自20世紀90年代，三維地震勘探得以廣泛應用于勘探開發，使得時移地震技術隨之獲得重大進展。目前，時移地震在西方國家已逐步進入成熟發展階段[4]。

三維地震技術能夠對地層變化的細節進行精確的描述，其描述結果只能是靜態的，無法進行動態監測和預測。時移地震技術能夠結合開發地質、地震勘探、巖石物理實驗和地球物理測井等多學科的知識，利用時移地震、油藏描述和計算機可視化等技術實現對油藏的動態監測。它對搞清地下儲層非均質性、地下油氣的運移趨勢、死油區等問題有獨特的優勢，目前被工業界視為一種提高油田采收率非常有希望的方法[5]。目前世界上成功應用時移地震并取得良好收益的油田主要有北海油田、美國的墨西哥灣和印度尼西亞的Duri油田等。其中，北海油田被認為是應用時移地震結合多學科的技術手段進行油藏動態監測的典范。在此，我們選取國內外應用時移地震技術研究剩余油分布的幾個典型案例進行介紹。

3.2.1 北海Gullfaks油田的時移地震監測

Gullfaks油田發現于1978年，1986年投產產量于1994年達到峰值，而后持續下降。圖2和圖3顯示的是針對該油田Brent油藏的剩余油分布研究，用時移地震資料結合測井、注采和巖石物理實驗得出的油藏剖面圖顯示了該油藏的剩余油分布情況，該結果是使用常規的開發地質和油藏數值模擬所無法獲得的。

圖2 Brent油藏剖面圖

圖3 剩余油的平面分布圖

上述預測的結果經2003年的鉆井得到證實，鉆井結果表明基于時移地震的剩余油儲量預測高于油藏數值模擬的預測結果，且更加接近真實儲量。據估計，時移地震技術在Gullfaks油田的油藏管理中產生純利潤超過9.5×108美元[6]。

3.2.2 墨西哥灣K40油藏四維地震應用實例

如圖所示，圖4中a展示的是該油藏在1994年未經開發時的儲量估計，b展示的是經過2年開采后與1996年進行的儲量估計。圖c展示的是經過處理和解釋后的該油藏1994年和1996年兩次地震勘探資料之間的振幅差異。其中紅色區域為振幅差異較大區域。說明該區有經過開采彈性變化較大，剩余油較少。而部分區有彈性變化較小，說明仍存在較多剩余油。根據上述解釋的結果在d圖所指示的兩個藍色區域A4、A5兩處實施鉆井作業，最終獲得了工業油流證實了時移地震預測結果的正確性。

3.2.3 大慶TN油田時移地震剩余油分布研究

該油田埋深在1000m-1200m之間，于1980年投入開發，采用注水開采。20世紀90年代后期進入減產期，綜合含水率達到80%以上，采收率不到40%。進行時移地震研究所使用的地震資料分別來自1988年和1999年。在充分對該區域構造、斷裂、巖性等要素進行分析研究的基礎上，對時移地震屬性差異剖面進行精細解釋，最后結合地震反演給出的有效厚度，對剩余油分布規律進行了預測[7]。如圖5所示，油田邊緣地區均方根振幅高，而中心地帶均方根振幅低。這說明在油田的中心地帶仍有較多剩余油存在?；诔练e相和測井資料的約束，最終對該油田的剩余油分布進行了預測。

圖5 TN油田剩余油分布預測

4 面臨的問題與展望

當前時移地震在海上的成功應用實例較多，而陸上由于地質條件復雜對其成功應用造成了一定程度上的制約。盡管時移地震在研究剩余油分布規律方面體現出其優越性，但該技術的應用仍然受到很多限制。首先，采集結果的可重復性難以保證。兩次不同時間進行的地震勘探在激發、接受條件和噪聲干擾等方面很難做到一致。其次，時移地震的成功應用對儲層條件、注采方式和地震方法本身都存在諸多要求。再次，時移地震的成本也對其廣泛應用帶來較大影響。

隨著地震采集技術的進步，時移地震的信號源正日益豐富，除了三維地震勘探資料外，井間地震、垂直井剖面地震、微地震監測等地震信號都將可以用于時移地震分析。此外，隨著數字化油田建設的推進和“儀表化井”、“永久性檢波器”等新技術的發展和應用，時移地震的成本將得到很大程度上的降低，其時間采樣密度也將得到較大提高。

參考文獻

[1]高博禹，彭仕宓，王建波.剩余油形成與分布的研究現狀及發展趨勢[J].特種油氣藏，2004，11（4）：7-11.

[2]劉寶 ，謝俊，張金亮.我國剩余油技術研究現狀與進展[J].西北地質，2004，37（4）：1-5.

[3]劉東，胡廷惠.剩余油研究方法及其特點綜述[J].復雜油氣藏，2009，

2（3）：48-51.

[4]趙改善，油藏動態監測技術的發展現狀與展望：時延地震[J].勘探地球物理進展，2005，28（3）：157-168.

[5]劉穎，金亞杰.4D地震在多學科集成化油藏精細表征技術上的應用[J].國外油田工程，2010，26（10）：7-9.