淺談國內陸上油氣勘探新技術

周陽

摘 要 隨著國內油氣勘探開發程度和難度的不斷增大，油氣勘探新技術也在不斷發展和完善。陸上石油天然氣勘探的主要技術包括地震勘探技術、鉆井技術、測井技術及酸化壓裂技術等。下面我們將分別對這幾項新技術加以綜述。

關鍵詞 地震勘測 測井 油氣 技術

一、地震勘探新技術

地震技術在油氣勘探開發過程中發揮著非常重要的作用，近些年中國陸上地震勘探新技術主要體現在復雜山地地震技術、沙漠地震技術、黃土塬地震技術和高精度三維地震技術方面，其適應對象基本涵蓋了中國陸上主要油氣勘探領域， 為近年中國陸上油氣勘探不斷取得新發現發揮了重要的作用。

1.復雜山地地震技術。復雜地形往往與復雜構造共存。隨著油氣勘探程度不斷提高，勘探進入新階段，地震勘探也被迫進入地面和地下都很復雜的山區領域，地面和地下都很復雜時有許多問題需要連帶考慮。復雜構造山區地震存在的主要問題有偏移歸位問題、山區靜校正、散射波干擾及壓制問題、耦合問題等，針對這一系列問題也提出了一些解決的方法和新技術。應對復雜山地地震勘探的特殊需求，結合當前 MEMS 技術的發展，開發了弱信號檢測、MEMS 加速度計、姿態檢測技術、并行采集存儲技術、有線無線混合組網傳輸技術、快速繪圖及實時三維示技術，開發出一套以單站掛接四路三分量的獨立式信號采集站為基礎的多功能地震數據采集系統。復雜山地地震技術在塔里木盆地庫車地區廣泛應用，深化了復雜構造帶模式的認識，提高了圈閉識別精度，為發現大北3、克深2等大氣田發揮了積極作用。

2.沙漠地震技術。沙漠中氣候干燥，環境惡劣，號稱“死亡之海”，地表勘探施工非常艱苦。并存在兩大技術難題：一是強干擾、弱反射帶來的低信噪比問題，二是沙丘起伏帶來的靜校正問題。針對上述技術難點，多年來采取了一系列方法技術。其中有高精度測量方法，在塔克拉瑪干大沙漠用先進的測繪技術和常規測繪技術結合的辦法，探索出了一套大沙漠區的物探測量方法，主要有快速GPS衛星定位技術、衛星定網與地面網的聯合平差技術、GPS數據傳輸技術、實測炮點和檢波點高程、縮短導線邊長和RTK（實時動態測量），RTD（實時動態定位）等測量技術，為地表勘探提供了精確的測量成果。沙漠地震技術在準噶爾盆地沙漠區的應用，使克拉瑪依地區新資料深層弱反射能量增強，信噪比提高，地質結構清楚，為克拉瑪依氣田千億方儲量的落實發揮了重要作用。

3.黃土塬地震技術。黃土塬區的地震勘探技術長期以來一直被認為是“世界級”難題，其主要原因有三個，一是黃土塬區復雜的地貌條件，即溝、梁、塬、峁、坡、川并存；二是復雜的地表條件，即溝壑縱橫施工困難；三是復雜的表淺層條件，即地震波難以激發且能量衰減嚴重等。黃土塬區地震勘探的技術難點主要表現在地震采集時地震激發條件較差、地震波吸收衰減嚴重、淺表層干擾波強烈、地震施工條件困難；黃土塬區地震處理的技術難點有靜校正難度很大、資料信噪比偏低。針對地表黃土厚度大（300 m）疏松無潛水面、速度極低、地形復雜（溝、梁、卯發育）的特點，發展形成了黃土塬地震部署和采集（彎線、溝塬連線、寬線、非縱觀測）、多域去噪技術、四域迭代法初至波折射靜校正處理、共反射面元選排與均化技術、疊前時間偏移處理技術、古地貌形態刻畫技術、儲層物性及含油氣性預測技術、五圖一表井位優選技術等8項關鍵技術為核心的黃土塬地震勘探技術。黃土塬地震技術在鄂爾多斯盆地黃土塬地區廣泛應用，在西峰、姬塬、白豹地區的石油勘探和榆林、子洲等氣田勘探中發揮了重要作用。

4.高精度三維地震技術。高精度三維地震勘探技術是指高分辨率三維地震技術和三維高精度地震信號成像技術的綜合運用技術，它是以提高資料的信噪比、分辨率、保真度和成像精度為宗旨、解決復雜地質問題和識別油氣地質目標為目的的一項三維地球物理勘探技術，涉及項目部署、地震數據采集、資料處理與解釋、油藏滾動勘探開發的全過程。高精度三維地震勘探技術關鍵有空間采樣與分辨率的關系、高精度激發、接收技術、靜校正精度分析、疊前噪聲衰減技術、高保真處理技術、高精度速度分析技術、疊前偏移技術。近幾年為了尋找更多的石油與天然氣，三維地震勘探技術發展很快，數據采集、處理和解釋的方法不斷取得新的突破，采用萬道地震儀（測線在30 000道以上）和數字檢波器進行單點激發、單點接收、大動態范圍、多記錄道數、多分量地震、全方位信息、小面元網格、高覆蓋次數的特高精度三維地震采集技術，進行高精度精細地震解釋。高精度三維地震技術推動了東部富油凹陷復雜斷塊、地層巖性油氣藏勘探的不斷發現。如在南堡凹陷灘海地區完成三維地震全覆蓋的基礎上，與鄰區2 400 km2進行連片處理，提高了資料的信噪比，滿足了區域地質研究的需要和精細落實構造的需要。

二、鉆井新技術

1.欠平衡鉆井技術。欠平衡鉆井技術是采用井筒負壓的鉆井技術，是降壓差提高機械鉆速最有效的方法。欠平衡鉆井過程中由于鉆頭端面上液柱壓力減小，正在被鉆的巖石更易破碎；另外，低密度的循環液體有助于減少“壓持效應”，使鉆頭繼續切削新的巖石而不是重復碾壓已破碎的巖石，減少了巖屑的重復破碎現象，能夠有效地破碎巖石。欠平衡鉆井的這一技術優勢在鉆水平井和大尺寸、長井段井眼時表現得尤為突出，國內大慶油田應用水包油鉆井液體系，在火山巖層開展液相欠平衡鉆井技術研究與試驗，成功鉆成評價井-宋深101井和探井-衛深5井，減少了井下復雜情況的發生，提高了機械鉆速，尤其對及時發現產層并保護產層的意義十分重要。大港油田在千米橋古潛山地層采用無固相淡水（鹵水）欠平衡鉆井技術發現了1個含油氣面積超過60 km2的億噸級大型氣田，取得了很好的勘探效果。目前全球裝備的欠平衡鉆井數量已經超過1.5萬口。我國不但研究、開發、改進了大量欠平衡鉆井技術方案，而且還設計、制造了大量的欠平衡鉆井裝備，逐步實現了主要裝備的國產化，并逐步開始向海外輸出技術、工藝和裝備。

2.激光鉆井破巖技術。從20世紀60年代開始，許多國家開展了利用激光破巖的研究工作，它經歷了小功率激光器的巖石切剖階段和大功率激光器的鉆井破巖階段。激光破巖的基本原理是利用高能光束直接作用巖石，使之局部快速加熱到熔化和汽化狀態并形成氣、液2相混合物，然后由高速輔助氣流將其攜走和排除，是一種非機械接觸式的物理破巖方法。1998年-2007年，我國學者易先中開展了激光破巖機理研究并進行了大量室內試驗，其研究結果表明：激光破巖速度可高達105 m/h～115 m/h，巖石基本上是以受熱碎裂、汽化和熔融等形式破壞。巖石受激光作用后，熱影響區附近的巖石存在著宏觀裂紋發育現象，其孔隙度、滲透率均有提高。另外，開展了激光破巖的排屑機理與溫度場特性研究，得出溫度場的劇烈變化是引起巖石微觀物性、宏觀性質發生改變的根本因素。2010年，中國石油大學（華東）徐依吉等分析了激光破巖試驗中出現的巖石熱裂、液體汽化效應，得出了影響激光熱裂巖石、激光汽化鉆井液的因素，從理論上探討了激光-氣體機械聯合鉆井與激光激勵汽化射流輔助鉆井方法的可行性。采用激光鉆井主要具有以下優勢：（1）激光鉆進更易穿透巖石，同時光子沿直線傳播，所以井眼軌跡偏離預定軌道的情況減少；（2）激光鉆井過程中無需鉆頭、套管等設備，免去了下套管和起下鉆柱的時間，大大節約了成本和時間；（3）激光沖擊巖石后會形成一層堅硬井壁，可以有效地防止地層流體流入井中，預防井噴；（4）激光器系統包括各種圖像可視系統及井下傳感器，可以對整個鉆進過程有更全面的把握與布局。激光鉆井破巖技術是一項前沿技術，其發展前景廣闊。目前，國內外在這方面的研究還處于探索階段，主要包括理論模型和試驗研究等，預計2020年投入商業化應用，并有望給鉆井帶來一場革命。

3.粒子沖擊破巖技術。粒子沖擊鉆井是以高速球形硬質鋼粒子沖擊破巖為主，聯合高速水力破巖和機械牙齒破巖為輔的一種新的鉆井破巖方法。在鉆井過程中，為實現粒子破巖過程，需在鉆井液泵出后通過注入系統將粒子注入到高壓鉆井液中，經過鉆具到達專門設計的PID鉆頭，粒子以較高的頻率和速度從噴嘴噴出并沖擊地層，實現破碎巖石的目的，并被鉆井液攜帶返到地面，粒子被捕獲分離再利用。國內伍開松等對雙粒子沖擊破巖進行數值模擬分析，采用無量綱分析方法，得到雙粒子沖擊破巖的規律及雙粒子在各種參數（粒子直徑、粒子間距、沖擊初速度和入射角度）變化時的沖擊破碎巖石效果。與傳統鉆井相比，粒子沖擊鉆井系統的主要優點是：（1）粒子沖擊產生的局部瞬時脈沖應力峰值極高，足以破碎和侵徹極堅硬的巖石，提高了能量的利用率，其鉆井速度是常規鉆井的2倍～4倍；（2）需要的鉆壓和扭矩較常規鉆井要小得多，大大地減小了鉆柱和鉆具的疲勞破壞的概率，鉆頭磨損非常小；（3）粒子沖擊破巖能產生比較精確的預期井眼直徑和井眼軌跡，對防止井斜能產生顯著的效果。粒子沖擊鉆井技術有可能成為一種高效經濟的深井硬地層鉆井的新方法。該技術經歷了室內實驗階段和現場試驗階段，目前正在邁入商業應用階段。

三、測井新技術

1.注入剖面測井。大慶油田測試技術服務分公司在聚合物注入剖面測井中，采用聚合物同位素連續釋放器，克服了傳統的一次性同位素釋放，能使示蹤劑與注入液更好地混合，現場試驗取得良好效果。

2.產出剖面。阻抗式過環空找水儀得到進一步改進，提高了儀器的可靠性，拓寬了應用范圍。

3.地層參數測井。雙源距碳氧比能譜測井儀、注硼中子壽命測井技術進一步完善，在很多油田得到推廣應用，取得較顯著的應用效果。

4.工程測井。國內研制的小直徑井壁超聲成像測井儀的測試結果表明，各方面性能可與引進哈里伯頓的CASTA相媲美，為套損檢測提供了一種新的手段；另外包括井壁超聲成像在內的工程測井組合測井儀，不但可以檢測出套損情況，還可以為分析套損機理和制定預防方案提供依據。

5.試井方面。大慶油田研制的新型多參數綜合試井儀，成功地將測井技術中磁定位技術引入到試井儀器上，不僅解決了試井測試中深度誤差大的問題，同時一次下井可以完成動液面、靜液面、流壓、靜壓、井筒內流體密度測量等多項工作。

6.井間測試方面。井間試井方面提出弱脈沖井間干擾試井技術并在冀東油田取得初步應用效果；井間示蹤方面提出第五代微量物質油井捆綁技術和綜合解釋方法。

四、酸化壓裂新技術

1.水平井酸化工藝技術。水平井酸化工藝技術是實現水平井增產的一項主要措施，目前主要采用了連續油管拖動酸化工藝與籠統酸化工藝，且兩種工藝都通過現場的應用取得了較好的成果。連續油管拖動酸化工藝主要針對水平井儲層傷害特征，綜合考慮長水平井段均勻布酸的問題而提出。由于單一采用連續油管注酸會限制注酸排量和注酸規模、勢必降低了酸化解堵效果和改造深度。采用拖動酸化配合全井段籠統注酸方式，拖動酸化實現全井段的均勻布酸，籠統注酸又實施大排量酸化，提高酸蝕作用距離，最終獲得更大效力的全井段酸化改造。通過連續油管拖動酸化與大排量籠統酸化配合施工，可以較大幅度地提高水平井的單井產量。

2.大斜度井、水平井加砂壓裂工藝技術。目前，針對水平井進行加砂壓裂主要有如下幾種工藝：（1）籠統壓裂，該壓裂方式采取全井段射孔，一次性注液對全井段實施壓裂。施工過程中，在井段薄弱處起裂造縫，具體布縫位置和布縫數量受儲層物性及地應力影響，壓裂作業不可預見性強，難以實現人為控制；（2）限流壓裂，該壓裂方式主要是結合射孔工藝，利用射孔密度、射孔方位、孔徑等多因素控制待壓層段的液體與支撐劑進入量.壓開多條獨立裂縫，實現分多段限流壓裂對儲層進行改造；（3）分段隔離壓裂，該壓裂方式主要是采取多種隔離方式，對待壓層段實施分段壓裂，主要隔離方式有機械式封隔、填砂封隔、暫堵劑暫堵封隔等。大斜度井、水平井加砂壓裂工藝通過多井次現場應用，目前單井的加砂量最大可達54 t，平均凈增天然氣產能4×104 m3/d左右，施工取得了顯著的效果。

3.斜井分層加砂壓裂工藝技術。隨著勘探開發的不斷深入，氣田部署了大量的叢式井和大斜度井，并對縱向上多段儲層通過單井同時開采，結合儲層基質低滲和受污染狀況，加砂壓裂是有效提高單井產量的必要手段。為了降低作業成本，縮短作業工期，并要保證多段儲層能得到改造，在結合前期論證和階段性加砂試驗成果的基礎上，提出了斜井分層加砂壓裂工藝。對比直井分層加砂壓裂工藝，斜井分層加砂壓裂工藝具有如下難點：（1）斜井加砂，受井斜程度的影響，產生多裂縫的幾率較大，給施工帶來風險。（2）受斜井射孔的影響，近井存在裂縫扭曲的風險。（3）斜井分層工具是保證分層壓裂作業成功的首要條件，對工具的可靠性和穩定性提出了更高的要求。