劉穎 (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

劉穎 (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

自20世紀90年代早期起,BP公司一直致力于4D地震技術(shù)的研究和部署,范圍涵蓋了不同環(huán)境和儲層條件。到2007年底,已獲取了至少115項勘測 (根據(jù)油田計數(shù))項目,其中約有85項已經(jīng)實施,業(yè)務(wù)遍及10個國家60多個油田,主要是為了滿足北海盆地現(xiàn)行油藏管理和加密鉆井解決油田中后期注水開發(fā)危機的需要,隨后推廣到一些復雜的新油田。經(jīng)過多年的研究與應(yīng)用,BP公司在4D地震領(lǐng)域取得了很多成功的經(jīng)驗,并展示了今后的發(fā)展趨勢。

BP公司 4D地震技術(shù) 應(yīng)用現(xiàn)狀 油田后期

時移地震技術(shù)又稱為四維 (4D)地震技術(shù)。理論上認為當?shù)卣鹩^測精度足夠高時,通過重復觀測可以研究地層中流體的變化特點。時移地震作為油藏監(jiān)測的一項主要技術(shù),得到了普遍的關(guān)注和重視,近年來在技術(shù)上也得到了較大的進步。21世紀初,時移地震技術(shù)已經(jīng)從可行性研究和先導性試驗,走向了應(yīng)用和生產(chǎn)階段,特別是在北海、墨西哥灣和加拿大等地區(qū)取得了較為廣泛的應(yīng)用。在4D地震技術(shù)試驗和應(yīng)用方面,BP公司處于領(lǐng)先地位,4D地震技術(shù)已成為BP公司的核心技術(shù)之一,尤其是自1999年后在北海開展了大量4D地震觀測和應(yīng)用[1-3]。

1 BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展概況

第一個3D時延數(shù)據(jù)是在27年前陸上得克薩斯采集的 (1982—1983年,由阿克公司負責,現(xiàn)在是BP公司的一部分),監(jiān)測一個提高采收率方法——火燒油層。此后,BP公司共計采集了大約120次測量結(jié)果,業(yè)務(wù)遍及10個國家60多個油田。盡管最早始于啟動得克薩斯 EOR時延項目,但是當時3D地震數(shù)據(jù)正在廣泛應(yīng)用,BP公司的4D試驗、驗收和推廣直到20世紀90年代才開始,主要是為了滿足北海盆地現(xiàn)行油藏管理和加密鉆井解決油田中后期注水開發(fā)危機的需要,隨后推廣到一些復雜的新油田。初期,北海油田在技術(shù)和商業(yè)上取得的成功使該項技術(shù)首次推廣到全球,包括墨西哥灣深水油田和陸上阿拉斯加。到2007年底,已獲取了至少115項勘測 (根據(jù)油田計數(shù))項目,其中約有85項已經(jīng)實施,30項尚未實施[4-5]。

4D技術(shù)一般應(yīng)用于水驅(qū)油田,因為水驅(qū)油田飽和度和壓力變化大,儲層管理復雜,適于地震監(jiān)測,具有巨大的商業(yè)價值。氣田的監(jiān)測也具有明顯的商業(yè)價值,但是實施的很少,主要是因為單一儲層管理問題少,項目小。所采用的主要采集技術(shù)一直是每2～5年進行一次拖拽式等浮電纜測量,現(xiàn)在BP公司安裝了世界上首批 (三套)永久性海底電纜 (OBC)監(jiān)測系統(tǒng),用以傳輸高質(zhì)高頻的3D和4D數(shù)據(jù)。近幾年4D技術(shù)應(yīng)用的范圍進一步擴大,除了北海和墨西哥灣地區(qū),還開發(fā)了很多新區(qū),如安哥拉深水區(qū)和美國阿拉斯加州[4-5]。

目前,BP公司正在實施時延4D地震技術(shù)的全球推廣。通過4D技術(shù)的發(fā)展,如等浮電纜控制、等浮電纜交叉重疊、永久海底電纜系統(tǒng)、專用4D處理、解釋與模擬工具等,時延4D地震技術(shù)得到進一步發(fā)展,變得更加多樣化,從單一的海洋等浮電纜操作到如今的高風險部分重疊和易操作的等浮電纜、永久性的海底電纜,BP公司現(xiàn)在有三套系統(tǒng)居世界領(lǐng)先地位。

2 BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展歷程

BP公司 4D地震技術(shù)的發(fā)展分為三個階段(圖1)。

圖1 BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展史

2.1 1992—1998年:北海和墨西哥灣地區(qū)的試驗階段

在北海和墨西哥灣盆地的成熟油田,研究儲層時間推移響應(yīng)的機會來自于全油田范圍內(nèi)采集的高質(zhì)量重復3D地震勘探,提高了地震分辨率和成像效果。在英國北海的Magnus和 Forties油田、挪威北海地區(qū)的古爾法克斯油田和墨西哥灣的Pompano油田進行的重復3D地震測量用于4D響應(yīng)集中分析。在1995年和1998年間,第一個專用的4D地震測量在英國設(shè)得蘭Foinaven油田采用,在Foinaven實時油藏監(jiān)測試驗中采用了海底電纜和等浮方法。1993年到1996年在Schiehallion油田的試采測量階段進行了等浮電纜重復性分析。在這個階段末期,4D地震監(jiān)測技術(shù)及其商業(yè)可行性得到證明,在一定范圍內(nèi)為進一步推廣奠定了基礎(chǔ)[4-5]。

2.2 1996—2006年:推廣應(yīng)用和探測技術(shù)的限制

試驗階段取得的成功預示了4D地震技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用,仍然以北海油田為主,包括Schiehallion、Foinaven和Magnus專門的4D地震測量,作為系統(tǒng)項目的一部分還包括 Andrew、Valhall和Ula在內(nèi)的許多油田進行的第一次測量。進一步的測量包括在墨西哥灣 (Amberjack)的專門采集和在其他地區(qū)的等浮電纜采集,如Azerbaijan、Trinidad、Angola、中國、中東和阿拉斯加。

大約從2003年這個階段的晚期開始進一步研發(fā)了更有效的技術(shù),例如第一個高風險等浮電纜測量、第一個永久海底電纜系統(tǒng)和第一個陸上、井中垂直地震剖面 (VSP)設(shè)備。

2.3 2007年至今:繼續(xù)全球推廣應(yīng)用

4D地震技術(shù)在北海和墨西哥灣油田一直使用,而且在一些新的產(chǎn)區(qū)例如阿塞拜疆和安哥拉油田可能使用的機會更大。4D地震技術(shù)在陸上的阿拉斯加油田、美國本土以及墨西哥灣的Sub-salt油田的發(fā)展?jié)摿εc未來技術(shù)的發(fā)展有很大的關(guān)系。

3 4D地震技術(shù)不同發(fā)展階段的原因分析

BP公司1990—2006年油田應(yīng)用4D地震技術(shù)的勘探活動呈現(xiàn)S形上升趨勢。S形曲線模擬與實際應(yīng)用的曲線軌跡基本吻合?？偟膩碚f,可以把BP公司4D地震技術(shù)發(fā)展歷程分為三個階段:

(1)1992—1998年:增長緩慢,主要是因為處于技術(shù)試驗階段。

(2)1999—2002年:應(yīng)用規(guī)模快速增加,主要是因為北海開始系統(tǒng)應(yīng)用 (圖2)[4-5]。

圖2 BP公司1982—2007年在北海的地震勘探活動和使用4D地震的演變歷程

從圖2可以看出,1999—2002年4D地震技術(shù)應(yīng)用急劇擴大,主要是因為這段時期技術(shù)上的突破給4D地震帶來了廣泛的應(yīng)用,包括:高質(zhì)量浮纜觀測;永久海底電纜系統(tǒng);陸上和井中的VSP試驗。

(3)2003—2006:新油田應(yīng)用增長緩慢。

對BP公司在北海盆地的勘探活動來說,4D地震已經(jīng)成為非常關(guān)鍵的技術(shù),在過去5年里,地震活動發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變,從90%以上的3D地震轉(zhuǎn)變成約90%的4D地震。同時,用于勘探、初期油氣田評價和開發(fā)的常規(guī)3D地震采集活動也有所下降 (圖2)。4D地震技術(shù)最重要的一項功能就是挑戰(zhàn)產(chǎn)量下降的成熟油田開發(fā),如 Forties油田(2001年),更加復雜的新油田開發(fā),如 Schiehallion和Foinaven油田 (2000年)。同時,傳統(tǒng)的3D勘探和油氣田初期評價與開發(fā)正在減少。

4 油田不同開發(fā)階段4D地震的價值體現(xiàn)

從圖3可以看出,在油田開采期限如何系統(tǒng)地應(yīng)用4D地震技術(shù)來影響初期、中期、晚期的油田開采?？偟膩砜?4D地震技術(shù)在油田開發(fā)中發(fā)揮著非常重要的作用。

圖3 整個開采過程中4D地震的角色和價值

4.1 油田開發(fā)初期

一個高質(zhì)量的3D勘探可以為4D勘探提供必要的3D基本數(shù)據(jù)框架,用于早期的開發(fā)規(guī)劃工作。早期的4D勘探包括:

◇在一定區(qū)域范圍可以提供早期的監(jiān)測數(shù)據(jù),通過判斷早期的能量消耗來校正油藏類型;

◇幫助及早確定后續(xù)開發(fā)油井進行4D勘探的時機;

◇幫助制定調(diào)整措施,如產(chǎn)量與預期有差距則進行早期加密調(diào)整。

4D勘探在油田早期生產(chǎn)中一個重要的作用就是保護油田基本生產(chǎn)能力。

4.2 油田開發(fā)中期

油田在穩(wěn)定期后產(chǎn)量必然出現(xiàn)遞減,4D地震能夠提供必不可少的新的或者正在進行的注水和注氣數(shù)據(jù),能夠重新校正油藏模型,確定和減少第一次鉆加密井的風險,低投入高產(chǎn)出,如射孔和堵水。4D地震技術(shù)在油田開發(fā)中期的作用就是保證高經(jīng)濟效益的油田管理和資源的有效開發(fā)。

4.3 油田開發(fā)后期

油田最終都會進入最具挑戰(zhàn)的開發(fā)后期,高品質(zhì)的4D數(shù)據(jù)有助于延長油田開發(fā)期,主要是通過制定最優(yōu)加密方案,規(guī)劃最經(jīng)濟的分支井,來論證油井管理手段以及監(jiān)測 EOR采油技術(shù)的有效性。4D地震技術(shù)是油田生產(chǎn)后期獲得較高最終采收率的重要手段。

5 結(jié)論與展望

經(jīng)過20多年調(diào)查研究,4D地震已經(jīng)成為BP公司的核心技術(shù)。通過對多個區(qū)域、儲層和不同類型油藏進行的110多項4D測量結(jié)果研究,獲得了很多實際經(jīng)驗。應(yīng)用范圍已經(jīng)從北海的“實驗室”拓展到了BP下屬的大部分地區(qū)。等浮電纜4D地震技術(shù)未來有望在采集和處理上成為最普通的4D方法。對一些大的、復雜的油田來說,永久性O(shè)BC監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)成為最好的選擇,通過技術(shù)進步和提高工業(yè)能力使該系統(tǒng)的應(yīng)用成本更低。

目前,BP公司能夠通過4D資料的“動態(tài)解釋”,把3D和4D地震資料與其他動態(tài) (如井的生產(chǎn)史和油藏模擬結(jié)果)和靜態(tài)的 (抑測井)信息聯(lián)合起來,進行可視化處理,根據(jù)“動態(tài)解釋”的結(jié)果迅速調(diào)整油田決策。通過動態(tài)解釋和油藏模擬相結(jié)合,對歷史匹配進行指導,提高了油田動態(tài)預測的質(zhì)量。最終,4D地震技術(shù)將用以解決注水油田的“中、后期危機”。而越來越多的油田逐漸把4D技術(shù)應(yīng)用于油田整個開發(fā)過程,用來監(jiān)測早、中、晚期的油田產(chǎn)量變化,包括EOR情況。

縱觀BP公司、RCP項目組等的技術(shù)發(fā)展, 4D地震技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)出油藏工程技術(shù)與地球物理技術(shù)的高度融合。多種地球物理技術(shù)廣泛集成,但是高精度、高分辨率三維地震仍然是基礎(chǔ),4D地震技術(shù)是主流。

盡管4D地震監(jiān)測在很多國家和地區(qū)都取得了明顯的成效,但相對而言4D技術(shù)在工業(yè)上仍然是一項新技術(shù),在一些油氣區(qū),包括印度、中東地區(qū)還沒有推廣使用。原因很復雜,可能涉及技術(shù)、商業(yè)效益,相關(guān)技術(shù)滯后,以及4D監(jiān)測對首次生產(chǎn)時間的要求等。

[1]國際大石油公司關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展跟蹤研究.中國石油集團經(jīng)濟技術(shù)研究中心,2007年.

[2]BP公司 2008年度工作總報告(英文版).http:// www.bp.com.

[3]錢伯章.BP公司的可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略.中國石化, 2008(1).

[4]Dave G Foster.The BP 4-D story:experience over the last 10 years and current trends[R]:IPTC 11757.

[5]Dave G Foster.Lessons Learnt from over 20 Years of 4-D Deployment[R]:SPE 113542.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.9.001

2010-01-11)