中国石化物探技术新进展及发展方向思考

杨勤勇 杨江峰 王咸彬 周小慧 陈 伟 黎 娜

（ 中国石化石油物探技术研究院 ）

0 引言

国际油价在低位徘徊成为常态，面对中国油气对外依存度逐年攀升的严峻形势，如何在低油价常态下保障国家能源安全，是中国石化上游业务肩负的使命和责任。物探技术，作为发现油气和提高油气采收率不可或缺的手段，是各大油公司上游业务重点发展的技术之一。“十三五”以来，中国石化物探技术取得了长足的进步，为东部老区的增储稳产和中西部新领域的油气勘探发现提供了强有力的技术支撑。本文全面分析了当前中国石化油气勘探开发面临的地质难题，针对这些地质难题梳理物探技术需求，结合当前国内外物探技术发展趋势，探讨未来中国石化物探技术发展方向，为推动物探技术高质量发展、助力稳油增气具有重要意义。

1 中国石化物探技术新进展

长期以来，中国石化通过持续的勘探投入和物探技术攻关，逐步完善了采集、处理、解释全产业链的物探技术系列。“十三五”以来，随着物探装备的发展和物探技术水平的提升，地震资料品质明显提高、地震成像精度和储层预测可靠性稳步提升，推动了老油田的稳产和新领域的油气新发现。

自20 世纪70 年代中国石化开展三维地震勘探以来，根据不同时期勘探地质目标需求，发展了不同观测系统的三维地震勘探技术。通过对中国石化7 家油田397 块三维地震资料炮道密度统计分析，中国石化三维地震勘探工作大致可以分为3 个阶段（图1）：2005 年之前，常规三维地震勘探阶段，炮道密度小于20 万道/km2，这一阶段主要勘探目标为构造油气藏；2005—2014 年，高精度三维地震勘探阶段，炮道密度为(20～100)万道/km2，这一阶段主要勘探目标为构造—岩性油气藏、岩性油气藏，期间，开展了高密度三维地震勘探试验；2015 年至今，高密度三维地震勘探阶段，炮道密度大于100 万道/km2，这一阶段主要勘探目标为岩性油气藏、小断块油气藏、潜山油气藏等隐蔽油气藏。高密度三维地震勘探技术已在胜利油田多个探区推广应用[1]。

图1 中国石化物探技术发展历程Fig.1 Development of geophysical exploration technology in Sinopec

1.1 波场正演模拟及岩石物理分析技术

波场正演模拟技术是建立地震属性与地质体之间联系的桥梁。针对当前中国石化在碳酸盐岩断溶体、礁滩、山前带等领域对于波场规律认识不清的难题，形成纳米材料制模技术、复杂山前带和断溶体三维物理模拟技术、复杂储层数值模拟技术等[2]，明确了地震波场的传播规律，建立了目标地质体的地震识别模式，为顺北地区超深层断溶体成像与识别、龙门山山前带攻关提供了依据。围绕深层页岩气和陆相页岩气开发需求，研发岩石物理实验测试和数字仿真实验系统，实现岩石微观结构和孔隙流体的定量模拟和分析，为页岩气“双甜点”识别提供依据。

1.2 高密度三维地震勘探技术

自2005 年于胜利油田垦71 区块实施高密度三维地震试验以来，经过10 多年的攻关，逐步完善了基于观测系统设计、精细速度建模、海量数据处理、储层精细描述等技术，形成了适合渤海湾盆地陆上高密度三维地震勘探技术系列。“十三五”以来，胜利油田先后完成了陈官庄、罗家、牛庄等地区多块三维单点高密度地震采集，CDP 网格达12.5m×12.5m，覆盖次数平均为251 次，炮道密度平均为398 万道/km2。利用新资料钻井35 口，成功28 口，探井成功率达到80%[3]。与早期三维地震资料相比，高密度三维地震资料的频带拓宽20Hz，主频提高10～15Hz，中层主频提高10Hz，有利于小断块识别、薄层与特殊岩性体的追踪与解释，河道、断层和潜山及内幕等描述更加可靠（图2）[4]。

图2 叠前时间偏移剖面Fig.2 Pre-stack time migration profile

1.3 高精度地震成像技术

围绕深层—超深层碳酸盐岩领域及复杂构造区地震资料成像需求，“十三五”以来，进一步优化完善和推广高斯束速度建模、全波形反演（FWI）、逆时偏移（RTM）成像技术，有效提高了顺北超深层、川西下组合、东部老区小断块等成像精度，为以上领域油气勘探开发奠定了良好的资料基础。

针对塔里木盆地顺北地区超深层断溶体油藏，地表覆盖厚层沙丘、二叠系覆盖横向变化剧烈的火成岩地层、奥陶系—寒武系断溶体呈近直立的走滑断裂特征，建立了以“三层一带”（浅层、中层、深层和断裂带）精细速度建模和RTM 偏移为核心的断溶体成像技术、以多数据融合为核心的断溶体描述技术，新发现40 多个优质圈闭，经钻后效果评估，优质储层钻遇率达到84%，顺北断溶体油气藏累计生产油气189.69×104t 油当量（石油137.89×104t，天然气5.18×108m3）[5]。顺北超深层断溶体地震勘探技术推动了整个塔里木盆地碳酸盐岩断溶体油气藏的勘探开发，也对鄂尔多斯盆地类似走滑断裂带相关油气勘探开发具有重要的借鉴意义。

针对四川盆地、东部断陷盆地，持续发展完善各向异性逆时偏移技术（TTI-RTM），利用各向异性方程更精确描述地下波场传播过程，成像精度较各向同性RTM 成像技术进一步提升。实际三维地震资料显示，高陡构造内幕成像效果明显改善，断裂、深层成像更加清晰，有助于地层、潜山圈闭识别（图3）。

1.4 复杂储层预测技术

“十三五”以来，中国石化超深层碳酸盐岩地震勘探技术取得新进步，在塔里木盆地的顺北、塔河及四川盆地应用效果突出，针对深层碳酸盐岩缝洞、断溶体、致密碎屑岩等复杂储层，形成了多属性分析、叠前方位各向异性裂缝检测、叠前反演、三维可视化等关键技术。

图3 逆时偏移剖面Fig.3 Reverse time migration profile

渤海湾盆地隐蔽油气藏勘探配套技术更加完善，“十三五”以来，综合利用层位精细追踪、RGB 混频属性分析与叠前弹性参数反演等技术进行砂体描述，利用地震衰减梯度属性进行储层含油气检测，储层预测结果与实钻结果吻合率达78%。在埕岛、三合村地区发现了多个油气高产富集区，累计上报探明储量3127×104t、控制储量2688×104t[3]。

针对塔河油田叠前时间偏移成像中缝洞体空间位置不准确的难题，形成以叠前深度偏移、分频能量及波阻抗反演为核心的缝洞储集体空间位置“三定技术”（定位置、定外形、定体积）（图4），有效提高了钻井的放空漏失率和钻井成功率[6]。

图4 塔河油田缝洞体三维空间刻画图Fig.4 3D visualization of reservoir fractures and vugs in Taha Oilfield

针对四川盆地深层碳酸盐岩滩相储层埋藏深、厚度薄、非均质性强及储层地震预测难度大等问题，利用沉积微相演化分析技术开展沉积微相刻画，精细落实台缘浅滩带和台缘丘滩带的分布，形成双重加权相控波形指示反演等技术，有效提高了礁滩储层识别的精度，落实元坝茅三段台缘浅滩有利目标面积407 km2，助力四川盆地茅口组台缘高能相带新领域油气勘探的重大突破[7]。

针对致密碎屑岩“甜点”预测难题，深化了流体性质测井识别、薄互层叠前波形弹性反演、方位阻抗裂缝预测等技术的应用，在构造应力分析基础上，利用分频相干、曲率、振幅变化分析等技术，有效预测了镇泾、彬长区块长9 油藏断缝体空间发育特征，为新钻井水平段优化设计提供了依据，大幅度降低单井钻井成本，新钻井初期单井产量大于8t/d[8]。

1.5 非常规页岩气物探工程一体化技术

“十三五”以来，针对中国石化探区四川盆地周缘地质条件，形成了以钻井约束快速成像技术、“甜点”预测评价技术、微地震压裂监测技术为核心的页岩气物探工程一体化技术系列，助力焦石坝、南川等地区产能建设。

形成钻井约束RTM 成像技术，页岩层构造成像误差小于1%，有效保障钻井水平段沿优质页岩层钻进；完善基于岩石物理分析的叠前弹性参数反演和方位各向异性裂缝检测技术，页岩厚度、孔隙度、含气性、脆性等预测结果钻井吻合率达85%以上；优化微地震压裂监测技术，快速预测压裂缝网长度、宽度、高度、方位、改造体积等，为压裂方案优化及开发井网部署提供参考依据。

1.6 自主物探装备及软件

当前，中国石化使用的大型地震资料处理解释及野外采集装备依靠进口，为避免被国外软件装备“卡脖子”风险，中国石化持续加强自主研发力度，“十三五”以来，在采集装备、大型软件等方面取得了新的进展。

硬件方面，中国石化石油工程地球物理有限公司研发的I-Nodel 节点地震仪器已经商业化应用，通过多块三维地震资料采集实践，该节点地震仪达到行业同类产品技术水平，主要参数见表1。

表1 Ⅰ-Nodel 节点地震仪主要参数表Table 1 Main parameters of I-Nodel seismic instrument

软件方面，中国石化打造π-frame 2.0 地震资料处理软件系统，集成了近百个地震数据批处理模块和数十个交互应用模块，经过沙漠、水网、山地等不同类型三维地震资料处理测试，π-frame 2.0 系统叠前时间偏移效果达到商业软件水平，在资料处理运算效率方面优于商业软件；NEWS 4.6 油气综合解释系统，综合了构造解释、地震沉积学分析、属性分析、流体识别、三维可视化等综合解释技术流程，在中国石化系统内外200 多个区块取得了良好的应用效果；FracListener 微地震数据处理解释系统，具备现场实时监测、精细的室内处理、压裂效果评估等功能，在焦石坝、涪陵等工区成功完成40 余口井的压裂监测，打破了国外技术垄断。

2 中国石化物探技术发展需求

2.1 勘探开发难题

目前，中国石化的主要油气勘探开发领域包括东部断陷盆地碎屑岩、深层—超深层碳酸盐岩、中西部致密碎屑岩、山前带、非常规、海域、火成岩七大领域，不同地区、不同领域、不同油气勘探开发程度，面临的地震地质条件和油气勘探开发难题不尽相同，概括起来，存在4 个方面的难题：一是新区、新领域地表与地下地质条件复杂，勘探难度越来越大，如山前带、深层碳酸盐岩、外围盆地等；二是东部老区增储上产难度大，如复杂小断块、致密碎屑岩、岩性油气藏、潜山油气藏等；三是预测剩余油分布和提高采收率难度大，如精细储层描述、流体检测等；四是新能源领域勘探开发技术正处于探索阶段，如天然气水合物、地热资源等。详细技术需求见表2。

2.2 物探技术差距

围绕中国石化现阶段重点勘探开发领域及未来新能源领域，现有物探技术在地震资料采集、高精度成像、储层预测、含油气检测等方面存在一定不足，概括起来有5 个方面需要持续攻关：一是大型地震资料采集装备以进口为主，如可控震源、地震仪、资料处理解释软件等；二是高精度地震成像技术仍需持续完善和推广应用，如可控震源资料去噪技术、逆时偏移技术（Q-RTM）、全波形反演技术（FWI）；三是储层预测精度难以满足现阶段油气勘探开发需求，如薄层识别、小断块识别、致密砂岩“甜点”预测、火山岩物性预测、非常规油气地质—工程“双甜点”等；四是油气检测可靠度有待进一步提升，如深层—超深层碳酸盐岩储层含流体检测，老油田剩余油监测等；五是基于新一代信息技术的物探技术和软件研发正在探索，如人工智能（AI）、5G、云计算等技术。详细技术现状分析见表3。

表2 中国石化主要勘探开发领域物探技术需求统计表Table 2 Requirements of geophysical prospecting technology in major exploration and development fields of Sinopec

表3 中国石化物探技术差距对比表Table 3 Gap of geophysical exploration technology in Sinopec

3 中国石化物探技术发展方向思考

近年来，随着物探装备制造水平、计算机运算能力的持续提升，借助人工智能（AI）等新一代信息技术的发展，物探技术朝高效率、低成本方向发展。面对目前国家能源安全和国际地缘政治风险，以及中国石化物探技术存在的不足和短板问题，发展降本增效的物探技术，助力上游高质量发展，是物探技术发展追求的目标[9]。

3.1 国内外物探技术发展趋势

跟踪分析Total 公司、CGG 公司、斯伦贝谢公司、BP 公司、BGP 公司等行业内知名企业的物探技术发展动态，预测物探技术发展趋势[10-11]。总体而言，地震采集技术向宽频、宽方位、高密度、高效采集“两宽两高”方向发展，节点地震仪在不久的将来将取代有线设备，可控震源+节点采集是降本增效的有效手段，超高效混叠采集技术（ultra high productivity）日效达到20000 炮以上；资料处理向高精度、高效率、深度域、自动化方向发展，进一步提高地震成像精度、缩短资料处理周期，降本增效；地震解释向“多维度、智能化、一体化”方向发展，提高圈闭识别和油气预测可靠性，从而提高钻井成功率。

3.2 中国石化物探技术发展方向

国际油价持续在低位徘徊，世界政治格局发生变化，去全球化思维在进一步扩大，对中国油气产业的发展和能源供给安全带来新的挑战[12]。经过数十年的科技攻关，中国油气工程技术取得了长足的进步，形成了较为完善的技术体系，推动中国油气储量和产量的稳步增长，但是，在精细勘探技术、深海油气工程技术、大型装备和软件研发等方面仍然存在“卡脖子”技术瓶颈[13]。“十三五”期间，中国石化油气勘探开发方向主要集中在断块油气藏、碳酸盐岩油气藏、致密岩性油气藏、山前构造带、海上、非常规、火成岩七大领域[14-20]；“十四五”期间，油气勘探开发将向“更深、更复杂、更精细”地质目标进军。围绕以能源资源为基础，以洁净能源和合成材料为两翼，以新能源、新经济、新领域为重要增长点的“一基两翼三新”发展格局，以及支撑当前、引领未来、解卡“卡脖子”难题3 个层次，思考中国石化物探技术发展方向。

3.2.1 聚焦当前重点勘探开发领域，推广完善一批成熟技术，助力稳油增气降本

3.2.1.1 推广单点高密度地震勘探和高效地震采集技术

在渤海湾盆地、苏北盆地、鄂尔多斯盆地等推广经济有效的单点高密度地震勘探技术，保障东部老油田稳产增产；完善可控震源高效地震采集技术，在准噶尔盆地、银额盆地等大力推广可控震源高效采集技术，降本增效；积极推广有限、无限混采和全节点地震采集技术，减少人工成本，提高野外资料采集效率。

3.2.1.2 推广完善高精度成像和储层精细描述技术

针对深层—超深层碳酸盐岩领域，完善和推广宽频宽方位地震采集技术、高精度地震成像技术（Q-RTM、TTI-RTM、FWI 等）及叠前地震预测技术等，提升孔、缝、洞等储集体预测精度；针对碎屑岩领域，推广高分辨率地震成像技术、隐蔽油气藏描述技术等，确保碎屑岩领域增储上产。

3.2.1.3 完善复杂山前带一体化勘探技术

针对地表—地下“双复杂”的山前带领域，真正践行3 个“一体化”（地震地质一体化、地震采集处理解释一体化、地震非震一体化）的攻关模式，持续开展观测系统优化、特低信噪比资料精细成像，以及以地质模式为指导的构造解释等技术攻关，在龙门山、天山南、准噶尔盆地南缘等山前带取得实质性突破。

3.2.1.4 完善页岩油气地球物理技术

针对页岩油气勘探开发，提升完善高精度、高保真度成像与各向异性处理技术，确保地震成像深度误差满足钻井需求；完善“双复杂”条件下页岩气“甜点”综合预测技术，保障优质页岩钻遇率；进一步推广应用微地震压裂监测技术，助推页岩油气高效开发。

3.2.1.5 发展完善物探—工程一体化技术

针对东部老区等开发程度较高的油气田，提高采收率和寻找剩余油是稳产和增产的关键，充分利用钻井资料，发展完善井控快速成像技术、油气藏精细描述技术、油气藏动态模拟技术、时移地震技术、基于叠前—叠后反演的压力—应力等工程参数预测技术等，为水平井轨迹设计、开发井网部署、剩余油开采及钻井工程等提供依据。

3.2.2 持续加强基础前瞻研究，提升探索一批关键核心技术，引领行业未来发展

3.2.2.1 持续加强地震波场正演模拟和岩石物理分析等基础研究

持续加强激光激发、激光接收模拟技术研究，实现固体地表物理模型的全波场激发接收，探索接近真实地震地质条件下波场传播规律，从而指导复杂山前带、超深层等领域地震资料处理解释；深入开展深层页岩油气、陆相页岩油气、天然气水合物、干热岩等领域的岩石物理分析研究，确定岩石物理敏感参数，建立地震识别模式，为未来新领域油气勘探开发提供依据。

3.2.2.2 研究探索一批关键核心技术，提高地震勘探的效率和精度

在满足勘探开发需求前提下，持续探索压缩感知、低成本高效采集技术；积极探索联合反射波全波形反演、面向储层的全波形反演及多参数全波形反演等技术，实现面向目标的高精度地震成像及储层预测应用；研发五维地震资料处理解释软件，发展各向异性全方位地震数据处理解释技术，充分挖掘宽方位、全方位地震采集资料信息，提高解决复杂储层识别的能力；探索深度域解释与反演技术，充分利用深度域地震数据有效信息，获取更可靠的构造与油气藏属性；持续开展时移地震、永久埋置DAS 井中监测等油藏地球物理技术探索，提高油气采收率。

3.2.2.3 深入探索相关学科在物探行业的应用推广

深入探索深度学习、机器学习、AI 技术在地震资料处理解释中的应用。利用人工智能技术，提高地震数据处理工作效率，降低工作成本，减少对人工经验的依赖，增强数据驱动分析的可靠性，推动地震数据处理业务流程的自动化；利用人工智能技术提高构造解释、储层预测、地质体描述的效率和可靠性，推进智能化地震解释技术发展。

充分利用新一代移动互联技术（5G、物联网等），在地震资料采集环节，用无线传输逐步取代有线传输，提高传统物探技术运行效率、改变现有物探业务流程、减少人力物力投入，降本增效。

3.2.3 聚焦“卡脖子”物探装备软件难题，加快自主知识产权装备开发和国产替代步伐

3.2.3.1 加大地震采集仪器装备的研发与引进力度

目前，中国石化在用的地震仪、可控震源以外购的Sercel 公司Noamd65、428XL、508XT 为主，自主研发的Ⅰ-Nodel 节点地震仪尚处于盲采阶段。为了满足深层—超深层领域勘探需求、早日实现全节点高效采集，达到降本增效，需要持续加大低频可控震源的引进与研发力度，实现宽频采集；研发具有实时远程控制和海量数据传输能力、智能化设备管理、满足大规模数据采集应用的智能化节点地震采集系统，进一步提高采集效率、降低人工成本。

3.2.3.2 加大自主知识产权软、硬件推广应用

受用户习惯和用户体验的影响，目前地震资料处理解释以国外商业软件为主，自主知识产权软件市场占有率低。建议加大自主知识产权软件（NEWS、π-frame 等）推广力度，集中部署、大力推广自主软件成熟模块，替代相同功能商业软件，不断完善自主软件的功能和用户体验，提高自主软件的适用性，打造品牌产品。

目前，地震采集以有线系统采集为主，进一步加大I-Nodel 节点地震仪的规模化量产和推广应用，发展有线和无线混采、全节点地震采集技术，降本增效。

3.2.3.3 进一步加强云计算中心建设

中国石化石油物探技术研究院云计算中心峰值计算能力为1.5 亿亿次/s，总存储能力为14PB，叠前时间偏移资料处理能力为30000km2/a，尚不能满足大面积高密度采集三维地震资料处理需求。需要进一步优化资源配置，整合计算资源和商业软件资源，减少重复购置和资源空置，打造更加强大的云计算中心，提高运行效率和资源利用率。

4 结语

经过100 多年的发展，油气行业由原先的资源主导逐步转向了技术主导，谁掌握了先进的技术谁将掌握油气行业的未来。面对未来“更深、更复杂、更精细”的油气勘探开发需求，石油物探技术是发现储量、提高产量、打高产井、打高效井的重要技术保障。优化完善现有技术，大力推广应用新技术，是稳油增气降本的有效手段，也是各大油公司上游重点发展战略之一。

“十四五”期间，一方面，聚焦当前重点勘探开发领域，突出技术支撑，推广应用较为成熟的技术，支撑稳油增气降本；另一方面，聚焦“卡脖子”物探技术攻关，加强中—中联合，打造自主知识产权装备与软件，进一步提升中国石化物探技术水平和装备自主能力，为中国石化高质量发展做好技术支撑。