BP公司4D地震技術發展及應用現狀

劉穎 (大慶油田勘探開發研究院)

BP公司4D地震技術發展及應用現狀

劉穎 (大慶油田勘探開發研究院)

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

BP公司 4D地震技術 應用現狀 油田后期

時移地震技術又稱為四維 (4D)地震技術。理論上認為當地震觀測精度足夠高時,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測的一項主要技術,得到了普遍的關注和重視,近年來在技術上也得到了較大的進步。21世紀初,時移地震技術已經從可行性研究和先導性試驗,走向了應用和生產階段,特別是在北海、墨西哥灣和加拿大等地區取得了較為廣泛的應用。在4D地震技術試驗和應用方面,BP公司處于領先地位,4D地震技術已成為BP公司的核心技術之一,尤其是自1999年后在北海開展了大量4D地震觀測和應用[1-3]。

1 BP公司4D地震技術發展概況

第一個3D時延數據是在27年前陸上得克薩斯采集的 (1982—1983年,由阿克公司負責,現在是BP公司的一部分),監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次測量結果,業務遍及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地震數據正在廣泛應用,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行油藏管理和加密鉆井解決油田中后期注水開發危機的需要,隨后推廣到一些復雜的新油田。初期,北海油田在技術和商業上取得的成功使該項技術首次推廣到全球,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 (根據油田計數)項目,其中約有85項已經實施,30項尚未實施[4-5]。

4D技術一般應用于水驅油田,因為水驅油田飽和度和壓力變化大,儲層管理復雜,適于地震監測,具有巨大的商業價值。氣田的監測也具有明顯的商業價值,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一直是每2～5年進行一次拖拽式等浮電纜測量,現在BP公司安裝了世界上首批 (三套)永久性海底電纜 (OBC)監測系統,用以傳輸高質高頻的3D和4D數據。近幾年4D技術應用的范圍進一步擴大,除了北海和墨西哥灣地區,還開發了很多新區,如安哥拉深水區和美國阿拉斯加州[4-5]。

目前,BP公司正在實施時延4D地震技術的全球推廣。通過4D技術的發展,如等浮電纜控制、等浮電纜交叉重疊、永久海底電纜系統、專用4D處理、解釋與模擬工具等,時延4D地震技術得到進一步發展,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公司現在有三套系統居世界領先地位。

2 BP公司4D地震技術發展歷程

BP公司 4D地震技術的發展分為三個階段(圖1)。

圖1 BP公司4D地震技術發展史

2.1 1992—1998年:北海和墨西哥灣地區的試驗階段

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的機會來自于全油田范圍內采集的高質量重復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地震測量在英國設得蘭Foinaven油田采用,在Foinaven實時油藏監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地震監測技術及其商業可行性得到證明,在一定范圍內為進一步推廣奠定了基礎[4-5]。

2.2 1996—2006年:推廣應用和探測技術的限制

試驗階段取得的成功預示了4D地震技術將得到更為廣泛的應用,仍然以北海油田為主,包括Schiehallion、Foinaven和Magnus專門的4D地震測量,作為系統項目的一部分還包括 Andrew、Valhall和Ula在內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了更有效的技術,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和第一個陸上、井中垂直地震剖面 (VSP)設備。

2.3 2007年至今:繼續全球推廣應用

4D地震技術在北海和墨西哥灣油田一直使用,而且在一些新的產區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油田的發展潛力與未來技術的發展有很大的關系。

3 4D地震技術不同發展階段的原因分析

BP公司1990—2006年油田應用4D地震技術的勘探活動呈現S形上升趨勢。S形曲線模擬與實際應用的曲線軌跡基本吻合?？偟膩碚f,可以把BP公司4D地震技術發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試驗階段。

(2)1999—2002年:應用規?？焖僭黾?主要是因為北海開始系統應用 (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地震技術應用急劇擴大,主要是因為這段時期技術上的突破給4D地震帶來了廣泛的應用,包括:高質量浮纜觀測;永久海底電纜系統;陸上和井中的VSP試驗。

(3)2003—2006:新油田應用增長緩慢。

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

4 油田不同開發階段4D地震的價值體現

從圖3可以看出,在油田開采期限如何系統地應用4D地震技術來影響初期、中期、晚期的油田開采?？偟膩砜?4D地震技術在油田開發中發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 油田開發初期

一個高質量的3D勘探可以為4D勘探提供必要的3D基本數據框架,用于早期的開發規劃工作。早期的4D勘探包括:

◇在一定區域范圍可以提供早期的監測數據,通過判斷早期的能量消耗來校正油藏類型;

◇幫助及早確定后續開發油井進行4D勘探的時機;

◇幫助制定調整措施,如產量與預期有差距則進行早期加密調整。

4D勘探在油田早期生產中一個重要的作用就是保護油田基本生產能力。

4.2 油田開發中期

油田在穩定期后產量必然出現遞減,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據,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,低投入高產出,如射孔和堵水。4D地震技術在油田開發中期的作用就是保證高經濟效益的油田管理和資源的有效開發。

4.3 油田開發后期

油田最終都會進入最具挑戰的開發后期,高品質的4D數據有助于延長油田開發期,主要是通過制定最優加密方案,規劃最經濟的分支井,來論證油井管理手段以及監測 EOR采油技術的有效性。4D地震技術是油田生產后期獲得較高最終采收率的重要手段。

5 結論與展望

經過20多年調查研究,4D地震已經成為BP公司的核心技術。通過對多個區域、儲層和不同類型油藏進行的110多項4D測量結果研究,獲得了很多實際經驗。應用范圍已經從北海的“實驗室”拓展到了BP下屬的大部分地區。等浮電纜4D地震技術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OBC監視系統已經成為最好的選擇,通過技術進步和提高工業能力使該系統的應用成本更低。

目前,BP公司能夠通過4D資料的“動態解釋”,把3D和4D地震資料與其他動態 (如井的生產史和油藏模擬結果)和靜態的 (抑測井)信息聯合起來,進行可視化處理,根據“動態解釋”的結果迅速調整油田決策。通過動態解釋和油藏模擬相結合,對歷史匹配進行指導,提高了油田動態預測的質量。最終,4D地震技術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技術應用于油田整個開發過程,用來監測早、中、晚期的油田產量變化,包括EOR情況。

縱觀BP公司、RCP項目組等的技術發展, 4D地震技術的發展表現出油藏工程技術與地球物理技術的高度融合。多種地球物理技術廣泛集成,但是高精度、高分辨率三維地震仍然是基礎,4D地震技術是主流。

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

[1]國際大石油公司關鍵技術發展跟蹤研究.中國石油集團經濟技術研究中心,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公司的可持續發展能源戰略.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)