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聊聊海上采油和南海油气勘探(四) (1646 查看)
发布: 愚人+
日期: October 31, 2014 07:00PM

  (四)海洋石油的地震波勘探

反射波地震勘探所适用的地理环境分为三个方面,1)陆地,2)海洋,3)过度区域。

我们已经在前面一、二两节介绍过陆地环境下的地震波方法,现在我们把眼光转向海洋地震波方法。海洋上实施地震波勘探比起陆地来,有许多不一样的地方,总的讲来,增加了勘探的困难性,需要一些不同于陆地地震波勘探的技术。

一、海洋地震波法的技术

海洋地震波法使用船舶代替陆地的勘探车(七十年代以前,甚至使用人力搬运沉重的地震仪)对大片海域进行地震波勘探。早期的勘探船是一艘,牵引着一条长达6-8公里的电缆,在电缆上等距离地悬挂着若干检波器(捡拾反射回波),同时船尾处设置空气枪作为震源,周期性地向水下发出脉冲机械波冲击。船将在指定海域一条线一条线地扫描下去,直到把整个海域全部扫完。这就提出了两个问题:

1)船只的定位问题。因为海上一望无涯,如果不精确定位所勘查的水域,即使就算找到了地下构造,也不能敢冒险花大钱,耗长时间钻井。因此,早期海洋地震勘探只能使用海岸雷达站确定位置,可以结论,由于雷达的覆盖度不高,因此也就只能在近海岸位置进行勘探。八十年以后,使用地球同步卫星定位使海洋勘探做到了精确定位。记得七十年代时我曾经问过和我一起工作过的南海队同志,说你们的勘探船怎样定位?他们说是花钱向美国卫星公司租服务,这还是中美交好以后的事,在那以前,可以说中国根本无力量进行稍微远离海岸的石油地球物理勘探。

2)海洋的深浅和海底地貌的复杂性也是影响海洋地震波勘探的重要因素。海洋勘探包括了两个范畴,一是深水,一是浅水。深水区即海水深度超过300米的区域;浅水区及水深小于300米的区域,浅水区又分为单纯的浅水区和包括了过渡带区域,即海岸附近的沼泽和珊瑚岛礁绞盘附近的区域。一般说来,只要海水不是过深,深水区比一般浅水区难度大,却比过渡带容易。举个例子,在南海诸岛礁盘上勘探就碰到这个问题,原因在珊瑚礁盘下的礁体上极其复杂的结构与崎岖的面貌,使得船只无法正常作业,而直接放置电缆又格外困难,最后,礁盘附近的浪潮多变,这个困难使我想到了南海各国虽有岛礁作为据点,但也仅仅作为器材转运点(或许可以作为井点),但都在离岛礁较远的区域勘探,如这次981平台就设置在离中建岛17海里以外的位置。所以目前南海有关国家都在大陆棚区域找寻石油,大陆棚即陆地到海洋的自然延伸坡度,其水深不超过200米,因此属于一般浅水区域。

3)海洋勘探最讨厌的是海上风浪,风浪本身发出的呼啸也将影响到信号接收,被称为声波干扰。其次,在海面与海底之间形成一个特殊的水层,部分反射波将在这个水层里来回反射,形成一个特殊多次反射现象,因此,必须滤掉这个干扰。虽然多次反射可以根据周期性规律从地震信号里被过滤掉,但是,因为水层的回波较接收装置近,因此强度比较大,这就造成地震仪里的自动增益功能因为压制强力杂波却同时也就压制了微弱的有效反射波。

4)由于海水是含盐的水,盐溶液也对地震波的强度造成阻尼,结果会模糊化接收的信号。其次,海洋人工地震震源使用空气枪,其脉冲强度和质量当然不如陆上使用高爆炸力炸药所产生的尖锐。这就给地震波接收和处理提出了比陆地勘探远为困难的技术要求。

5)最后,海底地形的崎岖也影响了海洋地震波法勘探的质量,不像地面,即使地形崎岖,但可以测量出来,很多地方的海底地面并未作过详细的调查,特别是深海区域。要知道,海底可能会出现复杂的山脉、峡谷、洞穴等地形,这些地形的尖锐处会空洞处可能出现震波的散射、干扰、甚或强大的频蔽阻尼(如近海底的洞穴)。

二、最近二十年来海洋地震波勘探技术的发展

海洋情况复杂,未知因素很多,风浪威胁都是不利之处,然而,海洋反射地震波勘探却有一个比之于陆地情况条件好的优点,所谓“海阔凭鱼跃”,它可以较陆地为容易增加布线(streamering)阵列。

以前我在野外时,因为在丘陵和山区地区工作,布线常常十分困难,有时候必须放置检波器在陡峭的山坡和小溪岸边,布线也就不可能保持理想要求笔直于测线了。记得有一次甚至需要穿越一家制造核潜艇部件的三线保密工厂,以至作业前几天都在等待国务院批准,报请国防科工委的文件允许,其他不顺利作业的情况五花八门。这就不像大庆油田勘探之初,那时是在一马平川,辽阔无垠的松辽平原,当时就可以使用解放牌汽车执行布线任务,而西南山区地区却没有这个条件,即使现在,恐怕都得雇民工逐坡逐滩地干;又如江南水乡地区,当时河汊密布(现在大约至少减少一半),弯曲任意,房屋毗邻,有时根本无法进行作业。

1)宽位反射地震波勘探技术(1997)

海上作业却可以严格按照几何图形,原则上增加任意条测线,且因为使用船只拖拉电缆来实现,极其灵活方便。因为海洋的如此优越条件,使得多测线方位(Multi-Stremers)首先在海洋上实现,七十年代老美首次进行的陆地三维地震波勘探里,曾达到12条布线在陆地上平行,到了八十年代,在海上的布线增至120条,就是说,使用若干只接收船只,平行向一个方向施行,后面拖拉8-12根缆线(streamers),多达12-24根缆线。同时,在这些前进阵列的两侧,首尾(前已指出,首尾长达6-8公里)分置震源船,它们平行于接收震波船阵列,每隔15-20秒时间,让空气枪爆鸣一次,于是产生间歇震动,这个周期性震源非常有利于不断接收到的地震波信号之间的信号互相关性,极大地提高了信噪比。

更重要的是,这样实现的三维(3-D)反射震波剖面,经过计算机归位(人工早已无能为力了),形成一个信息密度高的立体景象,有利于技术人员发现地下深层构造的精细之处。而这么巨量复杂的布线在陆地上几乎无法实现,除非在沙漠里,如塔克拉玛干沙漠。

2、4-D反射地震波勘探技术(2004)

同任何地质矿产一样,石油勘探分为两个步骤。首先,使用地质资料,普遍地调查一些有尤其勘探前景的地区,这个地区范围较广,找到了可能有油气储藏构造迹象的地方,再进行详细,深入的调查。前者简称普查,后者简称详查。记得以前一些不明白地质找矿科学技术的朋友经常把找矿理解成小时候藏东西的游戏,以为仅仅凭借群众报案的资料,在某个地方发现有线索,于是地质人员便闻风奔赴现场去找了。这当然是古典找矿的幼稚想法。实则找矿需要经过十分沉重的普查工作,先局部,再扩大,先粗疏,再细密,逐渐减少比例尺度,把一整块地区全部调查清楚,然后再根据普查的资料,把重点聚焦在最有希望的地点进行详查。

七十年代以前,国家找油的普查和详查任务分别由地质部(后为国家地质总局,现为国土资源局地质调查部)石油局与石油部勘探执行。两者都拥有石油地球物理勘探的队伍与钻井队伍。八十年代已降,这两支力量分别组成中石化与中石油公司,而普查与详查机能在公司内部兼具,且都进行采油作业。此外,由于原来的国家海洋局的石油部分组成中海油,专门执行海洋石油油气勘探并采油任务。

前面论述并未区别石油勘探的详查与普查,但暗示了主要还是普查。石油普查,包括前期进行的地震波勘探只能大致把有希望的油气前景区域确定出来,甚至也可以钻井证实有否油气显示,但若要找到精确的井位,打出最符合工业要求的油气来却需要更进一步的工作。

在海上由拖拉若干缆线勘探海底深层构造的问题是,它只是静态地了解这个区域的地质构造,真正在此区域已经开始打钻采油气以后,我们尚需掌握油气储藏里油气在开采过程里的变化。

石油开采过程中,随着油气的逐渐释放,储油构造里的油气(还有水)也就逐渐萎缩,油气释放的压力逐渐减少,以致到后期,几乎不能自喷,必须在旁边打另外一口或多口井灌水,用水泵强压水给储油岩层增加补助压力,或者增加某些化学溶剂帮助岩层里的孔隙疏通,以便驱动剩余油气冒出井口。

而这,却需要采油管理部门精确地预知油气储藏开采过程里的变化,以免在油气枯竭到门阀值以下,即使采用灌水,也无助于把剩下的油气采出,这在油田开发里的情况太多,那当然是一个严重的浪费。

4-D反射地震波勘探技术就是在这样的生产需求下问世了。4-D反射地震波勘探技术的基本点在,它在油区海底布上固定(!)电缆,电缆上安置检波器。这一套布线被陆地遥控的计算机自动控制,每隔一定时间,便自动发出指令,命令也同时装置在附近的爆炸装置点火,于是便自动回收,也自动处理这一次爆炸所获得的反射地震波信息。

目的何在?

目的在观察指定地区地下储油层经过一定时间开采以后,其含油气岩层里的:孔隙堵塞,石油流动(石油在开采过程里是要“流动”的!)以及其他参数的变化。根据弹性力学波动方程理论,这些参数将使得蕴藏和缓慢流动在储油岩石(一般是砂岩,少数是页岩)里的黏瓷度发生变化,从而使得岩层对反射波的波速以及振幅造成影响,这就在反射波归位成像里被觉察出来,这就为管理油田开采进程的技术部门增添了可贵的信息。

实际上,以前油田都要隔一段时间做上面的工作,然而这差不多是无的放矢,因为油气发生临界变化以前,往往很难在反射剖面上觉察出来,4-D成像技术则把震源爆炸间隔确定在精度足够的水平,持续产生地震波信息,且再和遥感遥测结合,又计算机模式识别技术,自动对比历史数据,并随时报警。

很明显,4-D反射地震波勘探技术实际上是3-D反射地震波勘探技术再加上一个时间得到。4-D反射地震波勘探技术的缺点在需要布置昂贵的水下接收电缆阵列以及空气枪装置,而且也不灵活,所以并不适宜于石油普查。

我推测,利用4-D反射地震波勘探技术,对已知油田的地下储油岩层构造里的详细研究,结合震波形态和波速的变化,在大量资料汇集归纳的基础上,说不定能总结出地震反射波直接找油的规律,我寄希望于这项技术的发展。

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