物探院针对小尺度缝洞储集体地震响应特征基础研究这一世界级难题,展开基础性研究

打造小尺度缝洞模拟及波场研究利器

王跃 薛诗桂

       日前，在集团公司召开的科学技术大会上，石油物探技术研究院“小尺度缝洞储集体地震响应特征基础研究”项目，被授予2016年前瞻性基础性研究科学唯一的一等奖。

碳酸盐岩缝洞型地质结构是西部塔里木盆地油气富集的主要储集体，有效识别和描述碳酸盐岩储层的缝洞分布是油气勘探与开发的重要地球物理基础工作。碳酸盐岩储层的缝洞在类型和形态上的多样性，规模大小的多尺度性，使得碳酸盐岩缝洞储层的识别与表征极为困难。

大尺度的缝洞体常规的地球物理方法可以识别和描述，中尺度的缝洞体通过各类地球物理属性的描述进行识别和描述也基本可以确定。而对于小尺度缝洞，常规的地震记录上几乎看不到有效的信息，或者说信号非常微弱，对于这类储集体，更缺乏有关地震响应的基础规律、分析方法和认识的基础性研究。

近年来，物探院针对小尺度缝洞储集体地震响应特征基础研究这一世界级难题，展开高精度地震物理模型实验装置研发、小尺度缝洞储集体地质建模研究、微小尺度缝洞模型制作研究、地震物理和数值模拟数据反射特征分析及检测方法研究等基础性工作，为小尺度缝洞模拟和波场研究提供了一套基础研究设备和技术。

小尺度缝洞模拟需要高精度实验装置

为达到小尺度缝洞地震物理激发、接收、定位及高速数据采集模拟实验的关键技术要求，必须借助高精度的三维定位控制系统实验装置。

物探院针对油气勘探开发逐步面向小尺度地质体的基础研究需求，在原来30多年的物理模拟技术积累上，自主研发了具有国际领先水平的高精度地震物理模拟三维定位和数据采集系统；研制出了大开角微尺寸微型超声波探头，满足了微小缝洞小信号超声物理模拟激发接收实验需求；开展了换能器声场模拟研究，研制出了国内外唯一的高灵敏度、窄脉冲、宽带、大开角，适应小尺度缝洞体研究需要的物理模拟激发、接收微型超声换能器。

该系统装置实现了超声地震物理模型浮点增益，以及非水平面物理模型实验全自动地震模拟数据采集，满足了微小缝洞小信号接收需求，并大大完善了整套地震物理模拟实验系统的技术性能，实现了模拟技术可以从小到微缝洞大到大型地质构造，简单水平地表到复杂起伏地表，构造模拟到储层含裂隙缝洞系统等方面的突破，各项指标均达到了国际物理模拟行业内的领先水平。

小尺度缝洞模拟需要复杂的模型制作

采用物理模型模拟真实的地下地层结构是物探方法基础研究非常重要的手段，它可以通过室内的模拟来弄清楚地震波在地下未知的空间传播特征和规律。其中，模型的制作是否接近和符合研究对象的特点，关系到研究结果的成败。

地质构造的模型制作，通常采用环氧树脂、硅橡胶、聚氨酯等高分子材料浇筑再固化成型。但对带裂缝溶洞等复杂的小尺度缝洞进行结构模拟，“粗犷”的浇筑手段和常规的模型材料远远不能够表现复杂的缝洞体，必须另找合适的材料和模型制备方法。

研究人员在无任何参考资料的状态下开始寻找和研究溶洞型模型新材料和制作技术。他们经过反复试验，将制作出的样品，在显微镜下与真实的缝洞型岩样进行反复调试比较，并从环境温度、散热条件、辅助材料三个方面，研究了高速复合材料在化学反应中对温度的敏感性，最终找到一种合适的高分子材料，将它与多种聚合物混合，所制成的含孔隙储层材料物理模型，与实际的小尺度缝洞效果非常相似。

利用这种称之为“原位复合”的技术，研究人员实现和形成了微型溶洞制备材料工艺，并在此基础上研发出孔渗储层材料、流体吸附储层材料、聚氨酯增韧复合材料等多种缝洞模型制作新材料，以及注射溶洞及充填、孔隙、切割裂缝、压裂裂缝、天然裂缝等缝洞模型制作新方法，将缝洞物理模型模拟精度从最小 1mm提高到0.1mm，从而为研究复杂储层非均质体地震反射特征提供更精确的地震物理模型制作方法与途径。这项将工程材料和多种工程方法应用于地震物理模拟实验探索的研究技术属国内首创。

       形成指导小尺度缝洞储层开发研究的地震波场特征的新认识

高精度模拟实验装置和复杂微观地质模型的建立，提供了利用模型方法进行小尺度缝洞体反射特征分析及检测方法研究的合适平台，大量围绕油田勘探开发的基础研究工作由此逐步展开。

塔河油田采集到的地震波场记录存在大量的类似于羊肉串形的被称为“串珠”状的发射特征，并在相应位置深度钻井发现有溶洞，开发人员不清楚其产生机理。物探院的研究人员通过不同尺度溶洞体地震响应特征定量化分析和小尺度缝洞空间分辨率及成像精度研究，成功阐述了地震剖面“串珠”形成的机理及缝洞地震响应模式，获得了一些溶洞地震属性和成像特征的新认识，帮助生产单位弄清楚了“串珠”的来历。

小尺度缝洞内部有没有油气，油气与波场特征的关系又是怎样的？物探院经过潜心研究探索，形成和改善了非均质和流体充填的孔隙度储层物理模型制作和实验技术，对小型流体充填溶蚀洞、不同形状和不同充填溶洞等进行了物理模型实验及地震响应特征研究，获得了碳酸盐岩缝洞流体充填情况下的地震响应特征。并针对小尺度裂缝体率先开展了裂缝方位各向异性地震物理模型实验研究，获得了活动裂缝密度、裂隙张开度对波动传播的影响的新认识。

此外，研究人员还利用谱分解分析技术对不同尺度裂缝进行量化分析，发展了利用地震属性和物理模拟技术研究多尺度裂缝的实验及分析技术，给出了地震缝洞检测的有效方法。

    注：此文登载于《中国石化报》2017年7月3日第三版