基于节点仪器模数转换技术页岩气的应用.pdf

收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 3作者简介:徐芳(1 9 8 1-),女,河北涿州人,本科,助理工程师,现就职于中石油东方地球物理勘探有限责任公司装备服务处仪器服务中心,从事地震仪器技术管理工作。基于节点仪器模数转换技术页岩气的应用徐 芳,董西宁,刘鸿飞,杜 燕,陈 雷(中国石油 东方地球物理勘探有限责任公司,河北 涿州 0 7 2 7 5 0)摘要:开发利用非常规能源页岩气具有优化国家能源结构、增加清洁能源供应和减少温室气体排放等多重效益,对实现“双碳”目标和保障国家能源安全稳定供应具有重要意义。我国页岩气资源丰富,赋存条件复杂,近年来,随着勘探技术的飞跃发展,新型e S e i s节点仪器特有的3 2位模数转换技术,逐步应用于双复杂区页岩气勘探中,均得到清晰的地震勘探目的层反射资料,为页岩气规模化开发奠定基础。例举南方某双复杂地区三维地震勘探,应用具有高灵敏度、稳定适应性强、技术指标优于同类主流仪器产品的e S e i s采集系统,其采用高精度时钟同步技术、融合3 2位-模数转换技术、3 2位数据高保真度技术,完全满足复杂地表、复杂地下构造等勘探需求,处理后的地震资料能清晰刻画出该地区地下页岩气地层走势,探明有利储存圈闭及断裂带构造发育情况,为后期的开发评价提供精细的地质资料。关键词:页岩气;地震勘探;节点仪器;施工案例;应用效果中图分类号:P 6 3 4.4 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 7-0 0 8 1-0 51 引言页岩气是一种赋存于泥页岩中,主要以吸附及游离状态存在的非常规天然气,它属于高效洁净能源,是能源行业中发展空间巨大的新兴产业之一。开发利用页岩气,对促进能源安全、弥补天然气供需缺口、减少碳排放具有重要的战略意义1。本文例举的页岩气勘探三维项目呈现两山夹一洼构造格局,设计施工面积5 5 0平方公里,采用井炮、可控震源混合激发,节点仪器e S e i s节点采集单元接收的施工方法,探明该地区地下页岩气复杂地质存储构造,为一下步开发页气提供有利的地质资料。2 页岩气储层勘探的难点及地震勘探技术方法2.1 页岩气储层勘探具有以下显著难点成藏结构复杂:受复杂地质背景和多阶段演化过程的影响,富含油气盆地类型种类繁多,结构复杂,盆地的不同演化规律直接控制着富含有机质泥页岩的发育与分布。一定的泥页岩储层厚度是形成页岩气富集区的基本条件,国内普遍认为具有开采价值的连续储层厚度要达到1 5米2。(如图1)储集空间微小:组成泥页岩的粘土矿物颗粒本来就小,其中的孔隙、裂缝就更小,导致孔隙、裂缝中的天然气不易勘探开采。近年来随着物探技术的发展,逐 步 发 现 具 有 商 业 开 采 价 值 的 页 岩 气储量3。图1 页岩气分布图2.2 页岩气地震勘探的技术方法介绍地震勘探是利用地壳中岩(矿)石波阻抗等物理性质的差异来研究地质构造或者探测地下矿产的一门学科。它主要利用人工激发震源在地面激发地震波,入射到地层波阻抗界面反射回到地表,并被地表地震检波器和地震仪器接收记录。根据页岩气低密度、低速度,沉积岩隙相对不稳定,与圈岩之间存在着较大的波阻抗差异,因而能形成能量较强、连续性好、信噪比高的反射波,所以能够利用地震反射波法进行页岩气勘探4。“两宽一高”(宽方位观测、宽频激发、高密度采18 2 0 2 3年第7期内蒙古石油化工集)地震采集技术是现阶段地球物理勘探技术的重要发展方向,宽方位观测增加地质成像的能力,高密度采集增加地震成像的精度,宽频有利于提高分辨率。为了解决页岩气勘探过程中复杂的地质问题,开展基于小面元、高覆盖、低频可控震源宽频点激发和低频检波器宽频点接收为特色的“两宽一高”三维勘探工作5。3 新型e S e i s节点仪器介绍3.1 e S e i s节点仪器采集系统e S e i s节点仪器采集系统是东方物探自主知识产权的物探装备,它主要由节点采集单元、智能充电数据下载一体柜、节点质量控制单元及数据管理处理软件系统四部分构成。其中节点采集单元采用模块化电路结合3 2位模数芯片的先进设计理念构成的站体,同时接收G P S时钟和北斗双星信号为站体授时同步,实现2 4小时不间断、持续3 0天采集作业的功能(如图2);智能充电数据下载一体柜完成节点采集单元自动识别、下载数据、站体充电、故障显示等主要工作;节点质量控制单元主要完成节点采集单元激活、质量监控、Q c数据回收等质量控制工作;数据管理处理系统主要完成采集参数导入、站体检测、数据下载、数据合成等核心数据处理工作6。图2 e S e i s节点单元图3.2 3 2位芯片模数转换器随着电子技术、通信技术及数字信号处理技术的发展,-A/D转换器件发展到3 2位,由于高的精度及其特别适合于低频范围进行数据采集的特点,使得它自出现以后,立即在节点仪器采集系统中获得了广泛应用。该器件是一个将模拟信号转变为数字信号的-型模数转换器,主要由4/8个独立的模数转换器(A D C)并行实现4/8通道输入信号的数字化,每个A D C由先进的6阶斩波、-调制器,后 接 低 纹 波、线 性 相 位 的 有 限 冲 积 响 应(F I R)数字滤波器构成。调制器检测差分输入信号,并与差分参考电压相比较得到一个1秒密度的位流输出,输出的位流经内部的数字滤波后得到一个低噪声的数字输出7。3.3 e S e i s节点仪器独有优势在页岩气勘探开采过程中,逐步从研究大的断层结构和大规模的地质构造区域,向识别易于聚集页岩气的小断层、微幅度构造转变;由过去的预测较大规模的层系、砂岩组等较厚的储层,到薄层甚至薄互层结构,储层的预测精度逐渐提高。薄互层储层之间的地震反射波由于层间多次波的传播效应和调谐干涉效应,常规地震仪器2 4位模数转换精度难以满足识别储层地震信号的要求。因此,伴随着采用3 2位模数转换器e S e i s的广泛应用,较好解决了在复杂地质条件下难以捕获有效地震信号的难题,实现了模拟信号转化数字信号分辨率更高,失真性更低,更能满足页岩气勘探处理过程中拾取地层反射波弱信号的需求8。4 施工案例4.1 工区概况该工区属低山丘陵地貌,整体呈中间低,两边高,最高处为中东南部东山(9 1 1 m),最低为2 7 5 m;平坝区(坡度1 0)面积占7 4%;工区内中大型水库与水源保护地3 7个,水深7-3 0 m,溪河贯穿整个工区,其中小蓄水塘遍布整个工区。4.2 施工参数激发方式:井炮、可控震源,激发参数:山体区1口(1 2-2 2)m(8-1 2)k g,砾石泥岩层,1口(2 0-2 2)m(1 0-1 4)k g;检波器型号5 H z低频检波器;仪器型号为e S e i s节点仪器、记录格式S E G-D、记录长度5 s、采 样 率1 m s、前放增益0 d b、低截N o n e、高截:5 0 0H z。4.3 观测系统在线道数:9 2 1 6,道距/炮点距(米):4 0/4 0,接收线距/炮线距(米):2 4 0/3 2 0,面元尺寸:2 0*2 0,纵向最大炮检距5 1 0 0米、最大非纵距4 3 0 0米、最大炮检距6 6 7 1米、最大最小炮检距4 0 0米、横纵比0.8 4、总覆盖次数1 6*1 8=2 8 8次、炮道密度(万道/k m 2)7 2。(如图3)图3 观测系统模板28 内蒙古石油化工2 0 2 3年第7期 通过e S e i s节点单元施工,实现较小线距,高覆盖次数宽方位采集,在增加纵横比的基础上(主要目的层横纵比为1),保证了不同观测方位有足够的覆盖次数,提高了资料信噪比,为地震资料处理解释提供满足叠前偏移、全方位成像、叠前反演分析等地震数据体9。5 应用效果本工区采用e S e i s节点采集系统,采用最灵活站体、最优观测系统、最佳激发方式的全新施工概念,融入“两宽一高”地震采集技术,突破了有线仪器采集设备遇到特殊障碍物尤其居民点、工厂设施、河水等增加地震空道的难点,填补了复杂地表地下的资料空白,采集品质优于目前主流的G 3 i有线仪器,捕获区域内地震信号更加精准1 0。5.1 e S e i s节点仪器与G 3 i有线仪对比效果节点仪器e S e i s G 3 i有线仪图4 原始单炮固定增益记录(1口2 5.3 m1 6 k g)节点仪器e S e i s G 3 i有线仪图5 原始单炮B P(8,1 1,5 0,6 0)记录(1口2 5.3 m1 6 k g)图6 定量分析 从定性分析结果看图4和图5,所获得的单炮记录面貌e S e i s节点仪器略优于G 3 i有线仪;经定量分析图6,G 3 i有线仪与e S e i s节点仪器接收数据能量频谱均一致。38 2 0 2 3年第7期徐 芳等 基于节点仪器模数转换技术页岩气的应用5.2 e S e i s节点仪器应用效果图7 原始单炮AG C记录图8 原始单炮AG C记录图9 资料成果图 从资料分析结果看(图7),e S e i s节点仪器原始记录面貌地震波清晰可辨,采集信息丰富;经成果图分析(图9),e S e i s节点仪器获得该地区地下地质资料整体呈现隆洼相间、隔挡式构造格局,信噪比高,层间信息丰富,目的层同相轴连续性较好,波组特征清晰;查明工区各地层内断裂发育特征,资料能够满足主要目的层系31 0 m小断层预测或裂缝空间分布;查明震旦系灯影组台缘礁滩相储层、二叠系滩相储层+岩溶储层、三叠系致密砂岩储层等分布规律及含流体性质1 1。6 结论(1)e S e i s节点高精度3 2位模数转换模块保证了系统采集到保真的地震信号,能获取优质的原始记录,经处理解释形成的成果图,取得效果良好,为提高31 0 m小断层预测或裂缝空间分布识别,提供了高品质的地震资料。(2)e S e i s节点采集系统借助“两宽一高”地震采集技术应用,为提高震旦系灯影组台缘礁滩相储层、二叠系滩相储层+岩溶储层、三叠系致密砂岩储层等分布规律及含流体性质,提供了高品质的地震资料,可 以 在 本 区 及 同 类 型 双 复 杂 地 区 推 广应用1 2。参考文献1 陈孝红.宜昌地区震旦系和下古生界天然气页岩气富集成藏与勘探实践M.科学出版社,2 0 2 2,1 0-3 0.2 郭丹楼,曾萍等.复杂构造区页岩气地质特征、48 内蒙古石油化工2 0 2 3年第7期 资源潜力与成藏关键因素M.科学出版社,2 0 1 7,1 5-2 03 杨飞,叶建中.川东南-湘鄂西地区构造特征与页岩气勘探潜力M.中国地质大学出版社,2 0 1 1,8-5 0.4 陆基孟.地震勘探原理M.北京石油大学出版社,2 0 0 9,6-3 0.5 张丽艳,李昂,裴江云.低频可控震源”两宽一高”地震处理技术研究.地球物理学进展J,2 0 1 8,3 3(4):1 6 2 9-1 6 3 6.6 罗福龙.地震仪器基础与应用M.北京:石油工业出版社,2 0 2 0,2 3 3-2 4 4.7 易碧金.地震数据采集站原理与测试M.北京:电子工业出版社,2 0 1 0,1 4 5-1 7 3.8 夏颖,刘卫平,甘志强,等.节点仪器面临的挑战与 发展趋势 J.物探装 备,2 0 1 7,2 7(5):2 8 1-2 8 2.9 武永生,郑永明,韩忠伟,封召鹏,王洪涛,蔺大禄.e S e i s节点地震仪器在严寒工区施工技术J.石 油 管 材 与 仪 器,2 0 2 1,7(1):9 4-9 7+1 0 0.1 0 肖富森,黄东,张本健,等.四川盆地侏罗系沙溪庙组天然气地球化学特征及地质意义J.石油学报,2 0 1 9,4 0(5):5 6 8-5 7 6+5 8 6.1 1 张明,孙夕平,崔兴福,等.基于地质目标的岩性油气藏地震资料处理解释一体化方案J.石油地 球 物 理 勘 探,2 0 2 1,5 6(2):3 2 3-3 3 1+2 1 3.1 2 孔德政,于敏杰,崔瑞红,等.“两宽一高”地震采集技术在复杂山前带的应用及效果J.新疆石油天然气,2 0 1 6,1 2(1):3 3-3 8.(上接8 0页)建模计算获得储层孔渗数据、孔喉分布、岩电参数、油水相渗、岩石力学参数等参数,弥补了常规实物取心存在的关键储层段没有取心或者取心率不足、耗时长费用高,同一样品难以重复使用的缺点,在塔河油田复杂碎屑岩的储层评价中取得较好的效果,实现了一套新的针对复杂储层获取储层评价参数的方法和标准,拓宽了复杂储层评价的手段。但在实际应用中也应注意,数字岩心由于扫描样品面积小,存在着非均质性的问题,样品选择时需在同一深度点选取多块样品进行测试分析,以期得到能真正代表储层各项特征的测试结果。参考文献1 林承焰,吴玉其,任丽华,等.数字岩心建模方法研究现状及展望 J.地球物理学进 展,2 0 1 8,3 3(2):6 7 9-6 8 9.2 杨永飞,王晨晨,姚军,等.页岩基质微观孔隙结构分析新方法 J.地球科学,2 0 1 6,4 1(6):1 0 6 7-1 0 7 3.3 赵建鹏,孙建孟,姜黎明,等.岩石颗粒胶结方式对储层岩石弹性及渗流性质的影响J.地球科学 中国地质大学学报,2 0 1 4,3 9(6):7 6 9-7 7 4.4 徐湖山.基于C T技术的数字岩心重构及其应用 研 究 D.辽 宁 大 连:大 连 理 工 大学,2 0 1 4.5 孙建孟,姜黎明,刘学锋,等.数字岩心技术测井应用与展望J.测井技术,2 0 1 2,3 6(1):1-7.A p p l i c a t i o no fd i g i t a l c o r e t e c h n o l o g y i ne v a l u a t i o no f c o m p l e xc l a s t i cr o c ki nT a h eO i l f i e l dL i nX u e m i n(R e s e a r c hI n s t i t u t eo fE x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n t,S i n o p e cN o r t h w e s tO i l f i e l dC o m p a n y,U r u m q i 8 3 0 0 1 1,C h i n a)A b s t r a c t:T a h eo i l f i e l dc o m p l i c a t e d l i t h o l o g y,l o wr e s i s t a n c eo i l l a y e r,l o wp e r m e a b i l i t y,c o m p l e xc l a s-t i c r o c k,t h r o u g ha l a r g en u m b e ro f c o r ea n a l y s i s i sn e e d e dt ob u i l dc o m p l e x l o g g i n ge v a l u a t i o nm e t h o do ft h ec l a s t i cr o c ko fd i g i t a lc o r et e c h n o l o g yb e c o m ear e s e r v o i rc o r ee x p e r i m e n te f f e c t i v es u p p l e m e n t a r ym e a n s,m a k eu pt h ek e yr e s e r v o i rw i t h o u t t h ed e f e c t so f c o r i n g,a n d i n s u f f i c i e n tn u m b e ro f c o r i n g,c o m-p l e x i nt a h eo i l f i e l dh a sp l a y e dap o s i t i v er o l e i nt h ea s s e s s m e n to f c l a s t i c r o c k.K e yw o r d s:T a h eO i l f i e l d,c o m p l e xc l a s t i c r o c k,d i g i t a l c o r e t e c h n o l o g y58 2 0 2 3年第7期徐 芳等 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