浅谈国内陆上油气勘探新技术

周阳

摘 要 随着国内油气勘探开发程度和难度的不断增大，油气勘探新技术也在不断发展和完善。陆上石油天然气勘探的主要技术包括地震勘探技术、钻井技术、测井技术及酸化压裂技术等。下面我们将分别对这几项新技术加以综述。

关键词 地震勘测 测井 油气 技术

一、地震勘探新技术

地震技术在油气勘探开发过程中发挥着非常重要的作用，近些年中国陆上地震勘探新技术主要体现在复杂山地地震技术、沙漠地震技术、黄土塬地震技术和高精度三维地震技术方面，其适应对象基本涵盖了中国陆上主要油气勘探领域， 为近年中国陆上油气勘探不断取得新发现发挥了重要的作用。

1.复杂山地地震技术。复杂地形往往与复杂构造共存。随着油气勘探程度不断提高，勘探进入新阶段，地震勘探也被迫进入地面和地下都很复杂的山区领域，地面和地下都很复杂时有许多问题需要连带考虑。复杂构造山区地震存在的主要问题有偏移归位问题、山区静校正、散射波干扰及压制问题、耦合问题等，针对这一系列问题也提出了一些解决的方法和新技术。应对复杂山地地震勘探的特殊需求，结合当前 MEMS 技术的发展，开发了弱信号检测、MEMS 加速度计、姿态检测技术、并行采集存储技术、有线无线混合组网传输技术、快速绘图及实时三维示技术，开发出一套以单站挂接四路三分量的独立式信号采集站为基础的多功能地震数据采集系统。复杂山地地震技术在塔里木盆地库车地区广泛应用，深化了复杂构造带模式的认识，提高了圈闭识别精度，为发现大北3、克深2等大气田发挥了积极作用。

2.沙漠地震技术。沙漠中气候干燥，环境恶劣，号称“死亡之海”，地表勘探施工非常艰苦。并存在两大技术难题：一是强干扰、弱反射带来的低信噪比问题，二是沙丘起伏带来的静校正问题。针对上述技术难点，多年来采取了一系列方法技术。其中有高精度测量方法，在塔克拉玛干大沙漠用先进的测绘技术和常规测绘技术结合的办法，探索出了一套大沙漠区的物探测量方法，主要有快速GPS卫星定位技术、卫星定网与地面网的联合平差技术、GPS数据传输技术、实测炮点和检波点高程、缩短导线边长和RTK（实时动态测量），RTD（实时动态定位）等测量技术，为地表勘探提供了精确的测量成果。沙漠地震技术在准噶尔盆地沙漠区的应用，使克拉玛依地区新资料深层弱反射能量增强，信噪比提高，地质结构清楚，为克拉玛依气田千亿方储量的落实发挥了重要作用。

3.黄土塬地震技术。黄土塬区的地震勘探技术长期以来一直被认为是“世界级”难题，其主要原因有三个，一是黄土塬区复杂的地貌条件，即沟、梁、塬、峁、坡、川并存；二是复杂的地表条件，即沟壑纵横施工困难；三是复杂的表浅层条件，即地震波难以激发且能量衰减严重等。黄土塬区地震勘探的技术难点主要表现在地震采集时地震激发条件较差、地震波吸收衰减严重、浅表层干扰波强烈、地震施工条件困难；黄土塬区地震处理的技术难点有静校正难度很大、资料信噪比偏低。针对地表黄土厚度大（300 m）疏松无潜水面、速度极低、地形复杂（沟、梁、卯发育）的特点，发展形成了黄土塬地震部署和采集（弯线、沟塬连线、宽线、非纵观测）、多域去噪技术、四域迭代法初至波折射静校正处理、共反射面元选排与均化技术、叠前时间偏移处理技术、古地貌形态刻画技术、储层物性及含油气性预测技术、五图一表井位优选技术等8项关键技术为核心的黄土塬地震勘探技术。黄土塬地震技术在鄂尔多斯盆地黄土塬地区广泛应用，在西峰、姬塬、白豹地区的石油勘探和榆林、子洲等气田勘探中发挥了重要作用。

4.高精度三维地震技术。高精度三维地震勘探技术是指高分辨率三维地震技术和三维高精度地震信号成像技术的综合运用技术，它是以提高资料的信噪比、分辨率、保真度和成像精度为宗旨、解决复杂地质问题和识别油气地质目标为目的的一项三维地球物理勘探技术，涉及项目部署、地震数据采集、资料处理与解释、油藏滚动勘探开发的全过程。高精度三维地震勘探技术关键有空间采样与分辨率的关系、高精度激发、接收技术、静校正精度分析、叠前噪声衰减技术、高保真处理技术、高精度速度分析技术、叠前偏移技术。近几年为了寻找更多的石油与天然气，三维地震勘探技术发展很快，数据采集、处理和解释的方法不断取得新的突破，采用万道地震仪（测线在30 000道以上）和数字检波器进行单点激发、单点接收、大动态范围、多记录道数、多分量地震、全方位信息、小面元网格、高覆盖次数的特高精度三维地震采集技术，进行高精度精细地震解释。高精度三维地震技术推动了东部富油凹陷复杂断块、地层岩性油气藏勘探的不断发现。如在南堡凹陷滩海地区完成三维地震全覆盖的基础上，与邻区2 400 km2进行连片处理，提高了资料的信噪比，满足了区域地质研究的需要和精细落实构造的需要。

二、钻井新技术

1.欠平衡钻井技术。欠平衡钻井技术是采用井筒负压的钻井技术，是降压差提高机械钻速最有效的方法。欠平衡钻井过程中由于钻头端面上液柱压力减小，正在被钻的岩石更易破碎；另外，低密度的循环液体有助于减少“压持效应”，使钻头继续切削新的岩石而不是重复碾压已破碎的岩石，减少了岩屑的重复破碎现象，能够有效地破碎岩石。欠平衡钻井的这一技术优势在钻水平井和大尺寸、长井段井眼时表现得尤为突出，国内大庆油田应用水包油钻井液体系，在火山岩层开展液相欠平衡钻井技术研究与试验，成功钻成评价井-宋深101井和探井-卫深5井，减少了井下复杂情况的发生，提高了机械钻速，尤其对及时发现产层并保护产层的意义十分重要。大港油田在千米桥古潜山地层采用无固相淡水（卤水）欠平衡钻井技术发现了1个含油气面积超过60 km2的亿吨级大型气田，取得了很好的勘探效果。目前全球装备的欠平衡钻井数量已经超过1.5万口。我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且还设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工艺和装备。

2.激光钻井破岩技术。从20世纪60年代开始，许多国家开展了利用激光破岩的研究工作，它经历了小功率激光器的岩石切剖阶段和大功率激光器的钻井破岩阶段。激光破岩的基本原理是利用高能光束直接作用岩石，使之局部快速加热到熔化和汽化状态并形成气、液2相混合物，然后由高速辅助气流将其携走和排除，是一种非机械接触式的物理破岩方法。1998年-2007年，我国学者易先中开展了激光破岩机理研究并进行了大量室内试验，其研究结果表明：激光破岩速度可高达105 m/h～115 m/h，岩石基本上是以受热碎裂、汽化和熔融等形式破坏。岩石受激光作用后，热影响区附近的岩石存在着宏观裂纹发育现象，其孔隙度、渗透率均有提高。另外，开展了激光破岩的排屑机理与温度场特性研究，得出温度场的剧烈变化是引起岩石微观物性、宏观性质发生改变的根本因素。2010年，中国石油大学（华东）徐依吉等分析了激光破岩试验中出现的岩石热裂、液体汽化效应，得出了影响激光热裂岩石、激光汽化钻井液的因素，从理论上探讨了激光-气体机械联合钻井与激光激励汽化射流辅助钻井方法的可行性。采用激光钻井主要具有以下优势：（1）激光钻进更易穿透岩石，同时光子沿直线传播，所以井眼轨迹偏离预定轨道的情况减少；（2）激光钻井过程中无需钻头、套管等设备，免去了下套管和起下钻柱的时间，大大节约了成本和时间；（3）激光冲击岩石后会形成一层坚硬井壁，可以有效地防止地层流体流入井中，预防井喷；（4）激光器系统包括各种图像可视系统及井下传感器，可以对整个钻进过程有更全面的把握与布局。激光钻井破岩技术是一项前沿技术，其发展前景广阔。目前，国内外在这方面的研究还处于探索阶段，主要包括理论模型和试验研究等，预计2020年投入商业化应用，并有望给钻井带来一场革命。

3.粒子冲击破岩技术。粒子冲击钻井是以高速球形硬质钢粒子冲击破岩为主，联合高速水力破岩和机械牙齿破岩为辅的一种新的钻井破岩方法。在钻井过程中，为实现粒子破岩过程，需在钻井液泵出后通过注入系统将粒子注入到高压钻井液中，经过钻具到达专门设计的PID钻头，粒子以较高的频率和速度从喷嘴喷出并冲击地层，实现破碎岩石的目的，并被钻井液携带返到地面，粒子被捕获分离再利用。国内伍开松等对双粒子冲击破岩进行数值模拟分析，采用无量纲分析方法，得到双粒子冲击破岩的规律及双粒子在各种参数（粒子直径、粒子间距、冲击初速度和入射角度）变化时的冲击破碎岩石效果。与传统钻井相比，粒子冲击钻井系统的主要优点是：（1）粒子冲击产生的局部瞬时脉冲应力峰值极高，足以破碎和侵彻极坚硬的岩石，提高了能量的利用率，其钻井速度是常规钻井的2倍～4倍；（2）需要的钻压和扭矩较常规钻井要小得多，大大地减小了钻柱和钻具的疲劳破坏的概率，钻头磨损非常小；（3）粒子冲击破岩能产生比较精确的预期井眼直径和井眼轨迹，对防止井斜能产生显著的效果。粒子冲击钻井技术有可能成为一种高效经济的深井硬地层钻井的新方法。该技术经历了室内实验阶段和现场试验阶段，目前正在迈入商业应用阶段。

三、测井新技术

1.注入剖面测井。大庆油田测试技术服务分公司在聚合物注入剖面测井中，采用聚合物同位素连续释放器，克服了传统的一次性同位素释放，能使示踪剂与注入液更好地混合，现场试验取得良好效果。

2.产出剖面。阻抗式过环空找水仪得到进一步改进，提高了仪器的可靠性，拓宽了应用范围。

3.地层参数测井。双源距碳氧比能谱测井仪、注硼中子寿命测井技术进一步完善，在很多油田得到推广应用，取得较显著的应用效果。

4.工程测井。国内研制的小直径井壁超声成像测井仪的测试结果表明，各方面性能可与引进哈里伯顿的CASTA相媲美，为套损检测提供了一种新的手段；另外包括井壁超声成像在内的工程测井组合测井仪，不但可以检测出套损情况，还可以为分析套损机理和制定预防方案提供依据。

5.试井方面。大庆油田研制的新型多参数综合试井仪，成功地将测井技术中磁定位技术引入到试井仪器上，不仅解决了试井测试中深度误差大的问题，同时一次下井可以完成动液面、静液面、流压、静压、井筒内流体密度测量等多项工作。

6.井间测试方面。井间试井方面提出弱脉冲井间干扰试井技术并在冀东油田取得初步应用效果；井间示踪方面提出第五代微量物质油井捆绑技术和综合解释方法。

四、酸化压裂新技术

1.水平井酸化工艺技术。水平井酸化工艺技术是实现水平井增产的一项主要措施，目前主要采用了连续油管拖动酸化工艺与笼统酸化工艺，且两种工艺都通过现场的应用取得了较好的成果。连续油管拖动酸化工艺主要针对水平井储层伤害特征，综合考虑长水平井段均匀布酸的问题而提出。由于单一采用连续油管注酸会限制注酸排量和注酸规模、势必降低了酸化解堵效果和改造深度。采用拖动酸化配合全井段笼统注酸方式，拖动酸化实现全井段的均匀布酸，笼统注酸又实施大排量酸化，提高酸蚀作用距离，最终获得更大效力的全井段酸化改造。通过连续油管拖动酸化与大排量笼统酸化配合施工，可以较大幅度地提高水平井的单井产量。

2.大斜度井、水平井加砂压裂工艺技术。目前，针对水平井进行加砂压裂主要有如下几种工艺：（1）笼统压裂，该压裂方式采取全井段射孔，一次性注液对全井段实施压裂。施工过程中，在井段薄弱处起裂造缝，具体布缝位置和布缝数量受储层物性及地应力影响，压裂作业不可预见性强，难以实现人为控制；（2）限流压裂，该压裂方式主要是结合射孔工艺，利用射孔密度、射孔方位、孔径等多因素控制待压层段的液体与支撑剂进入量.压开多条独立裂缝，实现分多段限流压裂对储层进行改造；（3）分段隔离压裂，该压裂方式主要是采取多种隔离方式，对待压层段实施分段压裂，主要隔离方式有机械式封隔、填砂封隔、暂堵剂暂堵封隔等。大斜度井、水平井加砂压裂工艺通过多井次现场应用，目前单井的加砂量最大可达54 t，平均净增天然气产能4×104 m3/d左右，施工取得了显著的效果。

3.斜井分层加砂压裂工艺技术。随着勘探开发的不断深入，气田部署了大量的丛式井和大斜度井，并对纵向上多段储层通过单井同时开采，结合储层基质低渗和受污染状况，加砂压裂是有效提高单井产量的必要手段。为了降低作业成本，缩短作业工期，并要保证多段储层能得到改造，在结合前期论证和阶段性加砂试验成果的基础上，提出了斜井分层加砂压裂工艺。对比直井分层加砂压裂工艺，斜井分层加砂压裂工艺具有如下难点：（1）斜井加砂，受井斜程度的影响，产生多裂缝的几率较大，给施工带来风险。（2）受斜井射孔的影响，近井存在裂缝扭曲的风险。（3）斜井分层工具是保证分层压裂作业成功的首要条件，对工具的可靠性和稳定性提出了更高的要求。