[科普中國]-油氣綜合勘探方法

油氣勘探，是指為了識別勘探區(qū)域，探明油氣儲量而進(jìn)行的地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探、鉆探及相關(guān)活動，是油氣開采的第一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。運用的原理包括“地震地層學(xué)”、“數(shù)值模擬技術(shù)”等，采取的方法有“地震勘探”、“重力勘探”等。新中國的油氣勘探技術(shù)堪稱世界一流，在發(fā)達(dá)國家視為畏途的地方，找到了很多大型油氣田。

簡介油氣勘探是指為了識別勘探區(qū)域或探明油氣儲量而進(jìn)行的地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探、鉆探活動以及其他相關(guān)活動。油氣勘探是油氣開采的第一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它是油氣開采工程的基礎(chǔ)，其目的是為了尋找和查明油氣資源，利用各種勘探手段了解地下的地質(zhì)狀況，認(rèn)識生油、儲油、油氣運移、聚集、保存等條件，綜合評價含油氣遠(yuǎn)景，確定油氣聚集的有利地區(qū)，找到儲油氣的圈閉，并探明油氣田面積，搞清油氣層情況和產(chǎn)出能力的過程。

原理地震地層學(xué)地震地層學(xué)是把地層學(xué)和沉積學(xué)特別是巖性、巖相的研究成果，運用到地震解釋工作中，把地震資料中蘊(yùn)藏的地層和沉積特征的信息充分利用起來，做出系統(tǒng)解釋的方法。

地震層序

地震層序是沉積層序在地震剖面圖上的反映。在地震剖面圖上找出兩個相鄰的反映地層不整合接觸的界面，則兩個界面之間的地層叫做一個地震層序。但因為受不整合面影響，其間的地層即地震層序是不完整的，沿不整合面追蹤到地層變成整合的之后，這個地震層序才是完整的。

層序地層學(xué)

層序地層學(xué)是在地震地層學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的新學(xué)科，是綜合地質(zhì)、地震資料，詳細(xì)劃分并確立地下地層的層序，從而研究其構(gòu)造活動、沉積環(huán)境的變化、巖相分布等。

地震相

地震相是指沉積物(巖層)在地震剖面圖上所反映的主要特征的總和。地震相標(biāo)志分為：內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)；反射連續(xù)性；反射振幅；反射頻率；外部幾何形態(tài)及其伴生關(guān)系。

合成地震記錄

合成地震記錄是用聲波測井或垂直地震剖面資料經(jīng)過人工合成轉(zhuǎn)換成的地震記錄(地震道)。它是地震模型技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛的一種，也是層位標(biāo)定、油藏描述等工作的基礎(chǔ)，是把地質(zhì)模型轉(zhuǎn)化為地震信息的中間媒介。1

數(shù)值模擬技術(shù)油氣盆地數(shù)值模擬技術(shù)主要是從盆地石油地質(zhì)成因機(jī)制出發(fā)，將油氣的生成、運移、聚集合為一體，充分研究各種地質(zhì)參數(shù)，建立數(shù)字化動態(tài)模型，并形成一維~三維的計算機(jī)軟件，全方位的描述一個盆地的油氣資源形成及地質(zhì)演化過程。

多次覆蓋

多次覆蓋是指采用一定的觀測系統(tǒng)獲得對地下每個反射點多次重復(fù)觀測的采集地震波訊號的方法。它可以消除一些局部的干擾，有利于求得較準(zhǔn)確的訊號。

水平疊加剖面

在用多次覆蓋方法采集的地震資料處理過程中，把共同反射點的許多道的記錄經(jīng)動校正以后疊加起來，以提高訊噪比(高訊號與噪聲的比例)，壓制干擾，用這種方法處理所得到的地震剖面叫水平疊加剖面。

疊加偏移剖面

在地震資料處理中，在水平疊加的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)反射層的空間自動歸位，用這種方法處理得到的地震剖面，就是疊加偏移剖面。

垂直地震剖面

地震源放置于地面，接收的檢波器置于深井中，地面激發(fā)震動后由不同深度的檢波器接收地震波訊號，這種方法獲得的地震波訊號是單程的，而不是反射或折射回來的，對分析和認(rèn)識地下地質(zhì)構(gòu)造情況更為準(zhǔn)確。

地震資料解釋

地震資料解釋是把經(jīng)過處理的地震信息變成地質(zhì)成果的過程，包括運用波動理論和地質(zhì)知識，綜合地質(zhì)、鉆井、測井等各項資料，做出構(gòu)造解釋、地層解釋，巖性和烴類檢測解釋及綜合解釋，繪出有關(guān)的成果圖件，對測區(qū)作出含油氣評價，提出鉆井位置等。2

油氣檢測技術(shù)油氣檢測技術(shù)是一種綜合利用烴類存在的多種地震特性參數(shù)(速度、頻率、振幅、相位等)來確定油氣富集帶的方法。這類技術(shù)有許多種，目前常用的有亮點技術(shù)和AVO技術(shù)等。

儲集層預(yù)測技術(shù)

儲集層預(yù)測技術(shù)是綜合應(yīng)用地震、地質(zhì)、鉆井、測井等各項資料對地下儲集層的分布、厚度及巖性和物理性質(zhì)變化進(jìn)行追蹤和預(yù)測的一項先進(jìn)技術(shù)。

地震橫波勘探

地震波(彈性波)的傳播有縱波與橫波兩種，縱波質(zhì)點位移的方向與波的傳播方向平行，橫波的質(zhì)點位移方向與波的傳播方向垂直?，F(xiàn)在通用的地震勘探方法采集的是縱波的訊號，采集橫波訊號的稱做地震橫波勘探。橫波在判斷巖性、裂縫和含油氣性方面有其固有的優(yōu)點。此種勘探方法在我國正處于研究和實驗階段。

行業(yè)發(fā)展的有利因素（1）國家政策推動行業(yè)發(fā)展我國近年相繼出臺了多項政策鼓勵油氣資源勘探開發(fā)，有利于油田服務(wù)行業(yè)發(fā)展。2009年，國務(wù)院發(fā)布《石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃細(xì)則》，明確提出：“增強(qiáng)資源保障能力。加大國內(nèi)石油資源勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定石化產(chǎn)業(yè)原料的國內(nèi)供給。”2010年，國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于鼓勵和引導(dǎo)民間投資健康發(fā)展的若干意見》，指出：“鼓勵民間資本參與石油天然氣建設(shè)。支持民間資本進(jìn)入油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，與國有石油企業(yè)合作開展油氣勘探開發(fā)。”2011年，《我國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展十二五規(guī)劃綱要》提出：“加大石油、天然氣資源勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定國內(nèi)石油產(chǎn)量，促進(jìn)天然氣產(chǎn)量快速增長，推進(jìn)煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用?！?/p>

（2）石油消費需求不斷提高促進(jìn)了油田服務(wù)行業(yè)發(fā)展以中國、印度為主的新興市場國家是世界能源消費增長的主要驅(qū)動因素，從長期來看，我國石油消費需求將保持持續(xù)增長。據(jù)《中國2050年低碳情景和低碳發(fā)展之路》預(yù)測，2050年在基準(zhǔn)情況下，我國一次能源需求量將由2005年的21.08實際22.47）億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增加到66.57億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中石油占27.57%。國內(nèi)外石油能源長期需求的不斷擴(kuò)大，將使全球石油公司不斷加大石油勘探開發(fā)的投資力度，油田工程技術(shù)服務(wù)行業(yè)市場空間廣大。

（3）我國的資源國際化戰(zhàn)略帶動油田服務(wù)行業(yè)走出國門近年來，我國原油消費對外依存度逐步提高，2013年達(dá)到57.39%。為了保證國家能源安全，推動全球性能源儲備，國家積極鼓勵國內(nèi)石油巨頭走出國門，通過收購、戰(zhàn)略合作等方式在世界石油資源豐富地區(qū)開拓市場，帶動國內(nèi)油服公司登陸海外，參與國際化競爭，為國內(nèi)油服公司的發(fā)展提供了更為廣闊的平臺。

（4）行業(yè)競爭促使油服公司技術(shù)升級，優(yōu)勝劣汰伴隨著油氣開采力度的加大，老油田產(chǎn)能下降，油氣勘探開發(fā)逐步朝邊遠(yuǎn)地區(qū)、油區(qū)深層、復(fù)雜結(jié)構(gòu)地區(qū)轉(zhuǎn)移。同時對非常規(guī)資源進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)，油氣勘探開發(fā)難度加大，對油田工程技術(shù)服務(wù)也提出了更高的要求。行業(yè)內(nèi)技術(shù)水平較低的公司逐步被淘汰，市場資源逐漸集中，留存公司的綜合實力逐步增強(qiáng)，為行業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

勘探方法地震勘探是油氣勘探中一種應(yīng)用廣泛的最重要的方法。它的原理是由人工制造強(qiáng)烈的震動(一般是在地下不深處的爆炸)所引起的彈性波在巖石中傳播時產(chǎn)生的反射波或折射波，確定發(fā)生反射波或折射波的巖層界面的埋藏深度和形狀，認(rèn)識地下地質(zhì)構(gòu)造，以尋找油氣圈閉。

地震勘探方法是在地面上布置一條條的測線，沿各條測線進(jìn)行地震施工采集地震信息，然后經(jīng)過電子計算機(jī)處理就得出一張張地震剖面圖。經(jīng)過地質(zhì)解釋的地震剖面圖就象從地面向下切了一刀，在二維空間(長度和深度方向)上顯示了地下的地質(zhì)構(gòu)造情況。

地震勘探的數(shù)據(jù)處理把記錄采集到地震信息的磁帶上的大量數(shù)據(jù)輸入到專用的電子計算機(jī)中，按照不同的要求用一系列功能不同的程序進(jìn)行處理運算，把數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類編排，突出有效的，除去無效和錯誤的，最后把經(jīng)過各種處理的數(shù)據(jù)以波形、線形的形式繪制在膠片上或靜電紙上，形成一張張地震剖面。這個過程就稱做數(shù)據(jù)處理。

地震勘探所說的速度即是地震波的傳播速度。常用的是平均速度，它是地震波垂直穿過某一巖層界面以上各地層的總厚度與各層傳播時間總和之比，可以用來把地震記錄的時間轉(zhuǎn)換為深度(距離)。此外，還有層速度、均方根速度、疊加速度等。

三維地震勘探

由于地震勘探的測線只提供了二維的信息，要了解一定面積內(nèi)的地下情況需要把各條測線的地震剖面進(jìn)行對比，找出相關(guān)的信息推斷測線之間的地下情況，才能形成整體概念，這就可能產(chǎn)生相當(dāng)大的人為誤差。三維地震是在一定的面積上采用地下地震信息的方法，它可從三維空間(立體的)了解地下地質(zhì)構(gòu)造情況。這種方法可以提供剖面的、平面的，立體的地下地質(zhì)圖構(gòu)造圖象，大大地提高了地震勘探的精確度，對地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變的地區(qū)特別有效。

重力勘探各種巖石和礦物的密度(質(zhì)量)是不同，根據(jù)萬有引力定律，其引力也不相同。椐此研究出重力測量儀器，測量地面上各個部位的地球引力(即重力)，排除區(qū)域性引力(重力場)的影響，就可得出局部的重力差值，發(fā)現(xiàn)異常區(qū)，這一方法稱做重力勘探。它就是利用巖石和礦物的密度與重力場值之間的內(nèi)在聯(lián)系來研究地下的地質(zhì)構(gòu)造。

磁力勘探各種巖石和礦物的磁性是不同的，測定地面上各部位的磁力強(qiáng)弱以研究地下巖石礦物的分布和地質(zhì)構(gòu)造，稱做磁力勘探。由于地球本身就是個大磁體，所以對磁力的預(yù)測值應(yīng)進(jìn)行校正，求出只與巖石礦物磁性有關(guān)的磁力異常。一般鐵磁性礦物含量愈高，磁性愈強(qiáng)。在油氣田區(qū)，由于烴類向地面滲漏而形成還原環(huán)境，可把巖石或土壤中的氧化鐵還原成磁鐵礦，用高精度的磁力儀可以測出這種磁異常，從而與其它勘探手段配合，發(fā)現(xiàn)油氣田。

電法勘探電法勘探的實質(zhì)是利用巖石和礦物(包括其中的流體)的電阻率不同，在地面測量地下不同深度地層介質(zhì)電性差異，用以研究各層地質(zhì)構(gòu)造的方法，對高電阻率巖層如石灰?guī)r等效果明顯。電法勘探種類較多，我國目前石油電法勘探一般用直流電測深、大地電磁測深、可控源聲頻大地電磁測深等方法，近期又發(fā)展了差分標(biāo)定電法、大地電場巖性探測法等新方法。

地球化學(xué)勘探根據(jù)大多數(shù)油氣藏的上方都存在著烴類擴(kuò)散的“蝕變暈”的特點，用化學(xué)的方法尋找這類異常區(qū)，從而發(fā)現(xiàn)油氣田，就是油氣地球化學(xué)勘探。油氣地球化學(xué)勘探方法的種類比較多，常用的是土壤烴氣體測量、土壤硫酸鹽法、穩(wěn)定碳同位素法、汞和碘測量法等，還有地下水化學(xué)法及井下地球化學(xué)勘探法。3

地球物理測井地球物理測井簡稱測井，是在鉆孔中使用測量電、聲、熱、放射性等物理性質(zhì)的儀器，以辨別地下巖石和流體性質(zhì)的方法，是勘探和開發(fā)油氣田的重要手段。

測井系列

不同的測井儀器有不同的性能和作用，在某種地質(zhì)條件和鉆孔條件下，根據(jù)一定的地質(zhì)或工程目的，采用多種有針對性的測井儀器組合起來進(jìn)行測井，稱為達(dá)到這種目的的測井系列。

電阻率測井

是在鉆孔中采用布置在不同部位的供電電極和測量電極來測定巖石(包括其中的流體)電阻率的方法。通常所用的三電阻率測井系列是：深側(cè)向、淺側(cè)向和微側(cè)向電阻率測井。

聲速測井

聲速測井是利用不同的巖石和流體對聲波傳播速度不同的特性進(jìn)行的一種測井方法。通過在井中放置發(fā)射探頭和接收探頭，記錄聲波從發(fā)射探頭經(jīng)地層傳播到接收探頭的時間差值，所以聲速測井也叫時差測井。用時差測井曲線可以求出儲集層的孔隙度，相應(yīng)地辨別巖性，特別是易于識別含氣的儲集層。

放射性測井

放射性測井即是在鉆孔中測量放射性的方法，一般有兩大類：中子測井與自然伽馬測井。中子測井是用中子源向地層中發(fā)射連續(xù)的快中子流，這些中子與地層中的原子核碰撞而損失一部分能量，用深測器(計數(shù)器)測定這些能量用以計算地層的孔隙度并辨別其中流體性質(zhì)。自然伽馬測井是測量地層和流體中不穩(wěn)定元素的自然放射性發(fā)出的伽馬射線，用以判斷巖石性質(zhì)，特別是泥質(zhì)和粘土巖。

井溫測井

井溫測井又稱熱測井，它可以進(jìn)行地溫梯度的測量；可以在產(chǎn)液井中尋找產(chǎn)液的井段，在注入井中尋找注入的井段；對熱力采油井，可以通過鄰井的井溫測量檢查注蒸汽的效果；可以評價壓裂酸化施工的效果等。

地層傾角測井

地層傾角測井是在鉆孔中測量地層傾斜方向和傾斜角度的方法。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，可以研究地質(zhì)構(gòu)造與沉積環(huán)境，從而追蹤地下油氣的分布情況。

井徑測井

井徑測井儀是用來測量鉆孔直徑的。在未下套管的井中可以測量井徑不規(guī)則程度，提供下套管固井施工所需要的水泥用量參數(shù)；還可根據(jù)鉆孔的不規(guī)則形態(tài)，分析判斷地下巖層裂縫的發(fā)育程度和裂縫的方向。在套管受損壞的井中，可以測量套管損壞的位置和變形情況。

自然伽馬射能譜測井

自然伽馬能譜測井是測量地層中放射性元素鈾、釷和鉀40的伽馬射線強(qiáng)度譜，從而確定它們在地層中的含量，用于分析巖石及流體性質(zhì)。

聲波變密度測井

補(bǔ)償聲波測量的是接收到的聲波波列的首波達(dá)到時間，用于測定地層的聲波傳播速度，源距較短，其資料用來計算地層孔隙度和確定氣層。全波列聲波測井記錄的是接收到的聲波全部波列，可測定巖層的彈性模量，其源距較長，用于求解巖層強(qiáng)度、檢查壓裂效果及固井質(zhì)量等，在求解地層孔隙度及判斷氣層方面比補(bǔ)償聲波更為準(zhǔn)確。

三孔隙度測井

指補(bǔ)償中子、補(bǔ)償密度及補(bǔ)償聲波測井。

測井解釋的“四性”

“四性”是指地層的巖性、儲集性(孔隙度、滲透率)、含油性和物理性[3]。

形成發(fā)展（一）初期階段－原始找油理論（19世紀(jì)40年代以前）

早期油氣勘探活動中，由于人們?nèi)狈Φ刭|(zhì)規(guī)律的認(rèn)識，沒有相應(yīng)的理論指導(dǎo)，找油工作主要是依賴對自然現(xiàn)象的直觀感覺進(jìn)行的。如利用油氣苗找油，靠迷信觀念布井等。

鉆井的方式為頓鉆及麻花鉆，深度不超過500～1000公尺?？碧椒椒▋H限于鉆井法?？碧筋I(lǐng)域局限于油氣苗附近和淺層。缺乏地質(zhì)研究，勘探效率低，成本高。

代表性成果：我國自流井氣田、巴庫蘇拉漢、巴拉汗淺油層及中東的一些油泉和淺油層。

（二）中期階段－圈閉找油理論（19世紀(jì)40年代至20世紀(jì)40年代）

人們在長期尋找和利用石油和天然氣的生產(chǎn)實踐中，隨著地學(xué)水平的提高，逐漸認(rèn)識到，油氣的聚集常和地下構(gòu)造有關(guān)。

·找油理論1：線狀分布理論--油氣田呈線狀分布，沿出油點的直線上找油。這一認(rèn)識對解釋鹽丘翼部分布的油田有效，因鹽丘構(gòu)造多沿斷裂分布。

·找油理論2：背斜理論—石油聚集于背斜構(gòu)造的頂部，沿構(gòu)造等高線分布，背斜高點找油最有利。19世紀(jì)后期，美國的懷特發(fā)表了背斜聚油的論文。

“背斜聚油理論” 大大提高了油氣勘探的成功率。在“背斜論”的指導(dǎo)下，油氣勘探由單純依據(jù)油氣顯示，轉(zhuǎn)為依據(jù)背斜構(gòu)造。地面地質(zhì)測量尋找背斜構(gòu)造成為找油的主要依據(jù)，地質(zhì)家正式成為找油必不可缺少的專業(yè)人才。1917年美國石油地質(zhì)家協(xié)會成立，確立了石油地質(zhì)家在油氣勘探中的主導(dǎo)地位?？碧筋I(lǐng)域擴(kuò)大，主要為山前坳陷，山間坳陷。在石油成因理論上，認(rèn)為石油是由生物形成的有機(jī)成因理論逐漸抬頭，最后占據(jù)主要地位。該理論指導(dǎo)油氣勘探工作已有一百多年的歷史，該理論至今仍起著重要的作用。

油氣勘探方法也有了很大發(fā)展，除在露頭區(qū)采用地質(zhì)法（地質(zhì)填圖找背斜）外，在覆蓋區(qū)產(chǎn)生并逐步完善了重、磁、電、地震等地球物理勘探方法，在尋找背斜圈閉方面起了重要作用。為在鉆井中劃分出油氣水層，電測和地質(zhì)錄井方法都有了相應(yīng)的發(fā)展。鉆井技術(shù)普遍提高到旋轉(zhuǎn)鉆水平，井深超過千米。

通過進(jìn)一步的勘探實踐，人們發(fā)現(xiàn)油氣聚集的場所不僅包括背斜，還包括其它場所，如地層圈閉，于是提出圈閉的概念及找油理論，后來又逐漸提出復(fù)合圈閉、隱蔽圈閉等概念。

這一時期的代表性成果：我國老君廟油田、科威特布爾干披覆背斜油田（K砂巖儲層）、沙特加瓦爾油田（J碳酸鹽巖）。

（三）世界油氣勘探進(jìn)展階段－盆地找油理論（20世紀(jì)中葉以后）

20世紀(jì)中葉，隨著圈閉聚油理論進(jìn)一步發(fā)展，人們開始認(rèn)識到控制油氣聚集的更宏觀因素。沉積盆地找油理論的提出，是石油地質(zhì)學(xué)從實踐到認(rèn)識的一次重要飛躍。從沉積盆地整體出發(fā)，系統(tǒng)分析油氣藏形成的基本地質(zhì)條件、油氣源與圈閉在時間和空間上的配置關(guān)系，逐漸縮小勘探靶區(qū)，提高油氣勘探成功率。

盆地找油的實質(zhì)是源控論和圈閉論的有機(jī)結(jié)合，系統(tǒng)研究油氣藏形成的石油地質(zhì)條件和油氣分布規(guī)律，這是現(xiàn)代油氣勘探理論的基本指導(dǎo)原則。70年代后期提出和迅速發(fā)展起來的含油氣系統(tǒng)理論，是對盆地找油理論的系統(tǒng)總結(jié)和發(fā)展。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學(xué)