【地球物理技术】系列科普2——科普文章选登：2021国外石油地球物理技术进展及展望
近年来，地球物理行业在提供油气技术服务的同时，在其他领域的技术服务应用也得到了快速发展，如火星探测、考古、城市检测、质检检测等。全球地球物理技术服务市场已进入新一轮调整期，建立地球物理数据生态将成为未来发展方向。
在传统油气地球物理技术领域，地球物理技术向勘探开发生产全产业链延伸，进一步聚焦地震油藏描述等油藏地球物理技术研究，光纤井中地震勘探进行油藏监测快速发展，各公司将油藏描述、数据处理与解释等软资产作为重点业务。近两年，地震勘探技术进一步向智能化、节点化发展，节点地震勘探发展尤其迅速，高精度地震成像、定量解释，以及基于人工智能的数据处理与解释技术仍是研究重点。
1.陆上地震采集技术装备
陆上地震数据采集在单点接收、高密度、大道数、可控源高效采集混叠采集方面取得重大进步。随着陆上节点地震仪的发展，自主节点系统在尺寸和重量方面不断进步，提供了前所未有的灵活性，能够在各种复杂地表环境进行大规模超高密度测量，利用无人机进行节点布设已成为当前的研究应用方向。
斯伦贝谢公司联合bp公司推出超高密度节点地震采集，采集观测系统达到每平方千米上亿道。这种单传感器超高密度超大道数自动节点地震勘探技术的主要进展：（1）采用轻型、低成本、可快速部署的自主节点地震仪进行高密度地震采集。（2）解决了超高道数地震采集现场质量控制中挑战，包括识别故障设备、识别具有异常噪声特征的区域、快速评估大量设备的操作性能、提取调查范围内连续记录的数据的实际属性等。目前，该技术已经完成多次现场测试，实现了1.84×108道/km2数据采集，采用5×104多个节点仪器共部署50×104次，接收密度12.5m×12.5m，采用16辆可控震源卡车同步采集。在53d内获得了81km2的超高密度地震测量数据，作业效率大幅提高，证明了超高密度低成本地震采集的可行性。
道达尔公司开发的METIS无人机地震勘探技术，利用卫星普查，在整体了解作业区的概况后，采用空中飞行器进行震源激发，利用无人机进行节点地震仪的布设，最大程度地减少地震数据采集对地面的影响，同时获得高品质数据改善地下成像质量、并提高整体运营效率。无人机地震勘探技术已在阿布扎比完成首个试点项目，6架无人机在面积36km2的沙漠投放数千个地震传感器，成为全球第一个自动化地震数据采集系统。虽然无人机地震勘探技术尚未普及应用，但随着低成本、绿色、高效地震作业的要求，未来将发挥巨大应用潜力。
2.海洋地震采集技术
海洋地震采集仍以海上拖缆采集为主，挪威地球物理公司(PGS)等公司不断完善深水多传感器、宽方位、宽频拖缆采集应用。近两年，海底节点地震采集发展迅猛，一些以拖缆采集业务为主的地球物理公司开始开展拖缆、节点联合采集作为过渡。多家公司在开发自动布设与回收海底节点地震采集系统，即利用自动机器人（UAV）布设和回收节点地震仪。英国ARL公司飞行节点技术布设成功，沙特阿美公司与辉固公司联合开发的SpiceRack系统也初步实现了商业化应用，bp公司与合作伙伴在开展新型海底节点采集等技术研究。
Sercel公司推出了全新海上声波震源Bluepulse，采用领先的频率控制技术，有助于保护海洋生物免受高频声波的干扰与伤害，同时可保证采集到信号稳定、精度高的地震数据。Bluepulse低频震源小巧轻便，比同类产品重量轻30%，更加适合存储空间小的海上作业环境。震源可提供3种不同外壳、22种不同容积和两种限制频率（100Hz和200Hz），以符合环境的监管标准和限制，并且与Sercel公司当前市场使用的外围设备能够兼容，通过智能化工程设计和技术进行震源升级，相对购买新设备，可为客户节省高达40%的设备更新费用，成为限高频区域勘探项目中简单易操作的解决方案。
3.井中地震数据采集
结合地表地震数据，井中地震测量也就是垂直地震剖面（VSP）技术可以帮助标定结果和改进预测，提供钻孔周围特定储层特征图像。斯伦贝谢公司最新推出的Optiq地震光纤井中地震解决方案，将VSP采集时间从传统地震作业所需的数小时缩短到几分钟。
Optiq光纤井中地震数据采集方案采用光纤分布式声波传感器（DAS）进行测量，利用数字化工作流程和云平台软件系统，以及临时或永久光纤部署设计，克服了以往井中地震勘探的一些挑战。在提高作业效率的同时，该方案降低了环境影响和风险，且采集作业效率提高99%，数据处理速度提高18倍，空间分辨率达到1.5m。
4.地震数据处理解释技术
地震数据处理技术研究热点与焦点主要集中在最小二乘偏移（LSM）成像和全波形反演（FWI），以及基于机器学习的地震处理技术，提高复杂目标成像精度、实现自动化处理、缩短数据处理周期是数据处理追求的目标。
与传统逆时偏移（RTM）方法相比，最小二乘逆时偏移（LSRTM）提供了更好的图像质量。目前存在2种不同类型的最小二乘逆时偏移算法：（1）单迭代图像域最小二乘逆时偏移效率较高，可以有效补偿光照，提高振幅保真度，更适合生成振幅随偏移距的变化（AVO）道集。（2）数据域最小二乘逆时偏移是一种线性反演算法，倾向于拓宽频谱，提高事件聚焦和分辨率，因此，需要高精度速度模型。如果速度模型存在重大错误，则建模事件将无法与观测数据在运动学上匹配。与最小二乘逆时偏移不同，全波形反演在非线性框架内提出其反问题，从而在其迭代过程中更新速度模型和相关波传播路径，逐渐将建模事件与观测事件对齐。
5.油藏地球物理技术
推进地球物理技术向开发延伸，发挥地球物理技术在勘探开发生产上游全产业链中的技术服务是重要发展方向。长期以来，四维（4D）地震勘探、页岩气开发中的微地震水力压裂监测、井中光纤地震监测及海底光纤地震监测技术的发展，为油气资源开发提供了重要支撑。随着光纤DAS监测技术的发展，光纤DAS井中监测已从陆地走向深海。Silixa公司的Carina光纤传感系统首次实现了低成本高分辨率深水井中永久油藏监测。
在能源转型的大背景下，地震数据监测技术应用逐渐向注CO2监测和CCS监测拓展。在2021年EAGE年会上，多个主题涉及地震光纤DAS和温度传感（DTS）进行注CO2监测和CCS监测。地球物理技术在注CO2监测应用方面取得了多项最新进展。
沙特阿美公司开展了一项CO2提高采收率（CO2-EOR）监测试点项目，其中在70m深处部署了1000台DAS检波器进行数据采集，联合应用全波形反演和机器学习进行数据处理，能够对气体流动路径进行有意义的解释。采用埋藏式DAS接收器和地面震源的混合方法进行时移监测是一种可行的注CO2监测技术，并且解决了沙漠环境中地震监测重复性问题，包括季节变化和复杂的地震噪声等。
6.地球物理技术展望
地球物理技术正由传统的勘探业务向提供油气藏全生命周期综合服务模式转变，面向油气藏的物理综合服务与跨专业一体化协同工作是未来的重要发展方向。随着工业4.0、信息化革命的悄然而至，地球物理技术进一步向数字化、智能化方向发展，低成本、高精度、智能化技术是必然选择，人工智能＋地球物理是地球物理行业转型的必然之路；未来地球物理技术的发展将实现多学科、跨专业融合，与前沿信息化技术、数字化技术、微电子技术、光学技术等融合发展。此外，在全球能源转型的大背景下，传统地球物理技术在地热、海底矿产、海上风能、CCUS监测等领域的应用将进一步拓展。
来源：孙晓光, 孙乃达, 吴潇, 2021国外石油地球物理技术进展及展望[J].世界石油工业,2021,28(06):58-65.
校对：张敬权
