摘  要：復雜介質(zhì)儲層富含尚未規(guī)模動用的巨量油氣資源，是我國當前和未來較長一段時間內(nèi)最現(xiàn)實的資源接替領域，但較低的地震勘探成功率嚴重制約效益開發(fā)，究其原因是反射地震信號中波場混疊，反映復雜介質(zhì)儲層的弱信號響應被屏蔽導致“看不清”“找不準”。應用TRIZ理論對問題進行描述和分析，將實際問題轉換為TRIZ問題，應用九屏圖分析、資源分析、因果鏈分析找到核心問題，采用功能導向搜索確定創(chuàng)新應用擴散濾波理論攻克波場分離的核心難題，通過定義技術矛盾和物理矛盾找到問題，運用標準解突破關鍵問題和次生問題，利用工業(yè)工程ECRS建立全新的流程大幅提高復雜介質(zhì)地震識別精度，在我國松遼、四川和塔里木等盆地應用取得良好效果，創(chuàng)造經(jīng)濟效益3.98億元，為保障國家能源安全和經(jīng)濟社會發(fā)展貢獻了創(chuàng)新力量。

關鍵詞：復雜介質(zhì)儲層；地震勘探；擴散濾波；波場分離；TRIZ理論

油氣資源是當下最重要的戰(zhàn)略資源，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展無可替代的基礎和保障。當前世界形勢多變，主要原油生產(chǎn)國產(chǎn)能波動，成熟國際油氣運輸航線停運風險驟增，必須加快我國國內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度和速度，在國際安全形勢復雜多變的今天不斷提升國內(nèi)油氣保供的能力，支撐經(jīng)濟社會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。國內(nèi)常規(guī)類型油氣勘探速度連年降低，復雜介質(zhì)儲層油氣資源占我國資源總量的61.7%，是當前和未來我國能源保供最重要的接替領域。地震勘探是確定地下資源寶庫準確位置最直觀、最經(jīng)濟、最高效的手段，但現(xiàn)有物探技術無法準確找到復雜介質(zhì)儲層油氣目標，屬于制約我國油氣高質(zhì)量發(fā)展的行業(yè)重大難題。

一、初始形勢分析

1.1 當前系統(tǒng)的組成

    當前系統(tǒng)由6個單元組成（見圖1），分別為預處理單元、數(shù)據(jù)體生成單元、濾波單元、寬頻處理單元、屬性提取單元、最終通過規(guī)律刻畫單元找到油氣準確位置。本項目的目標就是提高復雜介質(zhì)儲層勘探成功率，找到更多優(yōu)質(zhì)油氣資源。

1.2 存在的主要問題

地震數(shù)據(jù)體是由強能量的反射波，和能量極弱的散射波混疊組成的“糾纏整體”，如何在強能量反射波背景下捕捉到微弱能量的散射波是最主要問題。通過國內(nèi)外科技、專利文獻調(diào)研，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外尚無工業(yè)化可應用的技術有效分離兩種波場，如何有效分離出散射波是本系統(tǒng)主要問題。

二、問題分析

2.1 九屏圖分析、資源分析和功能分析

運用九屏圖分析進行思維發(fā)散，明確當前系統(tǒng)是常規(guī)探測油氣地層位置系統(tǒng)，過去依賴人工經(jīng)驗探測油氣地層位置系統(tǒng)存在明顯的精度低、效率低的問題，可通過引入地震數(shù)據(jù)分離單元將反射波和散射波進行分離實現(xiàn)精準探測油氣地層位置。

通過資源分析形成資源分析矩陣，通過系統(tǒng)組件分析和系統(tǒng)相互作用分析，建立起系統(tǒng)功能模型圖，找到系統(tǒng)功能的三個缺點：①預處理單元不能徹底去除噪聲；②濾波單元處理數(shù)據(jù)體不充分；③地震體無法清晰識別地震響應。

2.2因果鏈分析

運用因果鏈“逐層”分析，找到了四個關鍵問題，其中最核心的關鍵問題就是缺少弱能量分離方法，因果鏈分析見圖2。

三、問題求解

通過6步法定義最終理想解為“刻畫系統(tǒng)自己呈現(xiàn)油氣目標位置的地震響應”，后續(xù)就圍繞這一目標綜合運用各種創(chuàng)新方法工具求解問題。

3.1功能導向搜索

采用功能導向搜索，經(jīng)大量領先領域調(diào)研，搜索到熱力學領域擴散濾波方法可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分離功能。我們推導公式建立了數(shù)據(jù)域擴散率波方程，首次將熱力學領域技術引入到地震勘探中來，建立反射波和散射波相對分離技術。熱力學擴散濾波公式為：

   （1）

    式（1）的物理意義是非穩(wěn)態(tài)導熱過程中，熱量沿途不斷地被吸收而使局部溫度升高，持續(xù)到內(nèi)部各點溫度全部扯平為止。我們構建的地震數(shù)據(jù)擴散濾波方程表達式為：

   （2）

式（2）的物理意義是地震數(shù)據(jù)作為“熱源”進行非線性迭代傳播，沿擴散路徑不斷地被吸收，局部振幅能量升高，直到達到均衡為止。通過數(shù)據(jù)場自適應求差的方式實現(xiàn)弱能量散射波的分離。經(jīng)過SEG國際標準理論模型驗證，證實了新方法的正確性和可行性，通過圖3效果可見，散射波場分離干凈徹底，取得理想的效果。但成功解題的過程中，引發(fā)了3項次生問題。

3.2技術矛盾和物理矛盾

運用三步法定義技術矛盾，運用發(fā)明原理成功解決了散射波和反射波保留不平衡的第一個次生問題。利用數(shù)據(jù)空間分、時間分步處理技術，突破了計算節(jié)點內(nèi)存大小限制，編程實現(xiàn)基于Linux平臺的高性能軟件，填補國際技術空白并形成了規(guī)?；a(chǎn)應用支撐能力，成功解決了地震數(shù)據(jù)量大于計算機內(nèi)存的問題。

3.3金魚法和小人法

運用金魚法工具將問題分為現(xiàn)實和幻想兩部分，現(xiàn)實部分是算法引起成像結果的失真度高，而幻想部分是成像結果的失真度低。利用有限差分法等數(shù)據(jù)分離算法來提高數(shù)值離散精度，成功解決了算法引起成像結果的失真度高的問題，提高成像精度。成像道集存在拉伸畸變的波場，需要對道集邊界進行精細切除，運用小人法從微觀角度突破思維定勢，解決了成像道集切除模糊的問題。

四、應用效果和效益

該創(chuàng)新成果在松遼、四川、塔里木盆地應用30000km2以上，累計支撐高產(chǎn)油氣井位14口，提交2.04億噸原油儲量，3600億方天然氣儲量，支撐國民經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的同時大幅改善能源供應結構。精細預測頁巖油天然裂縫，精度從25%提高到75%，整裝提交了2.04億噸頁巖油儲量，推動中國頁巖油革命進程。

這項成果支撐大慶油田科研人員在四川盆地發(fā)現(xiàn)了一種全新的優(yōu)質(zhì)儲層類型，圖4可以看到常規(guī)方法識別不出復雜介質(zhì)儲層，但新技術非常清晰地看到了一條古河道，這種位置打井就是高產(chǎn)井，提交了2081億方天然氣儲量，創(chuàng)造經(jīng)濟效益3.98億元。 復雜介質(zhì)儲層位置平面屬性圖對比見圖4。

五、結論和意義

本案例應用TRIZ理論，在對研究對象充分分析基礎上繪制了清晰的技術路線，使用了10種創(chuàng)新工具，形成技術方案38個。完成了系統(tǒng)的專利布局，申請發(fā)明專利15項，授權5項。成果收錄于國家基礎學科公共科學數(shù)據(jù)庫，經(jīng)鑒定達到“國際先進”水平；獲得黑龍江省科技進步獎二等獎、中國石油和化工自動化應用協(xié)會技術發(fā)明二等獎，發(fā)表論文11篇，兩位主創(chuàng)人員入圍國家卓越工程師學院“工程博士”計劃，入選中國石油和天然氣集團公司“青年科技人才”培養(yǎng)計劃。

研發(fā)過程中創(chuàng)建了大慶油田首家“國際地球物理青年創(chuàng)新工作室”，打造了一支國際水準的先進技術研發(fā)攻關團隊。2024年獲得黑龍江省企業(yè)創(chuàng)新大賽一等獎第一名，在中國創(chuàng)新方法大賽總決賽獲得國家三等獎，坐實創(chuàng)新方法的正確應用是能夠產(chǎn)出有分量成果的重要作用。赴挪威和美國作技術報告，在EAGE年會、SEG/AAPG年會等國際頂級會議的舞臺上，展示國有大中型企業(yè)創(chuàng)新成果水平和中國青年風采，提升“中國創(chuàng)新”品牌影響力和國際知名度。

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責編 / 馬銘陽