摘  要：復(fù)雜介質(zhì)儲(chǔ)層富含尚未規(guī)模動(dòng)用的巨量油氣資源，是我國當(dāng)前和未來較長一段時(shí)間內(nèi)最現(xiàn)實(shí)的資源接替領(lǐng)域，但較低的地震勘探成功率嚴(yán)重制約效益開發(fā)，究其原因是反射地震信號(hào)中波場混疊，反映復(fù)雜介質(zhì)儲(chǔ)層的弱信號(hào)響應(yīng)被屏蔽導(dǎo)致“看不清”“找不準(zhǔn)”。應(yīng)用TRIZ理論對問題進(jìn)行描述和分析，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)換為TRIZ問題，應(yīng)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(dǎo)向搜索確定創(chuàng)新應(yīng)用擴(kuò)散濾波理論攻克波場分離的核心難題，通過定義技術(shù)矛盾和物理矛盾找到問題，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)解突破關(guān)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(fù)雜介質(zhì)地震識(shí)別精度，在我國松遼、四川和塔里木等盆地應(yīng)用取得良好效果，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3.98億元，為保障國家能源安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)了創(chuàng)新力量。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜介質(zhì)儲(chǔ)層；地震勘探；擴(kuò)散濾波；波場分離；TRIZ理論

油氣資源是當(dāng)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(chǔ)和保障。當(dāng)前世界形勢多變，主要原油生產(chǎn)國產(chǎn)能波動(dòng)，成熟國際油氣運(yùn)輸航線停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)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(fù)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(jì)社會(huì)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(fù)雜介質(zhì)儲(chǔ)層油氣資源占我國資源總量的61.7%，是當(dāng)前和未來我國能源保供最重要的接替領(lǐng)域。地震勘探是確定地下資源寶庫準(zhǔn)確位置最直觀、最經(jīng)濟(jì)、最高效的手段，但現(xiàn)有物探技術(shù)無法準(zhǔn)確找到復(fù)雜介質(zhì)儲(chǔ)層油氣目標(biāo)，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(dāng)前系統(tǒng)的組成

    當(dāng)前系統(tǒng)由6個(gè)單元組成（見圖1），分別為預(yù)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(zhǔn)確位置。本項(xiàng)目的目標(biāo)就是提高復(fù)雜介質(zhì)儲(chǔ)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(qiáng)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(qiáng)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(xiàn)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外尚無工業(yè)化可應(yīng)用的技術(shù)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(yùn)用九屏圖分析進(jìn)行思維發(fā)散，明確當(dāng)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(yàn)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(jìn)行分離實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(gè)缺點(diǎn)：①預(yù)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(shí)別地震響應(yīng)。

2.2因果鏈分析

運(yùn)用因果鏈“逐層”分析，找到了四個(gè)關(guān)鍵問題，其中最核心的關(guān)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(biāo)位置的地震響應(yīng)”，后續(xù)就圍繞這一目標(biāo)綜合運(yùn)用各種創(chuàng)新方法工具求解問題。

3.1功能導(dǎo)向搜索

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

   （1）

    式（1）的物理意義是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)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(diǎn)溫度全部扯平為止。我們構(gòu)建的地震數(shù)據(jù)擴(kuò)散濾波方程表達(dá)式為：

   （2）

式（2）的物理意義是地震數(shù)據(jù)作為“熱源”進(jìn)行非線性迭代傳播，沿?cái)U(kuò)散路徑不斷地被吸收，局部振幅能量升高，直到達(dá)到均衡為止。通過數(shù)據(jù)場自適應(yīng)求差的方式實(shí)現(xiàn)弱能量散射波的分離。經(jīng)過SEG國際標(biāo)準(zhǔn)理論模型驗(yàn)證，證實(shí)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(xiàng)次生問題。

3.2技術(shù)矛盾和物理矛盾

運(yùn)用三步法定義技術(shù)矛盾，運(yùn)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(gè)次生問題。利用數(shù)據(jù)空間分、時(shí)間分步處理技術(shù)，突破了計(jì)算節(jié)點(diǎn)內(nèi)存大小限制，編程實(shí)現(xiàn)基于Linux平臺(tái)的高性能軟件，填補(bǔ)國際技術(shù)空白并形成了規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用支撐能力，成功解決了地震數(shù)據(jù)量大于計(jì)算機(jī)內(nèi)存的問題。

3.3金魚法和小人法

運(yùn)用金魚法工具將問題分為現(xiàn)實(shí)和幻想兩部分，現(xiàn)實(shí)部分是算法引起成像結(jié)果的失真度高，而幻想部分是成像結(jié)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(jié)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(jìn)行精細(xì)切除，運(yùn)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(yīng)用效果和效益

該創(chuàng)新成果在松遼、四川、塔里木盆地應(yīng)用30000km2以上，累計(jì)支撐高產(chǎn)油氣井位14口，提交2.04億噸原油儲(chǔ)量，3600億方天然氣儲(chǔ)量，支撐國民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí)大幅改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)。精細(xì)預(yù)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(chǔ)量，推動(dòng)中國頁巖油革命進(jìn)程。

這項(xiàng)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(chǔ)層類型，圖4可以看到常規(guī)方法識(shí)別不出復(fù)雜介質(zhì)儲(chǔ)層，但新技術(shù)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(chǔ)量，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3.98億元。 復(fù)雜介質(zhì)儲(chǔ)層位置平面屬性圖對比見圖4。

五、結(jié)論和意義

本案例應(yīng)用TRIZ理論，在對研究對象充分分析基礎(chǔ)上繪制了清晰的技術(shù)路線，使用了10種創(chuàng)新工具，形成技術(shù)方案38個(gè)。完成了系統(tǒng)的專利布局，申請發(fā)明專利15項(xiàng)，授權(quán)5項(xiàng)。成果收錄于國家基礎(chǔ)學(xué)科公共科學(xué)數(shù)據(jù)庫，經(jīng)鑒定達(dá)到“國際先進(jìn)”水平；獲得黑龍江省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中國石油和化工自動(dòng)化應(yīng)用協(xié)會(huì)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，發(fā)表論文11篇，兩位主創(chuàng)人員入圍國家卓越工程師學(xué)院“工程博士”計(jì)劃，入選中國石油和天然氣集團(tuán)公司“青年科技人才”培養(yǎng)計(jì)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(zhǔn)的先進(jìn)技術(shù)研發(fā)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。2024年獲得黑龍江省企業(yè)創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)第一名，在中國創(chuàng)新方法大賽總決賽獲得國家三等獎(jiǎng)，坐實(shí)創(chuàng)新方法的正確應(yīng)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(shù)報(bào)告，在EAGE年會(huì)、SEG/AAPG年會(huì)等國際頂級會(huì)議的舞臺(tái)上，展示國有大中型企業(yè)創(chuàng)新成果水平和中國青年風(fēng)采，提升“中國創(chuàng)新”品牌影響力和國際知名度。

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責(zé)編 / 馬銘陽