油氣檢測技術

油氣檢測技術是一種綜合利用與油氣含量相關的物理、化學信息來確定石油與天然氣的富集帶的技術方法。 油氣檢測技術在油氣勘探開發中一直發揮著重要作用，油氣成藏後會引起儲層周圍及上方岩石土壤的物理化學屬性特徵發生變化，從而形成各種地球物理和地球化學異常，其中包括電性、密度、磁性、氧化還原性等異常，隨著電子技術的飛速發展，勘探儀器的觀測精度明顯提高，資料處理解釋技術日趨完善，使得勘探可以準確和可靠地識別油氣藏引起的物理化學異常特徵，從而定量、半定量地確定油氣藏的邊界、深度和油氣類型。這類技術有許多種，根據觀測參數的性質，主要可以分為物理油氣檢測與化學油氣檢測兩類。

基本介紹

• 中文名：油氣檢測技術
• 外文名：hydrocarbon detection technology
• 套用領域：能源利用
• 涉及學科：化工、地理、物理、自動化

歷史沿革

（1）1989年，提出疊前振幅檢測（地震法）；

（2）1990年，將層間速度差分析(DIVA)套用到地震法中；

（3）1993年，將地溫技術的套用到地震法中；

（4）1995年，重力勘探技術得到套用；

（5）1998年，遙感技術在南盤江地區油氣烴類檢測中的套用；

（6）1999年，提出了神經網路油氣檢測技術；

（7）2002年，烴類檢測技術在吐哈盆地油氣勘探中的套用；

（8）2003年--非地震直接油氣檢測技術得到廣泛地發展。

方法分類

油氣檢測技術隨著油氣勘探開發難度的增加（如複雜山地、前陸沖斷帶和岩性地層油氣藏的勘探與開發等），單一的縱波地震勘探難以滿足油氣勘探開發的需要。而與油氣回響直接相關的非地震油氣檢測方法的研究和套用，也是降低複雜地區油氣勘探風險和綜合成本的有效途徑。

根據觀測參數的性質，油氣檢測方法技術可分為地球物理的和地球化學的兩大類，其中地球物理油氣檢測方法主要包括地震、電法、電磁法、重力、磁力、遙感和地溫等；地球化學油氣檢測方法包括烴類檢測和非烴類檢測。

物理油氣檢測方法

地震法

利用地震數據更好地檢測地下天然氣層的分布。現有的地震氣層檢測技術可概括為3類：其一是以彈性介質模型為基礎的疊前檢測技術；其二為以黏彈性介質模型為基礎的能量吸收分析技術；其三為地震屬性分析技術。

（1）疊前地震檢測技術

以地震波的彈性介質理論為出發點，以揭示地震反射能量（振幅）隨炮檢距（或入射角）的變化規律為基礎，通過確定地層的各種物理參數，達到預測地層岩性與含油氣性的目的。其研究技術主要包括AVO反演和彈性波阻抗（EI）反演，採用AVI方法建立正演模型進行烴類檢測的方法。當砂岩含氣時，縱波波速度明顯降低，泊松比也明顯低於含水時的泊松比，不同波阻抗的砂岩AVO特徵也不同，選擇合適的井在合成地震記錄層位標定的基礎上，研究含氣砂岩的地震反射振幅隨炮檢距的變化關係和各種AVO屬性參數的特徵，以及含氣砂岩與非含氣砂岩在各項特徵上的差異和變化。含氣砂岩AVO屬性特徵的確定可以指導利用地震道集的AVO反演結果進行可靠的含氣砂岩分布預測。

（2）以黏彈性介質模型為基礎的能量吸收分析技術

地層的黏彈性特徵和非均質性特徵是導致地震波能量衰減的主要內在因素。地層中流體飽和度的增加，特別是含氣飽和度的增加不僅使地層的黏滯性得到增強，而且會吸收地震波的傳播能量，從而使反射波振幅選頻降低，並產生明顯的頻散效應。岩石成分及結構的變化（粒度的非均質性分布、顆粒間膠結方式與膠結程度的差異、孔隙類型與結構的變化、不同形態與開啟特徵的裂縫分布等）不僅會使地震波的能量因地層的內摩擦和流體與岩石骨架間的相互作用造成不同程度地耗散，而且使地震波的能量因散射、反射、幾何擴散等而衰減。能量吸收是地震波能量衰減的重要因素。在地震波的傳播過程中，其所經過的每一地層單元對地震波的能量都有不同程度的吸收，振幅幅度隨著傳播距離和吸收係數的增大呈指數降低。當地層含有天然氣時，其吸收係數將有明顯增加，現代地球物理技術旨在通過對此“額外”吸收的分析，達到預測天然氣層的目的。

（3）地震屬性氣層預測方法

地震屬性技術對揭示地質體的客觀現象與展布特徵具有十分重要意義，地震屬性技術的廣泛套用是地球物理技術的重大進展。地震屬性技術的優勢在於其信息十分豐富，人們可通過不同地震屬性從不同側向了解地質體的客觀地質規律。由於氣層的黏滯性和低速傳播特徵，因此含氣層往往表現出地震反射強度的變化和地震反射能量的選頻衰減，因此，與振幅、能量及頻率有關的地震屬性通常可以對氣層有不同程度的回響，以此為依據選擇平均能量、平均瞬時頻率、平均反射強度和均方根振幅等相關屬性對研究區目的層的含氣性特徵進行針對性研究。通過對已有氣層標定分析，發現平均能量屬性對研究區內氣層反映較為敏感。由此對該屬性進行重點研究，並將其與能量吸收分析預測結果相互印證，以確定研究區的氣層平面展布規律。

電法

（1）自然電位法

自然電位法又稱氧化還原電位法，或疊加自然電位法，主要是利用油氣藏上方產生的“燃料電池”效應，通過地面上觀測油氣藏的自然電位異常特徵，來分析判斷油氣藏的分布範圍。自然電位採集方法較為簡單，可單點或擬二維多道連續觀測。為壓制異常干擾，目前常採用多道連續異步觀測方法，故稱疊加自然電位法。三維多道連續矩陣觀測方法和反演方法正在研究之中。

（2）復電阻率（CR）法

復電阻率（CR）法是一種測深類電法，可以從淺到深地研究電性結構特徵。該方法採用多道偶極—偶極裝置進行幾何測深（見圖4），野外測量2-8～2+8Hz寬頻帶的振幅—相位譜，通過反演求出不同深度的視極化率ηs和視電阻率ρs等，用這些參數來評價構造或地層岩性圈閉的含油氣性。其中ηs參數反映圈閉的含油氣性，ηs高則表明含油氣希望大；ηs 沒有異常，則表明含油氣希望小 。

電磁法

（1）高解析度時頻電磁法

高解析度時頻電磁法源於俄羅斯，是對復電阻率法的有效改進，其方法原理和研究目標涵蓋了復電阻率法和建場測深法。復電阻率法採用偶極—偶極幾何測深裝置，這就決定了其探測深度受裝置大小限制，只有加長排列才能達到一定的探測深度。但排列太長，場源功率不夠，資料信噪比必然降低，特別是排列太長，電磁效應和激電效應重疊難以分離，勘探效果和解析度都受到限制。而時頻電磁法採用軸向偶極裝置，同時研究頻率域和時間域參數；探測深度主要與激發周期有關，激發周期長探測深度大，而且解析度更高。另外，時頻電磁法保留了垂直磁場分量的測量，因而又具有建場測深的功能。

（2）高精度磁法

由於油氣微滲漏導致的近地表次生磁性礦物的局部富集，因此在油氣藏上方可形成微磁異常。實踐表明,這種微磁異常一般幅值不大(幾至幾十納特)，比一般無磁性的沉積地層磁異常大，但遠小於火山岩磁異常，在油氣田的邊部呈相對高值，而在油氣藏正上方也存在比周邊稍低的異常值，因此，油氣藏的磁異常具有環狀異常特徵。高精度磁法得到的磁異常與其他位場異常一樣，由區域異常和局部異常疊加而成。要檢測出油氣藏產生的磁異常，首先，測量數據必須有足夠高的精度；其次，處理上必須從區域和局部磁異常中分離出幅度不大、頻率較高的磁異常。因此，套用磁法進行油氣檢測對數據採集和處理方法有嚴格要求。

重力檢測法

一般來說，用重力檢測油氣藏是基於油氣充注產生的重力虧損，構造油氣藏常表現為重力高中有低。但大多數背斜頂部和兩翼由於地層隆升而裂縫發育，造成其地層密度降低，也表現為重力高中有低，因此存在多解性。20世紀90年代，從美國和俄羅斯相繼引進了重力油氣檢測技術。由於用於油氣檢測的重力測量對數據的精度要求很高，因此在野外施工上有更嚴格的規定，工作效率相對較低，再加上解釋上存在的多解性，重力油氣檢測受到一定的限制。目前主要在地形比較平坦的條件下對規模較大、埋深較淺的油氣藏進行勘探試驗。

遙感技術

是以遙感巨觀、同步的數據獲取, 通過計算機圖像處理方法,提取出由於海底油氣藏烴類滲漏引起的海洋表面異常或由於油氣藏存在而產生的海底重力異常。在GIS 的支持下, 經與油氣地質、地球物理及地球化學數據複合分析, 圈劃出異常靶區的一種綜合勘探技術。

化學油氣檢測方法

烴類檢測

油氣藏形成一定時間後，在其上方的土壤中會存在明顯的烴類異常。國內外大量實踐表明，地球化學勘探可用於區域含油氣性普查，尋找最有利構造帶；也可用於油田滾動開發，為鑽井部署提供參考。但地表烴類異常只是指示該地區地下存在油氣，是否成藏，實際上地球化學方法不能完全肯定；其次，地面烴類異常與油氣藏的平面位置常常不對應，特別是由於構造、斷層等地質因素的影響使油氣藏的化探異常變得更為複雜；再就是氣候、地表、環境等對地球化學異常影響也很大。所以，利用烴類檢測技術要十分注意套用條件。一般來說,淺層油氣藏的化探效果較佳；國內西部地區套用效果優於東部地區。因此，套用地球化學勘探進行油氣檢測時，應與地震等地球物理勘探方法相結合，進行綜合分析和合理解釋，提高油氣檢測的準確性。

非烴類檢測

（1）微生物勘探技術

其原理與烴類檢測油氣的方法基本相同，是通過測定土壤中專門消耗烴類物質的烴氧化菌的濃度與活性特徵來評價研究區的含油氣性。因此，其樣品採集方法與烴類檢測技術基本相近，但室內分析測定方法完全不同。烴氧化菌的生存環境受氣候、地貌、岩性影響較小，因此具有較好的適應性。但由於土樣中烴氧化菌的數量有限，通常需要經過培養，然後才能確定烴氧化菌的濃度與活性，專業技術性強，生產效率較低，成本較高。

（2）放射性勘探技術

在生油盆地的沉積過程中，鈾的富集條件與有機質相同，生油岩中的放射性物質伴隨油氣運聚成藏而富集，並隨著油氣微滲漏而遷移到近地表。通過檢測多种放射性元素的賦存狀況，根據放射性元素分布的異常特徵推斷油氣藏分布範圍的方法統稱為放射性油氣勘探技術。

放射性油氣檢測技術受地表環境和地下地質構造等多種因素的影響，如：在有放射性污染的地區，會嚴重影響放射性測量結果；在江、湖以及常年積水的沼澤、稻田、濕地等，由於水對放射性射線的禁止，會嚴重影響找油效果。另外，地質因素，如油氣藏埋深、蓋層岩性、斷層等都會影響異常的強度或形態。因此放射性油氣勘探技術的套用必須做好適用性評價工作。

技術發展方向

我國開展了二十多年的勘探試驗，取得了不少成功的實例，但也不乏因套用條件不適、儀器精度不夠、反演方法不精、施工質量不高等因素造成失敗的例子。從油氣檢測的方法原理和套用前提出發，提出以下需繼續研究和發展的方向：

（1）高解析度電磁油氣檢測方法技術。

油氣藏具有多種物理化學屬性特徵，但在絕大多數地質情況下，含油氣儲層的電性特徵是最為明顯的。與不含油氣儲層相比，含油氣儲層的電性參數可高出幾倍以上。而相同情況下，含油氣與不含油氣儲層的地震屬性差異僅為10%左右。目前國內外石油公司正在競相開發多頻多道電磁油氣檢測技術和海中移動激發源電磁測深技術[2～4]。

（2）微弱信號採集和提取的配套技術。

隨著勘探深度的增加，油氣儲層引起的可檢測的屬性特徵減少、異常強度減小。深度為3000m、厚為50m 的儲層只能引起約0.2mGal 以下的重力異常，引起的高頻瞬變電磁回響只能有0.1mV，這些異常接近目前野外觀測精度的極限。通過完善數據採集和處理技術，非地震勘探技術有可能直、有效地獲得一定深度的含油氣儲層引起的微弱的異常信息。

（3）高精度數據預處理技術。

地面和地下各種複雜的地質因素是影響非地震直接油氣檢測結果有效性的重要原因。主要有三個方面的影響：地形起伏造成的野外部署的不規範和地形改正的誤差；地表岩石的不均勻性造成的參數選擇的困難和靜校正的誤差；工業和人文干擾帶來不規則的異常變化，使採集數據難以處理解釋。

（4）多屬性參數綜合評價預測技術。

由於含油氣儲層的多屬性特徵，在地面和地下複雜的勘探條件下，開展以電磁勘探主導的多屬性參數的聯合觀測和綜合解釋是逼近真實的地質情況、減少不確定性、提高直接油氣檢測可靠性的最佳途徑[12,13]。目前急需解決的問題有油氣特徵屬性參數優選和多參數指標的含油氣性評價。