油气工业地震勘探大数据面临的挑战及对策-.pdf

中 国 石 油 勘 探 第 1 9卷 第 4期 C HI NA P E T RO L E UM E XP L 0 RA T1 0 N 2 0 1 4年 7月 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 l／ j ． i s s n ． 1 6 7 2 -7 7 0 3 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 0 6 油气工业地震勘探大数据面临的挑战及对策 王喜双 赵邦六 董世泰 张研 易维启 徐光成 1中国石油勘探与生产分公司；2中国石油勘探开发研究院 摘要油气勘探开发精度的不断提高，促进了 “ 两宽一高”和单点高密度地震技术的推广应用 ， 油气工业地震 勘探大数据时代不期而至，对野外地震数据采集、质量监控、数据处理、信息挖掘等带来了新的挑战，以往的地震采 集管理模式、数据处理解释环境已显得力不从心。根据石油天然气地震勘探大数据体面临的问题 ， 提出了应用轻便地 震仪器、量化质量控制、可控震源高效采集、数据挖掘等技术对策，以应对地震勘探大数据面临的挑战。 关键词油气工业；地震；采集；大数据 ，挑战；对策 中图分类号P 6 3 1 ． 4 文献标识码A Ch al l en g e s an d St r a t e gi e s f or L ar ge Sei s mi c Exp l or a t i o n Da t a o f Oil a n d Ga s I n d u s t r y mg Xi s h u a ng ， Zh a o Ba n g l i u ， Do n g S h i mi ， Zha n g Ya h 2 ，Yi W e i q i ， Xu Gu a n g c h e n g r J P e t r o C h i n a E x p l o r a t i o n a n d P r o d u c t i o n C o m p a n y；2 P e t r o C h i n a R e s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o u mE x p l o r a t i o nDe v e l o p m e n t Abs t r a c t Th e s i ng l e s e ns o r h i g h d e n s i t y s e i s mi c t e c h no l o g y h a s b e e n p ut i nt o wi d e a p p l i c a t i o n t h a n k s t o c o n t inua l i mp r o v e me n t o f 0 n a n d g a s e x pl o r a t i o n an d d e ve l o p me n t a c c u r a c y ． Th e e r a f o r l a r g e s e i s mi c e x pl o r a t i o n d a t a o f o i l a n d g a s i n d u s t r y i s c o mi n g u ne x p e c t e d l y ,t h u s l e a d ing t o a s e ri e s o f c h a l l e n g e s f o r fi e l d s e i s mi c d a t a a c q u i s i t i o n ， q u a l i ty c o n t r o l ， d a ta p r o c e s s ing a n d i n f o r ma t i o n s t u d y ． Th e p a s t s e i s mi c a c q u i s i t i o n ma n a g e me n t pa t t e r n an d d a ta pr o c e s s i n g an d int e r p r e tat i o n e n v i r o n me n t a r e 0 b 、 ri 0 u s l y o u t o f d a t e ． Fo c us i n g o n the i s s u e s f a c i n g o i l an d n a t u r a l g a s s e i s mi c e x p l o r a t i o n d a ta，t h i s pa p e r p r o p o s e s a s e rie s o f t e c h no l o g i c a l s t r a t e g i e s ，s u c h a s u s e o f l i g h t s e i s mi c i n s t r u me n t s ， q u ant i fi c a t i o n o f q u a l i ty c o n t r o l ， h i g h e ffic i e n c y a c q u i s i t i o n o f c o n t r o l l a b l e s o u r c e and f u r t h e r s t u d y o f d a ta， in c o p e wi th the c h a l l e n g e s f a c i n g l arg e s e i s mi c e x p l o r a t i o n d a t a ． Ke y wo r dO i l an d g a s ind t r y , s e i s mi c ， a c q ui s i t i o n， l arg e da ta， c h a l l e n g e ， s tra t e gy 自2 0 世纪 2 0 年代国际上应用地震技术寻找石 油资源以来 ，地震技术发展经历了光点地震、模拟磁 带地震、数字地震、2 4 位模数转换的多道三维地震 4 个阶段。 世界石油工业发展史和中国油气勘探开发的实践 都充分证明，地震技术是寻找地下油气资源无可替代 的开拓者和先行者。 在我国现已发现的所有油气田中， 除老君庙油田、延长油矿及西部少数油田是早期经地 面地质调查发现的以外，9 0 ％以上的油气田都是用物 探方法首先查明地下构造情况，找出适合于油气聚集 的构造和圈闭，定探井后打井出油气发现的 u 】 。 随着油气勘探开发程度的不断深入，地质学家希 望以更精确的地震勘探资料识别岩性、断块和储层， 这就需要有更多的、更密集的地震波 “ 射线”穿越地 下地层，广角度宽方位三维地震数据采集、高密度地 震数据采集已成为当前的主流地震采集技术，与 2 0 0 0 年前后的地震数据量相比，野外原始单炮数据量和单 位面积数据量呈一个数 量级到几个数量级增长。如 2 0 0 4 年辽河马圈子一清水地区三维采集，采用 2 0 1 6 道接收、2 m s 采样、6 S 记录，炮密度 5 2 炮 ／ k m2 ，单 炮数据量约为 1 7 ． 7 Mb ，单位面积数据量为 9 2 1 Mb 。 2 0 1 4年在辽河雷家三维采用 1 1 2 6 4道接收、l m s 采 集、7 s 记录，炮密度 2 2 7 炮 ／ k m 2 ，单炮数据量 约 2 3 l Mb ，单位面积数据量为 5 2 ． 4 G b ，分别是 2 0 0 4 年 第一作者简介王喜双 1 9 5 7 一 ，男，湖北十堰人，博士，1 9 9 5 年毕业于中国国家地震局地质所，教授级高级工程师，中国石油勘探与 生产分公司物探技术管理处处，长期从事油气勘探、物探技术应用研究与管理工作。地址北京市东城区东直门内大街 9 号中国石油勘探与生 产分公司，邮政编码1 0 0 0 0 7 。E ma i l x s wa n g p e t r o c h i n a ． C O rn． C T I 收稿日期2 0 1 4 0 4 - 0 3 l修改 日 期2 0 1 4 0 5 0 7 中 国 石 油 勘 探 2 0 1 4 年第 l 9卷 马圈子一清水地区的 1 3倍和 5 7 倍 。随着大道数无线 遥测仪器和百万道仪器的诞生， 全方位采集呼之欲 出， 原始地震数据量将呈现指数增长，物探大数据时代已 经到来。 1 地震勘探大数据的特点和面临的挑战 1 ． 1 特点 大数据体是指信息量特别大的数据集，具有以下 4 个特点， 简称 “ 4 V ” 特点 数据体量 V o l u me s 大， 一 般在 1 0 TB规模左右甚至 P B级的数据量 ；数据类 别 V a r i e t y 大，数据来自多种数据源，数据种类和 格式 日渐丰富 ，已冲破了以前所限定的结构化数据范 畴 ，囊括了半结构化和非结构化数据 ；数据处理速度 V e l o c i t y 快 ，在数据量非常庞大的情况下 ，也能 够做到数据的实时处理；数据真实性 V e r a c y 高， 随着数据采集源的多渠道和真实透明，传统数据源的 局 限被打破 ，识别有效信息的能力进一步提高。 1 。 2 面临的挑战 地震勘探大数据体是一个广袤的概念 ，与计算机 网络信息处理中的大数据不同，是由物探人员根据地 质研究的需求 H ，按照地球物理原理部署地震采集 并进行处理分析的数据，类型包括地震波数据，重磁 电数据 ， 以及各种地表辅助信息，囊括了地震数据采 集的过程、数据的管理和处理、多信息综合解释、信 息挖掘等方面，使得地震勘探大数据时代相对于以往 物探工作面临诸多挑战。 1 ． 2 ． 1 野外采集动用资源多，面临现场高效管理的挑战 物探特别是地震勘探野外数据采集动用资源庞 大，高 密度地震数据 更为突 出。以辽 河雷家 三 维地震采集项 目为例，满覆盖面积 2 1 0 k m ，在地 震勘探项 目中属于小型项目，采集观测系统为 3 2 L 线1 0 S 炮 3 5 2 T 道 1 R 检 波 器，面 元 1 0 m X 1 0 m，覆盖次数 2 5 6 次，排列片接收道数 l 1 2 6 4 道， 接收线距和炮线距均为 2 0 0 m。地表村镇、 养殖区、河流等障碍区占2 7 ． 3 ％ 。为了得到好资料， 进行了变观设计，障碍区利用可控震源加密施工，设 计总炮数达到7 4 4 2 0 ，平均炮密度达到 3 5 4 炮 ／ k m 。 野外动用地震数据采集仪器 2 1 0 0 0 道，检波器2 1 0 0 0 只， 可控震源车 3 台， 钻井设备8 4 台， 测量设备 2 0 台， 机动设备 1 0 6 台， 质量控制软件 3 套， 人员8 2 1 名 不 含钻井人员， 动用资源是以往三维地震采集的5 倍。 野外生产平均 日效 1 0 5 9炮 ，最高 日效超过 1 8 0 0炮。 如此庞大的野外设备和施工队伍 ，在高效采集要 求下，现场施工面临设备管理、工农关系协调、施工 窗口选择、安全、HS E 、数据质量等诸多挑战。 1 ． 2 ． 2 野外数据量大，施工快，面临快速 准确数据质量 监控 的挑 战 随着 “ 两宽一高”技术的进一步推广以及单点地 震技术的推广 o J ， 原来的野外组合叠加逐渐被淘汰 ， 取而代之的是通过室内处理进行压噪，对信号和噪声 “ 宽进宽出”、 充分采样， 有利于提高信号的保真度、 静校正精度、分辨率和压噪效果。野外道密度和炮密 度均有较大幅度的提高，生产总炮数是以往的几倍， 单炮记录上万道，为了保证工期，要求每 日 生产效益 提高数倍 ，给野外现场质量控制带来了 巨大的挑战。 ①上万道的回放记录需要数米长的热敏纸 ，且需耗时 几分钟。如中古 8 三维全方位、高密度采集，在线接 收道数 1 5 4 8 8 道 ，传统的人工质量监控，打 印一炮记 录需 7 mi n，人工粗略浏览需要 l ～1 ． 5 mi n，累计需要 8 ～9 mi n完成一炮的粗略质量控制 ，而且野外质量控 制人员很难在几米长的记录上发现某些道的特殊质量 问题。②人工检查记录的准确性不高，带有技术人 员 的主观意识。③难以满足高效采集要求，如果质量控 制需要 8 ～ 9 min ，野外数据采集和记录需要 3 0 s ，则每 一 炮需要 1 0 mi n，l h只能放 6 炮 ，如此速度既不能满 足工期要求， 也使得野外单炮采集成本大幅度上升。 1 ． 2 ． 3数据量 大 ，面临海量数据管理和处理 能 力的挑 战 大数据量的物探数据堪称海量数据，对数据处理 的软硬件和处理技术要求高。 一是系统资源占用率高， 对海量数据进行处理，除了好的方法外，最重要的就 是需要配备充足的计算机及外设资源，并合理分配系 统资源。一般情况，如果处理的数据超过 T B级 ，小 型机 小于 1 0 0 0 核则难以满足处理进度要求，必须 加大 C P U和 内存，就像面对着千军万马，光有勇气 没有一兵一卒是很难取胜的。二是海量数据输入输出 管理，什么情况都可能存在，例如，数据中某处数据 交换出了问题，尤其在程序处理时，前面还能正常处 理， 突然到了某个环节数据交换出现问题， 程序终止， 对于海量数据，需要大量的存储设备和稳定的数据输 入输出管理技术。三是海量数据要求很高的处理方法 和技巧 ，好的处理方法是一位工程师长期工作经验 的 积累，也是个人经验的总结。对于不同区块的数据， 没有一成不变的处理流程和参数，不同工区有不同的 流程组合和参数，需要反复试验 u ，对于海量数据， 第 4期 王喜双等油气工业地震勘探大数据面临的挑战及对策 4 7 比较典型的方法是聚类、统计学习和分类。其优势是 不依赖地球物理模型， 摒弃现有处理解释基于线弹性、 等效介质的近似假设，从数据本身提取隐藏其中的地 质特征 。 因此，应开展多数据源一体化处理解释技术、数 据驱动解释技术等前沿技术研究， 为大数据 “ 有价值” 信息的提取奠定基础。 3结语 地震勘探大数据时代是科学技术发展的产物 ，已 经不可逆转地来到人们面前 ，给物探技术发展带来了 挑战和机遇。大数据带来的油气识别精度的提高使物 探技术应用迎来又一个春天。在技术发展的转型期， 应从降低单炮地震采集成本、提高数据质量、充分挖 掘大数据信息等多方面入手，做好技术储备，迎接石 油地震勘探大数据时代的全面到来。 参考文献 【 1 ]1 王炳章， 蔡俩 ．石油物探在我国油气发现与发展中的作用纪念 石 油物探创刊 5 0年 [ J 】 ．石油物探，2 0 1 l ， 5 0 6 5 3 3 - 5 4 4 ． W a n g Bi nz ha ng， Ca i L i a n g， Th e r o l e o f pe t r o l e u m g e o p hy s i c a l p r o s p e c t i n g i n t h e o i l a n d g a s e xp l o r a t i o n a n d d e ve l o pme n t i n o u r c o u n t r y [ J 】 ．Ge o p h y s i c a l P r o s p e c t i n g f o r P e t r o l e u m， 2 0 1 I ， 5 0 6 5 3 3 5 4 4 ． [ 2 ] 杜金虎，赵邦六，王喜双，等 ．中国石油物探技术攻关成效及成功做 法 [ J 】 ．中国石油勘探，2 0 1 1 ， 1 6 5 6 1 -7 ． D u J in h u ，Z h a o B a n gii u ，Wa ng X i s h u a ng ，e t a 1 ．A c h i e v e me n t s a nd s u c c e s s f ul e xp e r i e n c e o f Pe t r o Chi na i n ge op hys i c al r e s e a r c h [ J 】 ．C h i n a P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n ，2 0 1 1 ， 1 6 5 6 I -7 ． [ 3 ] 李芬，朱志祥，刘盛辉 ．大数据发展现状及面临的问题 [ 西安邮 电大学学报，2 0 1 3 ， 1 8 5 1 0 0 -1 0 3 ． Li F e n， Zh u Z hi xi a ng ， L i u S he ng hu i ．Th e d e v e l o p me n t s t a t u s a n d t h e p r o b l e ms o f l a r g e d a t a [ J 】 ．J o u r n a l o f Xi。 a n I n s t i t u t e o f P o s ts a n d Te l e c o mmu n i c a t i o n s ，2 0 1 3 ， 1 8 5 1 0 0 -1 0 3 ． [ 4 】 李 金 诺 ． 浅 谈 石 油 行 业 大 数 据 的 发 展 趋 势 【 J 】J． 价 值 工 程， 2 0 1 3 ， 3 2 2 9 1 7 2 -1 7 4 ． L i J i n nuo． Th e d e v e l o pme n t t e nd e n c y o f b i g d a t a i n p e t r o l e um i n d u s t r y [ J 】 ．V a l u e E n g i n e e r in g，2 0 1 3 ， 3 2 2 9 1 7 2 -1 7 4 ． [ 5 】 易维启，董世泰，曾忠 ，等 ．地震勘探技术性与经济性策略考量 【 J 】 ． 中国石油勘探，2 0 1 3 ， 1 8 4 1 9 - 2 5 ． Yi W e i qi ， Do n g S hi t a i ， Z e n g Zh o ng， e t a 1 ． C o ns i d e r a t i o n o f t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c s t r a t e g y f o r s e i s mi c e x p l o r a t i o n [ J 】 ． C h i n a P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n，2 0 1 3 ， 1 8 4 1 9 - 2 5 ． [ 6 】刘振武 ，撒利明，董世泰，等 ．中国石油高密度地震技术的实践与未 来 【 J 】 ．石油勘探与开发 ，2 0 0 9 ， 3 6 2 1 2 9 1 3 5 ． Li u Zh e n w u， S a Li mi n g， Do n g Sh i t a i ， e t a 1 ． Pr a c t i c e s a n d e xp e c t a t i o n o f hi ghd e ns i t y s e i s mi c e xp l o r a t i o n t e c h no l o g y i n C NP C [ J ] ．P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t ，2 0 0 9 ， 3 6 2 1 2 9 -1 3 5 ． 【 7 】 王志亮，周滨 ，龚旭东 ，等 ．高密度高分辨地震勘探技术在渤海 P L 地区的应用 [ J ] ．中国石油勘探，2 0 1 3 ， 1 8 2 3 7 - 44 ． W a ng Zh ili a n g， Z ho u Bi n， Go n g Xu d o n g，e t ．Ap p l i c a t i o n o f h i g h d e n s i t y a n d h igh - r e s o l u t i o n s e i s mi c e x p l o r a t i o n t ech n o l o g y f o r P L Z o n e i n B o h a i S e a [ J 】 ． C h i n a P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n， 2 0 1 3 ， 1 8 2 3 7 - 4 4 ． [ 8 】 王喜双 ，赵邦六 ，董世泰 ，等 ．面 向叠前成像与储层预测的地震采集 关键参数综述 【 J ] ．中国石油勘探，2 0 1 4 ， 1 9 2 3 3 3 8 ． W a ng Xi s hua n g， Zha o Ba n gl i u， Do ng S hi t a i ， e t a 1． Ke y pa r a me t e r s o f se i s mi c a cq u i s i t i o n f o r s u r f a c e pr e -s t ac k i ma g i ng a n d r e s e r v o i r p r e d i c ti o n [ J 】 ．C h i n a P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n ，2 0 1 4 ， 1 9 2 3 3 3 8 ． 【 9 】 杜金虎 ，熊金良，王喜双，等 ．世界物探技术现状及中国石油物探技 术发展的思考 [ J 】 _岩性油气藏 ，2 0 1 l ， 2 3 4 卜8 ． Du J inhu，Xi o n g J i nl i a n g， W a ng Xi s h ua n g，e t a 1 ．S t a t u s q u o o f int e m a t i o na l g e o p hy s i c a l e xp l o r a t i o n t echn o l o g i e s a n d t hi n king a b ou t t he d e v e l o p me n t o f P e t r o Chi n a g e o p hy s i c a l e xp l o r a t i o n t ech n o l o gie s [ J 】 ．L R h o l o gic R e s e r v o ir ，2 0 1 1 ， 2 3 4 1 - 8 ． [ 1 0 】韦瑞表 ，刘兵，谭勇 ．弯宽线采集技术在桂中山区的应用与效果 [ J 】 ． 中国石油勘探 ，2 0 1 4 ， 1 9 2 5 3 -5 8 ． W e i Ru i b i ao 。 L i u Bi ng， Ta n Yo n g． Ap pl i c a t i o n of c r o o k e d w i d e -l i n e se i s mi c a c q u i s i tio n t echn i qu e i n Gni z ho n g M o u n ta i n o u s Ar e a [ J 】 ．C h i n a P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n ，2 0 1 4 ， 1 9 2 5 3 - 5 8 ． [ 1 1 】王西文，赵邦六 ，吕焕通，等 ．地震资料采集方式对地震处理的影响 研究 [ J 】 ．地球物理学进展 2 0 1 0 ， 2 5 3 8 4 0 8 5 2 ． W a ng Xi w e n， Zha o Ba n gl i u， L v Hua n t o ng， e t a 1 ． St u dy o f s e i s mi c d a t a p r o c e s s i ng me t ho d a f f e c t e d by m e t hod o f a c q u i s i t i o n [ J ] ．P r o g r e s s i n G e o p h y s i c s ．2 0 1 0 ， 2 5 3 8 4 0 8 5 2 ． 【 1 2 ]王喜双，谢文导，邓志文 ．高密度空间采样地震技术发展与展望 [ J 】 ． 中国石油勘探 ，2 0 0 7 ， 1 2 1 4 9 - 5 3 ． W a ng Xi s hu a ng ， Xi e W e n d a o， De ng Zh i w e n． De v e l e p me n t a nd p r o s p e c t o f h i g h d e n s i t y s a mp l ing sei s mi c t e c h n o l o g y [ J 】 ．C h i n a P e t r o l e u n l E x p l o r a t i o n．2 0 0 7 ， 1 2 1 4 9 -5 3 ． [ 1 3 】吴安楚 ．无线单点检波器高密度地震采集 [ J 】 ．勘探地球物理进展 ， 2 0 0 9 ， 3 2 2 1 0 1 1 0 6 ． W u Anc hu． Hi g h de n s i t y s e i s mi c d a ta a c q u i s i tio n us ing s i n gl e s e n s o r r a d i o s e i s mi c r e c o r d e r [ J ] ．P r o g r e s s i n E x p l o r a t i o n G e o p h y s i c s ，2 0 0 9 ， 3 2 2 1 0 1 - 1 0 6 ． [ 1 4 】刘振武，撒利明，董世泰，等 ．地震数据采集核心装备现状及发展方 向 [ J ] ．石油地球物理勘探，2 0 1 3 ， 4 8 4 6 6 3 6 7 5 ． L i u Z he n w u， S a L i mi ng， Do n g S hi t ai ，e t a 1 ．Th e sei s mi c d a ta a c q u i s i tio n k e m e l e quip m e n t s tat u s a nd i ts f u t u r e d e v e l o pme n t d i r e c ti o n in CN PC [ J 】 ．Oil G e o p h y s i c a l P r o s p e c t ing ，2 0 1 3 ， 4 8 4 6 6 3 -6 7 5 ． [ 1 5 】白旭明，唐传章 ，孙毅，等 ．可控震源组合方向对地震采集资料的影 响分析 [ J ] ．中国石油勘探，2 0 1 2 ， 1 7 3 4 2 4 6 ． Ba i Xu mi ng， Ta n g Ch ua nz h a ng， Su n Yi ， e t a 1 ． I nfl u e n c e o f v i b r a t o r 0 s c o mb i n e d d i r e c t i o n o n s e i s mi c a c q u i s i t i o n d a t a [ J I ． C hin a P e t r o l e u m E x p l o r a ti o n ，2 0 1 2 ， 1 7 3 4 2 - 4 6 ． [ 1 6 】汪恩华 ，赵邦六 ，王喜双 ，等 ．中国石油可控震源高效地震采集技术 应用与展望 [ J 】 ．中国石油勘探，2 0 1 3 ， 1 8 5 2 4 - 3 4 ． W a ng Enhua， Zhao Bangl i u， W ang Xi s hua ng， et a 1 ． Ap p l i c a t i o n a n d o u flo o k o f vi b r o sei s a c quis i tio n t ec h ni q u es w i t h h i g h e f f i c i e n c y o f CNP C [ J 1 ． C h i n a P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n ， 2 0 1 3 ， 1 8 5 2 4 -3 4 ． [ 1 7 ] 赵邦六 ， 石玉梅， 刘颖， 等 ．利用多分量地震数据预测油气藏分布 [ J 】 ． 石油学报 ，2 0 0 8 ， 2 9 5 6 7 6 - 6 7 9 ． Z ha o Ba n g l i u， S hi Yu m e i ， Li u Yi ng， e t a 1 ． Pr e d i c t i on o f h y d r o c a r b o n d i s t r i b u t i o n u s i n g mu l ti - c o mp o n e n t sei s mi c d a t a [ J 】 ． A c t a P e t rol e i S i n i ca，2 0 0 8 ， 2 9 5 6 7 6 - 6 7 9 ． [ 1 8 】 杜金虎 ， 胡素云， 张义杰， 等 ．从典型实例感悟油气勘探[ J 】 ．石油学报， 2 0 1 3 ， 3 4 5 8 0 9 - 8 1 9 ． D u J i n h u ，Hu S u y u n ，Z h a n g Y i j i e ，e t a 1 ．I mp l i c a t i o n s f r o m t y p i c a l p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n c a s e s [ J 】 ．Ac t a P e t r o l e i S i n i c a ， 2 0 1 3 ， 3 4 5 8 0 9 -8 1 9 ．