干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 基于高效并行平台的高精度叠前成像技术研究及在复杂构造区的应用

Arid

	基于高效并行平台的高精度叠前成像技术研究及在复杂构造区的应用
	王宇超; 刘文卿; 胡自多; 冯超敏; 王孝; 冯心远; 王述江; 邵喜春; 赵伟; 吕彬; 徐兴荣; 张向阳; 雍运动; 张小美; 曾华会
完成单位	中国石油勘探开发研究院西北分院
登记(发布)日期	2011
中文摘要	1.任务来源：该项目是“十一五”期间中国石油股份有限公司的重点科研生产项目,针对国内外重点勘探领域和重点勘探盆地,基于GPU/CPU协同并行系统,研究复杂地表和复杂地质构造的成像精度和计算效率问题。由中国石油股份有限公司油气勘探重点物探技术攻关项目、中国石油科技管理部海外勘探科技专项及中国石油长庆、新疆、西南等油气田分公司的配套科研生产项目、勘探开发研究院中青年创新基金项目共9个课题组成： ①《鄂尔多斯天环坳陷北段二维地震采集处理技术攻关》(编号：2008-06-02); ②《鄂尔多斯盆地地震技术应用效果分析及适用技术研究》(编号：2009-03-03); ③准噶尔西北缘百口泉地区三维叠前深度偏移处理解释(编号：2010-01-02); ④《2009年度准噶尔盆地腹部陆10-陆6井区三维地震资料连片处理解释》(编号：09FLS-A-002); ⑤《2010年度伊犁盆地昭苏—特克斯坳陷二维地震资料目标处理》(编号：2010-SLE-A-0001); ⑥《四川盆地高陡构造地震处理解释技术攻关》(编号：2007-06-02); ⑦川中古隆起磨溪地区碳酸盐岩储层叠前地震定量预测(编号：2009-02-03); ⑧《滨里海盆地盐下地震处理及碳酸盐岩复杂圈闭识别与储层综合预测研究》; ⑨《滨里海盆地东缘中区块二叠系灰岩目标处理解释及综合地质研究》(编号：2011-06-03); ⑩《基于GPU/CPU地震成像方法研究及应用》(编号：2010-A-26-10)。项目研究时间为2006年3月至2011年8月,研究经费5000万元。 2.应用领域与技术原理：应用于石油天然气勘探领域。提高断褶带和冲断带、海相碳酸盐岩复杂盐丘、大沙漠区低幅度构造和地层—岩性油气藏、低渗透致密砂岩非均质储层和台地边缘礁滩相带岩性圈闭等复杂构造的成像精度和计算效率。该项目依托中石油科技专项、重点物探技术攻关项目、油田配套科研生产项目和中青年创新基金项目,针对中国鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、伊犁盆地和中亚滨里海地区等国内外重点勘探盆地的复杂地质构造叠前成像精度问题和成像效率问题,通过研究复杂近地表高精度建模和静校正技术、高精度保真压噪技术、多信息约束速度建模技术和叠前成像技术、基于GPU并行平台的高精度叠前双程波成像技术,形成了针对复杂构造区高效高精度成像的1套配套技术、12项创新技术和1项基于GPU/CPU协作平台逆时成像软件,发展了地震高精度成像学科的理论与技术,大幅度提高了复杂构造区的成像精度和计算效率。 3.性能指标：通过该课题研究,创新形成了基于GPU/CPU并行平台的复杂构造地震成像配套技术和基于GPU/CPU协作平台的逆时偏移成像软件。在复杂构造区应用这些创新技术,一方面提高了复杂构造区的成像精度,准确落实了盐丘、礁滩相带岩性圈闭、地层—岩性圈闭的边界,恢复了低幅度构造、盐下构造的真实形态,大幅度提高了复杂断褶带和冲断带的成像精度,断裂分布特征更加清楚,为圈闭落实和井位部署提供了可靠依据。通过对比,双程波逆时偏移相对常规的Kirchhoff积分偏移,可以大幅度盐丘等复杂构造的成像精度,盐丘边界清晰,盐下构造形态真实可靠。成像成果用实钻井资料标定,深度误差在2%以内;另一方面,借助GPU并行计算技术和GPU/CPU并行平台,创新了需要巨大计算量和巨额计算储存的地震成像技术应用平台,通过计算换储存的方式,节省了计算机储存空间;通过GPU系统的CUDA、MPI并行环境,实现逆时偏移波场外推并行计算,计算效率相比CPU平台提高58倍,大大提高了计算效率,有力推动了复杂构造成地震勘探的进程。至2011年底,西北分院形成了70000核的运算能力和300TB的存储能力,峰值速度达到172万亿次/秒浮点运算,在中石油股份排名第一,开创了基于高性能计算技术的复杂构造高效高精度成像时代。GPU/CPU协作平台相比CPU平台,逆时偏移可提高58倍,单程波偏移可提高30倍,非对称走时Kirchhoff叠前时间偏移提高18倍。 4.与国内外同类技术比较：本课题创新形成“小折射、微测井联合加权高精度低速带建模技术”、“基于宽频子波重构的双程波地震成像技术”、“GPU/CPU联合并行真地表深度域双程波成像技术”等13项新技术,填补了国内外复杂构造地震叠前成像技术及高性能计算的空白。与国内外同类技术相比较,该10多项新技术属于首次提出及应用,在国内外未见相同技术文献报道,国际上处于领先水平。其中“基于宽频子波重构的双程波地震成像方法”、“GPU/CPU联合并行真地表深度域双程波成像方法”已申请专利。 5.成果的创造性、先进性：本课题创新形成的13项新技术,有效地解决复杂构造地震成像的难题及高性能计算问题。 (1)基于小折射层析反演低速带区域速度多点刻画技术。常规建模方法不能适应横向区域速度变化,精度低。提出运用层析算法对小折射信息进行反演,得到排列范围内一段区域的速度变化剖面,再从剖面数据中提取该区段内以一定间隔的多个点的速度信息,用于整个区域的低降速带插值建模,解决了常规方法中存在的缺陷,提高建模精度,在国内外未见报道。 (2)小折射、微测井联合加权高精度低速带建模技术。常规方法存在着极浅层速度精度低、边界效应严重等问题,提出的小折射、微测井联合加权控制的高精度低速带建模技术,将野外低测资料用于层析反演计算中,并对层析反演过程进行联合加权控制,解决常规方法引起的静校正误差及构造失真的问题,该技术在国内外属于首次提出,该技术在81届SEG年会上宣讲(美国圣安东尼奥,2011)。 (3)起伏地表隐式射线追踪近地表建模技术。基于起伏地表1-D连续介质模型时距曲线特性,构建炮检距、炮检高差及速度模型有关的比例函数,得到地表高差对应的回折波传播时间,利用Herglotz-Wiechert积分公式计算深度,进而获得地表速度模型。该技术思路在国内外属于首次提出并应用。论文被72届EAGE 2010近地表会议录用(瑞士苏黎世,2010),也同时被80届SEG年会录用并在大会上宣讲(美国丹佛,2010)。 (4)偏移距高阶算子拟合追踪的非纵干扰压制技术。基于偏移距拟合追踪的非纵干扰压制算法,根据偏移距变化规律,以非线性2阶算子进行拟合,追踪干扰波的分布范围,进行压噪,提高信噪比。 (5)基于近地表高精度速度模型模拟噪音分离压制技术。通常噪音的压制采用频率域滤波的办法,存在压制噪音不彻底、空间假频等缺点。我们基于波动方程层析反演,获取高精度的近地表速度模型,基于GPU高速并行计算,用波动方程正演,模拟出多次折射波场,然后采用精确匹配自适应波场噪音压制技术压制多次折射波,该技术在国内外属于首次提出。 (6)次生噪声震源自动识别及压制技术。常规方法利用自动拾取的初至与偏移距进行拟合运算,误差较大。我们提出在拟合基础上,通过坐标转换重新计算偏移距等道头信息,在观测系统网上确定是次生震源的源点,利用三维空间相干技术压噪,效果非常理想,该技术在国内外首次提出应用。 (7)非纵地震测线波形插值拟三维空间去噪技术非纵勘探中,非纵接收线上的相干噪声(包括面波)显示出很强的非线性特征。通过虚拟三维观测系统,采用三维叠前波形插值技术将非纵数据插成三维数据,利用3D-FKK技术进行非纵相干噪音压制,可有效避免空间假频,效果非常理想,该技术在国内外首次提出并见到明显效果。 (8)基于层控的多信息约束实体建模技术对于复杂构造速度建模,通常采用测井速度、RMS速度转换及相干反演的方法,很难反映井附近小尺度结构变化。通过研究,提出基于层控的多信息约束层速度建模技术。通过结构套合变差函数构建技术构建准确的变差函数、采用序贯模拟及克立金趋势约束方法,将地震、测井及地质信息有机结合建立准确的速度—深度模型,该技术在国内外首次提出应用。 (9)基于宽频子波重构的双程波地震成像技术。国内外常见的方法是基于单一固定频率的双程波成像方法。本课题通过地震记录重构宽频震源子波,基于宽频子波提出一种适用于对多类型复杂地震波场及复杂构造精确成像方法。该技术能使震源子波更加接近地震记录子波,保证地震成像相位准确、分辨率较高及成像位置真实可靠,国内外未见相同文献报道,已申请专利。 (10)GPU/CPU联合并行真地表深度域双程波成像技术。国内外常见的是基于单一平台的固定面双程波成像方法。我们提出基于真地表起伏叠前深度域双程波成像技术,在真地表进行深度域波场外推及成像,克服常规技术因地表高差导致的波场畸变,以获得更真实的构造形态,国内外未见相同文献报道,该技术已申请专利。 (11)多GPU卡多线程波场外推技术。基于MPI和Cuda编程模式,实现多GPU卡多线程波场外推技术。保证高密度地震数据、超万道地震采集数据运算的可行性,该技术在国内外属于首次提出。 (12)基于GPU平台震源能量归一化相关成像技术。国内外常见的是基于波场相关的双程波成像方法。并没有考虑波场照明和能量问题。我们利用地震波传播的物理可实现性导出双程波偏移成像条件。通过对特定炮检对与特定散射点形成的Green函数求自相关,实现部分地震波场照明及震源波场能量归一化,提高目标反射体像的清晰度及反射界面的振幅保真度。该技术在国内外属于首次提出。 (13)GPU系统波场正演及随机速度边界处理技术。在逆时偏移成像波场外推时必须采用吸收边界条件处理。吸收边界条件差分计算与地震波场方程的差分计算是大不相同。这不利于在GPU/CPU协同平台上实现三维逆时偏移算法的高效并行。我们提出随机散射边界条件,通过在边界区域设置随机变化的速度参数及边界厚度来构成随机边界条件,控制随机速度吸收边界条处的波场相关值。通过调节随机速度和随机边界厚度可得到合适的成像结果,该技术在国内外属于首次提出。 6.作用意义：该课题创新了复杂构造地震成像技术及实现平台和方式,提高了地震成像精度;创新了成像平台和方式,推动新一代成像技术的发展。在研究过程中与油田生产紧密结合,应用该课题研究形成的复杂构造地震成像技术系列在新疆、长庆和海外等多个油田的油气勘探中取得很好的应用效果。复杂构造地震成像质量得到大幅度提高,为圈闭落实和井位部署提供了可靠依据。在长庆油田油气田勘探中,将推动非纵地震勘探技术在黄土塬区的工业化发展。共提供井位1160余口。在新疆和海外等多个油田共预测有利储层1958.2km2发现有利圈闭16个,提供井位20口。产生了巨大的经济效益和社会效益。在鄂尔多斯盆地,依据研究成果2008年为油田提供勘探井位80口、开发井600余口。参与设计的探井苏91井,获日产16.97万方高产气井,开发井苏东61-39井获日产67.35万方高产气井;2009年提供探井57口、开发井506口,成功率70.14%;2010年,在姬塬地区提供建议井位10口,进行9口井钻前预测。在乌审召地区新定苏东18-39井在盒8山1段测井解释气层9米,评价为Ⅰ类井;新定苏东20-46井在盒8山1段测井解释气层9.6米,评价Ⅰ类井,盒8山试气无阻流量5万方/天。在准噶尔盆地,依据成果发现地层型圈闭6个,累计面积210km2,预测有利储层累计面积152km2。提交井位4口(风22、百佳1、百79和百78),上钻两口预探井位,储备井位一口。在准噶尔陆6-陆10地区,落实和发现各类圈闭10个,圈层面积达324.2km2,其中低幅度构造圈闭6个。上钻三口预探井(三泉2井、陆32井和陆33井),两口井获得工业油流。在伊犁盆地昭苏—特克斯坳陷地区,发现7个圈闭,面积合计922km2,优选了2口井位(昭参1、昭参2),上钻1口(昭参1),获得工业油流。在四川盆地,川中古隆起磨溪地区碳酸盐岩勘探中,综合预测洗象池组有利储层面积50km2,龙王庙组有利储层面积80km2,灯4段有利储层面积120km2。油田采纳井位5口,其中磨溪8井是风险勘探井位,目前已钻,在奥陶系见到良好油气显示。确定枫顺场构造圈闭面积160km2,并且在枫顺场构造东南翼和轴部附近提供建议井位2口。在滨里海盆地,基于GPU/CPU平台开展了叠前逆时偏移成像技术研究,率先成功实现1100km2逆时偏移工业化生产。依据研究成果,提出了北特鲁瓦为具有岩性封闭特点的大型整装油气藏,含油面积扩大到160km2,储量规模达2.1亿吨。提供8口建议井位。 7.推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见：该课题在研究过程中与油田生产紧密结合,应用该课题研究形成的起伏地表叠前成像技术系列在海外哈萨克斯坦、长庆、新疆和四川等多个油田的油气勘探中均取得了很好的应用效果,该课题研究取得的创新技术及配套技术系列与技术流程,可以在我国含油气盆地复杂构造地震成像中推广应用,具有广阔的应用前景。在长庆油田油气田勘探中,将推动非纵地震勘探技术在黄土塬区的工业化发展。进一步提高低渗透油气藏的勘探与开发效率。在准噶尔盆地,随着陆6-陆10地区三口预探井(三泉2井、陆32井和陆33井),两口井获得工业油流的突破,积极推动该区的油气勘探进程;伊犁盆地昭苏—特克斯坳陷地区上钻的昭参1井获得工业油流,打开该区石炭系—二叠系勘探的新局面,具有极大的应用前景。在四川盆地川中、川西、川东、川东北油气田勘探中,磨溪8井是风险勘探井位,目前已钻,在奥陶系见到良好油气显示,进一步展示了碳酸盐岩勘探的潜力。在海外哈萨克斯坦滨里海地区油气勘探中同样发挥了重要作用：依据研究成果,提出了北特鲁瓦为具有岩性封闭特点的大型整装油气藏,含油面积扩大到160km2,储量规模达2.1亿吨。提供8口建议井位,海外公司给予高度评价,建立长期合作关系并续签合同,为进一步扩展海外市场,建立“海外大庆”奠定了基础。存在的问题是复杂构造地震双程波成像中速度建模的精度有待进一步提高与完善,下一步计划针对复杂地震波场的双程波成像进一步加强速度建模、速度适应性分析及全波形反演与双程波联合成像方面的研究。
中文关键词	高效并行 ; 高精度成像 ; 复杂构造
成果类型	应用技术
语种	中文
国家	中国
中图法分类号	P631.4
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001471921
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/242886
推荐引用方式 GB/T 7714	王宇超,刘文卿,胡自多,等. 基于高效并行平台的高精度叠前成像技术研究及在复杂构造区的应用[Z]. 应用技术,2011.