摘  要：复杂介质储层富含尚未规模动用的巨量油气资源，是我国当前和未来较长一段时间内最现实的资源接替领域，但较低的地震勘探成功率严重制约效益开发，究其原因是反射地震信号中波场混叠，反映复杂介质储层的弱信号响应被屏蔽导致“看不清”“找不准”。应用TRIZ理论对问题进行描述和分析，将实际问题转换为TRIZ问题，应用九屏图分析、资源分析、因果链分析找到核心问题，采用功能导向搜索确定创新应用扩散滤波理论攻克波场分离的核心难题，通过定义技术矛盾和物理矛盾找到问题，运用标准解突破关键问题和次生问题，利用工业工程ECRS建立全新的流程大幅提高复杂介质地震识别精度，在我国松辽、四川和塔里木等盆地应用取得良好效果，创造经济效益3.98亿元，为保障国家能源安全和经济社会发展贡献了创新力量。

关键词：复杂介质储层；地震勘探；扩散滤波；波场分离；TRIZ理论

油气资源是当下最重要的战略资源，是现代工业发展无可替代的基础和保障。当前世界形势多变，主要原油生产国产能波动，成熟国际油气运输航线停运风险骤增，必须加快我国国内油气勘探开发力度和速度，在国际安全形势复杂多变的今天不断提升国内油气保供的能力，支撑经济社会持续稳定发展。国内常规类型油气勘探速度连年降低，复杂介质储层油气资源占我国资源总量的61.7%，是当前和未来我国能源保供最重要的接替领域。地震勘探是确定地下资源宝库准确位置最直观、最经济、最高效的手段，但现有物探技术无法准确找到复杂介质储层油气目标，属于制约我国油气高质量发展的行业重大难题。

一、初始形势分析

1.1 当前系统的组成

    当前系统由6个单元组成（见图1），分别为预处理单元、数据体生成单元、滤波单元、宽频处理单元、属性提取单元、最终通过规律刻画单元找到油气准确位置。本项目的目标就是提高复杂介质储层勘探成功率，找到更多优质油气资源。

1.2 存在的主要问题

地震数据体是由强能量的反射波，和能量极弱的散射波混叠组成的“纠缠整体”，如何在强能量反射波背景下捕捉到微弱能量的散射波是最主要问题。通过国内外科技、专利文献调研，发现国内外尚无工业化可应用的技术有效分离两种波场，如何有效分离出散射波是本系统主要问题。

二、问题分析

2.1 九屏图分析、资源分析和功能分析

运用九屏图分析进行思维发散，明确当前系统是常规探测油气地层位置系统，过去依赖人工经验探测油气地层位置系统存在明显的精度低、效率低的问题，可通过引入地震数据分离单元将反射波和散射波进行分离实现精准探测油气地层位置。

通过资源分析形成资源分析矩阵，通过系统组件分析和系统相互作用分析，建立起系统功能模型图，找到系统功能的三个缺点：①预处理单元不能彻底去除噪声；②滤波单元处理数据体不充分；③地震体无法清晰识别地震响应。

2.2因果链分析

运用因果链“逐层”分析，找到了四个关键问题，其中最核心的关键问题就是缺少弱能量分离方法，因果链分析见图2。

三、问题求解

通过6步法定义最终理想解为“刻画系统自己呈现油气目标位置的地震响应”，后续就围绕这一目标综合运用各种创新方法工具求解问题。

3.1功能导向搜索

采用功能导向搜索，经大量领先领域调研，搜索到热力学领域扩散滤波方法可以实现数据分离功能。我们推导公式建立了数据域扩散率波方程，首次将热力学领域技术引入到地震勘探中来，建立反射波和散射波相对分离技术。热力学扩散滤波公式为：

   （1）

    式（1）的物理意义是非稳态导热过程中，热量沿途不断地被吸收而使局部温度升高，持续到内部各点温度全部扯平为止。我们构建的地震数据扩散滤波方程表达式为：

   （2）

式（2）的物理意义是地震数据作为“热源”进行非线性迭代传播，沿扩散路径不断地被吸收，局部振幅能量升高，直到达到均衡为止。通过数据场自适应求差的方式实现弱能量散射波的分离。经过SEG国际标准理论模型验证，证实了新方法的正确性和可行性，通过图3效果可见，散射波场分离干净彻底，取得理想的效果。但成功解题的过程中，引发了3项次生问题。

3.2技术矛盾和物理矛盾

运用三步法定义技术矛盾，运用发明原理成功解决了散射波和反射波保留不平衡的第一个次生问题。利用数据空间分、时间分步处理技术，突破了计算节点内存大小限制，编程实现基于Linux平台的高性能软件，填补国际技术空白并形成了规模化生产应用支撑能力，成功解决了地震数据量大于计算机内存的问题。

3.3金鱼法和小人法

运用金鱼法工具将问题分为现实和幻想两部分，现实部分是算法引起成像结果的失真度高，而幻想部分是成像结果的失真度低。利用有限差分法等数据分离算法来提高数值离散精度，成功解决了算法引起成像结果的失真度高的问题，提高成像精度。成像道集存在拉伸畸变的波场，需要对道集边界进行精细切除，运用小人法从微观角度突破思维定势，解决了成像道集切除模糊的问题。

四、应用效果和效益

该创新成果在松辽、四川、塔里木盆地应用30000km2以上，累计支撑高产油气井位14口，提交2.04亿吨原油储量，3600亿方天然气储量，支撑国民经济高质量发展的同时大幅改善能源供应结构。精细预测页岩油天然裂缝，精度从25%提高到75%，整装提交了2.04亿吨页岩油储量，推动中国页岩油革命进程。

这项成果支撑大庆油田科研人员在四川盆地发现了一种全新的优质储层类型，图4可以看到常规方法识别不出复杂介质储层，但新技术非常清晰地看到了一条古河道，这种位置打井就是高产井，提交了2081亿方天然气储量，创造经济效益3.98亿元。 复杂介质储层位置平面属性图对比见图4。

五、结论和意义

本案例应用TRIZ理论，在对研究对象充分分析基础上绘制了清晰的技术路线，使用了10种创新工具，形成技术方案38个。完成了系统的专利布局，申请发明专利15项，授权5项。成果收录于国家基础学科公共科学数据库，经鉴定达到“国际先进”水平；获得黑龙江省科技进步奖二等奖、中国石油和化工自动化应用协会技术发明二等奖，发表论文11篇，两位主创人员入围国家卓越工程师学院“工程博士”计划，入选中国石油和天然气集团公司“青年科技人才”培养计划。

研发过程中创建了大庆油田首家“国际地球物理青年创新工作室”，打造了一支国际水准的先进技术研发攻关团队。2024年获得黑龙江省企业创新大赛一等奖第一名，在中国创新方法大赛总决赛获得国家三等奖，坐实创新方法的正确应用是能够产出有分量成果的重要作用。赴挪威和美国作技术报告，在EAGE年会、SEG/AAPG年会等国际顶级会议的舞台上，展示国有大中型企业创新成果水平和中国青年风采，提升“中国创新”品牌影响力和国际知名度。

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责编 / 马铭阳