煤層氣有利儲(chǔ)層分布區(qū)測(cè)井、地震聯(lián)合預(yù)測(cè)方法

陳 勇，陳洪德，關(guān) 達(dá)，劉玉琦

（1．成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059；2．中國(guó)石油化工股份有限公司 石油物探技術(shù)研究院，南京 211103）

煤層氣有利儲(chǔ)層分布區(qū)測(cè)井、地震聯(lián)合預(yù)測(cè)方法

陳 勇1，2，陳洪德1，關(guān) 達(dá)2，劉玉琦2

（1．成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059；2．中國(guó)石油化工股份有限公司 石油物探技術(shù)研究院，南京 211103）

這里綜合應(yīng)用測(cè)井和地震資料，進(jìn)行有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)的預(yù)測(cè)。在研究中，有效應(yīng)用測(cè)井資料，根據(jù)SMB工區(qū)3號(hào)主力煤層及其上部小煤層對(duì)應(yīng)的測(cè)井響應(yīng)特征縱向組合分布及其分類，結(jié)合煤層與圍巖間的物性差異所引起的地震振幅橫向變化特征對(duì)煤層的橫向展布進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)測(cè)井和地震資料分析，選擇地震均方根振幅屬性進(jìn)行SMB工區(qū)煤層分布區(qū)地震相帶的刻畫，地震相帶邊界明顯。綜合分析試驗(yàn)區(qū)沉積地質(zhì)背景，有效應(yīng)用測(cè)井資料及地震資料，進(jìn)行試驗(yàn)區(qū)地震相、沉積相的描述，優(yōu)選了有利的煤層分布區(qū)即三角洲分流間灣沉積區(qū)，實(shí)現(xiàn)了煤層氣有利儲(chǔ)層分布區(qū)的預(yù)測(cè)。

測(cè)井組合；煤層預(yù)測(cè)；均方根振幅；沉積相；地震相

0 前言

伴隨常規(guī)油氣資源的勘探發(fā)展，油氣勘探技術(shù)日臻完善，常規(guī)油氣資源的儲(chǔ)量及開采量迅速增加，但是隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，僅僅利用常規(guī)油氣資源已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需求。迫于對(duì)油氣資源的渴望，煤層氣作為一種新能源，越來(lái)越受到人們的重視［1］。

煤層氣的生成、富集、儲(chǔ)藏等受到多種因素的影響，較有利的煤層生成環(huán)境或有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)的預(yù)測(cè)，對(duì)煤層氣的預(yù)測(cè)具有直接的關(guān)系，那么如何預(yù)測(cè)有利煤層氣儲(chǔ)層的平面分布是開展煤層氣預(yù)測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容。目前對(duì)于所掌握的2D、3D地震資料、測(cè)井及錄井資料、區(qū)域地質(zhì)資料等，如何有效結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行煤層及煤儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征的橫向分布預(yù)測(cè)及利用測(cè)井、錄井資料進(jìn)行煤層縱向組合的描述，是開展煤層氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。

圍繞煤層氣的特殊性，總結(jié)其具有吸附性強(qiáng)、在地震記錄中儲(chǔ)層不易識(shí)別、儲(chǔ)層薄等預(yù)測(cè)難點(diǎn)［2］；同時(shí)針對(duì)研究目標(biāo)選區(qū)影響煤層氣富集成藏的條件，前人總結(jié)控制煤層氣富集的主控因素主要為：沉積環(huán)境（煤質(zhì)條件）、構(gòu)造形態(tài)、煤層厚度、頂板蓋層、裂縫條件、孔滲性條件等［3］，根據(jù)這些研究，使我們了解了沉積環(huán)境條件是最直接控制煤儲(chǔ)層含氣量及產(chǎn)量的重要因素。

目前隨著煤層及煤儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的不斷深入，各類地球物理技術(shù)也被應(yīng)用于煤層氣預(yù)測(cè)中，例如：地震屬性分析方法、波阻抗反演技術(shù)、測(cè)井約束反演技術(shù)、AVO技術(shù)及綜合評(píng)價(jià)技術(shù)等。在此基礎(chǔ)上，本研究創(chuàng)新性地將煤層對(duì)應(yīng)的測(cè)井響應(yīng)縱向分布組合，分類應(yīng)用于地震相的分析，綜合應(yīng)用測(cè)井資料、地震資料進(jìn)行有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)的預(yù)測(cè)，研究了一種針對(duì)煤層氣勘探與開發(fā)的有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)預(yù)測(cè)方法。

1 工區(qū)概況

研究中選擇SMB區(qū)塊作為研究目標(biāo)區(qū)，區(qū)塊內(nèi)主要含煤地層為石炭系太原組和二疊系山西組。山西組和太原組共有煤層16套，自上而下編號(hào)為1、2、3、5、6、7、8－1、8－2、9、10、11、12、13、15、16號(hào)。其中，1號(hào)～3號(hào)在山西組，為發(fā)育于陸表海沉積背景之上的三角洲沉積地層，3號(hào)煤層為山西組主要煤層；5號(hào)～16號(hào)在太原組，為一套海陸交互相沉積地層。在認(rèn)識(shí)多套煤層相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，本次研究選擇山西組3號(hào)煤層為研究目標(biāo)層，該套煤層頂板和底板為較厚泥巖，儲(chǔ)層封蓋性能較好，具有較有利的煤層氣富集條件，因此較有利的煤層分布區(qū)的落實(shí)，可以為進(jìn)一步煤層氣預(yù)測(cè)研究奠定基礎(chǔ)。

2 測(cè)井及地震響應(yīng)特征

根據(jù)目標(biāo)區(qū)測(cè)井資料分析得出：3號(hào)煤層具有高聲波時(shí)差、低密度、低波阻抗、低伽馬、高電阻率“三低兩高”的測(cè)井響應(yīng)特征。如圖1為3號(hào)煤層聲波時(shí)差參數(shù)、自然伽馬參數(shù)與密度參數(shù)交會(huì)圖，圖1中描述煤層密度變化范圍為1．1 g／cm3～1．8 g／cm3，聲波時(shí)差變化范圍為390μs／m～500μs／m，自然伽馬變化范圍為8 API～80 API，且有隨著煤層密度減小聲波時(shí)差變大的趨勢(shì)；圖2為A井測(cè)井解釋圖件，綜合多參數(shù)分析表明煤層具有低速度、低密度、低伽馬等測(cè)井響應(yīng)特征。

圖1 SMB工區(qū)3號(hào)煤層測(cè)井參數(shù)交匯圖Fig．1 Logging parameter crossplot of No．3 coalbed methane in SMB

在研究SMB3號(hào)煤層測(cè)井、地震資料的基礎(chǔ)上，針對(duì)煤層地震響應(yīng)特征進(jìn)行分析。由于煤層頂、底巖層主要以砂巖或泥巖為主，在地震、測(cè)井參數(shù)方面與煤層具有明顯的差別。根據(jù)地震波反射原理，煤層與頂、底地層之間可以形成地震反射。那么在3號(hào)煤層的實(shí)際資料研究中也證明SMB工區(qū)內(nèi)厚度大于2 m的煤層能夠與圍巖形成較強(qiáng)的地震反射，在地震記錄中有較穩(wěn)定的波組與煤層頂?shù)紫鄬?duì)應(yīng)。圖3為SMB工區(qū)內(nèi)測(cè)井曲線、合成地震記錄和過(guò)井地震剖面綜合分析圖，煤層與頂?shù)装鍘r層間形成了較強(qiáng)的地震反射［1］。

圖4是根據(jù)實(shí)際煤層資料完成的數(shù)值模擬結(jié)果，圖4（a）模型中，設(shè)計(jì)煤層密度為1．33 g／cm3、速度為2 092 m／s、煤層厚度為2 m～5 m；煤層頂、底為泥巖層，密度和速度參數(shù)分別為2．66 g／cm3和3 968 m／s、2．65 g／cm3和3 750 m／s。數(shù)值模擬結(jié)果圖4（b）表明，大于2 m的煤層與頂?shù)啄鄮r層之間可以形成較強(qiáng)的地震反射，并且隨著煤層厚度的增加地震反射強(qiáng)度增大。

3 方法原理

與有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)相對(duì)應(yīng)的地震相帶的落實(shí)，是進(jìn)行煤層氣儲(chǔ)層有效預(yù)測(cè)的關(guān)鍵因素，特別是在研究初期若能獲得煤質(zhì)（這里所說(shuō)的“煤質(zhì)”有別于煤炭工業(yè)中對(duì)煤炭質(zhì)量指標(biāo)的定義，是指煤層厚度大、孔隙度高，有利于進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相對(duì)產(chǎn)氣量高的煤層氣儲(chǔ)層）信息，則可以直接指導(dǎo)煤儲(chǔ)層分布區(qū)的預(yù)測(cè)，但是煤質(zhì)的獲得只能通過(guò)鉆井巖心獲得，對(duì)于勘探初期鉆井比較少的情況下，獲得煤質(zhì)信息是非常困難的。因此文中將測(cè)井資料中真實(shí)反映煤層縱向分布的測(cè)井響應(yīng)特征進(jìn)行客觀分類，有效結(jié)合地震屬性能夠反映地震波形的特點(diǎn)［1，4］，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同煤層引起的波形特征的地震相帶的平面刻畫，其方法原理如下：

圖2 A井測(cè)井綜合解釋圖件Fig．2 Well A logging comprehension interpretation chart

1）煤層測(cè)井響應(yīng)特征縱向分布的特征分類。以SMB工區(qū)二疊系山西組3號(hào)主力煤層為主要研究目標(biāo)，以測(cè)井資料（伽瑪曲線）為根本出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行研究。SMB工區(qū)內(nèi)包含13口鉆井，均鉆遇山西組3號(hào)主力煤層。由于本工區(qū)發(fā)育多套煤層，煤層對(duì)應(yīng)測(cè)井響應(yīng)特征縱向組合分布具有差異性，平面分布具有規(guī)律性。因此結(jié)合實(shí)際的測(cè)井資料，分析得出SMB地區(qū)3號(hào)主力煤層及上部小煤層的測(cè)井響應(yīng)特征組合類型可以分為四類：①有3號(hào)煤層測(cè)井響應(yīng)特征，上部無(wú)小煤層測(cè)井響應(yīng)特征；②有3號(hào)煤層測(cè)井響應(yīng)特征，上部有1層小煤層測(cè)井響應(yīng)特征；③有3號(hào)煤層測(cè)井響應(yīng)特征，上部2層小煤層測(cè)井響應(yīng)特征；④無(wú)3號(hào)煤層測(cè)井響應(yīng)特征，上部有小煤層測(cè)井響應(yīng)特征。根據(jù)煤層測(cè)井響應(yīng)特征縱向組合的差異性進(jìn)行分類的方法，可以定性地得出SMB研究工區(qū)內(nèi)煤層的沉積環(huán)境可以分為4大類（不同沉積環(huán)境條件下沉積的地層其對(duì)應(yīng)的巖性、構(gòu)造、組合特征等不同，與其相對(duì)應(yīng)的測(cè)井特征也不同），從而為有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)的預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。

圖3 SMB工區(qū)井震標(biāo)定分析圖Fig．3 Logging and seismic calibration analysis in SMB distribution

圖4 2 m至5 m厚的煤層地震反射正演模擬結(jié)果Fig．4 Seismic reflection forward modeling result of 2 to 5 meter coalbed methane

2）地震相分析方法預(yù)測(cè)煤層的橫向分布。煤層的橫向分布受相帶的控制，不同的地震相控制著煤層不同發(fā)育區(qū)的分布。根據(jù)SMB的測(cè)井資料，通過(guò)第一步研究將煤層對(duì)應(yīng)的測(cè)井響應(yīng)特征縱向分布組合分成了4類。研究中選擇應(yīng)用地震振幅屬性進(jìn)行煤層地震相分布的刻畫（振幅屬性是最直接反映地層信息的地震參數(shù)）［5－13］，較為精細(xì)地描繪出煤層的平面分布及煤層沉積環(huán)境的定性描述。

3）有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)預(yù)測(cè)。在以上兩步分析的基礎(chǔ)上，我們定性地描述出目標(biāo)煤層的沉積環(huán)境展布，然后綜合應(yīng)用研究區(qū)內(nèi)實(shí)際鉆井、測(cè)井和地震資料，分析出實(shí)際鉆遇較好煤質(zhì)地層的鉆井分布范圍及其與地震相分布的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)預(yù)測(cè)［14－15］。

4 應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用煤層測(cè)井組合特征進(jìn)行有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)的預(yù)測(cè)方法，進(jìn)行SMB實(shí)際地震資料的應(yīng)用研究，圖5為SMB區(qū)塊測(cè)井資料分析對(duì)比圖。資料中SMB區(qū)塊內(nèi)3號(hào)主力煤層及其上部小煤層縱向分布具有特殊的表現(xiàn)特征，因此可以將多套煤層的縱向測(cè)井組合特征分為4類，與第3部分所描述相同。

圖6為沿3號(hào)主力煤層提取的地震均方根振幅屬性，并根據(jù)屬性，進(jìn)行3號(hào)煤層平面分布地震相的描述，圖6中反映出3號(hào)主力煤層平面地震相帶明顯、邊界清晰。綜合圖5與圖6的特征描述，得出屬于同一類煤層縱向測(cè)井組合特征的鉆井分布在同類地震相帶內(nèi)（例如：MB2、MB3、MB6、MB7、MB12、MB13、MB15分布在中等連續(xù)強(qiáng)反射振幅地震相內(nèi)）。圖7為四類測(cè)井響應(yīng)特征對(duì)應(yīng)的四類地震相特征，地震相特征較為明顯。

對(duì)比圖5、圖6和圖7描述的結(jié)果表明：不同地震相所對(duì)應(yīng)的地震反射特征是明顯的。圖8為SMB工區(qū)內(nèi)東西向地震剖面，圖8中描述煤層產(chǎn)生的地震橫向反射特征不同，主要表現(xiàn)為煤層橫向分布較連續(xù)引起連續(xù)的地震反射，但是河流分布的位置 ，煤層沒有被沉積或受剝蝕沉積較薄的煤層。在以上分析的基礎(chǔ)上，綜合圖6、圖7和圖8，能夠得出煤層分布的沉積相特征，即煤層主要沉積于三角洲平原內(nèi)分流間灣沉積環(huán)境，對(duì)應(yīng)中等連續(xù)強(qiáng)反射地震相帶［16－19］，有河道分布的位置煤層不發(fā)育。

綜合圖5、圖6、圖7進(jìn)行SMB工區(qū)內(nèi)3號(hào)主力煤層四類縱向測(cè)井組合特征的平面分布特征的建立（圖9）。圖9中描述的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分布條帶與圖5中所描述的四類煤層縱向測(cè)井組合特征的分類相對(duì)應(yīng)，圖9中灰黑色區(qū)域?yàn)?號(hào)煤層主要分布區(qū)。圖10為穿過(guò)四類沉積相帶的EW向地震剖面，圖10中Ⅱ、Ⅲ類沉積相帶內(nèi)煤層較厚、橫向連續(xù)、地震反射較強(qiáng)。實(shí)際鉆井資料表明，Ⅱ、Ⅲ條帶內(nèi)的三角洲平原內(nèi)分流間灣沉積環(huán)境為有利煤質(zhì)的煤層分布區(qū)。研究區(qū)塊內(nèi)的MB2井、MB3井、MB7井、M12井、MB13井等均鉆遇該套主力煤層，同時(shí)鉆井揭示了3號(hào)主力煤層的特征主要表現(xiàn)為：黑色、條痕褐黑色，相對(duì)密度為1．41 g／cm3；以亮煤和鏡煤為主，少量暗煤，屬于光亮型煤；礦物含量變化在3．7%～11．00%之間，平均為7．3%，證實(shí)該類沉積環(huán)境下沉積的煤層為同時(shí)期沉積的主力煤層中較有利的煤層分布區(qū)。

圖5 SMB工區(qū)3號(hào)主力煤層及上部小煤層縱向測(cè)井分布特征分類Fig．5 Vertical logging distribution feature classification of No．3 main coalbed methane and upper thin coalbed methane

圖6 利用地震振幅屬性進(jìn)行地震相分析結(jié)果Fig．6 Seismic facies depicted using seismic amplitude

圖7 四類測(cè)井響應(yīng)特征對(duì)應(yīng)的四類地震相特征，藍(lán)色線為主力煤層位置Fig．7 Four seismic facies corresponding to four logging response character，blue line is the main coalbed location

圖8 SMB區(qū)塊地震剖面，河道特征及三角洲分流間灣煤層沉積地層特征Fig．8 Seismic profile in SMB district，channel feature and coalbed methane sedimentary layer feature in delta distributary bay

圖9 四類煤層組合平面分布特征Fig．9 Four coalbed methane combination distribution feature

圖10 EW向任意線地震剖面Fig．10 Random seismic profile in direction EW

6 結(jié)論

煤層氣有利儲(chǔ)層分布區(qū)測(cè)井、地震聯(lián)合預(yù)測(cè)方法是煤層氣勘探與開發(fā)領(lǐng)域具有創(chuàng)新思路的方法，通過(guò)本次研究得出以下結(jié)論：

1）測(cè)井資料能夠直接反應(yīng)煤層的反射特征、縱向分布及組合特征 。

2）地震振幅屬性可以有效地反映煤層與圍巖之間的巖性差異特征，可以指導(dǎo)巖性分布預(yù)測(cè) 。

3）綜合應(yīng)用測(cè)井組合特征與地震相分析方法可以指導(dǎo)煤層沉積相、沉積環(huán)境的劃分，從而進(jìn)行有利煤層氣儲(chǔ)層分布區(qū)的預(yù)測(cè)。

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Logging－seismic combination forcasing method for beneficial coalbed methane distribution

CHEN Yong1，2，CHEN Hong-de1，GUAN Da2，LIU Yu-qi2
（1．Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2．Sinopec Geophysical Research Institute，Nanjing 211103，China）

Logging data，seismic data are comprehensive used in forecasting beneficial coalbed methane distribution．In study，with validated application of logging data，according to the vertical distribution of logging response characteristics and its classification of the main target 3rd coal layer and the upper small coal bed，combined with the property difference between coal and surrounding rock caused by the variation characteristics of lateral seismic amplitude to predict the transverse distribution of coal seams．Validated geophysics parameter is chosen through logging data analysis and seismic RMS amplitude parameter is chosen to depict seismic fancies in SMB area，the fancies boundary is obvious．With test site＇s geology background＇s comprehensive analyzed and logging and seismic data are used to describe the test site＇s seismic fancies and sedimentary fancies．Delta interdistributary bay deposit area is chosen as optimized coalbed methane distributed area and beneficial coal bed distribution is predicted．

logging combination；coal bed prediction；RMS amplitude；sedimentary fancies；seismic fancies

P 631．8＋15

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2014．05．13

1001-1749（2014）05-0587-08

2013-04-23 改回日期：2014-07-15

國(guó)家“十二五”科技重大專項(xiàng)（2011ZX05035）

陳勇（1982-），男，博士，工程師，研究方向?yàn)榈卣鹳Y料解釋，E-mail：chenyong．swty＠sinopec．com。