澳大利亞G盆地煤層氣地質(zhì)建模技術(shù)

但玲玲，尹彥君，石雪峰，劉靈童，李德鵬

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 塘沽 300452)

煤層氣三維地質(zhì)建模是煤層氣儲(chǔ)層內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)、外部幾何形態(tài)及相關(guān)的地質(zhì)特征、煤巖煤質(zhì)、儲(chǔ)集能力、物性參數(shù)及氣、水特征等的高度概括[1]。對(duì)常規(guī)碎屑巖油氣儲(chǔ)層，儲(chǔ)層地質(zhì)建模的科學(xué)研究及工程應(yīng)用很多，而類似研究在煤層氣勘探開(kāi)發(fā)中還十分缺乏，有關(guān)煤儲(chǔ)層地質(zhì)建模技術(shù)及其在煤層氣選區(qū)評(píng)價(jià)、勘探及開(kāi)發(fā)各階段應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)還很少，許多方面處于需要深入研究或空白狀態(tài)[2,3]。以澳大利亞G盆地煤層氣儲(chǔ)層為研究對(duì)象，根據(jù)煤層氣地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)基本理論和隨機(jī)建模的方法建立研究區(qū)煤層氣儲(chǔ)層地質(zhì)模型。并將三維地質(zhì)模型應(yīng)用到煤層氣勘探開(kāi)發(fā)中，對(duì)開(kāi)發(fā)方案的部署提供科學(xué)的決策依據(jù)，也為我國(guó)煤層氣地質(zhì)建模工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

澳大利亞G盆是晚石炭世到中三疊世的克拉通內(nèi)裂谷盆地，盆地整體呈北西南東向，呈馬蹄形。本次研究的目的層位主要為二疊紀(jì)陸相煤系地層，研究區(qū)自下而上將二疊紀(jì)地層分別為A組和B組。A組煤、碳質(zhì)頁(yè)巖和砂巖互層，其中煤主要為暗煤，局部為亮煤。頁(yè)巖為深棕色、深灰色至黑色。砂巖為淺灰色，中粒，次圓形，含少量碳質(zhì)、少量鈣質(zhì)；B組也是砂巖、煤和碳質(zhì)頁(yè)巖互層，其中砂巖細(xì)粒至粗粒，有時(shí)含卵石，石英質(zhì)，碳質(zhì)，含少量鈣質(zhì)，堅(jiān)硬，孔隙度較好。煤層暗煤至亮煤都有。碳質(zhì)頁(yè)巖規(guī)模小，通常為深棕灰色至深灰色、黑色。研究區(qū)主要發(fā)育3種沉積相類型，分別為沖積平原、扇三角洲、淺湖-半深湖。

2 煤儲(chǔ)層地質(zhì)建模

2.1 煤儲(chǔ)層構(gòu)造模型的建立

根據(jù)研究區(qū)工區(qū)面積和實(shí)際井距離，考慮開(kāi)發(fā)井密度的需要，模型平面網(wǎng)格步長(zhǎng)取500 m×500 m。從煤巖單層厚度統(tǒng)計(jì)來(lái)看，區(qū)塊內(nèi)煤巖單層厚度在6 m以下，多為1 m左右的薄煤巖，并且橫向分布不穩(wěn)定。垂向網(wǎng)格的劃分考慮了煤巖垂向分布情況，為了使模型的網(wǎng)格不漏掉大量的薄煤巖，將垂向網(wǎng)格厚度定為0.5 m左右。

研究區(qū)主要發(fā)育9條正斷層，應(yīng)用地震解釋的斷層多邊形數(shù)據(jù)，結(jié)合斷層面兩側(cè)的構(gòu)造落差來(lái)調(diào)節(jié)斷距，建立了研究區(qū)斷層的控制骨架。在斷層模型的基礎(chǔ)上搭建構(gòu)造層面，采用了深度域的構(gòu)造解釋層位作為趨勢(shì)面約束，以單井分層數(shù)據(jù)作為控制條件，最終建立了研究區(qū)構(gòu)造模型(見(jiàn)圖1)。從整體來(lái)看，A組地層厚度比B組薄，地層厚度相對(duì)變化比較大。A組東南部地層厚度比較偏厚，北部和西南地層逐漸減薄，往南靠近盆地邊界的地層遭到剝蝕厚度變薄。B組北部和北東部地層厚度較大，厚度在100～180 m左右。從地層剖面展布來(lái)看，二疊系B組與下伏A組構(gòu)造具有一定繼承性，總體上發(fā)育近北北東向的斷裂系統(tǒng)。

2.2 煤儲(chǔ)層巖相模擬

研究區(qū)儲(chǔ)集層煤巖、碳質(zhì)頁(yè)巖和砂巖互層，井上煤巖厚度比較薄并且橫向連續(xù)性差。巖相建模的過(guò)程中應(yīng)用了相應(yīng)的巖相參數(shù)，即：砂巖、頁(yè)巖、煤巖。

通過(guò)前期地質(zhì)研究成果確定研究區(qū)主變程方向?yàn)槟衔髦帘睎|方向，主變程表示儲(chǔ)層沿物源方向的連續(xù)性，與其垂直的方向?yàn)榇巫兂谭较?。由于工區(qū)范圍內(nèi)已鉆井?dāng)?shù)少且分布不均勻，主次變程的分析結(jié)果不太理想，在實(shí)際建模過(guò)程中，參考了前期研究的沉積相分布、地層厚度分布等地質(zhì)概念模式來(lái)調(diào)整主次變程的大小[4]。但垂向變程由于縱向網(wǎng)格比較密集數(shù)據(jù)量多，變差函數(shù)基本收斂，分析效果都很好，建模過(guò)程中是分相分層進(jìn)行了垂相變差函數(shù)的分析。

巖相模型采用的是序貫指示模擬方法建立。從建模結(jié)果得知，煤巖厚度由西向東有變厚的趨勢(shì)，主要是由于研究區(qū)內(nèi)由西向東，依次發(fā)育沖積平原相、扇三角州平原、扇三角洲前緣、淺湖-半深湖亞相，越往東越具備較好的成煤環(huán)境，模擬結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況相吻合。

2.3 煤儲(chǔ)層屬性參數(shù)模擬

2.3.1 含氣量的隨機(jī)模擬

煤層含氣量的三維展布模擬對(duì)煤層氣的勘探評(píng)價(jià)有著重要的意義[5,6]。將測(cè)井解釋的含氣量曲線離散到模型中，檢驗(yàn)輸入的含氣量數(shù)據(jù)，對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行截?cái)嘧儞Q，去除異常值，分層得到屬性的正態(tài)分布。從統(tǒng)計(jì)可以得出，A組煤巖含氣量集中在2～3.6 m3/t之間，平均值為2.46 m3/t； B組煤巖含氣量集中在1.5～3.5 m3/t之間，平均值為2.42 m3/t。每個(gè)組含氣量的平面分布和垂向分布特征受空間變差函數(shù)的控制[7]。與巖相數(shù)據(jù)變差函數(shù)擬合一樣，主次變程由于井點(diǎn)少且分布不均，難以擬合出合適的變差函數(shù)。但垂向變程由于縱向網(wǎng)格比較密集數(shù)據(jù)量多，擬合比較容易。為了控制平面含氣量的分布，采用前期地質(zhì)研究的A組和B組的含氣量平面分布作為平面趨勢(shì)約束。以平面和垂向約束為條件，采用序貫高斯隨機(jī)模擬的方法模擬煤巖含氣量分布。

2.3.2 工業(yè)組分隨機(jī)模擬

煤的工業(yè)組分屬于煤的化學(xué)組成研究?jī)?nèi)容之一。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，煤的工業(yè)組分是指包括煤的水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳四個(gè)分析項(xiàng)目指標(biāo)的測(cè)定的總稱[8]。

圖2是灰分與固定碳、揮發(fā)分、水分的關(guān)系圖，圖中數(shù)據(jù)顯示，固定碳、水分、灰分、揮發(fā)分相互間有較好的關(guān)系。隨著灰分增加，固定碳、揮發(fā)分和水分呈降低趨勢(shì)，表明灰分與揮發(fā)分、固定碳、水分有良好的負(fù)相關(guān)性，因此在建模過(guò)程中可以將灰分作為協(xié)同模擬的條件。

在數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，采用前期地質(zhì)研究的灰分含量平面分布作為平面趨勢(shì)約束，建立灰分含量隨機(jī)模型見(jiàn)圖3a，以灰分模型為協(xié)同約束，采用序貫高斯隨機(jī)模擬的方法建立揮發(fā)分見(jiàn)圖3b、固定碳見(jiàn)圖3c、水分模型見(jiàn)圖3d。

2.3.3 物性參數(shù)隨機(jī)模擬

目前該區(qū)塊內(nèi)沒(méi)有可靠的方法準(zhǔn)確測(cè)定各煤層氣井的煤巖滲透率，因此測(cè)井也沒(méi)法解釋出各段煤層的物性數(shù)據(jù)?；谶@種情況，本次對(duì)煤儲(chǔ)層物性建模做了一種隨機(jī)模擬的嘗試[9-10]。通過(guò)資料調(diào)研，可以得到G盆地煤巖測(cè)試滲透率為1～50×10-3μm2之間，以此作為煤巖滲透率的約束范圍，然后采用序貫高斯隨機(jī)模擬的方法建立研究區(qū)的物性參數(shù)模型。

通過(guò)對(duì)煤巖孔隙度模型分布統(tǒng)計(jì)可以得出，A組煤巖孔隙度平均值為10%。，B組煤巖孔隙度平均值為11%。通過(guò)對(duì)煤巖滲透率模型分布統(tǒng)計(jì)可以得出，A組煤巖孔隙度平均值為4.6×10-3μm2，B組煤巖滲透率平均值為8.2×10-3μm2，A組物性整體分布較B組物性差。統(tǒng)計(jì)規(guī)律與煤巖實(shí)際物性分布比較吻合。

3 地質(zhì)模型的應(yīng)用

在煤層氣儲(chǔ)層地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，在預(yù)測(cè)的煤層氣有利區(qū)內(nèi)，應(yīng)用CMG軟件建立了先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的數(shù)值模擬模型，借鑒鄰區(qū)的開(kāi)發(fā)井網(wǎng)和井距，部署了5口直井，并對(duì)試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)(見(jiàn)圖4)。同時(shí)，還應(yīng)用該模型對(duì)影響煤層氣產(chǎn)量的因素進(jìn)行了敏感性分析，為煤層氣開(kāi)發(fā)方案部署提供參考。

4 結(jié)論

1)介紹了煤層氣地質(zhì)建模技術(shù)的研究過(guò)程。基于單井?dāng)?shù)據(jù)和地震構(gòu)造解釋建立研究區(qū)準(zhǔn)確的構(gòu)造格架，然后針對(duì)研究區(qū)煤層薄、橫向分布不穩(wěn)定的巖性特征，采用相控隨機(jī)建模的方法更能真實(shí)的反映地層巖性分布特征，根據(jù)綜合地質(zhì)認(rèn)識(shí)和變差函數(shù)控制，采用序貫高斯隨機(jī)模擬方法建立煤層氣屬性模型；

2)煤層氣三維地質(zhì)建模技術(shù)在煤層氣儲(chǔ)層勘探開(kāi)發(fā)中有著很大的指導(dǎo)作用，將地質(zhì)模型應(yīng)用于先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的數(shù)值模擬，為煤層氣開(kāi)發(fā)方案部署打下良好基礎(chǔ)。

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