地球物理含氣性預(yù)測技術(shù)在煤層氣中的應(yīng)用
——以沁南東三維區(qū)為例

劉 慧 張 浩 馮小英 武 函 田思思

(中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 062552)

煤層氣藏與常規(guī)天然氣藏不同，煤層氣屬于自生自儲型，煤層既是烴源巖，也是儲集巖。煤層氣以三種狀態(tài)存在于煤層之中，即吸附態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)，與常規(guī)天然氣的游離態(tài)相比，80%以上的煤層氣以吸附態(tài)存在。本次研究將常規(guī)油氣藏的含氣預(yù)測技術(shù)運用到煤層氣中，總結(jié)出煤層含氣后的地球物理響應(yīng)特征并且探討地球物理技術(shù)預(yù)測煤層含氣的適用性。

1 地質(zhì)概況

沁南東地區(qū)發(fā)育兩套穩(wěn)定的煤層即3號煤和15號煤，本次研究以3號煤為主。3號煤層埋深500～850 m，厚度為4～7m；煤質(zhì)好，變質(zhì)程度較高，屬高煤階無煙煤；噸煤含氣量一般為12～23m3/t，最高近40m3/t，含氣飽和度90%～98%，屬高飽和、高含氣吸附型自生自儲式非常規(guī)氣藏。

2 地震屬性

地震屬性技術(shù)對揭示地質(zhì)體的客觀現(xiàn)象與展布特征具有十分重要意義，由于氣層的黏滯性和低速傳播特征，因此含氣層往往表現(xiàn)出地震反射強度的變化。

為了優(yōu)選屬性，以工區(qū)內(nèi)煤層分布狀況建立了正演模型，模擬結(jié)果表明(圖1)，煤層高含氣后，由于速度變得更低，加大了負(fù)反射系數(shù)，使得最大波谷變得更強，不含氣或低含氣時反射變?nèi)酢Ｒ虼丝衫谜穹鶎傩詠矶ㄐ灶A(yù)測煤層含氣情況。

圖1 沁南三維示范區(qū)含氣量正演模擬

由于煤層具低速度、低密度特點，3號煤層為強反射，煤層含氣后速度、密度均降低，加大了波阻抗差，振幅變得更強。 不含氣或低含氣振幅相對較弱。從過井剖面(圖2)看出，標(biāo)定表明本區(qū)振幅強弱與井的含氣性有一定吻合關(guān)系。例如q17-27井含氣量17.65m3/t，累計產(chǎn)氣56379m3，相應(yīng)的3號煤層表現(xiàn)為強振幅；而q16-31井的含氣量6.9m3/t，累計產(chǎn)氣0，對應(yīng)的3號煤層表現(xiàn)為弱振幅。工業(yè)氣井的振幅較強，不含氣或低含氣振幅較弱。

圖2 q16-25～q17-27～q16-31的連井地震剖面

3 能量吸收衰減

當(dāng)?shù)貙雍袩N類尤其是含氣時，會導(dǎo)致地層的吸收衰減系數(shù)變大，地震波通過時，表現(xiàn)為“低頻共振，高頻衰減”的特征，利用這個特征，通過離散傅里葉變換將時間域的三維地震數(shù)據(jù)體分為頻率域間隔5Hz的離散能量數(shù)據(jù)體， 我們截取高頻率段進行子波振幅譜擬合，提取衰減的信號作為衰減屬性。

通過不同產(chǎn)氣量井衰頻測試表明：頻率衰減梯度屬性對煤含氣較為敏感，煤層高含氣后起始頻率衰減明顯異常值增大，而煤層不含氣衰減值很小。

從3號煤層頻率衰減屬性平面圖上看(圖3)，頻率衰減大值區(qū)為煤層氣相對富集區(qū)。預(yù)測表明3號煤西部含氣好于東部。呈片狀展布，中間以中華斷裂、文昌斷裂相隔開。含氣量高值區(qū)被斷裂分為三個北東向展布的條帶。

圖3 沁南東起始頻率衰減梯度屬性預(yù)測3號煤含氣分布圖

4 疊前AVO技術(shù)

煤層氣富集區(qū)往往割理縫發(fā)育，比表面積大、吸附能力強使得縱波速度減小，泊松比降低，煤層氣的AVO效應(yīng)增強，這是煤層氣開展AVO研究的地質(zhì)基礎(chǔ)。AVO 技術(shù)研究方法分為正演、反演兩大類。 正演模型研究結(jié)果來可以用來指導(dǎo) AVO 屬性反演進行儲層含油氣性預(yù)測。

4.1 AVO正演

為了研究煤層含氣與不含氣的AVO差異，本次正演選用q14-32井，累計產(chǎn)氣量54000m3和q17-33井，累計產(chǎn)氣量為0。通過AVO 正演模擬，建立了本地區(qū)煤層氣高含氣后的AVO異常模式并確立了適合本地區(qū)的 AVO異常響應(yīng)特征屬性。

圖4 q17-33井AVO響應(yīng)特征

圖5 q14-32井AVO響應(yīng)特征

圖6 沁南東3號煤遠道與近道振幅比

圖7 沁南東三維區(qū)AVO橫波反射率預(yù)測3號煤含氣分布圖

根據(jù)AVO正演模型表明(圖4、圖5)，該區(qū)3號煤高含氣與不含氣或低含氣的AVO響應(yīng)類型不同。3號煤不含或低含氣時，3號煤底為第一類AVO響應(yīng)類型，具正截距、負(fù)梯度、振幅隨偏移距或入射角增大而減小的特征，在剖面上表現(xiàn)為暗點；當(dāng)3號煤高含氣時，3號煤底振幅隨偏移距增大幾乎無變化，在剖面上表現(xiàn)為“相對亮點”，即在疊后地震剖面上，只要3號煤不是弱反射，就可能含工業(yè)氣，以此為依據(jù)提取了遠道與近道振幅之比(圖6)，與井標(biāo)定可以定義振幅比小于0.8為低含氣或者不含氣，大于0.8為高含氣井。

4.2 AVO反演

通過AVO反演，可得到斜率(G)、截距(P)、偽泊松比(P+G)、流體因子(P*G)、橫波反射率(P-G)等AVO派生屬性參數(shù)，為更好地突出煤層氣AVO 異常,利用煤層氣的AVO 的截距與梯度符號相反的特征,選用橫波反射率(P-G)能更好的檢測含氣性。

從3號煤AVO屬性橫波反射率與實鉆井對比分析，結(jié)果表明，橫波反射率與3號煤含氣量相關(guān)性好，可以用來預(yù)測流體富集區(qū)。

從3號煤橫波反射率屬性平面圖(圖7)上看：3號煤西部含氣高于東部，西北部最高。

5 預(yù)測效果評價

沁南東三維示范區(qū)3號煤最大波谷振幅、瞬時頻率、吸收衰減、遠近道振幅比及AVO反演屬性這五種技術(shù)方法預(yù)測結(jié)果基本一致，增強了預(yù)測的可靠性。預(yù)測結(jié)果表明3號煤西部含氣好于東部。

與實際20口井的生產(chǎn)氣量與成果圖進行標(biāo)定，振幅屬性與已知井吻合較好達70%、遠近道振幅之比與井吻合率為62%，AVO反演預(yù)測結(jié)果與井吻合率為66%，；吸收衰減吻合率較低為45%，分析主要原因是本地區(qū)煤層屬于高階煤，變質(zhì)程度較高，基本有煤的地方就有煤層氣，只有含氣豐度的差別，而吸收衰減異常對含氣量的變化不敏感，因此吸收衰減預(yù)測含氣方法不適用于高階煤煤層氣中，即本地區(qū)含氣性預(yù)測結(jié)果以疊后振幅屬性與疊前AVO技術(shù)為主。

6 結(jié)論

(1) 煤層含氣后振幅增強，可以用振幅屬性定性預(yù)測煤層的含氣性；

(2)煤層低含氣或者不含氣時，煤層表現(xiàn)為振幅隨偏移距增大而減小，為“暗點”反射特征；煤層高含氣時，振幅隨偏移距增大幾乎無變化，為“相對亮點”特征，AVO屬性中橫波反射率(P-G)與井的生產(chǎn)情況吻合最好；

(3)能量吸收衰減不適應(yīng)于高階煤的含氣性預(yù)測；

(4)不同的儲層含氣后的地球物理響應(yīng)特征不盡相同，因此含氣性預(yù)測方法對不同儲層也有不同的適應(yīng)性，通過正演可以驗證方法的可行性，與井對比標(biāo)定可以優(yōu)選出針對本地區(qū)最優(yōu)的方法與屬性，但是預(yù)測技術(shù)也有一定局限性，在實際運用過程中我們還需綜合利用地質(zhì)資料，測井資料才能進一步精確預(yù)測油氣富集區(qū)。