煤田地質(zhì)資料深度開發(fā)及其在煤系氣勘探中的應(yīng)用

竇新釗 張文永 孫 貴 丁 海

(1.安徽省煤田地質(zhì)局勘查研究院，安徽 230088；2.安徽省非常規(guī)天然氣工程技術(shù)研究中心，安徽 230088；3. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院,安徽 230000)

1 煤田地質(zhì)資料深度開發(fā)存在的主要問題

在最近幾年煤系氣勘探工作中發(fā)現(xiàn)，煤系氣勘探過程中的煤田地質(zhì)資料再次利用和深度開發(fā)主要存在以下幾個(gè)方面的問題：

首先，資料管理方面，以安徽省為例，煤田系統(tǒng)以往的勘探資料呈現(xiàn)出格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)不規(guī)范、存放分散化等特點(diǎn)，致使資料難以查詢，而且利用起來不夠便捷，在后期的煤系氣勘探中發(fā)揮不出來煤田地質(zhì)資料的管理效率和服務(wù)能力。

其次，鉆井資料方面，以往煤田勘查目的層位是煤層，砂巖、泥頁巖賦存層位、巖性特征和含氣性等方面研究較為薄弱。

第三，測(cè)井資料方面，雖然以往煤田測(cè)井資料豐富，但從實(shí)際應(yīng)用來看，測(cè)井曲線資料僅在巖煤層巖性劃分及定厚解釋等方面發(fā)揮著作用，未能實(shí)現(xiàn)測(cè)井資料的深入細(xì)致解釋，這在一定程度上造成了信息資料的浪費(fèi)。

第四，地震資料方面，以往的地震解釋僅針對(duì)構(gòu)造和主要煤層，缺少砂巖、泥頁巖等層位的解釋，在后期煤系氣勘探中，需要重新開展地震資料的處理和解釋工作。

2 煤田地質(zhì)資料深度開發(fā)技術(shù)體系

2.1 總體思路

整合以往煤田勘探資料，建立煤田地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，以煤系含氣系統(tǒng)為研究對(duì)象，以煤層氣、頁巖氣和致密氣目的層為切入點(diǎn)，重新處理和解釋分析鉆井、測(cè)井和地震等煤田勘探資料，綜合分析目的層展布、有機(jī)地球化學(xué)、儲(chǔ)層物性和含氣性等參數(shù)，最終形成煤系氣勘探過程中的煤田資料深度開發(fā)技術(shù)體系。具體流程見圖1。

圖1 煤田地質(zhì)資料深度開發(fā)技術(shù)體系

2.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)方案

以安徽省為例，目前省內(nèi)煤田系統(tǒng)使用的地測(cè)軟件有“龍軟”、“煤礦空間信息系統(tǒng)”、“煤礦地測(cè)信息系統(tǒng)”等，這些系統(tǒng)都存在著基礎(chǔ)資料兼容性問題?！懊旱V地測(cè)信息系統(tǒng)”是安徽省煤田地質(zhì)局自主開發(fā)的，系統(tǒng)比較完善，基本滿足各類地質(zhì)報(bào)告、科研項(xiàng)目等使用。為了更好的利用全省的煤炭地質(zhì)資料，提高工作效率，為下一步的生產(chǎn)科研等提供地質(zhì)依據(jù)，安徽省可以“煤礦地測(cè)信息系統(tǒng)”為基礎(chǔ)，針對(duì)不同的地測(cè)軟件研發(fā)一套完整的數(shù)據(jù)接口，科學(xué)分類，統(tǒng)一格式，規(guī)范數(shù)據(jù)，完成全省各類地質(zhì)資料的整合，建立煤田地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

2.3 鉆井資料技術(shù)方案

以非常規(guī)天然氣目的層作為切入點(diǎn)，以往煤田鉆井資料再分析主要包括4項(xiàng)內(nèi)容(圖2)。(1)提取數(shù)據(jù)文件。全面整理和分析地質(zhì)報(bào)告等資料，重點(diǎn)提取單井地層綜合柱狀圖(含地層、巖性柱子、測(cè)井曲線)及其數(shù)據(jù)文件；(2)構(gòu)造-沉積環(huán)境分析。利用煤田地質(zhì)報(bào)告、鉆井報(bào)告及柱狀圖資料，分析各地區(qū)構(gòu)造、沉積特征，結(jié)合測(cè)井解釋物性與巖心分析物性特征，詳細(xì)研究沉積環(huán)境及層序；(3)地層劃分與對(duì)比。通過地層巖性、時(shí)代識(shí)別目的層位巖層界面，確定主要目的層位巖層厚度，建立各個(gè)層位對(duì)比格架；(4)多井目的層空間對(duì)比。通過對(duì)不同地區(qū)多井分析，制作連井剖面，確定目的層空間分布特征，結(jié)合構(gòu)造和沉積條件分析，確定主要煤層、頁巖和砂巖層位的厚度、層位、埋深、巖性等地質(zhì)參數(shù)。

圖2 鉆井資料技術(shù)方案

2.4 測(cè)井資料技術(shù)方案

測(cè)井方法是非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要手段，不同學(xué)者對(duì)其做了深入的研究和探討。煤田常規(guī)測(cè)井資料在煤系氣勘探中主要開展以下幾個(gè)方面內(nèi)容(圖3)。(1)測(cè)井資料及分析化驗(yàn)測(cè)試資料的分類和收集。測(cè)井資料包括區(qū)塊內(nèi)常規(guī)煤田測(cè)井資料以及其它測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。分析化驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)主要是與測(cè)井建模相關(guān)的煤層含氣量測(cè)試數(shù)據(jù)、巖石物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)、巖石聲波波速測(cè)試數(shù)據(jù)、巖石電性參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)、巖石孔滲參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)等；(2)測(cè)井曲線的標(biāo)準(zhǔn)化。選取合適的關(guān)健井、標(biāo)準(zhǔn)層為基準(zhǔn)，對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于數(shù)字測(cè)井曲線老舊的紙質(zhì)材料還存在數(shù)字化的問題。將各種測(cè)井曲線數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化后形成數(shù)據(jù)庫；(3)測(cè)井建模與解釋評(píng)價(jià)。綜合利用收集的測(cè)井資料和各類測(cè)試數(shù)據(jù)，選擇合適的測(cè)井參數(shù)，建立模型，對(duì)區(qū)塊煤層含氣量、煤層頂板巖石力學(xué)性質(zhì)、煤層頂板砂巖層段賦水性等進(jìn)行解釋評(píng)價(jià)；(4)解釋結(jié)果分析評(píng)價(jià)與應(yīng)用。結(jié)合煤層氣綜合測(cè)井資料、分析化驗(yàn)測(cè)試資料等對(duì)常規(guī)煤田測(cè)井解釋結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析、修正等。最終形成一套煤田勘探過程中適用的常規(guī)煤田測(cè)井精細(xì)解釋方法。

圖3 測(cè)井資料技術(shù)方案

2.5 地震資料技術(shù)方案

地震勘探可以提供煤層、泥頁巖、砂巖的空間分布形態(tài)、埋深、厚度、巖性甚至含氣性等地質(zhì)信息，從而進(jìn)行煤系氣富集區(qū)的預(yù)測(cè)。基于以往煤田勘探地震資料現(xiàn)狀，提出了下一步煤系氣勘探過程中地震資料重新處理和解釋的主要內(nèi)容包括如下(圖4)。(1)通過測(cè)井合成記錄標(biāo)定，地質(zhì)戴帽以及層位引入等方法，進(jìn)行時(shí)間剖面同相軸地震地質(zhì)意義的標(biāo)定，明確地震波的層位屬性，應(yīng)用二維地震資料，進(jìn)行全區(qū)的對(duì)比追蹤；(2)利用二維地震資料，以常規(guī)剖面及特征屬性剖面相結(jié)合，精細(xì)落實(shí)斷層發(fā)育特點(diǎn)，精細(xì)刻畫斷裂體系，分析構(gòu)造發(fā)育特征和演化史；(3)利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和地震速度譜，建立區(qū)內(nèi)速度場(chǎng)，進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，構(gòu)造成圖；(4)根據(jù)實(shí)際地震資料品質(zhì)和鉆井、測(cè)井等資料條件，采用地震多屬性分析技術(shù)，預(yù)測(cè)目的層(煤層、泥頁巖、砂巖)厚度變化和空間分布特征；(5)綜合精細(xì)構(gòu)造解釋成果，目的層埋深、厚度變化特征以及保存條件分析等，尋找非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)有利區(qū)域。

圖4 地震資料技術(shù)方案

3 淮南煤系氣勘探中的煤田地質(zhì)資料深度開發(fā)技術(shù)應(yīng)用

3.1 淮南煤田西部鉆井資料分析

以往淮南煤田煤系氣勘查工作主要集中在東部復(fù)向斜區(qū)域，西部很少涉及。2019年，中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心在煤田西部阜陽地區(qū)實(shí)施了一口煤系氣探井(阜××井)，通過該井與以往煤田鉆井資料的對(duì)比分析，基本查明了淮南煤田西部阜陽地區(qū)地層特征。

選取阜××井、口孜集43-2井、口孜集37-7井、口孜集31-1井、口孜集26-3井等5口井，制作一條NW向的石炭-二疊系連井剖面。通過連井剖面的對(duì)比分析，可以確定阜陽地區(qū)煤系是淮南煤田一部分，石炭-二疊紀(jì)沉積了同一套含煤地層。阜××井有機(jī)地化測(cè)試分析表明，成熟度與淮南煤田一致，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化特征，可以看出，印支運(yùn)動(dòng)前，阜陽地區(qū)與淮南煤田主體部分經(jīng)歷了相似的埋藏-受熱史。N-Q時(shí)期，區(qū)域上呈現(xiàn)為坳陷式的均勻沉降，在口孜集正斷層的控制下，阜陽地區(qū)沉積了厚度超過1000m的新生界，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于淮南煤田東部。

3.2 淮南潘集外圍地震屬性分析

3.2.1 疊后波阻抗反演

疊后波阻抗反演是根據(jù)鉆孔測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)縱向分辨率高的有利條件，對(duì)井旁地震資料進(jìn)行約束反演，并在此基礎(chǔ)上對(duì)孔間地震資料進(jìn)行反演，推斷煤系地層巖性在平面上的變化情況。從潘集外圍D5線反演剖面可以看出，在6條鉆孔測(cè)井曲線的約束下，把具有高縱向分辨率的已知測(cè)井資料與連續(xù)觀測(cè)的地震資料聯(lián)系起來，實(shí)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，大大提高地震資料的縱、橫向分辨率，從而精細(xì)厘定目的層段的厚度變化和空間分布特征。

3.2.2 瞬時(shí)振幅屬性分析

瞬時(shí)振幅是反射強(qiáng)度的量度，屬于復(fù)數(shù)道屬性，是通過將相地震道的振幅部分和相位部分分開獨(dú)立顯示計(jì)算出來的。從潘集外圍L0-1線瞬時(shí)振幅屬性圖上可以看出，煤層的瞬時(shí)振幅值較其他地層大，除了已標(biāo)示的煤層顯示較突出外，還有部分高值層位存在，說明其中還有其他類似的煤巖層，事實(shí)上確實(shí)有11煤、6煤、4煤等煤層發(fā)育，從振幅屬性形成“亮點(diǎn)”從而反映地層含氣程度的角度來說，高值層段推測(cè)是含氣地層的有利地段，也與鉆孔解釋的高含氣地段相吻合。

3.2.3 甜點(diǎn)屬性分析

甜點(diǎn)屬性是與振幅與頻率兩個(gè)屬性相關(guān)的地震屬性，一般而言，振幅增強(qiáng)，頻率變低，甜點(diǎn)屬性對(duì)油氣異常起到放大作用，從而指示出沉積地層中的局部油氣有利區(qū)，稱之為甜點(diǎn)。從潘集外圍 19～20線甜點(diǎn)屬性圖可以看出，剖面上有大小不同的甜點(diǎn)區(qū)出現(xiàn)，與主要煤層重疊，較好的反映了煤系的含氣性特征。但是，淺部地層內(nèi)出現(xiàn)了屬性值更大的“偽”甜點(diǎn)區(qū)，這是因?yàn)樘瘘c(diǎn)屬性僅是一種計(jì)算值，并不能自動(dòng)有效地指出油氣有利區(qū)，需要對(duì)目標(biāo)層段有基本的地質(zhì)認(rèn)識(shí)。