孫斌 楊敏芳 孫霞 孫粉錦

1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 4.中國石油華北油田公司審計(jì)處

基于地震AVO屬性的煤層氣富集區(qū)預(yù)測(cè)

孫斌1,2楊敏芳3孫霞4孫粉錦1,2

1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 4.中國石油華北油田公司審計(jì)處

為了判定AVO技術(shù)是否能夠用于對(duì)煤層氣的預(yù)測(cè),研究了煤儲(chǔ)層含氣性與地震AVO屬性之間的關(guān)系,獲得煤儲(chǔ)層參數(shù)與地震波彈性參數(shù)之間的關(guān)系式及其AVO響應(yīng)特征,發(fā)現(xiàn)煤儲(chǔ)層的含氣量隨縱波速度、橫波速度、密度的增大而減小。對(duì)鄂爾多斯盆地大寧—吉縣地區(qū)5#煤層進(jìn)行了AVO數(shù)值模擬,并預(yù)測(cè)出其煤層氣的相對(duì)富集區(qū)。AVO數(shù)值模擬結(jié)果表明,高產(chǎn)井所在的煤儲(chǔ)層一般有較強(qiáng)的AVO異常。結(jié)論認(rèn)為:利用AVO屬性能夠?qū)γ簩託獾母患瘏^(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)并為煤層氣井位的部署提供依據(jù)。

煤層氣 AVO技術(shù) 地震響應(yīng)特征 含氣量 彈性參數(shù) 數(shù)值模擬 大寧—吉縣地區(qū)

煤層含氣量的多少將造成其地球物理特性的差異,會(huì)產(chǎn)生不同的AVO地震響應(yīng)。例如,在美國圣胡安盆地Cedar Hill煤層氣田根據(jù)AVO探測(cè)煤層氣的成果布置鉆井而獲得高產(chǎn),證明利用AVO技術(shù)對(duì)煤層氣進(jìn)行預(yù)測(cè)是可行的[1]。為此,筆者以鄂爾多斯盆地大寧—吉縣地區(qū)為例,利用AVO地震屬性探討了煤儲(chǔ)層含氣量與地震彈性參數(shù)(密度、縱波速度、橫波速度)之間的關(guān)系及AVO地震響應(yīng)特征,對(duì)該區(qū)5#煤煤層氣富集區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

大寧—吉縣地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶中南段,呈西傾單斜構(gòu)造。主要含煤地層為下二疊統(tǒng)山西組,含煤層數(shù)有十幾層,其中山西組的5#煤層全區(qū)分布較穩(wěn)定,是煤層氣勘探開發(fā)主要目的層[2-4],煤層埋深為700～1 100 m,厚度為1.5～7.2 m,其中厚度超過5 m的煤層主要位于午城—窯渠地區(qū),向東煤層厚度逐漸變薄(圖1)。

5#煤層煤質(zhì)主要以半亮型煤為主,鏡質(zhì)組反射率為1.34%～2.09%,吸附飽和度較高(70.5%～95%),有利于煤層氣的解吸和利用[1]。該區(qū)煤層氣資源豐富,5#煤層煤層氣資源量為5 009.42×108m3,占全區(qū)資源總量的54.6%[5]。

圖1 大寧—吉縣地區(qū)5#煤層厚度分布圖

1 煤層含氣性AVO響應(yīng)特征

1.1 煤層含氣量與彈性參數(shù)之間的關(guān)系

整理收集到的單井?dāng)?shù)據(jù),以每口井5#煤層的全部測(cè)定數(shù)據(jù)組成一個(gè)樣點(diǎn),對(duì)每口井進(jìn)行分析篩選,剔除誤差較大的數(shù)據(jù)點(diǎn),最后將整理后的含氣量數(shù)據(jù)與各彈性參數(shù)進(jìn)行交匯分析(圖2-a、b、c)。從圖2中可看出:5#煤層含氣量隨彈性參數(shù)(密度、縱波速度、橫波速度)的增大而減小,存在一定的線性擬合關(guān)系。圖2中:ρ為密度,g/cm3;vp為縱波速度,m/s;vs為橫波速度,m/s;Vg為含氣量,m3/t。

圖2 含氣量和彈性參數(shù)交會(huì)圖

煤層氣在煤儲(chǔ)層中呈雙相富存的特征,90%以上煤層氣以吸附態(tài)存在于微孔隙的表面積,而微孔隙的表面積是煤層氣富集的主要影響因素。微孔隙的發(fā)育及數(shù)量必然影響煤層的密度,導(dǎo)致密度減小。又由于速度和密度存在一定的正比例關(guān)系,即密度的減小會(huì)導(dǎo)致速度的降低[6]。即含氣量與彈性參數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,符合煤層氣富集的普遍規(guī)律。

從圖2中樣點(diǎn)的分布情況看出,參與統(tǒng)計(jì)分析的樣點(diǎn)數(shù)量有限且比較分散,導(dǎo)致擬合程度偏低。在定量預(yù)測(cè)中應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎使用這些關(guān)系,而在AVO異常解釋中,定性地使用這些關(guān)系是合理的。

1.2 煤層含氣量對(duì)AVO響應(yīng)特征的影響

從含氣量與彈性參數(shù)之間的擬合關(guān)系可以推導(dǎo)出以下轉(zhuǎn)化關(guān)系式,由于含氣量的多少會(huì)影響到煤層的彈性參數(shù),通過轉(zhuǎn)化公式,可由含氣量數(shù)據(jù)獲得煤儲(chǔ)層彈性參數(shù)。

建立地質(zhì)模型:煤層頂板、煤層、煤層底板等3層。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定煤層頂、底板泥巖彈性參數(shù):vp=3 995.9 m/s、vs=2 048 m/s、ρ=2.55 g/cm3,煤儲(chǔ)層的彈性參數(shù)可通過3個(gè)轉(zhuǎn)化關(guān)系式計(jì)算獲得。假設(shè)Vg從20 m3/t變化到0,根據(jù)3個(gè)轉(zhuǎn)化關(guān)系式計(jì)算出相應(yīng)的煤層氣儲(chǔ)層彈性參數(shù)(表1),將計(jì)算的彈性參數(shù)代入Shuey簡化公式[7],求得與假設(shè)的各個(gè)Vg值相對(duì)應(yīng)的截距和梯度屬性(圖3)。

表1 不同的含氣量對(duì)應(yīng)的彈性參數(shù)數(shù)據(jù)表

圖3 煤層頂、底板界面截距、梯度圖

圖3展示了煤儲(chǔ)層頂、底板反射界面情況:頂、底板反射界面的截距、梯度分別是相反的,即頂板反射界面是負(fù)截距正梯度,而底板反射界面是正截距負(fù)梯度[8]。當(dāng)Vg=0時(shí),頂板反射界面的截距為-0.37,梯度為+0.36,而底板反射界面的截距為+0.37,梯度為-0.36;當(dāng)Vg=20 m3/t時(shí),頂板反射界面截距減小至-0.61,梯度增大至+0.59,而底板反射界面截距增大至+0.61,梯度減小至-0.59,這種對(duì)稱性主要是因?yàn)榈刭|(zhì)模型是對(duì)稱的?？傊?煤層頂板和底板的截距、梯度的絕對(duì)值隨著煤層含氣量增加而增大。

1.3 5#煤層的AVO數(shù)值模擬

設(shè)定煤層氣高產(chǎn)井的產(chǎn)氣量Q≥1 000 m3/d,而低產(chǎn)井Q<1000 m3/d,對(duì)高、低產(chǎn)氣井分別進(jìn)行AVO數(shù)值模擬研究[9]。

結(jié)果發(fā)現(xiàn):①高產(chǎn)井5#煤層的頂板反射界面對(duì)應(yīng)的是地震剖面的負(fù)同相軸,反射振幅隨偏移距的增加而減小,呈現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)截距、正梯度異常;底板反射界面對(duì)應(yīng)的是地震剖面的正同相軸,其反射振幅也隨偏移距的增加而減小,但呈現(xiàn)較強(qiáng)的正截距、負(fù)梯度異常。此結(jié)果證明高產(chǎn)井的儲(chǔ)層一般能夠形成較強(qiáng)的AVO異常(圖4)。②低產(chǎn)井5#煤層儲(chǔ)層頂、底板反射界面分別對(duì)應(yīng)地震剖面的負(fù)同相軸和正同相軸,但正、負(fù)同相軸的反射振幅基本上不隨偏移距的變化而變化,幾乎無AVO異常或AVO異常很弱(圖5)。

圖4 高產(chǎn)井5#煤的AVO響應(yīng)特征圖

圖5 低產(chǎn)井5#煤的AVO響應(yīng)特征圖

2 應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 地震測(cè)線AVO異常解釋

通過對(duì)煤層氣井的AVO數(shù)值模擬,獲得井的AVO信息,將此信息同地震測(cè)線AVO屬性進(jìn)行比較,以尋找AVO異常區(qū)。選擇離地震測(cè)線較近的井進(jìn)行AVO正演數(shù)值模擬,從井旁CDP道集中反復(fù)提取地震子波,使提取的地震子波與反射系數(shù)進(jìn)行褶積,得到合成CDP道集。將合成CDP道集與實(shí)際CDP道集進(jìn)行比較,誤差值最小的CDP道集即為最終合成CDP道集。然后對(duì)其進(jìn)行AVO反演處理,獲得截距、梯度屬性剖面。在AVO正演數(shù)值模擬獲得的合成CDP道集上,對(duì)應(yīng)5#煤層的同相軸展示了振幅隨偏移距增大而減小的特征,和AVO反演結(jié)果對(duì)應(yīng)的關(guān)系是:對(duì)于負(fù)同相軸,是負(fù)截距、正梯度異常;對(duì)于正同相軸,是正截距、負(fù)梯度異常,這正是煤層氣富集的反映。

為更好地突出煤層氣AVO異常,把截距、梯度數(shù)據(jù)體進(jìn)行相減運(yùn)算,取差值的振幅包絡(luò)屬性作圖,獲得綜合解釋剖面圖(圖6)。由于煤層氣的AVO異常特點(diǎn)是截距與梯度符號(hào)相反,因此差值增強(qiáng)了與煤層氣富集相關(guān)的AVO異常,而削弱AVO反演噪音。截距、梯度差值的包絡(luò)屬性,將把頂、底板反射界面相關(guān)的同相軸異常合并顯示為同一個(gè)同相軸,突出了AVO異常范圍。圖6中沿2條藍(lán)線(即5#煤層頂板、底板的位置)的紫紅色位置是煤層氣富集區(qū)。

圖6 綜合解釋剖面圖

2.2 含氣富集區(qū)預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)

綜合分析AVO屬性數(shù)據(jù)、地質(zhì)資料等進(jìn)行研究,在大寧—吉縣地區(qū)預(yù)測(cè)出4個(gè)煤層氣富集有利區(qū),其中研究區(qū)的東部午城—窯曲區(qū)帶為煤層氣富集高產(chǎn)區(qū),此區(qū)日產(chǎn)氣量大于1 000 m3為高產(chǎn)井,并且有很強(qiáng)的AVO異常。3個(gè)煤層氣富集中等產(chǎn)區(qū)分別位于研究區(qū)的南部和西部。這3個(gè)中等產(chǎn)區(qū)地震測(cè)線AVO異常較弱,試氣不很理想,儲(chǔ)層埋藏深度較大或水文地質(zhì)條件較差,不利于煤層氣開采。

綜上所述:AVO處理和解釋成果成功地預(yù)測(cè)了地震測(cè)線5#煤煤層氣富集的部位。測(cè)井AVO正演數(shù)值模擬獲得的AVO響應(yīng)特征與實(shí)測(cè)CDP道集的特征相符。

3 結(jié)論

1)煤層含氣量與彈性參數(shù)之間存在一定的線性關(guān)系,隨密度、縱波速度、橫波速度的增大而減小;煤層氣儲(chǔ)層頂、底板反射振幅都隨偏移距增大而減小,頂板反射界面呈負(fù)截距、正梯度異常,而底板反射界面呈正截距、負(fù)梯度異常。

2)高產(chǎn)井儲(chǔ)層一般都有較強(qiáng)的AVO異常。利用AVO屬性能夠預(yù)測(cè)煤層氣富集區(qū)并為煤層氣井位的部署提供依據(jù)。

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Prediction of coalbed methane enrichmen t zones based on AVO attributes

Sun Bin1,2,Yang M infang3,Sun Xia4,Sun Fenjin1,2
(1.China University of M ining and Technology,Beijing 100083,China;2.L angfang B ranch,Petroleum Exp loration&Development Research Institute,PetroChina,Langfang,Hebei 056007,China;3.China University of Geosciences,Beijing 100083,China;4.A uditing Department of PetroChina H uabei Oilfield Company,Renqiu,Hebei 062552,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 6,pp.15-18,6/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

In order to identify if the AVO technology can be also used for the p rediction of coalbed methane gas,this paper studies the relationship between gas po tentialof coal beds and its AVO attributes.A relational exp ression between coal reservoir parameters and seismic wave elasticity parameters is established and their AVO responses are defined.It is discovered that the gas content of coal reservoirs is decreasing w ith the increase of P- and S-wave velocities aswell as density.The AVO numerical simulation is performed on the coal bed 5#in the Daning-Jixian area of the Ordos Basin to p redict the relative CBM enrichment zones.The simulation results show that the coal reservoirs w ith high-yielding wells generally show relatively strong AVO abnormal phenomena.Field app lication show s that AVO attributes can be used to p redict CBM enrichment zones,thus p roviding a robust basis for CBM well emp lacement. Key words:coalbed methane,AVO technique,seismic response,gas content,Daning-Jixian area,elasticity parameter,numerical simulation

國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“大型油氣田與煤層氣開發(fā)”(編號(hào):2008ZX05033)。

孫斌,1969年生,高級(jí)工程師,博士;從事煤層氣勘探部署、綜合研究工作,已發(fā)表論文20余篇,出版專著8部。地址:(065007)河北省廊坊市44號(hào)信箱煤層氣研究所。電話:(010)69213105,13832693230。E-mail:s-bin@petrochina.com.cn

孫斌等.基于地震AVO屬性的煤層氣富集區(qū)預(yù)測(cè).天然氣工業(yè),2010,30(6):15-18.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.004

2010-03-24 編輯 羅冬梅)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.004

Sun Bin,senio r engineer,was bo rn in 1969.He is engaged in CBM exp loration dep loyment and comp rehensive research.

Add:Mail Box 44,Wanzhuang,Langfang,Hebei 065007,P.R.China

Tel:+86-10-6921 3105E-mail:s-bin@petrochina.com.cn