沁水盆地鄭莊示范區CRP地震儲層預測實踐

2013-12-03 02:12:42馮小英

長江大學學報(自科版) 2013年20期

馮小英

（長江大學地球物理與石油資源學院，湖北武漢430100）

（中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘062552）

秦鳳啟，焦勇，劉浩強

汪劍，邢福松，賈敬（中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘062552）

唐鈺童（中石油華北油田分公司煤層氣勘探開發分公司，山西晉城048000）

沁水盆地是華北古生代克拉通盆地經后期改造變形，在山西隆起背景上形成的沉積構造盆地，其石炭、二疊系發育有含煤巖系，煤層氣以吸附狀態賦存于其中并聚集成藏，是我國較大的煤層氣田產地。鄭莊示范區位于沁水盆地的南段，主要可采煤層氣層系為二疊系山西組3＃煤及石炭系太原組15＃煤。下面，筆者以鄭莊示范區二疊系山西組3＃煤為例介紹煤層氣地震儲層預測技術、方法及其應用效果。

1 基本概況

1.1 地質條件

二疊系山西組沉積中期，示范區內濱海湖泊或瀉湖海灣泥巖經海水淡化后，演變為沼澤或泥灰沼澤沉積，形成發育穩定的3＃煤層。區內的3＃煤層一般埋深500～850m，厚度為4～7m；煤質好，變質程度較高，鏡質組含量66%～97%，灰分8%～15%，屬高煤階無煙煤；煤層孔隙以微孔為主，發育了少量的中孔和大孔，孔隙中值半徑0.02～63.57μm、有效孔隙度3.8%～4.3%，滲透率（0.136～3.42）×10－3μm2，晉試1井電鏡掃描結果顯示，割理密度約500條／m，寬約1μm，煤層內正交或斜交割理網狀組合微裂縫發育，滲透性變好，為特低孔特低滲裂縫性儲層；煤層吸附能力強，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氣藏。

1.2 測井電性特征

鄭莊示范區3＃煤電性特征明顯，具有“三高二低”的曲線特征。即高電阻、高中子、高時差，低密度、低伽瑪；并且3＃煤上下致密砂巖及泥巖圍巖較為致密，表現為高速度高密度，為3＃煤構成了良好的蓋層條件和封隔條件。

1.3 地震資料品質

鄭莊示范區CRP（共射線參數）道集經過了振幅的保真處理，目的層段的資料品質較高，最大入射角保留到45°，能夠滿足第三、四類AVO （振幅隨炮檢測變化）異常對地震資料的基本要求。為開展AVO流體預測、應力場數值模擬及各向異性裂縫檢測提供了基礎保障。

2 儲層預測存在的問題與研究思路

通過對示范區地震、地質等條件的分析，認為儲層預測主要存在問題如下：一是現有地震資料目的層段的主頻40Hz，層速度在2400～2600m／s左右，地震可識別的最小厚度約為15m （相當1／4波長），而3＃煤厚度為4～7m，地震資料難以分辨3＃煤；二是受垂向分辨率的影響，幾套薄層干涉形成復合地震波，難以準確標定某一薄層［1－4］；三是3＃煤為裂縫性儲層，非均質較強，對其裂縫密度大小方向的預測難度較大；四是高含氣煤層與低含氣煤層的測井差異小，對煤層含氣量大小的定量預測難度較大。

針對以上存在問題，利用現有的儲層預測技術手段，采用了如下研究思路：一是精細井震合成記錄標定，加強離散合成記錄標定，分析每一薄層反射強弱及其對地震軸貢獻大小，以指導預測結果的解釋；二是應用波阻抗模型反演等方法，落實煤層分布范圍、厚度變化的情況；三是利用疊后頻率衰減、疊前AVO反演預測煤層氣富集區塊；四是利疊后相干曲率屬性、疊前應力場數值模擬及各向異性裂縫檢測等技術，預測煤層裂縫密集帶。

3 技術實現

3.1 精細井震標定

層位標定是井震結合的紐帶，精確的井震標定是獲得高精度儲層預測的基礎。

層位標定中子波的提取，應盡量使所提取的子波波形主峰突出，旁瓣小而對稱，有效頻帶范圍內振幅譜單峰，峰頂平滑，相位譜近常相位。力求合成地震記錄與井旁地震記錄達到在正確的時深關系下匹配最佳、相關系數最高［5］。根據該區20多口資料較全、分布較均井的標定結果，合成地震記錄與井旁地震道相關較好，相關系數均大于0.7。

在合成地震記錄標定組、段、亞段的基礎上，制作離散合成記錄（見圖1），分析每一套薄層反射強弱及其對地震反射同相軸貢獻大小，有針對性地解釋預測結果。

圖1 zx34合成地震記錄與離散合成記錄標定

3.2 測井約束波阻抗模型反演

由自然伽馬與波阻抗交會（見圖2）分析可知，該區3＃煤為低波阻抗，波阻抗門檻值為3000～6000mg／（cm3·s），致密砂巖為高波阻抗，泥巖波阻抗具中，門檻值分別為10000～14000、6500～12000mg／（cm3·s），因此，波阻抗反演能夠較好地辨別3＃煤、致密砂巖及泥巖，故采用波阻抗反演的方法來落實煤層的空間展布形態。又因示范區勘探程度較高，鉆井數較多，3＃煤為薄層，故優選分辨率較高的測井約束模型反演方法開展波阻抗反演。

在反演過程中，采用點標定－線約束－體運算－分段描述的反演預測流程。即準確的標定，正確的模型，最佳參數組合，得到正確的反演結果［6－7］。并且，在平面成圖時，需注意時窗與波阻抗門檻值的選取。

最終的反演結果與實鉆符合較好。區內36口井實鉆3＃煤厚度4～70m，預測厚度4～10m，各井3＃煤實鉆厚度與預測厚度絕對誤差小于0.3m，相對誤差小于7%。由波阻抗反演剖面圖（見圖3）可以看出，3＃煤縱向清晰可辨，橫向延伸自然，表明波阻抗模型反演針對薄儲層的空間展布預測效果良好。

圖2 自然伽馬與波阻抗交會圖

圖3 連井線波阻抗反演剖面圖

3.3 疊后頻率衰減屬性

依據示范區單井實際狀況，定義噸煤含氣量大于15m3／t、日產氣大于1000m3為高含氣；噸煤含氣量在8～15m3／t之間、日產氣在500～1000m3為之間為低含氣；噸煤含氣量在小于8m3／t、日產氣小于500m3為干層。比多屬性分維交會分析表明：3＃煤層含氣后頻率衰減明顯異常值增大［11］，為49～57，而煤層不含氣低頻衰減值小于51。因此，可開展頻率衰減屬性預測3＃煤含氣性變化。

由3＃煤頻率衰減屬性平面圖（見圖4）上看，對應衰減高值區為煤層含氣后的響應，由此預測的煤層含氣平面分布范圍，除zx37與zx40與實際情況不符，其他井均與實際相符合。應用結果表明，疊后頻率衰減屬性可識別含氣與不含氣，半定量預測含氣量大小，但不能定量預測含氣量的大小。

圖4 頻率衰減屬性預測煤層含氣平面范圍圖

3.4 疊前AVO反演

由于煤層氣富集區往往就是節理密集帶，節理密集帶表面積大、吸附能力強，并具有方向性，使得橫波速度比縱波速度降得快，泊松比變化明顯，AVO效應增強。區內多口關鍵井的AVO正演模型表明，該區3＃煤高含氣與不含氣或低含氣的AVO響應類型不同，而且3＃煤頂底的AVO響應類型也不同。當3＃煤高含氣時（見圖5），3＃煤頂為第四類AVO響應類型，為負截距、正梯度、振幅隨偏移距或入射角增大而減小，3＃煤底為第一類AVO響應類型，為正截距、負梯度、振幅隨偏移距或入射角增大而減小；當3＃煤不含或低含氣時，3＃煤AVO響應不明顯。利用3＃煤頂的第4類AVO響應類型、5種AVO屬性剖面與實鉆井對比分析，結果表明，流體因子與3＃煤高含氣相關性最好。故選用流體因子預測煤層氣富集區。從3＃煤AVO流體因子屬性平面圖（見圖6）上看：與疊后頻率衰減平面圖（見圖4）符合較好，并與實鉆井對比良好，表明AVO技術預測高含氣煤層效果較好。實踐中，可先用疊后屬性預測3＃煤含氣區，然后用疊前AVO反演預測3＃煤高含氣區，以全面了解3＃煤含氣情況。

圖5 zs25井3＃煤高含氣時煤氣層頂底AVO正演模型

圖6 3＃煤AVO流體因子屬性平面圖

3.5 疊前應力場模擬與各向異性裂縫檢測

裂縫的存在導致地震波場的各向異性，使得地震波反射振幅、能量或頻率等參數隨方位角的變換而變化［10］，利用疊前分方向角道集數據，可以開展應力場數值模擬及各向異性裂縫檢測，分析應力場的變化特征，可判斷應力場性質，并將其作為判斷裂縫密度大小方位的參考依據。由3＃煤應力場模擬平面圖（見圖7）可以看出，示范區3＃煤應力場表現為張性，主應力方向為北西向，垂直于大斷層及裂縫走向。

常規的疊后相干、曲率等屬性可預測大尺度裂縫分布規律，由3＃煤相干＋傾角＋方位角平面圖（見圖8）可清楚地展示示范區斷裂平面發育情況，主斷裂為北東走向。

由3＃煤各向異性裂縫檢測平面圖（見圖9）看：疊前各向異性檢測可預測煤層割理縫，示范區割理縫發育帶與含氣發育區對應（見圖7），表明煤層氣為吸附氣，主要吸附在割理縫發育區，大尺度裂縫不利于氣的保存。總之，用應力場定裂縫性質，疊后相干曲率等預測大尺度裂縫，用各向異性裂縫檢測技術預測煤層割理縫，取得了較好應用效果。