地球物理含氣性預測技術在煤層氣中的應用
——以沁南東三維區為例

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研究院，河北 062552)

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

1 地質概況

沁南東地區發育兩套穩定的煤層即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；煤質好，變質程度較高，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氣藏。

2 地震屬性

地震屬性技術對揭示地質體的客觀現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出地震反射強度的變化。

為了優選屬性，以工區內煤層分布狀況建立了正演模型，模擬結果表明(圖1)，煤層高含氣后，由于速度變得更低，加大了負反射系數，使得最大波谷變得更強，不含氣或低含氣時反射變弱。因此可利用振幅屬性來定性預測煤層含氣情況。

圖1 沁南三維示范區含氣量正演模擬

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，標定表明本區振幅強弱與井的含氣性有一定吻合關系。例如q17-27井含氣量17.65m3/t，累計產氣56379m3，相應的3號煤層表現為強振幅；而q16-31井的含氣量6.9m3/t，累計產氣0，對應的3號煤層表現為弱振幅。工業氣井的振幅較強，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

當地層含有烴類尤其是含氣時，會導致地層的吸收衰減系數變大，地震波通過時，表現為“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據體分為頻率域間隔5Hz的離散能量數據體， 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)，頻率衰減大值區為煤層氣相對富集區。預測表明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測3號煤含氣分布圖

4 疊前AVO技術

煤層氣富集區往往割理縫發育，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效應增強，這是煤層氣開展AVO研究的地質基礎。AVO 技術研究方法分為正演、反演兩大類。 正演模型研究結果來可以用來指導 AVO 屬性反演進行儲層含油氣性預測。

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，累計產氣量54000m3和q17-33井，累計產氣量為0。通過AVO 正演模擬，建立了本地區煤層氣高含氣后的AVO異常模式并確立了適合本地區的 AVO異常響應特征屬性。

圖4 q17-33井AVO響應特征

圖5 q14-32井AVO響應特征

圖6 沁南東3號煤遠道與近道振幅比

圖7 沁南東三維區AVO橫波反射率預測3號煤含氣分布圖

根據AVO正演模型表明(圖4、圖5)，該區3號煤高含氣與不含氣或低含氣的AVO響應類型不同。3號煤不含或低含氣時，3號煤底為第一類AVO響應類型，具正截距、負梯度、振幅隨偏移距或入射角增大而減小的特征，在剖面上表現為暗點；當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，就可能含工業氣，以此為依據提取了遠道與近道振幅之比(圖6)，與井標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，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，結果表明，橫波反射率與3號煤含氣量相關性好，可以用來預測流體富集區。

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 預測效果評價

沁南東三維示范區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方法預測結果基本一致，增強了預測的可靠性。預測結果表明3號煤西部含氣好于東部。

與實際20口井的生產氣量與成果圖進行標定，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反演預測結果與井吻合率為66%，；吸收衰減吻合率較低為45%，分析主要原因是本地區煤層屬于高階煤，變質程度較高，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，因此吸收衰減預測含氣方法不適用于高階煤煤層氣中，即本地區含氣性預測結果以疊后振幅屬性與疊前AVO技術為主。

6 結論

(1) 煤層含氣后振幅增強，可以用振幅屬性定性預測煤層的含氣性；

(2)煤層低含氣或者不含氣時，煤層表現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)與井的生產情況吻合最好；

(3)能量吸收衰減不適應于高階煤的含氣性預測；

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