基于地震AVO属性的煤层气富集区预测

孙斌 杨敏芳 孙霞 孙粉锦

1.中国矿业大学(北京) 2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院3.中国地质大学(北京) 4.中国石油华北油田公司审计处

基于地震AVO属性的煤层气富集区预测

孙斌1,2杨敏芳3孙霞4孙粉锦1,2

1.中国矿业大学(北京) 2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院3.中国地质大学(北京) 4.中国石油华北油田公司审计处

为了判定AVO技术是否能够用于对煤层气的预测,研究了煤储层含气性与地震AVO属性之间的关系,获得煤储层参数与地震波弹性参数之间的关系式及其AVO响应特征,发现煤储层的含气量随纵波速度、横波速度、密度的增大而减小。对鄂尔多斯盆地大宁—吉县地区5#煤层进行了AVO数值模拟,并预测出其煤层气的相对富集区。AVO数值模拟结果表明,高产井所在的煤储层一般有较强的AVO异常。结论认为:利用AVO属性能够对煤层气的富集区进行预测并为煤层气井位的部署提供依据。

煤层气 AVO技术 地震响应特征 含气量 弹性参数 数值模拟 大宁—吉县地区

煤层含气量的多少将造成其地球物理特性的差异,会产生不同的AVO地震响应。例如,在美国圣胡安盆地Cedar Hill煤层气田根据AVO探测煤层气的成果布置钻井而获得高产,证明利用AVO技术对煤层气进行预测是可行的[1]。为此,笔者以鄂尔多斯盆地大宁—吉县地区为例,利用AVO地震属性探讨了煤储层含气量与地震弹性参数(密度、纵波速度、横波速度)之间的关系及AVO地震响应特征,对该区5#煤煤层气富集区进行了预测。

大宁—吉县地区位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带中南段,呈西倾单斜构造。主要含煤地层为下二叠统山西组,含煤层数有十几层,其中山西组的5#煤层全区分布较稳定,是煤层气勘探开发主要目的层[2-4],煤层埋深为700～1 100 m,厚度为1.5～7.2 m,其中厚度超过5 m的煤层主要位于午城—窑渠地区,向东煤层厚度逐渐变薄(图1)。

5#煤层煤质主要以半亮型煤为主,镜质组反射率为1.34%～2.09%,吸附饱和度较高(70.5%～95%),有利于煤层气的解吸和利用[1]。该区煤层气资源丰富,5#煤层煤层气资源量为5 009.42×108m3,占全区资源总量的54.6%[5]。

图1 大宁—吉县地区5#煤层厚度分布图

1 煤层含气性AVO响应特征

1.1 煤层含气量与弹性参数之间的关系

整理收集到的单井数据,以每口井5#煤层的全部测定数据组成一个样点,对每口井进行分析筛选,剔除误差较大的数据点,最后将整理后的含气量数据与各弹性参数进行交汇分析(图2-a、b、c)。从图2中可看出:5#煤层含气量随弹性参数(密度、纵波速度、横波速度)的增大而减小,存在一定的线性拟合关系。图2中:ρ为密度,g/cm3;vp为纵波速度,m/s;vs为横波速度,m/s;Vg为含气量,m3/t。

图2 含气量和弹性参数交会图

煤层气在煤储层中呈双相富存的特征,90%以上煤层气以吸附态存在于微孔隙的表面积,而微孔隙的表面积是煤层气富集的主要影响因素。微孔隙的发育及数量必然影响煤层的密度,导致密度减小。又由于速度和密度存在一定的正比例关系,即密度的减小会导致速度的降低[6]。即含气量与弹性参数呈负相关关系,符合煤层气富集的普遍规律。

从图2中样点的分布情况看出,参与统计分析的样点数量有限且比较分散,导致拟合程度偏低。在定量预测中应当谨慎使用这些关系,而在AVO异常解释中,定性地使用这些关系是合理的。

1.2 煤层含气量对AVO响应特征的影响

从含气量与弹性参数之间的拟合关系可以推导出以下转化关系式,由于含气量的多少会影响到煤层的弹性参数,通过转化公式,可由含气量数据获得煤储层弹性参数。

建立地质模型:煤层顶板、煤层、煤层底板等3层。通过数据统计分析确定煤层顶、底板泥岩弹性参数:vp=3 995.9 m/s、vs=2 048 m/s、ρ=2.55 g/cm3,煤储层的弹性参数可通过3个转化关系式计算获得。假设Vg从20 m3/t变化到0,根据3个转化关系式计算出相应的煤层气储层弹性参数(表1),将计算的弹性参数代入Shuey简化公式[7],求得与假设的各个Vg值相对应的截距和梯度属性(图3)。

表1 不同的含气量对应的弹性参数数据表

图3 煤层顶、底板界面截距、梯度图

图3展示了煤储层顶、底板反射界面情况:顶、底板反射界面的截距、梯度分别是相反的,即顶板反射界面是负截距正梯度,而底板反射界面是正截距负梯度[8]。当Vg=0时,顶板反射界面的截距为-0.37,梯度为+0.36,而底板反射界面的截距为+0.37,梯度为-0.36;当Vg=20 m3/t时,顶板反射界面截距减小至-0.61,梯度增大至+0.59,而底板反射界面截距增大至+0.61,梯度减小至-0.59,这种对称性主要是因为地质模型是对称的。总之,煤层顶板和底板的截距、梯度的绝对值随着煤层含气量增加而增大。

1.3 5#煤层的AVO数值模拟

设定煤层气高产井的产气量Q≥1 000 m3/d,而低产井Q<1000 m3/d,对高、低产气井分别进行AVO数值模拟研究[9]。

结果发现:①高产井5#煤层的顶板反射界面对应的是地震剖面的负同相轴,反射振幅随偏移距的增加而减小,呈现较强的负截距、正梯度异常;底板反射界面对应的是地震剖面的正同相轴,其反射振幅也随偏移距的增加而减小,但呈现较强的正截距、负梯度异常。此结果证明高产井的储层一般能够形成较强的AVO异常(图4)。②低产井5#煤层储层顶、底板反射界面分别对应地震剖面的负同相轴和正同相轴,但正、负同相轴的反射振幅基本上不随偏移距的变化而变化,几乎无AVO异常或AVO异常很弱(图5)。

图4 高产井5#煤的AVO响应特征图

图5 低产井5#煤的AVO响应特征图

2 应用实例分析

2.1 地震测线AVO异常解释

通过对煤层气井的AVO数值模拟,获得井的AVO信息,将此信息同地震测线AVO属性进行比较,以寻找AVO异常区。选择离地震测线较近的井进行AVO正演数值模拟,从井旁CDP道集中反复提取地震子波,使提取的地震子波与反射系数进行褶积,得到合成CDP道集。将合成CDP道集与实际CDP道集进行比较,误差值最小的CDP道集即为最终合成CDP道集。然后对其进行AVO反演处理,获得截距、梯度属性剖面。在AVO正演数值模拟获得的合成CDP道集上,对应5#煤层的同相轴展示了振幅随偏移距增大而减小的特征,和AVO反演结果对应的关系是:对于负同相轴,是负截距、正梯度异常;对于正同相轴,是正截距、负梯度异常,这正是煤层气富集的反映。

为更好地突出煤层气AVO异常,把截距、梯度数据体进行相减运算,取差值的振幅包络属性作图,获得综合解释剖面图(图6)。由于煤层气的AVO异常特点是截距与梯度符号相反,因此差值增强了与煤层气富集相关的AVO异常,而削弱AVO反演噪音。截距、梯度差值的包络属性,将把顶、底板反射界面相关的同相轴异常合并显示为同一个同相轴,突出了AVO异常范围。图6中沿2条蓝线(即5#煤层顶板、底板的位置)的紫红色位置是煤层气富集区。

图6 综合解释剖面图

2.2 含气富集区预测及评价

综合分析AVO属性数据、地质资料等进行研究,在大宁—吉县地区预测出4个煤层气富集有利区,其中研究区的东部午城—窑曲区带为煤层气富集高产区,此区日产气量大于1 000 m3为高产井,并且有很强的AVO异常。3个煤层气富集中等产区分别位于研究区的南部和西部。这3个中等产区地震测线AVO异常较弱,试气不很理想,储层埋藏深度较大或水文地质条件较差,不利于煤层气开采。

综上所述:AVO处理和解释成果成功地预测了地震测线5#煤煤层气富集的部位。测井AVO正演数值模拟获得的AVO响应特征与实测CDP道集的特征相符。

3 结论

1)煤层含气量与弹性参数之间存在一定的线性关系,随密度、纵波速度、横波速度的增大而减小;煤层气储层顶、底板反射振幅都随偏移距增大而减小,顶板反射界面呈负截距、正梯度异常,而底板反射界面呈正截距、负梯度异常。

2)高产井储层一般都有较强的AVO异常。利用AVO属性能够预测煤层气富集区并为煤层气井位的部署提供依据。

[1]RAMOSA CB,朱海龙.在煤甲烷储层中应用三维AVO分析和模拟作裂缝探测[J].石油物探译丛,1998(3):59-73.

[2]孙斌,王宪花,陈彩虹,等.鄂尔多斯盆地大宁—吉县地区煤层气分布特征[J].天然气工业,2004,24(5):17-20.

[3]王红岩,刘洪林,赵庆波,等.煤层气富集成藏规律[M].北京:石油工业出版社,2005.

[4]刘蔚,诸葛月英,朱宇清,等.大宁—吉县地区煤层气测井综合研究[J].天然气工业,2004,24(5):45-47.

[5]李五忠,赵庆波,吴国干,等.中国煤层气开发与利用[M].北京:石油工业出版社,2008:73-100.

[6]DOM EN ICO SN.Effect of water saturation on seismic reflectivity of sand reservoirs encased in shale[J].Geophysics,1974,39(6):759-769.

[7]SHUEY R T.A simp lification of the Zoepp ritz Equation [J].Geophysics,1985,50(4):609-614.

[8]彭苏萍,高云峰,杨瑞召,等.AVO探测煤层瓦斯富集的理论探讨和初步实践——以淮南煤田为例[J].地球物理学报,2005,48(6):1475-1485.

[9]彭苏萍,高云峰.含煤地层振幅随偏移距变化正演模型研究[J].科学通报,2005,50(增刊1):131-137.

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

国家科技重大专项项目“大型油气田与煤层气开发”(编号:2008ZX05033)。

孙斌,1969年生,高级工程师,博士;从事煤层气勘探部署、综合研究工作,已发表论文20余篇,出版专著8部。地址:(065007)河北省廊坊市44号信箱煤层气研究所。电话:(010)69213105,13832693230。E-mail:s-bin@petrochina.com.cn

孙斌等.基于地震AVO属性的煤层气富集区预测.天然气工业,2010,30(6):15-18.

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

2010-03-24 编辑 罗冬梅)

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