地球物理含气性预测技术在煤层气中的应用——以沁南东三维区为例

刘 慧 张 浩 冯小英 武 函 田思思

(中国石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北 062552)

煤层气藏与常规天然气藏不同，煤层气属于自生自储型，煤层既是烃源岩，也是储集岩。煤层气以三种状态存在于煤层之中，即吸附态、游离态和溶解态，与常规天然气的游离态相比，80%以上的煤层气以吸附态存在。本次研究将常规油气藏的含气预测技术运用到煤层气中，总结出煤层含气后的地球物理响应特征并且探讨地球物理技术预测煤层含气的适用性。

1 地质概况

沁南东地区发育两套稳定的煤层即3号煤和15号煤，本次研究以3号煤为主。3号煤层埋深500～850 m，厚度为4～7m；煤质好，变质程度较高，属高煤阶无烟煤；吨煤含气量一般为12～23m3/t，最高近40m3/t，含气饱和度90%～98%，属高饱和、高含气吸附型自生自储式非常规气藏。

2 地震属性

地震属性技术对揭示地质体的客观现象与展布特征具有十分重要意义，由于气层的黏滞性和低速传播特征，因此含气层往往表现出地震反射强度的变化。

为了优选属性，以工区内煤层分布状况建立了正演模型，模拟结果表明(图1)，煤层高含气后，由于速度变得更低，加大了负反射系数，使得最大波谷变得更强，不含气或低含气时反射变弱。因此可利用振幅属性来定性预测煤层含气情况。

图1 沁南三维示范区含气量正演模拟

由于煤层具低速度、低密度特点，3号煤层为强反射，煤层含气后速度、密度均降低，加大了波阻抗差，振幅变得更强。 不含气或低含气振幅相对较弱。从过井剖面(图2)看出，标定表明本区振幅强弱与井的含气性有一定吻合关系。例如q17-27井含气量17.65m3/t，累计产气56379m3，相应的3号煤层表现为强振幅；而q16-31井的含气量6.9m3/t，累计产气0，对应的3号煤层表现为弱振幅。工业气井的振幅较强，不含气或低含气振幅较弱。

图2 q16-25～q17-27～q16-31的连井地震剖面

3 能量吸收衰减

当地层含有烃类尤其是含气时，会导致地层的吸收衰减系数变大，地震波通过时，表现为“低频共振，高频衰减”的特征，利用这个特征，通过离散傅里叶变换将时间域的三维地震数据体分为频率域间隔5Hz的离散能量数据体， 我们截取高频率段进行子波振幅谱拟合，提取衰减的信号作为衰减属性。

通过不同产气量井衰频测试表明：频率衰减梯度属性对煤含气较为敏感，煤层高含气后起始频率衰减明显异常值增大，而煤层不含气衰减值很小。

从3号煤层频率衰减属性平面图上看(图3)，频率衰减大值区为煤层气相对富集区。预测表明3号煤西部含气好于东部。呈片状展布，中间以中华断裂、文昌断裂相隔开。含气量高值区被断裂分为三个北东向展布的条带。

图3 沁南东起始频率衰减梯度属性预测3号煤含气分布图

4 叠前AVO技术

煤层气富集区往往割理缝发育，比表面积大、吸附能力强使得纵波速度减小，泊松比降低，煤层气的AVO效应增强，这是煤层气开展AVO研究的地质基础。AVO 技术研究方法分为正演、反演两大类。 正演模型研究结果来可以用来指导 AVO 属性反演进行储层含油气性预测。

4.1 AVO正演

为了研究煤层含气与不含气的AVO差异，本次正演选用q14-32井，累计产气量54000m3和q17-33井，累计产气量为0。通过AVO 正演模拟，建立了本地区煤层气高含气后的AVO异常模式并确立了适合本地区的 AVO异常响应特征属性。

图4 q17-33井AVO响应特征

图5 q14-32井AVO响应特征

图6 沁南东3号煤远道与近道振幅比

图7 沁南东三维区AVO横波反射率预测3号煤含气分布图

根据AVO正演模型表明(图4、图5)，该区3号煤高含气与不含气或低含气的AVO响应类型不同。3号煤不含或低含气时，3号煤底为第一类AVO响应类型，具正截距、负梯度、振幅随偏移距或入射角增大而减小的特征，在剖面上表现为暗点；当3号煤高含气时，3号煤底振幅随偏移距增大几乎无变化，在剖面上表现为“相对亮点”，即在叠后地震剖面上，只要3号煤不是弱反射，就可能含工业气，以此为依据提取了远道与近道振幅之比(图6)，与井标定可以定义振幅比小于0.8为低含气或者不含气，大于0.8为高含气井。

4.2 AVO反演

通过AVO反演，可得到斜率(G)、截距(P)、伪泊松比(P+G)、流体因子(P*G)、横波反射率(P-G)等AVO派生属性参数，为更好地突出煤层气AVO 异常,利用煤层气的AVO 的截距与梯度符号相反的特征,选用横波反射率(P-G)能更好的检测含气性。

从3号煤AVO属性横波反射率与实钻井对比分析，结果表明，横波反射率与3号煤含气量相关性好，可以用来预测流体富集区。

从3号煤横波反射率属性平面图(图7)上看：3号煤西部含气高于东部，西北部最高。

5 预测效果评价

沁南东三维示范区3号煤最大波谷振幅、瞬时频率、吸收衰减、远近道振幅比及AVO反演属性这五种技术方法预测结果基本一致，增强了预测的可靠性。预测结果表明3号煤西部含气好于东部。

与实际20口井的生产气量与成果图进行标定，振幅属性与已知井吻合较好达70%、远近道振幅之比与井吻合率为62%，AVO反演预测结果与井吻合率为66%，；吸收衰减吻合率较低为45%，分析主要原因是本地区煤层属于高阶煤，变质程度较高，基本有煤的地方就有煤层气，只有含气丰度的差别，而吸收衰减异常对含气量的变化不敏感，因此吸收衰减预测含气方法不适用于高阶煤煤层气中，即本地区含气性预测结果以叠后振幅属性与叠前AVO技术为主。

6 结论

(1) 煤层含气后振幅增强，可以用振幅属性定性预测煤层的含气性；

(2)煤层低含气或者不含气时，煤层表现为振幅随偏移距增大而减小，为“暗点”反射特征；煤层高含气时，振幅随偏移距增大几乎无变化，为“相对亮点”特征，AVO属性中横波反射率(P-G)与井的生产情况吻合最好；

(3)能量吸收衰减不适应于高阶煤的含气性预测；

(4)不同的储层含气后的地球物理响应特征不尽相同，因此含气性预测方法对不同储层也有不同的适应性，通过正演可以验证方法的可行性，与井对比标定可以优选出针对本地区最优的方法与属性，但是预测技术也有一定局限性，在实际运用过程中我们还需综合利用地质资料，测井资料才能进一步精确预测油气富集区。