沁水盆地鄭莊示范區(qū)CRP地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)實(shí)踐

馮小英

（長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)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(qiáng)

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(fā)分公司，山西 晉城048000）

沁水盆地是華北古生代克拉通盆地經(jīng)后期改造變形，在山西隆起背景上形成的沉積構(gòu)造盆地，其石炭、二疊系發(fā)育有含煤巖系，煤層氣以吸附狀態(tài)賦存于其中并聚集成藏，是我國(guó)較大的煤層氣田產(chǎn)地。鄭莊示范區(qū)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(qū)二疊系山西組3＃煤為例介紹煤層氣地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)、方法及其應(yīng)用效果。

1 基本概況

1.1 地質(zhì)條件

二疊系山西組沉積中期，示范區(qū)內(nèi)濱海湖泊或?yàn)a湖海灣泥巖經(jīng)海水淡化后，演變?yōu)檎訚苫蚰嗷艺訚沙练e，形成發(fā)育穩(wěn)定的3＃煤層。區(qū)內(nèi)的3＃煤層一般埋深500～850m，厚度為4～7m；煤質(zhì)好，變質(zhì)程度較高，鏡質(zhì)組含量66%～97%，灰分8%～15%，屬高煤階無(wú)煙煤；煤層孔隙以微孔為主，發(fā)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(jié)果顯示，割理密度約500條／m，寬約1μm，煤層內(nèi)正交或斜交割理網(wǎng)狀組合微裂縫發(fā)育，滲透性變好，為特低孔特低滲裂縫性儲(chǔ)層；煤層吸附能力強(qiáng)，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(chǔ)式非常規(guī)氣藏。

1.2 測(cè)井電性特征

鄭莊示范區(qū)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(shí)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(xiàn)為高速度高密度，為3＃煤構(gòu)成了良好的蓋層條件和封隔條件。

1.3 地震資料品質(zhì)

鄭莊示范區(qū)CRP（共射線參數(shù)）道集經(jīng)過(guò)了振幅的保真處理，目的層段的資料品質(zhì)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(cè)變化）異常對(duì)地震資料的基本要求。為開展AVO流體預(yù)測(cè)、應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬及各向異性裂縫檢測(cè)提供了基礎(chǔ)保障。

2 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)存在的問題與研究思路

通過(guò)對(duì)示范區(qū)地震、地質(zhì)等條件的分析，認(rèn)為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)主要存在問題如下：一是現(xiàn)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(shí)別的最小厚度約為15m （相當(dāng)1／4波長(zhǎng)），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(fù)合地震波，難以準(zhǔn)確標(biāo)定某一薄層［1－4］；三是3＃煤為裂縫性儲(chǔ)層，非均質(zhì)較強(qiáng)，對(duì)其裂縫密度大小方向的預(yù)測(cè)難度較大；四是高含氣煤層與低含氣煤層的測(cè)井差異小，對(duì)煤層含氣量大小的定量預(yù)測(cè)難度較大。

針對(duì)以上存在問題，利用現(xiàn)有的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)手段，采用了如下研究思路：一是精細(xì)井震合成記錄標(biāo)定，加強(qiáng)離散合成記錄標(biāo)定，分析每一薄層反射強(qiáng)弱及其對(duì)地震軸貢獻(xiàn)大小，以指導(dǎo)預(yù)測(cè)結(jié)果的解釋；二是應(yīng)用波阻抗模型反演等方法，落實(shí)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(yù)測(cè)煤層氣富集區(qū)塊；四是利疊后相干曲率屬性、疊前應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬及各向異性裂縫檢測(cè)等技術(shù)，預(yù)測(cè)煤層裂縫密集帶。

3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 精細(xì)井震標(biāo)定

層位標(biāo)定是井震結(jié)合的紐帶，精確的井震標(biāo)定是獲得高精度儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。

層位標(biāo)定中子波的提取，應(yīng)盡量使所提取的子波波形主峰突出，旁瓣小而對(duì)稱，有效頻帶范圍內(nèi)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(dá)到在正確的時(shí)深關(guān)系下匹配最佳、相關(guān)系數(shù)最高［5］。根據(jù)該區(qū)20多口資料較全、分布較均井的標(biāo)定結(jié)果，合成地震記錄與井旁地震道相關(guān)較好，相關(guān)系數(shù)均大于0.7。

在合成地震記錄標(biāo)定組、段、亞段的基礎(chǔ)上，制作離散合成記錄 （見圖1），分析每一套薄層反射強(qiáng)弱及其對(duì)地震反射同相軸貢獻(xiàn)大小，有針對(duì)性地解釋預(yù)測(cè)結(jié)果。

圖1 zx34合成地震記錄與離散合成記錄標(biāo)定

3.2 測(cè)井約束波阻抗模型反演

由自然伽馬與波阻抗交會(huì) （見圖2）分析可知，該區(qū)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(lái)落實(shí)煤層的空間展布形態(tài)。又因示范區(qū)勘探程度較高，鉆井?dāng)?shù)較多，3＃煤為薄層，故優(yōu)選分辨率較高的測(cè)井約束模型反演方法開展波阻抗反演。

在反演過(guò)程中，采用點(diǎn)標(biāo)定－線約束－體運(yùn)算－分段描述的反演預(yù)測(cè)流程。即準(zhǔn)確的標(biāo)定，正確的模型，最佳參數(shù)組合，得到正確的反演結(jié)果［6－7］。并且，在平面成圖時(shí)，需注意時(shí)窗與波阻抗門檻值的選取。

最終的反演結(jié)果與實(shí)鉆符合較好。區(qū)內(nèi)36口井實(shí)鉆3＃煤厚度4～70m，預(yù)測(cè)厚度4～10m，各井3＃煤實(shí)鉆厚度與預(yù)測(cè)厚度絕對(duì)誤差小于0.3m，相對(duì)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(duì)薄儲(chǔ)層的空間展布預(yù)測(cè)效果良好。

圖2 自然伽馬與波阻抗交會(huì)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(jù)示范區(qū)單井實(shí)際狀況，定義噸煤含氣量大于15m3／t、日產(chǎn)氣大于1000m3為高含氣；噸煤含氣量在8～15m3／t之間、日產(chǎn)氣在500～1000m3為之間為低含氣；噸煤含氣量在小于8m3／t、日產(chǎn)氣小于500m3為干層。比多屬性分維交會(huì)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(yù)測(cè)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(duì)應(yīng)衰減高值區(qū)為煤層含氣后的響應(yīng)，由此預(yù)測(cè)的煤層含氣平面分布范圍，除zx37與zx40與實(shí)際情況不符，其他井均與實(shí)際相符合。應(yīng)用結(jié)果表明，疊后頻率衰減屬性可識(shí)別含氣與不含氣，半定量預(yù)測(cè)含氣量大小，但不能定量預(yù)測(cè)含氣量的大小。

圖4 頻率衰減屬性預(yù)測(cè)煤層含氣平面范圍圖

3.4 疊前AVO反演

由于煤層氣富集區(qū)往往就是節(jié)理密集帶，節(jié)理密集帶表面積大、吸附能力強(qiáng)，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(yīng)增強(qiáng)。區(qū)內(nèi)多口關(guān)鍵井的AVO正演模型表明，該區(qū)3＃煤高含氣與不含氣或低含氣的AVO響應(yīng)類型不同，而且3＃煤頂?shù)椎腁VO響應(yīng)類型也不同。當(dāng)3＃煤高含氣時(shí) （見圖5），3＃煤頂為第四類AVO響應(yīng)類型，為負(fù)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(yīng)類型，為正截距、負(fù)梯度、振幅隨偏移距或入射角增大而減小；當(dāng)3＃煤不含或低含氣時(shí)，3＃煤AVO響應(yīng)不明顯。利用3＃煤頂?shù)牡?類AVO響應(yīng)類型、5種AVO屬性剖面與實(shí)鉆井對(duì)比分析，結(jié)果表明，流體因子與3＃煤高含氣相關(guān)性最好。故選用流體因子預(yù)測(cè)煤層氣富集區(qū)。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(shí)鉆井對(duì)比良好，表明AVO技術(shù)預(yù)測(cè)高含氣煤層效果較好。實(shí)踐中，可先用疊后屬性預(yù)測(cè)3＃煤含氣區(qū)，然后用疊前AVO反演預(yù)測(cè)3＃煤高含氣區(qū)，以全面了解3＃煤含氣情況。

圖5 zs25井3＃煤高含氣時(shí)煤氣層頂?shù)譇VO正演模型

圖6 3＃煤AVO流體因子屬性平面圖

3.5 疊前應(yīng)力場(chǎng)模擬與各向異性裂縫檢測(cè)

裂縫的存在導(dǎo)致地震波場(chǎng)的各向異性，使得地震波反射振幅、能量或頻率等參數(shù)隨方位角的變換而變化［10］，利用疊前分方向角道集數(shù)據(jù)，可以開展應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬及各向異性裂縫檢測(cè)，分析應(yīng)力場(chǎng)的變化特征，可判斷應(yīng)力場(chǎng)性質(zhì)，并將其作為判斷裂縫密度大小方位的參考依據(jù)。由3＃煤應(yīng)力場(chǎng)模擬平面圖（見圖7）可以看出，示范區(qū)3＃煤應(yīng)力場(chǎng)表現(xiàn)為張性，主應(yīng)力方向?yàn)楸蔽飨颍怪庇诖髷鄬蛹傲芽p走向。

常規(guī)的疊后相干、曲率等屬性可預(yù)測(cè)大尺度裂縫分布規(guī)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(qū)斷裂平面發(fā)育情況，主斷裂為北東走向。

由3＃煤各向異性裂縫檢測(cè)平面圖（見圖9）看：疊前各向異性檢測(cè)可預(yù)測(cè)煤層割理縫，示范區(qū)割理縫發(fā)育帶與含氣發(fā)育區(qū)對(duì)應(yīng) （見圖7），表明煤層氣為吸附氣，主要吸附在割理縫發(fā)育區(qū)，大尺度裂縫不利于氣的保存。總之，用應(yīng)力場(chǎng)定裂縫性質(zhì)，疊后相干曲率等預(yù)測(cè)大尺度裂縫，用各向異性裂縫檢測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)煤層割理縫，取得了較好應(yīng)用效果。

圖7 3＃煤應(yīng)力場(chǎng)模擬平面圖

4 認(rèn)識(shí)與體會(huì)

上述研究思路及技術(shù)對(duì)策在沁水盆地鄭莊煤層氣示范區(qū)的實(shí)際應(yīng)用，取得了較好的預(yù)測(cè)效果，表明上述針對(duì)性的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究思路及技術(shù)對(duì)策有效可行，較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了3＃煤的空間展布形態(tài)及煤層氣富集區(qū)分布特征，并取得了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）針對(duì)薄互層儲(chǔ)層，還應(yīng)加強(qiáng)離散合成記錄標(biāo)定，分析每一薄層反射強(qiáng)弱及其對(duì)地震軸貢獻(xiàn)大小，以指導(dǎo)預(yù)測(cè)結(jié)果的解釋。

（2）測(cè)井約束波阻抗模型反演技術(shù)，可有效地提高薄儲(chǔ)層的縱橫向分辨率，落實(shí)薄儲(chǔ)層的分布范圍、厚度變化的情況。

（3）疊后頻率衰減屬性可定性預(yù)測(cè)煤層含氣性。

（4）利用CMP道集數(shù)據(jù)開展AVO反演技術(shù)，可定量或半定量預(yù)測(cè)煤層含氣情況。

（5）利用疊前應(yīng)力場(chǎng)模擬可判斷裂縫性質(zhì)，利用疊后相干曲率等可預(yù)測(cè)大尺度裂縫，利用用各向異性裂縫檢測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)煤層割理縫，可綜合判斷示范區(qū)裂縫發(fā)育情況。

圖8 3＃煤相干＋傾角＋方位角平面分布圖

圖9 3＃煤各向異性裂縫檢測(cè)平面圖

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