利用AVO反演技术研究沁水盆地南部主力煤层的含气性.pdf

利用反演技术研究沁水盆地南部 主力煤层的含气性 常锁亮 , 、 , 李国发 , 刘 洋 , 中国地质大学北京 , 北京 以刃 中国石油大学北京 , 北京 山西山地物探技术有限公 司 , 山西晋中 摘要煤层的含气性是煤层气勘探开发及资源评价的重要参数 。 我国沁水盆地南部煤层气 勘探开发高阶煤获得了产气突破 , 但由于煤层气储层具有强烈的非均质性 , 煤层气富集程度 并不均匀 。 本文在阐述了煤层气富集对煤层弹性力学性质的影响及反演理论的基础 上 , 利用反演技术研究了沁水盆地南部某区块主力煤层的含气性 。 研究区角道集 、 属性与煤层气探井资料的对比分析表明①当煤层不含气或含气很少时 , 角道集上煤层 反射振幅随偏移距增大而减小 , 而煤层气富集时则表现为煤层反射振幅随偏移距增大而增大 的规律②梯度与截距的乘积及泊松 比与煤层气富集程度相关性较好 , 可以作为煤层含气性 预测的重要参数 。 当这两个参数较大时 , 对应的煤层可能就是煤层气富集的区域 。 研究 表明 , 利用技术研究煤层的含气性具有良好的前景 。 关扭词煤层气反演沁水盆地南部含气性角道集属性 一 玩 , , 以 , 一, , 汉 械 一, 一 , 祖 第一作者简介常锁亮 , 男 , 年生 , 山西灵石人 , 博士 , 高级工程师 一 罗 若金项 目国家自然科学羞金资助项目的国家高技术研究发展计划资助项 目 双刃 伪及 。 年煤层气学术研讨会论文集 , 朋 一玩州 场 玲 俪 旧旧 玩 魄 , 脚 ”” , 雌 如 , 而正 脚 , 找刃 飞 别口 魄 几丽飞 仆 耐尹 助 ,, 功明脚盯 一 飞 , 阅日朋 初 而 礴飞 , 日卯 四说 而 , ‘ 耐 明伴 一 旋 如 ,, 肠 ,一, 妞 , ’ 煤层的含气性是煤层气勘探开发及资源评价的重要参数 。 我国沁水盆地南部煤层气勘 探开发高阶煤获得了产气突破 , 但由于煤层气储层具有强烈的非均质性 , 其富集程度并不 均匀〔 ’一’ , 并非有煤层赋存就可形成煤层气藏 。 有关研究 一 ”】 表明煤层气富集将引起 煤的体积密度减小 , 同时对弹性模量 、 泊松比 、 弹性波速度 、 频谱特征 、 衰减系数 、 品质 因子等弹性力学参数及弹性波特征也具有明显的影响 。 近几年来利用地展纵波益前 、 盛后 反演及属性分析等技术进行煤层气储层物性研究受到了不少学者 ’一”〕 的重视 , 并取得了 较大进展 。 目前 , 以煤层赋存状态 、 构造探测及煤层厚度预测为主要 目的的常规二维地展勘探技 术已广泛应用于煤层气勘探评价 , 并发挥了重要作用 〔 划 。 但是煤层气勘探不仅需要搞清 构造 , 更需要地震技术能够提供更多有关煤层气储层的信息 , 如煤层宏观结构 、 构造煤发 育带分布 、 含气性与渗透性等 。 作者尝试利用反演技术研究了沁水盆地南部某区块 主力煤层的含气性 , 取得一些认识与成果 。 反演技术研究煤层含气性的理论依据 煤层气,集对煤层弹性力学性质的影晌 文献’对瓦斯突出煤体指结构严重破坏且含有大量瓦斯的煤体与非突出煤体的 大量弹性参数实验测试表明表 , 瓦斯突出煤体在变形性质上与非突出煤体具有很大 的不同 。 就弹性模量和泊松比 。 两个参数而言 , 瓦斯突出煤体和非突出煤体的弹性 参数存在着很大差异 。 瓦斯突出煤体的弹性模量基本上为非突出煤体的 , 瓦斯突出煤 体的泊松比约为非突出煤体的倍 。 超声波测试表明 , 非突出煤体的超声波速为 一 耐 , 平均值为 一 而 瓦斯突出煤体的超声波速小于 心 拟 恻 。, 平均值为翻 耐 , 呈现出两个明显不同 的超声波速度分布范围 。 非突出煤体的超声波速度是瓦斯突出煤体的倍以上 了 。 利用反演技术研究沁水盆地南部主力煤层的含气性 衰 瓦斯突出煤体的弹性参教衰 弹弹性参数数瓦斯突出煤体体非突出煤体体备注注 弹弹性模翻犯 犯犯 泊泊松比比麟麟 剪剪切模 体体积模盘印 拉拉梅常数数 双】肠 据何继善等 , 傅学海等〔 ’“〕 对取自沁水盆地中南部的煤样进行的三轴压缩力学实验也表明 , 就静态 弹性模量 、 抗压强度而言 , 自然煤样大于水饱和煤样 , 水饱和煤样又大于水 、 气饱和煤 样就静态泊松比而言 , 自然煤样小于水饱和煤样 , 水饱和煤样又小于水 、 气饱和煤样 。 这些特征为利用技术研究煤层气储层的含气性莫定了基础 。 反演技术的基本理论 技术是研究地震波振幅随偏移距变化的规律的一项技术 。 其理论基础是描述平 面弹性波在水平界面上反射和透射的方程 〔” 。 研究了泊松比对反 射系数的影响 , 证明反射系数随炮检距变化的变化梯度主要由泊松比的变化来决定 , 影响 反射振幅随炮检距变化的最主要因素是介质的泊松比 , 其次才是速度 , 响应实际是 地层泊松比异常的反映 。 目前工业界广泛采用的反演基本公式为在人射 角小于时由州方程简化得出的 , 二 , 其中 , 二 凡 二 荆丛洲知 训 , ‘ ‘ 、 咋 了 ‘ 上 丛 丝 业 丝 竺 咋 嵘嵘 。, 式中 口为地震波的人射角 , 助 , 为人射角为 口时的反射系数 , 尸为 截距 , 即 法线人射时的反射波振幅 , 与煤层厚度 、 煤层宏观结构及顶底板岩性等有关 ‘为 梯度 , 反映了振幅随偏移距的变化率 , 与煤层泊松比变化含气性有关 。 而弹性模量 、 泊松比 。 与纵 、 横波速度有如下关系 、产、了 了 ,,︶ 了、 ‘ 了、 一 。。 丁 一 。。’ 〕 或 即 漂磊 里丝三些卫二里竺业丝 口 因此通过反演可得到梯度 、 截距 、 泊松比 、 弹性模量等一系列派生属性参数 。 由于煤层气富集将引起煤层泊松比增大 、, 弹性模量降低等变化 , 因此技术可用 来研究煤层的含气性 。 年煤层气学术研讨会论文集 研究区技术预测煤层含气性的初步应用 研究区煤层气地质概述 研究区位于沁水盆地南部沁水复向斜西南翼 , 总体构造格局为在一向向斜翼部 基础上发育有次级褶曲的单斜形态 。 地层倾角一般小于 “, 局部受构造影响可达 , 次级摺皱以宽缓近南北向褶曲为主 。 断裂系统总体由一系列向的正断层组成 , 总体 较少 , 但局部较发育 。 含煤地层为二叠系山西组和石炭系的太原组 , 主力煤层为山西组 ’煤层和太原组煤层 , 埋深 一 以上 。 奋煤层 较稳定 , 厚度在 一 之 间 , 变化趋势总体为西薄东厚 。 口煤层厚度变化在 一 之间 , 整体较稳定 , 其平面上 总体表现为与’煤层呈现出相反的趋势 。 沁水盆地南部〔川煤级较高 , 主要为贫煤 一无烟煤 , 具有较高的生气能力和吸附能力 。 有关研究表明 , 主要煤层的渗透率大多分布在 一 一’叩, 之间 , 具有相对 较好的渗透性主要煤层的吸附能力比较高 , 原煤兰氏体积平均为 , 兰氏压力 中等 , 平均为 , 储气能力比较强 , 有利于煤层气储集 。 山西组 ’煤层在 一 深度下 , 煤层的含气饱和度为 一 , 平均为太原组巧 , 煤层在 一 深度下 , 煤层的含气饱和度为 一 , 平均为 。 南部晋城地区含气饱和度相对较高 , 局部区域煤层的含气饱和度达 一 。 价煤 层含气饱和度较煤层偏低 。 奋煤层含气量平均为 一 , 煤层为 , 巧 公煤高于 ’ 煤 。 沁水盆地南部具有较好的煤层气开发潜力 。 保幅处理及反演成果 研究区内已施工有二维地展多 , 原始资料品质较好 , 偏移距分布合理 , 为开 展技术研究煤层气储层物性提供了较好的基础资料 。 由于技术是研究地震波振 幅随偏移距变化的规律 , 因此保幅处理是反演和属性提取工作的基础 。 为此对过井 的条二维测线地展资料在常规处理与构造解释的基础上重新进行了保幅处理 。 处理中针 对研究区的资料特点 , 在盈前从干扰波压制 、 纵横向振幅补偿 、 频率一致性调整及静校正 等关键环节采取了相应的振幅保持策略 , 严格限制了各种影响信号保真的处理手段的应 用 , 获得了高保真的地展资料图 。 在保幅处理的基础上 , 根据得到的精细速度场 , 将道集中各个反射信号按人射 角偏移距进行分拆 、 重排 , 得到用于分析的角道集 。 然后进行反演 , 获 得梯度 、 截距 、 泊松比等属性剖面如图 。 主力煤层的含气性分析 研究区内已有煤层气探井 口 编号 一 , 煤层含气量测试结果显示 、 与 号探井 , 、 煤层不含气或含气甚少 ,、 与探井’ 、 巧 , 煤层含气量均在 ,八 以上 。 图是过肠号井测线分析的结果 , 从图中可 以看 出 , 井对应位置的 利用反演技术研究沁水盆地南部主力煤层的含气性 图过伪井地展侧线的属性剖面 一截距剖面 一梯度剖面 。一梯度与截距的乘积 一泊松比剖面 梯度 、 梯度与截距的乘积 、 泊松比三个属性较大 。 图是过号井测线分析 的结果 , 从图中可以看出 , 井对应位置的梯度 、 梯度与截距的乘积 、 泊松比三个 属性较小 。 其他探井附近的属性也表现出了相同的规律性 。 通过属性分析结果 与探井资料的对比可以初步认为 , 截距 、 梯度与截距的乘积及泊松比与煤层气富集程度均 有一定关系 , 其中梯度与截距的乘积及泊松比与煤层气富集程度的相关性更突出 , 可以作 为煤层含气性预测的重要参数 , 当这两个参数较大时 , 对应的煤层可能就是煤层气 富集的区域 。 对各测线的属性剖面依据这两个参数的特征预测了煤层气富集区域 。 可以 看出其在地震剖面上的分布规律如图 、 中圈定的位置也符合 “ 煤层气高渗富集 ” 万犯 年煤层气学术研讨会论文集 图过井地健侧线的属性剖面 一截距剖面 一梯度剖面一梯度与截距的乘积一泊松比剖面 理论图 。 文献〔 ”〕 通过对煤层反射系数与人射角的关系正演模拟表明 , 当煤层厚度及其顶底板 岩性不变 , 人射角在 一 “ 范围内时 , 不含气煤层的反射系数随着人射角的增大而减 小 , 并且随着人射角的增大 , 反射系数的变化越灵敏 , 特征越突出图 。 为了进 一步核实煤层气富集与煤层反射波特征的关系 , 图显示了与井附近的 道集 , 从道集上我们可以看到以井附近 口、 巧 ’煤层反射振幅具有随偏移距增大而 减小的趋势 , 与文献 ” 结论一致而井附近则表现为相反的规律 , 、 , 煤层反射 振幅随偏移距增大而增大 。 公喊翔叫 图波人射煤层反射系数与人射角的关系 据盆守华【 利用反演技术研究沁水盆地南部主力煤层的含气性 图研究区供与井附近的道集 认识与结论 技术研究的是地震波振幅随偏移距变化的规律 , 因此 , 保证振幅信息的可 靠性 , 在采集 、 处理中尽可能降低对振幅信息的污染与改造是保证技术应用及其效 果的基础与关键 。 前人的正演模拟及本次研究区探井附近角道集的对比说明 , 当煤层不含气 或含气甚少时 , 角道集上煤层反射振幅随偏移距增大而减小 , 而煤层气富集时则表 现为煤层反射振幅随偏移距增大而增大的规律 。 通过研究区属性与探井资料的对比分析结果说明 , 梯度与截距的乘积及泊 松比与煤层气富集程度相关性较好 , 可以作为煤层气预测的重要参数 。 当这两个参 数较大时 , 对应的煤层可能就是煤层气富集的区域 。 研究区的应用试验表明 , 利用 技术研究煤层的含气性具有良好的前景 。 参考文献 〔蔚远江 , 杨起刘大锰等我国煤层气储层研究现状及发展趋势【地质科技情报 一 印 【杨陆武孙茂远 , 胡爱梅等 适合中国煤层气藏特点的开发技术【石油学报 , 一 〔 」刘贻军 , 姿建青 创抖 中国煤层气储层特征及开发技术探讨「天然气工业 , 一 【何继善 , 吕绍林瓦斯突出地球物理研究【北京煤炭工业出版社 【姚宇平 , 周世宁含瓦斯煤的力学性质【中国矿业大学学报 , 一 〔 王晓受 , 彭立世 , 杨德超煤的几项力学性质试脸研究〔 〕焦作矿业学院学报 , 一 【 」刘东盛 , 赵秋芳 , 张平松等 以乃 煤体瓦斯特征与震波参数关系的试验研究〔 〕 煤炭科学技术 , 、 【 朗赵秋芳煤层展波参数测试与研究硕士论文 〕 合肥安徽理工大学 〔 梁冰 , 章梦涛 , 潘一 山等瓦斯对煤的力学性质及力学响应影响的试验研究【岩土工程学报 一 〔傅学海 , 秦勇的多项介质煤层气储层渗透率预测理论与方法【徐州中国矿业大学出版社 加年煤层气学术研讨会论文集 【川中联煤层气有限贵任公司编若 我刃 中国煤层气劫探开发技术研究【北京石油大学出版杜 【〕守华加侧地反资料煤层橄向预侧与评价方法【 〕像州中国矿业大学出版社 【” 目加山 , 日等著 朱海龙译在煤层甲烷偏层中应用三维分析和模拟作裂缝操侧〔石油 物探译丛 , 一 【〕彭苏萍 , 离云峰 以乃 含煤地层振福胜伯移距变化正演模妇研究汇科学通报 , 父增刊 一 【〕彭晓彼 , 彭苏萍 , 臼阁等 仪万 波方位在煤层裂缝探侧中的应用【 〕岩石力学与工程学报 , 叭刃 一 侧巧 〔彭苏萍离云峰 , 杨劝召等 侧巧 探侧煤层瓦斯,集的理论探讨和初步实践 以淮南煤田为例【 地 球物理学报 一 〔张爱敏 , 汪洋 , 赵世薄不同厚度煤层特征及模型研究〔中国矿业大学学报 , 一 【』 访 哪 阅 巧‘即枷叩网】记 【 一一 而 一 【」 扔的 等著傅文徽译利用确定储层流体及弹性模【 〕石油物探译丛 , 一 【沁」冯三利 , 叶建平 么刀 中国煤层气劫探开发技术研究进展【 〕中国煤田地质 , 〔印兴粗 , 棘文功 , 李振春等 拓 地展技术新进展下 【东营中国石油大学出版社 〔」张遂安 岌扣 煤层气劫探理论的探索与实践【第五届国际煤层气论坛盛 “ 国际甲烷市场化合作计划 ” 中 国地区会议 一卯