沁水盆地鄭莊示范區(qū)CRP地震儲層預測實踐

馮小英

（長江大學地球物理與石油資源學院，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

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后期改造變形，在山西隆起背景上形成的沉積構造盆地，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，是我國較大的煤層氣田產地。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層預測技術、方法及其應用效果。

1 基本概況

1.1 地質條件

二疊系山西組沉積中期，示范區(qū)內濱海湖泊或瀉湖海灣泥巖經海水淡化后，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)內的3＃煤層一般埋深500～850m，厚度為4～7m；煤質好，變質程度較高，鏡質組含量66%～97%，灰分8%～15%，屬高煤階無煙煤；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井電鏡掃描結果顯示，割理密度約500條／m，寬約1μm，煤層內正交或斜交割理網狀組合微裂縫發(fā)育，滲透性變好，為特低孔特低滲裂縫性儲層；煤層吸附能力強，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(guī)氣藏。

1.2 測井電性特征

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，表現為高速度高密度，為3＃煤構成了良好的蓋層條件和封隔條件。

1.3 地震資料品質

鄭莊示范區(qū)CRP（共射線參數）道集經過了振幅的保真處理，目的層段的資料品質較高，最大入射角保留到45°，能夠滿足第三、四類AVO （振幅隨炮檢測變化）異常對地震資料的基本要求。為開展AVO流體預測、應力場數值模擬及各向異性裂縫檢測提供了基礎保障。

2 儲層預測存在的問題與研究思路

通過對示范區(qū)地震、地質等條件的分析，認為儲層預測主要存在問題如下：一是現有地震資料目的層段的主頻40Hz，層速度在2400～2600m／s左右，地震可識別的最小厚度約為15m （相當1／4波長），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合地震波，難以準確標定某一薄層［1－4］；三是3＃煤為裂縫性儲層，非均質較強，對其裂縫密度大小方向的預測難度較大；四是高含氣煤層與低含氣煤層的測井差異小，對煤層含氣量大小的定量預測難度較大。

針對以上存在問題，利用現有的儲層預測技術手段，采用了如下研究思路：一是精細井震合成記錄標定，加強離散合成記錄標定，分析每一薄層反射強弱及其對地震軸貢獻大小，以指導預測結果的解釋；二是應用波阻抗模型反演等方法，落實煤層分布范圍、厚度變化的情況；三是利用疊后頻率衰減、疊前AVO反演預測煤層氣富集區(qū)塊；四是利疊后相干曲率屬性、疊前應力場數值模擬及各向異性裂縫檢測等技術，預測煤層裂縫密集帶。

3 技術實現

3.1 精細井震標定

層位標定是井震結合的紐帶，精確的井震標定是獲得高精度儲層預測的基礎。

層位標定中子波的提取，應盡量使所提取的子波波形主峰突出，旁瓣小而對稱，有效頻帶范圍內振幅譜單峰，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到在正確的時深關系下匹配最佳、相關系數最高［5］。根據該區(qū)20多口資料較全、分布較均井的標定結果，合成地震記錄與井旁地震道相關較好，相關系數均大于0.7。

在合成地震記錄標定組、段、亞段的基礎上，制作離散合成記錄 （見圖1），分析每一套薄層反射強弱及其對地震反射同相軸貢獻大小，有針對性地解釋預測結果。

圖1 zx34合成地震記錄與離散合成記錄標定

3.2 測井約束波阻抗模型反演

由自然伽馬與波阻抗交會 （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落實煤層的空間展布形態(tài)。又因示范區(qū)勘探程度較高，鉆井數較多，3＃煤為薄層，故優(yōu)選分辨率較高的測井約束模型反演方法開展波阻抗反演。

在反演過程中，采用點標定－線約束－體運算－分段描述的反演預測流程。即準確的標定，正確的模型，最佳參數組合，得到正確的反演結果［6－7］。并且，在平面成圖時，需注意時窗與波阻抗門檻值的選取。

最終的反演結果與實鉆符合較好。區(qū)內36口井實鉆3＃煤厚度4～70m，預測厚度4～10m，各井3＃煤實鉆厚度與預測厚度絕對誤差小于0.3m，相對誤差小于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薄儲層的空間展布預測效果良好。

圖2 自然伽馬與波阻抗交會圖

圖3 連井線波阻抗反演剖面圖

3.3 疊后頻率衰減屬性

依據示范區(qū)單井實際狀況，定義噸煤含氣量大于15m3／t、日產氣大于1000m3為高含氣；噸煤含氣量在8～15m3／t之間、日產氣在500～1000m3為之間為低含氣；噸煤含氣量在小于8m3／t、日產氣小于500m3為干層。比多屬性分維交會分析表明：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測3＃煤含氣性變化。

由3＃煤頻率衰減屬性平面圖（見圖4）上看，對應衰減高值區(qū)為煤層含氣后的響應，由此預測的煤層含氣平面分布范圍，除zx37與zx40與實際情況不符，其他井均與實際相符合。應用結果表明，疊后頻率衰減屬性可識別含氣與不含氣，半定量預測含氣量大小，但不能定量預測含氣量的大小。

圖4 頻率衰減屬性預測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，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效應增強。區(qū)內多口關鍵井的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響應類型不同，而且3＃煤頂底的AVO響應類型也不同。當3＃煤高含氣時 （見圖5），3＃煤頂為第四類AVO響應類型，為負截距、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響應類型，為正截距、負梯度、振幅隨偏移距或入射角增大而減??；當3＃煤不含或低含氣時，3＃煤AVO響應不明顯。利用3＃煤頂的第4類AVO響應類型、5種AVO屬性剖面與實鉆井對比分析，結果表明，流體因子與3＃煤高含氣相關性最好。故選用流體因子預測煤層氣富集區(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，并與實鉆井對比良好，表明AVO技術預測高含氣煤層效果較好。實踐中，可先用疊后屬性預測3＃煤含氣區(qū)，然后用疊前AVO反演預測3＃煤高含氣區(qū)，以全面了解3＃煤含氣情況。

圖5 zs25井3＃煤高含氣時煤氣層頂底AVO正演模型

圖6 3＃煤AVO流體因子屬性平面圖

3.5 疊前應力場模擬與各向異性裂縫檢測

裂縫的存在導致地震波場的各向異性，使得地震波反射振幅、能量或頻率等參數隨方位角的變換而變化［10］，利用疊前分方向角道集數據，可以開展應力場數值模擬及各向異性裂縫檢測，分析應力場的變化特征，可判斷應力場性質，并將其作為判斷裂縫密度大小方位的參考依據。由3＃煤應力場模擬平面圖（見圖7）可以看出，示范區(qū)3＃煤應力場表現為張性，主應力方向為北西向，垂直于大斷層及裂縫走向。

常規(guī)的疊后相干、曲率等屬性可預測大尺度裂縫分布規(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平面圖（見圖9）看：疊前各向異性檢測可預測煤層割理縫，示范區(qū)割理縫發(fā)育帶與含氣發(fā)育區(qū)對應 （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?？傊?，用應力場定裂縫性質，疊后相干曲率等預測大尺度裂縫，用各向異性裂縫檢測技術預測煤層割理縫，取得了較好應用效果。

圖7 3＃煤應力場模擬平面圖

4 認識與體會

上述研究思路及技術對策在沁水盆地鄭莊煤層氣示范區(qū)的實際應用，取得了較好的預測效果，表明上述針對性的儲層預測研究思路及技術對策有效可行，較準確地預測了3＃煤的空間展布形態(tài)及煤層氣富集區(qū)分布特征，并取得了以下幾點認識：

（1）針對薄互層儲層，還應加強離散合成記錄標定，分析每一薄層反射強弱及其對地震軸貢獻大小，以指導預測結果的解釋。

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

（3）疊后頻率衰減屬性可定性預測煤層含氣性。

（4）利用CMP道集數據開展AVO反演技術，可定量或半定量預測煤層含氣情況。

（5）利用疊前應力場模擬可判斷裂縫性質，利用疊后相干曲率等可預測大尺度裂縫，利用用各向異性裂縫檢測技術預測煤層割理縫，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平面圖

［1］李慶忠 .走向精確勘探的道路 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993：12－20.

［2］趙晨光 .薄互層地震反射特征分析 ［J］.石油地球物理勘探，1986，21（1）：32－46.

［3］凌云研究組 .地震分辨率極限問題的研究 ［J］.石油地球物理勘探，2004，39（4）：435－442.

［4］趙政璋，趙賢正，王英民，等 .儲層地震預測理論與實踐 ［M］.北京：科學出版社，2005：234－243.

［5］王捷 .油藏描述技術——勘探階段 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1996：160－165.

［6］沈財余，崔汝國 .影響測井約束地震反演地質效果因素的分析 ［J］.物探與化探，2003，27（2）：123－127.

［7］宋維琪 .應用地震屬性與測井數據反演儲層參數 ［J］.勘探地球物理進展，2003，26（3）：216－219.

［8］印興耀，韓文功，李振春，等 .地震技術新進展 （下）［M］.東營：中國石油大學出版社，2006.

［9］彭蘇萍，高云峰 .含煤地層振幅隨偏移距變化正演模型研究 ［J］.科學通報，2005，50（增刊Ⅰ）：131－137.

［10］彭曉波，彭蘇萍，詹閻，等 .P波方位AVO在煤層裂縫探測中的應用 ［J］.巖石力學與工程學報，2005，24（16）：2960－2965.

［11］馮小英，秦鳳啟，焦勇，等 .沁水盆地煤層氣地震儲層預測技術方法研究 ［J］.中國煤層氣，2011，6（8）：8－12.