煤层气富集区地震多参数预测研究

煤层气富集区地震多参数预测研究

作为新能源，煤层越来越受到重视。世界上29个国家正在进行油气勘探。目前全球已落实的煤层气资源量为98×1012～266×1012m3。在美国,煤层气的勘探开发工作已经取得了很大的成果。但是,我国煤层气的勘探开发起步较晚,目前仍处于初期阶段,相关的技术手段尚不够成熟。在常规油气勘探的储层预测中取得成效的多种地球物理方法技术,正被试验性地应用于煤储层、煤层气的预测研究中。例如:各类地震属性分析方法;测井、地质等资料约束下的地震反演技术;利用振幅随偏移距变化预测岩石孔隙中流体性质变化的AVO技术;利用纵、横波预测煤层中的裂隙发育部位,进而预测煤层气富集部位的三维三分量地震勘探技术等。然而,煤层气是一种不同于常规油气的非常规天然气藏。煤层气储层主要是煤层本身,绝大多数煤层气都是吸附于煤体表面的微孔内,另外还有部分储集在煤体中相对发育的裂隙系统“割理”中。利用适合常规油气勘探的地震预测技术开展直接的煤层气预测存在一定的难度,有必要根据煤层气的特殊性探索研究合适的预测思路和预测方法。我们基于常规油气勘探地震储层预测成熟技术的适应性研究,对SHS地区煤层气富集区进行预测,通过分析影响煤层气富集的地质因素,提出了基于煤储层的构造形态、煤层厚度、盖层岩性、沉积环境、裂缝发育程度和煤储层物性等控制煤层气富集的主要因素开展煤层气富集区地震多参数综合预测的思路与方法。1地震地质特性分析煤层气的特殊性,可以总结出开展煤层气地震预测研究的难点主要有以下3点:1)煤层气属于吸附性气体,其吸附性会受区域构造变化和压力的变化等影响;同时,煤层气的储集受断裂系统和盖层的影响较大。2)煤层与顶底地层间反射强度大。在测井响应特征方面,煤层具有低密度、低伽马、低波阻抗、高声波时差、高电阻率等“三低二高”的特征;在地震响应特征方面,煤层一般与顶底地层间产生较强的地震反射,在地震资料中较易识别,但是煤层气不易识别。3)煤层气储层薄。研究中根据选区的地质资料分析煤层一般厚度为几米至十几米,地层相对较薄,煤层气的储层则更薄,利用地震资料直接预测难度较大。由此可见,由于煤层气有别于常规油气的特殊性,直接采用常规油气勘探的地震预测技术和思路进行煤层气预测难度较大。通过认真分析与综合研究,我们选择从影响煤层气富集的控制因素入手,探索研究基于煤层气富集的主控因素进行煤层气富集区预测的思路和方法。2影响煤开矿气水岩富集的地质条件SHS地区为本次开展煤层气富集区预测研究的试验区。通过已有地质、测井等资料的分析可知,影响该区煤层气富集的重要因素是沉积环境、构造形态和煤层埋藏状况,同时煤层盖层条件、埋深条件、裂缝发育程度和陷落柱等特殊地质条件也会影响煤层气的富集。总结控制该区煤层气富集的因素主要有6项。1煤炭工业的性质该条件是最直接控制煤储层的含气量及产气量的重要因素,在区域地质条件下煤质的分布受沉积环境控制,因此对煤质的预测可以通过对沉积环境的预测进行间接分析(这里所说的“煤质”有别于煤炭工业中对煤炭质量指标的定义,是指煤层厚度大、孔隙度高,有利于进一步转化为相对产气量高的煤层气储层)。SHS地区太原组15号煤层主要形成于下三角洲平原、泻湖、障壁潮坪环境。太原组沉积期,盆地南北古地形差异不大,15号煤层形成于开阔平缓的滨海过渡环境,盆地南、北沼泽同时发育,平稳展布,呈北厚南薄、东厚西薄的特点。煤层平面分布差异较大,沉积环境的控制作用明显。2造对煤气富集的影响构造形态因素中褶皱和断裂构造是影响煤层气富集的主要构造单元。这两种构造对煤层气富集的影响具有一定的规律性,主要表现为:①宽缓褶皱带中的煤储层的含气量变化不大,一定埋深下褶皱构造翼部煤储层的含气量稳定;②陡峭褶皱带中的煤储层含气量变化很大;③靠近正断层部位的煤层气含量一般降低。3构造及沉积控制厚度或有效厚度较大的煤层可以为煤层气的富集提供较好的物源,SHS地区自印支期以来,构造分异显著,地壳经历了数次抬升与沉降,造成差异性沉积和差异性剥蚀,煤化作用过程中产生的气体总量以及气体能否得到很好的保存,一定程度上依赖于构造及沉积作用控制下的煤层沉积规模。4影响煤气储层含气量煤储层的盖层条件为煤层气的富集提供了最直接的保存条件,较好的盖层条件对煤层气储层及其含气量具有控制作用。SHS区块15号煤层的顶板岩性多为泥岩、砂质泥岩,局部为粉砂岩类,属于封闭性能较好的岩层,且泥岩、砂质泥岩多致密,节理、裂隙不发育,具有很好的封盖能力,有利于煤层气的储存。5储层渗流场规模较大的断层可以连通煤层气储层,但同时会造成煤层气的散失。在含油气储层中,小尺度裂缝会改变储层的渗透性,对低渗透性储层的作用更大,是油气运移和流体渗透的主要通道,影响油气分布及开发效果。对于煤层气储层,小尺度裂缝在一定程度上提高了其连通性,另一方面也增大了储层的储集空间。6煤储层储集结构影响因素煤储层的物性条件对于提高储层的渗透性具有重要作用,其中影响储层渗透性条件的物性参数主要有外生裂隙(节理)和内生裂隙(割理)。割理是煤储层渗透性的基础,它对煤层气的产出起着更为关键的作用。节理由于受构造的控制,其发育位置、裂隙形态、发育密度常发生改变,它的作用在于连通更大范围内的割理,进一步增强煤储层的渗透性。结合煤层气富集成藏的“生、储、盖”条件及工区内实际钻井结果与主控因素之间的关系,对煤层气富集的6个主控因素的影响程度进行了分析,得出沉积环境(煤质)和煤层厚度为煤层气的富集提供了“生”气条件;煤储层物性(渗透性)和构造形态为煤层气的富集提供了储层条件;盖层(顶板)岩性则为煤层气的富集提供了盖层条件;裂缝发育程度则起到改善储层储集能力的作用。因此,总结6个主控因素对煤层气富集的影响程度由大到小依次为沉积环境(煤质)、煤层厚度、煤储层物性(渗透性)、构造形态、盖层(顶板)岩性、裂缝发育程度,为下一步开展基于主控因素的煤层气富集区综合预测提供了基础依据。3基于主观因素的地震预测技术的应用3.1shs区块煤气富集区综合预测在煤层气富集主控因素分析的基础上,首先选择与6项主控因素分别对应的6类地震预测技术进行各自的参数预测[5,6,7,8,9,10,11,12];然后分析各类地震技术预测成果与煤层气富集的相关程度,分别确定权重系数,选择应用层次分析法(AnalyticalHierarchyProcess,AHP)进行综合评价,实现SHS区块煤层气富集区的综合预测。这一基于主控因素的煤层气富集区地震预测思路及其技术体系如图1所示。3.2shs地区煤层富集研究按照图1建立的基于主控因素的煤层气富集区地震预测思路,选择SHS地区15号煤层分别进行对应构造形态、煤层厚度、盖层(顶板)岩性、沉积环境(煤质)、裂缝发育程度和煤储层物性(渗透性)等6项煤层气富集主控因素的相关地震预测技术应用研究。3.2.1shs地区15号煤层的深度构造构造分析是研究煤层气富集的基础工作。在精确的井震标定、层位自动追踪的基础上,应用测井校正的基于时深表质量控制的时深转换技术(TDQ转换技术)得到SHS地区15号煤层的深度构造图(图2)。与已有钻井揭示的煤层深度对比,构造图预测的煤层深度精度较高,相对误差低于1%。由图2可见,SHS地区15号煤层埋藏整体呈东南部浅、西部深,自东南向西北逐渐变深,局部有构造高部位存在。从图2上看,区域内已有的煤层气钻井均钻遇15号煤层的构造斜坡部位。3.2.2煤层厚度的变化利用地震波阻抗反演技术预测的SHS地区15号煤层厚度如图3所示。由图3可见,研究区内15号煤层的厚度整体自东南向西北逐渐变厚,最大厚度为12m。区内已有的煤层气钻井均位于煤层厚度大于5m区域,且多位于煤层厚度变化的过渡区域(红黄色区域)。3.2.3号煤层顶板地层地震波阻抗图4为利用地震波阻抗反演技术预测的SHS地区15号煤层的顶板岩性平面分布图。从预测结果看,15号煤层顶板地层的地震波阻抗范围为7500～12500g·cm-3·m·s-1,其中红黄色区域代表地震波阻抗较低。分析得出煤层顶板地层以泥岩、砂质泥岩为主(红黄色区域),局部为粉砂岩类(淡蓝色区域),属于致密性较好的岩层,为煤层气的富集提供了较好的封盖条件。3.2.4shs地区过15号煤层的ls振幅属性基利用地震相分析技术预测煤层较有利的沉积相带,定性地实现较有利的优质煤质分布区的预测。图5为SHS地区过15号煤层的RMS振幅属性切片,其中红黄色区域均方根振幅较大,表明该区域煤层沉积较厚。实际钻井资料证实,该区域为太原组较有利于煤层沉积的滨海过渡沉积环境下的沼泽相沉积区域,有利于较好煤质的生成。3.2.5密度切片特征煤储层物性预测是通过地震弹性参数反演技术间接实现的。应用地震弹性参数反演预测煤层的密度参数,间接刻画煤储层的物性。图6显示了SHS地区过15号煤层的密度切片,反映煤层物性条件的平面分布特征。图6中,红黄色区域代表了密度较小的区域(小于2.0g/cm3),蓝色区域密度变化范围为2.0～2.4g/cm3。已有的钻井均位于图6中红黄色区域(密度较小)或者局部的较小密度区,表明煤层气钻井均钻遇了煤储层物性相对较好的分布区,与实际试气结果一致。3.2.6裂缝预测模型建立较大的断层对于煤层气的富集是不利的,而较小的断裂系统的存在一定程度上可以改善煤储层的渗透性,为煤层气的富集提供一个较好的储层空间。进行断裂刻画的地震技术较多,包括相干技术、曲率技术、蚂蚁追踪技术等,本次研究选择了基于地震道相似性的ESP(eventsimilarityprediction)裂缝预测方法,可以对储层裂缝系统的发育程度进行预测。图7显示了SHS地区过15号煤层的ESP分析结果,反映了15号煤层的裂缝系统平面特征。由图7可见,研究区域内南部裂缝系统发育程度高于北部(红黄色区域代表了裂缝系统发育程度高),已有的煤层气钻井多位于裂缝系统发育程度较高的位置。3.3ahp综合评价法层次分析法(AHP)最初由美国运筹学家Saaty教授在20世纪70年代正式确立。该方法可以将控制煤层气富集的主控因素所对应的各项地震预测成果进行有效的综合,解决单一地震技术进行煤层气富集区预测存在的多解性。该方法应用中首先将煤层气储层作为研究的目标层,将6项控制煤层气富集的主控因素作为限制目标层的准则层;然后根据AHP实现原理以及6项主控因素对于煤层气富集影响的强弱关系,定义出影响SHS地区15号煤层煤层气富集的6项主控因素的权重系数,分别为:沉积环境(煤质)0.30,煤层厚度0.20,煤储层物性(渗透性)0.17,构造形态0.12,盖层(顶板)岩性0.11,裂缝发育程度0.10。根据这6项权重系数,通过线性算法:A=ax1+bx2+cx3+⋯+mxn(1)A=ax1+bx2+cx3+⋯+mxn(1)将影响煤层气富集的6项主控因素所对应的6项地震技术预测成果进行综合,给出AHP综合评价法预测出的SHS地区15号煤层的较有利煤层气富集区(图8中的红黄色区域)。图8是基于主控因素的煤层气富集区地震综合预测技术试验应用的最终成果,预测结果与区内煤层气钻井结果具有较好的一致性。4脱硫废水沉积层地震预测的展望基于主控因素的煤层气富集区地震预测方法将地质分析,地震预测与钻、测井成果进行有效的统一,通过层次分析法(AHP)实现多项地震预测技术成果的综合评价,较为客观全面地预测出了有利煤层气富集区。通过本次研究总结认识如下:1)利用常规的含油气储层地震预测技术直接进行煤层气预测存在一定的难度,基于煤层气富集主控因素的地震预测方法为煤层气富集区的预