煤层气有利储层分布区测井、地震联合预测方法

陈 勇，陈洪德，关 达，刘玉琦

（1．成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059；2．中国石油化工股份有限公司 石油物探技术研究院，南京 211103）

煤层气有利储层分布区测井、地震联合预测方法

陈 勇1，2，陈洪德1，关 达2，刘玉琦2

（1．成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059；2．中国石油化工股份有限公司 石油物探技术研究院，南京 211103）

这里综合应用测井和地震资料，进行有利煤层气储层分布区的预测。在研究中，有效应用测井资料，根据SMB工区3号主力煤层及其上部小煤层对应的测井响应特征纵向组合分布及其分类，结合煤层与围岩间的物性差异所引起的地震振幅横向变化特征对煤层的横向展布进行预测。通过测井和地震资料分析，选择地震均方根振幅属性进行SMB工区煤层分布区地震相带的刻画，地震相带边界明显。综合分析试验区沉积地质背景，有效应用测井资料及地震资料，进行试验区地震相、沉积相的描述，优选了有利的煤层分布区即三角洲分流间湾沉积区，实现了煤层气有利储层分布区的预测。

测井组合；煤层预测；均方根振幅；沉积相；地震相

0 前言

伴随常规油气资源的勘探发展，油气勘探技术日臻完善，常规油气资源的储量及开采量迅速增加，但是随着全球经济的快速发展，仅仅利用常规油气资源已经远不能满足经济快速增长的需求。迫于对油气资源的渴望，煤层气作为一种新能源，越来越受到人们的重视［1］。

煤层气的生成、富集、储藏等受到多种因素的影响，较有利的煤层生成环境或有利煤层气储层分布区的预测，对煤层气的预测具有直接的关系，那么如何预测有利煤层气储层的平面分布是开展煤层气预测的重点内容。目前对于所掌握的2D、3D地震资料、测井及录井资料、区域地质资料等，如何有效结合地质资料进行煤层及煤储层的地震响应特征的横向分布预测及利用测井、录井资料进行煤层纵向组合的描述，是开展煤层气储层预测的关键。

围绕煤层气的特殊性，总结其具有吸附性强、在地震记录中储层不易识别、储层薄等预测难点［2］；同时针对研究目标选区影响煤层气富集成藏的条件，前人总结控制煤层气富集的主控因素主要为：沉积环境（煤质条件）、构造形态、煤层厚度、顶板盖层、裂缝条件、孔渗性条件等［3］，根据这些研究，使我们了解了沉积环境条件是最直接控制煤储层含气量及产量的重要因素。

目前随着煤层及煤储层预测的不断深入，各类地球物理技术也被应用于煤层气预测中，例如：地震属性分析方法、波阻抗反演技术、测井约束反演技术、AVO技术及综合评价技术等。在此基础上，本研究创新性地将煤层对应的测井响应纵向分布组合，分类应用于地震相的分析，综合应用测井资料、地震资料进行有利煤层气储层分布区的预测，研究了一种针对煤层气勘探与开发的有利煤层气储层分布区预测方法。

1 工区概况

研究中选择SMB区块作为研究目标区，区块内主要含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组。山西组和太原组共有煤层16套，自上而下编号为1、2、3、5、6、7、8－1、8－2、9、10、11、12、13、15、16号。其中，1号～3号在山西组，为发育于陆表海沉积背景之上的三角洲沉积地层，3号煤层为山西组主要煤层；5号～16号在太原组，为一套海陆交互相沉积地层。在认识多套煤层相关参数的基础上，本次研究选择山西组3号煤层为研究目标层，该套煤层顶板和底板为较厚泥岩，储层封盖性能较好，具有较有利的煤层气富集条件，因此较有利的煤层分布区的落实，可以为进一步煤层气预测研究奠定基础。

2 测井及地震响应特征

根据目标区测井资料分析得出：3号煤层具有高声波时差、低密度、低波阻抗、低伽马、高电阻率“三低两高”的测井响应特征。如图1为3号煤层声波时差参数、自然伽马参数与密度参数交会图，图1中描述煤层密度变化范围为1．1 g／cm3～1．8 g／cm3，声波时差变化范围为390μs／m～500μs／m，自然伽马变化范围为8 API～80 API，且有随着煤层密度减小声波时差变大的趋势；图2为A井测井解释图件，综合多参数分析表明煤层具有低速度、低密度、低伽马等测井响应特征。

图1 SMB工区3号煤层测井参数交汇图Fig．1 Logging parameter crossplot of No．3 coalbed methane in SMB

在研究SMB3号煤层测井、地震资料的基础上，针对煤层地震响应特征进行分析。由于煤层顶、底岩层主要以砂岩或泥岩为主，在地震、测井参数方面与煤层具有明显的差别。根据地震波反射原理，煤层与顶、底地层之间可以形成地震反射。那么在3号煤层的实际资料研究中也证明SMB工区内厚度大于2 m的煤层能够与围岩形成较强的地震反射，在地震记录中有较稳定的波组与煤层顶底相对应。图3为SMB工区内测井曲线、合成地震记录和过井地震剖面综合分析图，煤层与顶底板岩层间形成了较强的地震反射［1］。

图4是根据实际煤层资料完成的数值模拟结果，图4（a）模型中，设计煤层密度为1．33 g／cm3、速度为2 092 m／s、煤层厚度为2 m～5 m；煤层顶、底为泥岩层，密度和速度参数分别为2．66 g／cm3和3 968 m／s、2．65 g／cm3和3 750 m／s。数值模拟结果图4（b）表明，大于2 m的煤层与顶底泥岩层之间可以形成较强的地震反射，并且随着煤层厚度的增加地震反射强度增大。

3 方法原理

与有利煤层气储层分布区相对应的地震相带的落实，是进行煤层气储层有效预测的关键因素，特别是在研究初期若能获得煤质（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）信息，则可以直接指导煤储层分布区的预测，但是煤质的获得只能通过钻井岩心获得，对于勘探初期钻井比较少的情况下，获得煤质信息是非常困难的。因此文中将测井资料中真实反映煤层纵向分布的测井响应特征进行客观分类，有效结合地震属性能够反映地震波形的特点［1，4］，实现了对不同煤层引起的波形特征的地震相带的平面刻画，其方法原理如下：

图2 A井测井综合解释图件Fig．2 Well A logging comprehension interpretation chart

1）煤层测井响应特征纵向分布的特征分类。以SMB工区二叠系山西组3号主力煤层为主要研究目标，以测井资料（伽玛曲线）为根本出发点进行研究。SMB工区内包含13口钻井，均钻遇山西组3号主力煤层。由于本工区发育多套煤层，煤层对应测井响应特征纵向组合分布具有差异性，平面分布具有规律性。因此结合实际的测井资料，分析得出SMB地区3号主力煤层及上部小煤层的测井响应特征组合类型可以分为四类：①有3号煤层测井响应特征，上部无小煤层测井响应特征；②有3号煤层测井响应特征，上部有1层小煤层测井响应特征；③有3号煤层测井响应特征，上部2层小煤层测井响应特征；④无3号煤层测井响应特征，上部有小煤层测井响应特征。根据煤层测井响应特征纵向组合的差异性进行分类的方法，可以定性地得出SMB研究工区内煤层的沉积环境可以分为4大类（不同沉积环境条件下沉积的地层其对应的岩性、构造、组合特征等不同，与其相对应的测井特征也不同），从而为有利煤层气储层分布区的预测提供了依据。

图3 SMB工区井震标定分析图Fig．3 Logging and seismic calibration analysis in SMB distribution

图4 2 m至5 m厚的煤层地震反射正演模拟结果Fig．4 Seismic reflection forward modeling result of 2 to 5 meter coalbed methane

2）地震相分析方法预测煤层的横向分布。煤层的横向分布受相带的控制，不同的地震相控制着煤层不同发育区的分布。根据SMB的测井资料，通过第一步研究将煤层对应的测井响应特征纵向分布组合分成了4类。研究中选择应用地震振幅属性进行煤层地震相分布的刻画（振幅属性是最直接反映地层信息的地震参数）［5－13］，较为精细地描绘出煤层的平面分布及煤层沉积环境的定性描述。

3）有利煤层气储层分布区预测。在以上两步分析的基础上，我们定性地描述出目标煤层的沉积环境展布，然后综合应用研究区内实际钻井、测井和地震资料，分析出实际钻遇较好煤质地层的钻井分布范围及其与地震相分布的关系，实现有利煤层气储层分布区预测［14－15］。

4 应用实例

应用煤层测井组合特征进行有利煤层气储层分布区的预测方法，进行SMB实际地震资料的应用研究，图5为SMB区块测井资料分析对比图。资料中SMB区块内3号主力煤层及其上部小煤层纵向分布具有特殊的表现特征，因此可以将多套煤层的纵向测井组合特征分为4类，与第3部分所描述相同。

图6为沿3号主力煤层提取的地震均方根振幅属性，并根据属性，进行3号煤层平面分布地震相的描述，图6中反映出3号主力煤层平面地震相带明显、边界清晰。综合图5与图6的特征描述，得出属于同一类煤层纵向测井组合特征的钻井分布在同类地震相带内（例如：MB2、MB3、MB6、MB7、MB12、MB13、MB15分布在中等连续强反射振幅地震相内）。图7为四类测井响应特征对应的四类地震相特征，地震相特征较为明显。

对比图5、图6和图7描述的结果表明：不同地震相所对应的地震反射特征是明显的。图8为SMB工区内东西向地震剖面，图8中描述煤层产生的地震横向反射特征不同，主要表现为煤层横向分布较连续引起连续的地震反射，但是河流分布的位置 ，煤层没有被沉积或受剥蚀沉积较薄的煤层。在以上分析的基础上，综合图6、图7和图8，能够得出煤层分布的沉积相特征，即煤层主要沉积于三角洲平原内分流间湾沉积环境，对应中等连续强反射地震相带［16－19］，有河道分布的位置煤层不发育。

综合图5、图6、图7进行SMB工区内3号主力煤层四类纵向测井组合特征的平面分布特征的建立（图9）。图9中描述的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分布条带与图5中所描述的四类煤层纵向测井组合特征的分类相对应，图9中灰黑色区域为3号煤层主要分布区。图10为穿过四类沉积相带的EW向地震剖面，图10中Ⅱ、Ⅲ类沉积相带内煤层较厚、横向连续、地震反射较强。实际钻井资料表明，Ⅱ、Ⅲ条带内的三角洲平原内分流间湾沉积环境为有利煤质的煤层分布区。研究区块内的MB2井、MB3井、MB7井、M12井、MB13井等均钻遇该套主力煤层，同时钻井揭示了3号主力煤层的特征主要表现为：黑色、条痕褐黑色，相对密度为1．41 g／cm3；以亮煤和镜煤为主，少量暗煤，属于光亮型煤；矿物含量变化在3．7%～11．00%之间，平均为7．3%，证实该类沉积环境下沉积的煤层为同时期沉积的主力煤层中较有利的煤层分布区。

图5 SMB工区3号主力煤层及上部小煤层纵向测井分布特征分类Fig．5 Vertical logging distribution feature classification of No．3 main coalbed methane and upper thin coalbed methane

图6 利用地震振幅属性进行地震相分析结果Fig．6 Seismic facies depicted using seismic amplitude

图7 四类测井响应特征对应的四类地震相特征，蓝色线为主力煤层位置Fig．7 Four seismic facies corresponding to four logging response character，blue line is the main coalbed location

图8 SMB区块地震剖面，河道特征及三角洲分流间湾煤层沉积地层特征Fig．8 Seismic profile in SMB district，channel feature and coalbed methane sedimentary layer feature in delta distributary bay

图9 四类煤层组合平面分布特征Fig．9 Four coalbed methane combination distribution feature

图10 EW向任意线地震剖面Fig．10 Random seismic profile in direction EW

6 结论

煤层气有利储层分布区测井、地震联合预测方法是煤层气勘探与开发领域具有创新思路的方法，通过本次研究得出以下结论：

1）测井资料能够直接反应煤层的反射特征、纵向分布及组合特征 。

2）地震振幅属性可以有效地反映煤层与围岩之间的岩性差异特征，可以指导岩性分布预测 。

3）综合应用测井组合特征与地震相分析方法可以指导煤层沉积相、沉积环境的划分，从而进行有利煤层气储层分布区的预测。

［1］ 刘雯林．煤层气地球物理响应特征分析［J］．岩性油气藏，2009，21（2）：113－115．

［2］ 陈振宏．高、低煤阶煤层气主控因素差异性对比研究［D］．北京：中国科学院，2007．

［3］ 陈勇，陈洪德，关达，等．基于主控因素的煤层气富集区地震预测技术应用研究［J］．石油物探，2013，52（4）：84－88．

［4］ 于红枫，王英民，李雪，等．Stratimagic波形地震相分析在层序地层岩性分析中的应用［J］．煤田地质与勘探，2006，34（1）：64－66．

［5］ 江青春，王海，李丹，等．地震波形分类技术应用条件及其在葡北地区沉积微相研究中的应用［J］．石油与天然气地质，2012，33（1）：135－140．

［6］ 赵庆波，孔祥文，赵奇．煤层气成藏条件及开采特征．石油与天然气地质［J］，2012，33（4）：552－559．

［7］ 张湖刚，张晓英．利用地震属性提取解释三维地震勘探中的构造［J］．陕西煤炭，2010（3）：102－103．

［8］ 佘德平，曹辉，郭全仕．应用三维相干技术进行精细地震解释［J］．石油物探，2000，39（2）：83－88．

［9］ 黄亚平，束荣华，董守华，等．波阻抗反演技术在煤田地震岩性勘探中的应用［J］．煤田地质与勘探，2008，36（5）：62－64．

［10］李园，胡宝林，董昌伟，等．测井约束反演在预测煤矿岩浆岩分布中的应用［J］．煤田地质与勘探，2009，37（5）：68－71．

［11］钱进，崔若飞，陈同俊．含煤地层各向异性介质有限差分数值模拟［J］．煤田地质与勘探，2010，38（2）：63－67．

［12］陈勇，贺振华，黄德济．海相碳酸盐岩礁相隐蔽油气储层解释决策研究［J］．石油天然气学报，2008，30（5）：255－258．

［13］于在春，陈桂桢，王强．构造裂缝对煤层气开采的影响［J］．露天采矿技术，2009，28：29－30．

［14］王香文，刘红，疼彬彬，等．地质统计学反演技术在薄储层预测中的应用［J］．石油与天然气地质，2012，33（5）：730－735．

［15］张绍聪，董守华，程彦．高阶相干技术在煤田断层检测中的应用［J］．煤田地质与勘探，2009，37（5）：65－67．

［16］杜文凤，彭苏萍．利用地震层曲率进行煤层小断层预测［J］．岩石力学与工程学报，2008，27（增1）：2901－2906．

［17］王勃，李景明，张义，等．中国低媒介煤层气地质特征［J］．石油勘探与开发，2009，36（1）：30－33．

［18］陈勇，关达，罗延，等．一种分析测井组合特征和地震相进行煤质预测的方法：中国，201110337997．6［P］．2013－11－01．

［19］关达，陈勇，罗延，等．一种基于层次分析法的煤层气综合评价方法：中国，201310247516．1［P］．2013－06－21．

Logging－seismic combination forcasing method for beneficial coalbed methane distribution

CHEN Yong1，2，CHEN Hong-de1，GUAN Da2，LIU Yu-qi2
（1．Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2．Sinopec Geophysical Research Institute，Nanjing 211103，China）

Logging data，seismic data are comprehensive used in forecasting beneficial coalbed methane distribution．In study，with validated application of logging data，according to the vertical distribution of logging response characteristics and its classification of the main target 3rd coal layer and the upper small coal bed，combined with the property difference between coal and surrounding rock caused by the variation characteristics of lateral seismic amplitude to predict the transverse distribution of coal seams．Validated geophysics parameter is chosen through logging data analysis and seismic RMS amplitude parameter is chosen to depict seismic fancies in SMB area，the fancies boundary is obvious．With test site＇s geology background＇s comprehensive analyzed and logging and seismic data are used to describe the test site＇s seismic fancies and sedimentary fancies．Delta interdistributary bay deposit area is chosen as optimized coalbed methane distributed area and beneficial coal bed distribution is predicted．

logging combination；coal bed prediction；RMS amplitude；sedimentary fancies；seismic fancies

P 631．8＋15

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2014．05．13

1001-1749（2014）05-0587-08

2013-04-23 改回日期：2014-07-15

国家“十二五”科技重大专项（2011ZX05035）

陈勇（1982-），男，博士，工程师，研究方向为地震资料解释，E-mail：chenyong．swty＠sinopec．com。