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煤层气地球物理响应特征分析

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煤层气 地球物理 响应 特征 分析
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收 稿日期 :2009回日期 :2009刘雯林 ,1939 年生 ,男 ,教授 ,主要从事岩性油气藏勘探和油气田开发地震方面的研究工作 。 地址 :(100083)北京市学院路中国石油勘探开发研究院专家室 。 电话 :(010)62097021。① J. A 1 卷 第 2 期2009 年 6 月岩 性 油 气 藏2009煤层气地球物理响应特征分析刘雯林(中国石油勘探开发研究院 )摘 要 :煤层气与常规天然气的岩石物理特征不同 ,它以分子状态吸附在煤岩裂缝的内表面 。 该文将煤层气看作是煤岩所含矿物的组成部分 ,计算了甲烷吸附量引起的地震速度变化 。 结果显示 ,含气量变化引起的纵波速度降低为 10%~16%时 ,利用地震技术检测煤层气依然是乐观的 。 同时也证明了反射振幅对煤岩的速度变化有放大作用 ,这有助于利用振幅属性检测煤层气 ;利用叠前反演得到的纵 、横波波阻抗计算孔隙流体的弹性参数 ,可提高煤层气的检测精度 。关键词 :煤层气 ;岩石物理 ;烃类检测 ;反射振幅 ;弹性参数中图分类号 :献标识码 :1673009)02言煤层气作为一种新能源 ,世界上已有 29 个国家开展了煤层气勘探 ,美国 、加拿大和澳大利亚已形成工业规模 。 我国煤层气资源位列世界第三 。 为了有效地开发利用煤层气资源 ,使用先进的地球物理探测技术 ,圈定煤层气富集区 ,需确定煤层气的地球物理响 ? 有关研究尚未见文献报道 ,笔者只是做了一个初步探讨 。1 岩石物理计算煤层气与常规天然气不同 。 常规天然气在储层孔隙缝洞中处于游离状态 , 而煤层气处于吸附状态 ,煤岩中的甲烷以分子状态吸附在煤岩裂缝的内表面 ,可以把它看作是煤岩所含矿物的组成部分 。基于这种认识 ,就可以对煤岩和甲烷的弹性参数进行平均 ,得到弹性模量 ,用来计算速度随甲烷吸附量的变化 。 这是完全不同于游离甲烷饱和度变化对速度影响的一种新的计算方法 。利用弹性模量计算速度的公式为+43μρ姨ρ姨式中 :km/s;km/s;K 为体积模量 ,μ 为剪切模量 ,ρ 为密度 ,g/层气体积模量 K 利用下列平均式计算①K=121姨 姨式中 : %; ],中 : 000,在地表温度和气压下甲烷的密度[2,3],kg/x 为 1 t 煤所含煤层气体积 ,m3/t; 4 + 6D+ 5 是深度 ,c=ρ(选用具有代表性的数值[4],ρ=1.4 g/ km/s, km/s,则 层气的剪切模量 μ = ρ用典型值 km/s,则 μ=煤层气的密度用下式计算ρ=1 %; ρ],g/用典型值 ρg=g/ρg/用典型值 ρc=其中 :ρg=01 35D 为深度 ,1)(2)(3)(4)岩 性 油 气 藏 第 21 卷 第 2 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期岩 性 油 气 藏 第 卷 第 期煤层气含量 x(m3/t)煤层气含量百分比 )体积模量K(积模量降低百分比 (%)密度 ρ(g/波速度vP(m/s)速度降低百分比 (%)振幅放大倍数横波速度vS(m/s)泊松比低速盖层 高速盖层5 8 806 000 6 751 004 2 708 007 5 691 011 7 683 015 8 679 018 781 6811 221 0381 采用有代表性的典型值 ,计算速度随煤层气含气量的变化 (表 1)。 煤层气含量常见值为 7.0 m3/t,瓦斯突出部位最高达 113~130 m3/t,表中振幅变化放大倍数按公式 (5)计算 ,泊松比按公式 (6)计算 。2 地震响应分析2. 1 速度煤层气含量变化引起的纵波速度降低百分比为 10%~16%,这个速度变化量已经能够使煤层气的地球物理响应达到可检测的程度 。 在时间推移地震监测油气藏流体变化的可行性分析中 ,国际上采用的经验法则是 :波阻抗变化只要大于 4%,监测就是可行的 ;波阻抗变化大于 12%,监测可行性就达到满分了 。 天然气饱和砂岩与水饱和砂岩相比 ,无论是我国还是国外计算结果 ,速度变化最大可达22%,常见值也达 16%,这要比煤层气大 。 但是 ,由于大多天然气藏厚度小 ,埋藏深度大 ,使得地震直接检测天然气藏很困难 。速度变化可以通过地震反演来获得 ,即在煤层速度背景中圈定出低速度异常带 ,进而识别煤层气富集区 。 由于地震反演把界面型反射振幅转换成了岩层型速度剖面 ,解释起来就比较直观方便 。2. 2 振幅既然地震反演是把振幅变化转换成速度变化 ,我们不妨直接使用反射振幅来检测煤层气富集区 。直接使用反射振幅值的好处是 ,振幅放大了速度的变化 ,从而使得煤层气富集区检测变得更容易 。 令煤层速度为 覆盖层速度为 法线入射反射系数公式进行偏微分 ,便得到振幅变化量 ΔA/A 与速度变化量 Δv2/×ΔE 为振幅放大倍数 ,E=(2v1/[1-(v1/,是一个绝对值大于 1 的无量纲数值 。 取盖层速度 100 m/s 为低速盖层 ,取盖层速度 500 m/s 为高速盖层 ,计算出振幅放大倍数 (表 1)为 用公式 (5)计算时 ,煤层气引起的反射振幅变化量要比速度变化大 。2. 3 泊松比还有一个有潜力的地球物理响应参数是横波速度 。 横波速度随着煤层气含量增加而增加 ,变化量大致在 最大也不过 4% 左右 ,表面上看 ,这并不利于单独用于煤层气的检测 。 但横波速度可利用的价值在于 ,它与纵波速度联合使用 ,将有助于提高煤层气的检测能力 。 泊松比就是这样联合使用纵 、横波速度的一个地震属性 ,它可以利用纵波速度 煤岩典型速度值 000 m/s, 000 m/s,计算的泊松比 σ= 随着煤层气含量的增加 ,泊 松比降低到 1),改 变 量 达 到16%~45%,这么明显的地球物理响应 ,为预测煤层气富集区增加了一个参数 。 对常规纵波地震数据进行叠前 演 ,可以得到纵 、横波数据 。 也可以用三分量地震采集技术获得纵 、横波数据 ,我国已在煤田区完成了 13 块 3 分量 3 维地震数据采集 。3 流体响应参数程可以写成干燥煤岩体积模量和表 1 不同煤层气含量的地球物理响应计算数据表 of )(6)1142009 年2009 年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年年of 00083, it in on of It is as a of in is 16%so it is to on of to by 煤层气地球物理响应特征分析孔隙流体体积模量之和[5] 1)中的 K,用 μμ)中的 μ,只要选定系数 C=(3μμ容易导出计算孔隙流体体积模量的公式g/m/s;g/m/s; ρ 是密度 ,g/公式 (1)和公式 (3)可知 ,C=(vP/由公式 (8)还可以导出从地震叠前纵波道集反演出纵 、横波波阻抗或速度 ,就可以提取反映流体响应的弹性参数 根据笔者查阅到的有限数据初步估算 ,C=在实际应用时 ,还需要针对研究的煤岩计算确切的 C 值 。类似公式 (7),流体饱和煤岩的拉梅常数 λ还可以导出计算孔隙流体拉梅常数的公式λ8)和公式 (10)可知 ,λ由于K=λ+23μ ,λ=0,λ利用公式 (10)与通常采用公式 (11)、(12)反演饱和岩石的弹性参数λ显然是提高了检测流体的能力 。λ论(1) 把处于吸附状态下的煤层气作为煤岩矿物的组成部分 ,计算了煤层气含量引起的地震速度的变化量 ,该变化量为 10%~16%,达到了地震检测的程度 。(2) 地震反射振幅对速度变化量有放大作用 ,使用振幅属性检测流体会比速度更灵敏 。(3) 利用地震叠前反演技术计算的孔隙流体弹性模量检测煤层气 ,是一种灵敏度更高的方法 。参考文献 :[1] N. of on of in ]. 974,39(6):7592] R. on ]. 976, 41(5):8953] H F, W, R. ]. 974,39(6):7704] 彭苏萍 ,高云峰 ,彭晓波 ,等 J]2004,29(2):1775] H,, J,et A ]. 003,68(1):29编辑 杨琦 )(8)(9)(10)(12)(11)(7)115
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