煤层气瓦斯地震勘探技术

煤层气地震勘探技术，崔若飞中国矿业大学一年十月，2020/6/7，中国矿业大学，2，报告纲要，煤层气勘探意义煤层气地震勘探特征地震属性技术方位各向异性技术弹性波阻抗反演技术，2020/6/7，中国矿业大学，3，1煤层气勘探意义，煤层气勘探意义煤层气作为新型清洁能源，其开发利用弥补了我国常规能源的不足。 瓦斯突出问题是多年来困扰煤矿安全生产的灾难性问题。 在煤矿开采前和开采过程中，对地下煤气丰富的情况一无所知。 这样煤矿在生产过程中，不能根据瓦斯的分布情况制定恰当的措施。 2020/6/7，中国矿业大学，4，1煤层气勘探的意义，煤层气勘探、开发和利用是我国改善能源结构，促进煤矿安全生产，有效保护生态环境，一举有利的国民大事。 影响煤层气(瓦斯)丰富性的主要地质因素包括煤层埋藏深度、煤层厚度、断层及其他结构分布、煤层中软层(结构煤的分布)、煤层顶板的封闭程度(透气性)。 2020/6/7，中国矿业大学5，2煤层气(气)地震勘探特点，煤层气(气)地震勘探的目的是利用地震波和动力学特征研究煤层岩性，特别是明确煤层和顶板裂缝发育的方向和密度(煤体结构破坏程度)、结构煤的分布和厚度。 煤层气地震勘探结合油气勘探中储层预测理论、两相介质理论、各向异性介质理论和煤田地震资料特征，以地震属性技术、方位各向异性技术、弹性波阻抗反演技术等为主要手段。 2020/6/7，中国矿业大学，6，3地震属性技术，地震属性是指叠前或叠后地震数据，数学变换导出的地震波几何形态，运动学特征，动力学特征，统计学特征。 地震属性技术是指抽取、显示、分析和评价地震属性的技术，煤层气地震勘探应用地震属性抽取、地震属性分析、地震属性区分结构、岩性，进行目的层预测。 2020/6/7，中国矿业大学，7，3.1富气带的地震响应，煤层反射波包括很多地震信息，但很难直观分析很多信息(如频率)的变化。 为了构建煤炭发育区和富气带异常，首先要仔细研究引起地震信息变化的特征，反过来提取这些特征，才能成为识别煤炭发育区和富气带的依据。 在煤炭发育区和富气带识别过程中，地震属性参数种类繁多，它们的变化特征是什么属性参数有效(贡献率高)？ 根据阳煤组地层状态特征，设计了六层介质模型。 其中，第四层中部为结构炭，代表富气区，见图3-1。 2020/6/7，中国矿业大学，8，图3-1富气带地质模型，2020/6/7，中国矿业大学，9，3.1富气带地震响应，富气带模型参数表3-1，模型参数基于实测数据。 建立了表3-1富气带地质模型参数，2020/6/7，中国矿业大学，10，3.1富气带地震响应，共3个模型。 模型1的介质4和介质5都是原生煤，图3-2是模型1的理论地震记录，模型2的介质4和介质5是结构煤，图3-3是模型2的理论地震记录，模型3的介质4是原生煤，介质5是结构煤，在两种介质之间有跨带，图3-3是模型2的理论地震记录由图3-2可知，5个界面的反射波由于煤层顶板与底板的岩性不同，泥岩与砂岩即煤层底板的波阻差大于煤层顶板的波阻差，因此煤层底板的反射能强于煤层顶板的反射强度。2020/6/7，中国矿业大学，11，图3-2模型1的理论地震记录，2020/6/7，中国矿业大学，12，3.1气体丰富带的地震响应，图3-3还有5个反射波，但第二反射波(砂岩/泥岩界面)和第五反射波(砂岩/灰岩界面)的强度明显低于模型1的对应反射波。 模型2的煤层为结构煤，但由于煤层顶、底板岩性不变，煤层顶、底板波阻差增大，因此模型2的煤层反射能强于模型1的煤层反射能. 图34仅见四个界面的反射波，第二个反射波(砂岩/泥岩界面)。 由于煤层从原生煤到结构煤的原生煤发生了变化，煤层顶板反射波没有变化，煤层底板反射波发生了很大变化。 2020/6/7，中国矿业大学，13，图3-3模型2的理论地震记录，2020/6/7，中国矿业大学，14，图3-4模型3的理论地震记录，2020/6/7，中国矿业大学，15，3.1富气带的地震响应，从理论地震断面提取煤层底板反射波的多个地震属性， 选取4个对结构煤响应敏感的地震属性(分别为振幅、频率、低频带能量和相位)进行比较分析，为气体富集带的预测提供理论依据。 图3-5图3-8是地震的属性图。 图中，横轴为CDP编号，纵轴为地震属性值，用不同的线种表示原生炭和构造炭的同一属性，其中，蓝色线状pc表示模型1的原生炭的状况的红色线状sc表示模型2构成炭的情况的绿色线状mc或者模型3的原生炭和构造炭并存的状况。 2020/6/7，中国矿业大学，16，图3-5煤层底板反射波振幅，2020/6/7，中国矿业大学，17，图3-6煤层底板反射波的频率，2020/6/7，中国矿业大学，18，图3-7煤层底板反射波的低频带能量，2020/6/7，中国矿业大学，19， 图3-8煤层底板反射波相位，2020/6/7中国矿业大学，20，3.1气体丰富带的地震响应，地震属性图表明，蓝色线性和红色线性都是直线，地震属性值没有变化的绿线在原生煤和结构煤的过渡带起伏发生较大变化，这是模型计算算算法的误差。 对理论地震记录和煤层底板反射波的地震属性进行定量分析，得出以下结论： (1)在煤发育区和富气带，煤层反射波具有离波延迟但反射波连续性良好的运动学特征，见图3-4。 (2)在结构煤炭发育区和富气带，煤层反射波为强振幅，见图3-5。 与原生煤相比，结构煤与煤层顶、底板波阻差异较大，反射能强于前者。 2020/6/7，中国矿业大学，21，3.1富气带的地震响应表明，煤储层是典型的两相介质，固体颗粒与空隙中流体的相互作用产生慢纵波，慢纵波的存在改变了两相介质中波的能量分配，使地震波的能量向较低的频率方向移动。 (4)在结构煤发育区和富气带，煤层反射波具有低频带能量相对增强、高频能量相对衰减的频率特性。 (5)结构煤炭发育区和富气带，煤层反射波具有与正常反射波相反的特征。 2020/6/7，中国矿业大学，22，3.2应用例新景煤矿芦南二区，新景煤矿芦南二区北三正，副巷掘进过程中发生瓦斯突出，7202综采工作面也发生瓦斯突出，瓦斯突出点(红星)位置见图3-9。 本文对瓦斯突出地区的三维地震资料进行了说明，重点是3煤层变薄，处于被冲刷而脱落的地区。 图中的红线范围为，在三维地震资料中说明的3煤层变薄，将缺失的带子洗掉。 北三正、副巷瓦斯突出点在此范围内，7202综合工作面瓦斯突出点在此范围的边缘。 显然，瓦斯突出与煤层变薄的缺损密切相关。2020/6/7，中国矿业大学，23，图3-9新景煤矿芦南二区3煤层气喷发点位置(部分)，2020/6/7，中国矿业大学，24，图310新景煤矿芦南二区3维地震资料解释区，2020/6/7，中国矿业大学，25，3.2应用例新景煤矿芦南二区， 图311是北三正巷(Inline2637线)的地震剖面，图312是北三副巷(Inline2642线)的地震剖面，图313是7202中综合了工作面的气体喷出点(Inline2694线)的地震剖面，黄线用T3波表示，气体喷出区域用红色的箭头表示。 从地震剖面来看，对应3煤层的T3波有2个相位，信噪比高。 原说明方案由于第一相的振幅减弱，相变等波形特征，确定3煤层薄缺陷带的范围基本可靠。 2020/6/7，中国矿业大学，26，图311新景煤矿芦南二区北三正巷(Inline2637线)地震剖面，2020/6/7，中国矿业大学，27，图312新景煤矿芦南二区北三副巷(Inline2642线)地震剖面，2020/6/7，中国矿业大学， 28图313提取新景煤矿芦南二区7202综采工作面瓦斯涌出点(Inline2694线)地震剖面、2020/6/7、中国矿业大学、29、3.2应用新景煤矿芦南二区、T3波的地震属性，主要提取振幅、相似性、时钟速度、时钟频带能量和平均频率相位从T3波地震的特性图可以看到3煤层变薄的缺陷，振幅切片中能量显着减弱(红色)，相似性切片中异常突出(红色)，时钟频率切片中为高值(黑色)，时钟频带的能量切片中为低值(蓝色)，相位切片也有很大差异。 2020/6/7，中国矿业大学，30，振幅，图314新景煤矿芦南二区的T3波地震属性，频带能量，相似性，相位，频带：2020/6/7，中国矿业大学，31，3.2应用新景煤矿芦南二区利用地震属性，比常规地震描述方法更精确，更细致在此范围内，煤层部分变薄，部分缺失，北三正、副巷瓦斯喷发点(图314中异常)的地震属性值接近煤层，7202统计与工作面瓦斯喷发点的地震属性值基本一致。 基于上述事实，本区富气带位于煤层变薄缺损带附近，更准确地说，3煤层变薄可能导致瓦斯突出。 2020/6/7，中国矿业大学，32，4方位各向异性技术，国内外研究结果显示，反射p波对裂纹地层显示的方位各向异性特征敏感，所有p波属性分布函数均为椭圆，见图4-1。 图4-1地震属性的方位各向异性，2020/6/7，中国矿业大学，33，4.1方位各向异性技术，方位各向异性技术根据不同方位角p波的振幅、速度、波动阻抗等多个地震属性随入射角变化的规律，利用地震p波方位属性对煤(岩) 决定层裂隙发育带的空间分布的基本步骤如下： (2)然后，以1530的方位角提取612的方位角信道集(3)对612个方位角信道集进行速度分析、NMO校正、重叠和偏移，得到612个方位偏移数据体(4) 对612方位偏移数据体进行波阻抗反转，得到612方位波阻抗数据体，得到2020/6/7、中国矿业大学、34、4.1方位各向异性技术、(6)从对方位偏移数据体、方位波阻抗数据体提取的方位地震属性(主要是振幅、频率包括波阻抗、速度)融合(7)利用融合的方位地震属性将煤层裂隙发育带解释为预测，定量计算裂隙发育带的密度和方向。2020/6/7，中国矿业大学，35，4.2应用枚集煤矿西三采区，从堆积后的p波地震资料中，提取13-1煤层时钟频率、时钟频带能量、时域平均能量、峰相位时间等地震属性，比较分析后选择3个最佳地震属性进行融合，预测煤层裂隙发育带图4-2是时钟速度平面图，在大断层附近伴随着裂隙发育带，将裂隙发育带包围在两处。 图4-3是主带的能量平面图，在大断层的裂隙发育不明显，确定了两个裂隙发育带。 图4-4为时域平均能量平面图，除大断层附近外，确定了三个裂隙发育带。 2020/6/7，中国矿业大学，36，图4-2时钟频率方位属性，2020/6/7，中国矿业大学，37，图4-3时钟频带能量方位属性，2020/6/7，中国矿业大学，38，图4-4时域平均能量方位属性，2020/6/7，中国矿业大学，39， 4.2应用块集煤矿西三采区、频率、频带能量和时域平均能量作为地震属性融合三要素，利用融合后的方位地震属性预测煤层裂隙发育带的存在。 图4-5是融合的方位地震的属性平面图，确定了3个裂隙发育带。 在张集煤矿西三采区13-1煤层裂隙发育带预测工作中，应用地震方位属性技术和多源信息融合技术，提取地震p波在裂隙性地层中表示的方位各向异性特征，从地震属性参数随方位角变化的特征中提取煤层裂隙属性，信息融合后获得方位地震属性平面图，由此确定了三个裂隙发育带。 2020/6/7，中国矿业大学，40，图4-5方位地震属性，2020/6/7，中国矿业大学，41，5弹性波阻抗反演技术，110000空气空气空气6，但该方法基于地震波的垂直入射假设。 当共同中心点道集的各道炮距变化范围不大时，地震波近似垂直反射界面，得到的重叠(偏移)截面几乎可以看作零炮距截面。 反演零炮距离截面，得到声波阻抗AI(AcousticImpedance )，仅与岩石的纵波速度和密度有关。 如果中心点道集的各炮检距离的变化范围较大，地震波垂直入射假设的基础不成立，理论(垂直入射)反射系数与实际获得的反射系数大不相同，即存在AVO问题。 所得到的叠加(偏移)截面也不是零炮距截面，而是公共中心点通道集合中各通道的反射波振幅平均叠加结果。 反转叠加(偏移)横截面，并且所得波形阻抗不是声波阻抗AI。 2020/6/7，中国矿业大学，42，5弹性波阻抗反转技术，Connolly(1999 )提出弹性波阻抗反转方法，是一种利用不同炮测距离的AVO信息重叠前波阻抗反转方法。 为了利用AVO信息，构建了类似于声波阻抗AI的弹性波阻抗EI(ElasticImpedance )，声波阻抗AI是岩石的纵波速度、横波速度、密度和入射角的函数。 声波阻抗反转可以求出不同入射角的声波阻抗值EI，声波阻抗EI比声波阻抗AI有利于岩性分析。 2020/6/7，中国矿业大学，43