煤层气井间地震采集方法探讨

摘要：在煤层气勘探开发中,地球物理测井是识别煤层、分析煤层特性、评价煤层气储层的重要手段。地面地震勘探与井中、井间地球物理技术的结合是煤层气勘探开发的必然趋势。井间地震能在地面三维或四维高分辨率地震、测井之间搭起一座相互联系的桥梁，将其所提供的丰富的超高频率资料与其它资料综合研究，可以解决薄互层、储层连通性等复杂的地质问题。本文从煤层气井间地震的采集出发，全面探讨了采集的各项技术及注意细节，为煤层气井间地震数据的采集奠定了基础。

关键词：裂隙 测井评价 井间地震 观测系统 井距 扇

1、煤层气储层特征

煤层气包括基质表面的吸附气、煤层裂缝与割理中的游离气、煤层水中的溶解气和煤层间夹层的游离气4部分。从储层物性上看，煤层气藏是基质、裂隙的多重变形介质体系。煤层的裂缝有天然裂缝、构造裂缝和人工压裂缝。天然裂缝（又称割理）是煤化作用和构造应力影响的结果。割理有方向性，是控制煤层方向性渗透的主要因素。构造裂缝和人工压裂缝的发育规律要复杂些。煤层气主要以吸附状态赋存在煤岩基质中。只有当储层压力降低后才可从基质中解吸出来。煤岩裂隙中多被水充满，而裂隙是煤层中的主要运移通道，煤层气需要通过排水降压方式才得以采出。故煤层气产量受煤岩性质、压力水平和两相渗流特征等多种因素的影响。我国煤层气储层多为低压、低渗透。

2、煤层气勘探开发现状

与常规油气储层相比,煤层气储层具有双孔隙结构系统特点,煤层气的储集只有少量以游离态存在,大部分吸附于煤层表面,吸附气不像常规油气那样以一种独立空间存在的气体对测井曲线产生影响，而是依附于煤的其他四种工业分析组分[1-4]。我国煤层气测井技术最初是从国外引进，在石油测井和煤田测井技术基础上发展起来的，现有的油气藏测井基础理论不适用于煤层气测井。显然，在煤层气解释评价中，体积模型、孔隙度、饱和度方程是不能直接套用的,必须对其进行深化研究,建立适合煤层气测井的解释方法和模型,才能对煤层气做出正确评价。国内外测井工作者紧密结合煤层气储层的特点,相继开展了有关的研究和探索[5-10]。

2.1 煤层气测井评价技术

煤层气储层测井评价技术是煤层气勘探开发中的重要手段，具有分别率高、识别效果好、快速直观、费用低廉等特点，可弥补取心、试井及煤心分析等方面的不足,因此,使测井技术成为煤层气勘探开发中的重要手段。

煤层气测井评价技术一般都是根据煤层气勘探开发的不同阶段、研究目的和地质条件选用密度、电阻率等常规方法涉足煤层气测井领域。现阶段煤层气储层测井评价：(1)划分煤层、夹层、岩性：自然伽玛、补偿密度、补偿中子、补偿声波等；(2)煤质参数计算：声波时差、密度、中子等；(3)计算孔隙度、渗透率、饱和度、含水性等参数：声波时差、密度、中子、侧向、微电极、核磁共振等；(4)机械强度指数、地层压力、井眼状况等：声波时差及全波列、密度、井径、微电极等；(5)计算煤层含气量：声波、密度、中子、侧向、自然伽玛等；(6)煤层对比、沉积环境分析：侧向(感应)、自然伽马、自然电位等；(7)煤层裂缝发育分析：声成象、电成象、侧向、微电极等。可知,现在使用的煤层气测井方法在常规油气藏方面应用比较成熟,但在煤层气勘探方面尚处于摸索和总结阶段，结合井间地震的联合技术开发研究还是空白。尝试利用井间地震的高分辨率测井技术的实验研究，探清煤层的裂隙，调查煤层的物性特征、地震波场的响应特征，为地球物理测井响应的理论关系建立桥梁,突破煤层气储层裂隙解释的瓶颈。

3、井间地震技术

井间地震数据采集方式与众不同，采用井下激发、相邻井井下接收的排列形式，记录井间地层传播的波场(如图1所示)。主要特点在于地震设备能够靠近目的层，避开地面噪声和强衰减风化层，从而获得高频记录，加上记录中有效频率成分丰富和目的层覆盖效果好等特点，井间地震资料有很高的空间分辨率。当地面条件较好，并且为浅层时（1500m以上），常规三维地震信号有效频率最高只能够达到100Hz左右(能够分辨速度变化在4%-6%，厚度7m左右的连续地层)；而井间地震的地震信号有效频率可达2000Hz（目前已知的最高频率），是地面地震的10倍以上，可以对井间地层、构造、储层等地质目标进行精细成像（能够分辨厚度>2m的煤层）。井间地震可以发现、落实分布广泛的小断块、地层圈闭(不整合、超覆或退复、尖灭等)与岩性圈闭(砂岩体、裂缝带、火成岩等)。胜利油田在永新区块永3-147一永3-J1井组的井间地震是很好的证明：永3-147一永3-J1井间Es27砂组内部储层描述；井间Es27砂组在常规三维地震剖面上表现为一个较连续的反射同相轴，不能分辨砂组内储层的横向变化。从该相位来看两井间也不存在断层或岩性的变化，而在井间地震剖面上反映了丰富的层间信息，可以看出砂层组内部具有前积反射特征，表明该砂层组为前积型沉积的砂体(图2)

(a)过井三维地面地震剖面(b)井间地震剖面

图2 过井三维地面地震剖面和井间地震剖面比较

在开发阶段，井间地震将在储层静态描述与动态监测等诸多方面发挥作用。井间地震能在地面三维或四维高分辨率地震、测井之间搭起一座相互联系的桥梁，将其所提供的丰富的超高频率资料与其它资料综合研究，可以解决薄互层、储层连通性、流体分布等复杂的地质问题。

4、井间地震采集方法探讨

选井:针对不同施工区域目的层的岩性与速度特点，根据井距和震源能量，确定所选井组是否适合井间地震采集施工（适合井中可控震源激发的井间距范围一般在800m以内）。施工井应尽可能选择直井，套管直径应在5寸半以上，不能有破损变形。若是斜井，井斜保证在10°以内，具备完整的测井资料。震源激发井选择射孔段较少、井孔变形小的井；接收井选择井下安静、射孔段较少、噪音水平比较低的井。进行实际采集前要进行噪音测试来最终确定。

施工井在施工前要进行通井探底、刮管、洗井、替清水作业，做到井壁光滑套管完好，在射开孔的层位进行挤水泥或在上部打可捞式桥塞。井底无沉砂，井内无气体，液面高度应在所设计的震源和检波器最浅处以上50米，施工前完成闷井工作。

观测系统设计:使用X-PLAN软件进行观测系统设计。包括井距、井下检波器间距、震源激发间距、总扇数、每扇的观测段起止深度、每扇的激发段起止深度与激发炮数、时间采样间隔、每炮的扫描次数、扫描频率范围、扫描长度、记录长度、深度零线位置。由于井间地震数据采集的特殊方式，根据激发点和接收点之间的位置关系，一般选择共接收点道集数据采集方法，该方法获得的道集可用于层析成像和反射成像，并且具有采集速度快、效率高的优点[11-12]。

观测段的选择:要将观测井段选在套管范围内，特别是固井质量良好的套管井段，以保证井下检波器与地层能很好的耦合。固井质量差的井段在经过较长时间的岩屑填充和固化后，形成“假固井”，也是较好的观测井段。观测井段的选择要考虑几个方面的因素：井间距离、入射角度、目的层厚度等。要得到好的反射波成像，入射角要尽量小一些（小于50°），观测井段可以尽量选的长一些。

观测点距的选取:利用空间采样定律，防止出现空间假频，计算公式为：式中：为观测点距，为最小层速度， 为地震子波频率最大值；

检波器间距的选择:对于透射层析成像，层析图上的空间分辨率取决于排列参数及走时拾取精度，而空间分辨率的理论值为式中：是异常速度,m/s；是围岩速度,m/s；是走时拾取误差，s。要保证最高分辨率，合理的最小激发点和接收点间隔应为的1-1.5倍。在整个观测过程中，一般应保持等观测间距。

时间采样间隔的选择:应满足公式：式中：是时间采样间隔，ms；是最高扫描频率值，Hz。

激发因素:震源类型、每炮的叠加次数、扫描频率范围、扫描长度等参数，针对不同类型的震源而定。

实验:试验的主要目的：(1)根据目标井噪音水平，确定接收井；(2)根据信噪比情况，选择合适的激发能量；(3)评价周围开发井对信噪比的影响；(4)确定震源叠加次数；(5)确定扇的大小。

噪音测试：测试目标井的噪音水平，录制纯背景噪音，分析噪音的频率、能量、速度等信息。扇试验：(1)测试有效能量的传播距离，为扇长度的选择提供依据；(2)确定震源叠加次数；分析获取资料的信噪比、有效信号的能量、频率等信息，最后确定扇的大小。

野外数据采集:井间地震采集对激发点和接收点深度数据的要求比较高，因此要严格控制震源电缆的提升速度，速度过快震源未完成设定的叠加次数就进入下一个激发点。电缆上提速度应根据炮间距和叠加次数来确定(在3m的炮间距时8次叠加，一般控制在6.0m/min～6.3m/min)。每采集完一个扇，要对震源电缆的深度进行标定和校正。井间地震的野外数据采集,每扇资料应为连续作业。若因意外情况不得不中断测井，应在提升电缆前做出标记。待恢复生产时，有两个以上重复观测点记录，检查无误后方可继续生产。

5、结论和建议

利用地球物理技术结合井间地震进行煤层气勘探，国内研究很少，目前仍处于探索性阶段。地球物理资料的联合反演是实现综合地球物理研究煤层气的关键环节和难点。就煤层气勘探开发的地球物理勘探方法而言，尚未形成认识统一的地球物理勘探手段和处理流程。因此，我们应加强基础研究，积极开展技术试验，多属性分析，实现重点突破，针对中国煤层气勘探开发地质情况，逐点攻关，找出一套适合本国煤层气特点的地球物理技术。

参考文献

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