Question

三维地震技术在韩城地区的应用

Answer 1

李雪峰 温声明 文桂华 李树新

( 中石油煤层气有限责任公司，北京 100028)

摘 要: 煤层气开发需要走低成本的道路，为了规模高效的进行井网部署，在鄂尔多斯盆地探索“黄土塬山地地区复杂地表煤层气”三维地震勘探方法非常有必要。针对韩城地区地震地质条件，围绕经济技术一体化，文章指出了三维地震需着重解决的五个问题，从观测系统设计到资料采集、处理、解释、储层预测等方面采用了八项针对性技术。然后讨论了面元对地震资料的影响，进行了三维地震资料应用效果的分析。最后总结了此次三维地震应用的经验。

关键词: 煤层气 三维地震 韩城 应用

The application of three-dimensional seismic technologies in Hancheng district

LI Xuefeng WEN Shengming WEN Guihua LI Shuxin

( Petrochina Coalbed Methane Company Limited，Beijing 100028，China)

Abstract: As development of CBM needs to be low-cost oriented，it is quite necessary to conduct exploration on " ，Loess tableland Mountain region's complex surface CBM" in Ordos Basin via three-dimensional seismic ex- ploration method，to efficiently facilitate scale well network deployment. With regard to Hancheng seismic geolog- ical conditions，the article firstly points out five key issues that needs to be resolved via three-dimensional seis- mic，focusing on the theme of economic and technological integration. Eight specific technologies were applied in terms of observe system designing， data collection， processing and interpretation， reservoir prediction， etc. Secondly，the impact of surface element on seismic data was discussed and application analysis performed on three-dimensional seismic data. Lastly，the article concludes with a summary of experience for three-dimensional seismic application.

Keywords: CBM; three-dimensional seismic; Hancheng; apply

基金项目: 国家科技重大专项项目 33 课题 001 ( 2011ZX05033 －001) 资助。

作者简介: 李雪峰，男，硕士，从事石油及煤层气地震地质综合研究。通讯地址: 中石油煤层气有限责任公司。Email: lixf2010@ petrochina. com. cn

1 概况

1.1 煤层气三维地震实施必要性

韩城地区是煤层气公司勘探开发的主战场之一。从构造区划上讲，韩城位于鄂尔多斯地块东南缘渭北隆起东部。主要含煤地层为二叠系太原组(11^#煤)和山西组(5^#煤)。煤层气公司在韩城地区累计完成二维地震超过1000km，为煤层气商业开发做出贡献。但是由于二维地震测网控制密度有限，加上煤层非均质性强，纵横向变化快，导致二维地震不能高效准确的部署井网、选择井型，从而规模高效开发煤层气(常锁亮，2008)。而三维地震则是解决该难题的有效手段。三维体数据可提供更丰富的叠前信息;三维可采用更多的解释手段(例如三维可视化、层切片、相干体、属性分析、分频、地质统计学反演、烃类检测等)，解决更多的地质问题。

三维地震技术在石油系统已经十分成熟，主要用于解决非均质性强的地质体刻画及预测问题(赵政璋，2005;李明，2005;A.R.布朗，1998;钱荣钧，2006;程建远，2001;陈军，2001;熊冉，2008;陈启元，2001)，而且石油系统当前的主流软件系统和先进的解释手段也多是针对三维开展的。国内的煤炭行业也进行了三维勘探的尝试，某煤矿近几年实施了多块小面积的小面元三维地震，取得了成功，但是其成本极高，不具有借鉴意义。

与页岩气类似，煤层气也是一种大面积、低丰度、连续型气藏。煤层为低孔低渗储层，且易受伤害，通常需要经过后期改造才能产气。这些决定了煤层气开发需要走“多井、低产、长期、缓慢”的低成本道路。

因此，为了高效规模开发，实现低成本的三维地震技术系列，进行煤层气三维地震试验很有必要。煤层气公司2010年在韩城地区部署了国内首个三维地震项目，面积为100km²。从实际应用来看，三维地震效果明显，顺利实现了部署目的。

1.2 韩城地区地震地质条件

韩城地区属典型黄土山地地貌，海拔总体在500～1300m之间。地表结构复杂，经长期的侵蚀切割成塬、梁、峁，沟壑纵横，起伏剧烈;地下低降速带厚度、速度变化大，这导致该区地震施工困难，同时静校正问题突出。

作为主要目的层的煤层，埋藏较浅，厚度薄且横向变化大，煤层分叉及尖灭情况突出。因此煤层与上下围岩的地震反射界面清晰，易分辨，但是地震识别多套煤层，尤其是煤层展布有困难;同时针对较浅目的层的观测系统，需要足够的覆盖次数。

2 韩城三维地震采用的技术

围绕经济技术一体化，作为国内第一块煤层气三维，韩城三维地震项目需要重点解决五个问题:

(1)科学设计经济技术一体化的观测系统;

(2)采集技术优化，提高资料品质;

(3)资料精细处理，解决静校正问题;

(4)地震资料解释，查明构造形态及断裂展布;

(5)储层预测，刻画煤层展布，指导开发井位部署。

针对以上问题，采用了一系列针对性技术。限于篇幅，在此列出部分有特色、对韩城项目意义重大的技术。

2.1 观测系统优化设计技术

设计观测系统时，考虑了以下因素:

(1)针对地质任务要求:以解决煤层气构造，纵横向储层、厚度变化为主，兼顾裂缝预测和含气性预测。

(2)针对主要目的层埋深:采用炮检距分布均匀，利于精确速度分析及准确成像;考虑AVO分析及应用。

(3)考虑表层结构和激发因素，资料信噪比与有效覆盖次数关系:采用较宽方位和适中覆盖次数，确保剖面信噪比;

(4)采用价值工程理念:综合分析不同地震采集观测系统的采集成本构成及变动。

综合比较多个观测系统，最终选定的观测系统覆盖次数适中，面元30m×60m满足技术要求，方位角和炮检距分布合理，炮道密度处于合理区间，项目成本符合煤层气勘探特点。同时，结合科研需要，部署15km²的30m×30m面元的试验，以比较不同面元对资料品质的影响。

2.2 多信息高精度选线选点技术

通过该技术，可以在野外施工前，在室内选好炮点及检波点，更合理地安排施工进度，提高效率;同时加大激发点选取力度，尽可能在岩石区激发，获取高信噪比单炮;提前避开施工难点及危险区，最大程度的优化激发和接收条件。

2.3 表层结构反演调查技术

对三维区内原有的18条二维测线进行近地表结构反演，结合反演结果及地表高程、障碍物分布情况进行表层调查点位布设及优化，也为做好静校正提供基础资料。

2.4 野外层析静校正技术

由于野外表层地质条件复杂，高程和低降速带校正量横向变化大引起的长波长问题，其在地震剖面上的反映是地层从上到下呈同一趋势变化，形成构造假象。针对此问题，充分利用表层调查结果、大炮初至信息、VSP测井数据，选准替换速度，应用层析静校正技术，解决静校正问题^［9］。

2.5 高精度成像处理技术

保证小断层、低幅度构造及薄目的层的高精度成像，是处理工作成败的关键。主要措施为:做好精细切除;建立高精度的偏移速度场;运用叠前时间偏移技术提高成像精度。

2.6 三维可视化解释技术

三维可视化解释是通过对来自于地下界面的地震反射率数据体，采用不同的透明度参数，在三维空间内直接解释地层的构造、岩性及沉积特征。这种三维立体扫描和追踪技术可以自动追踪，快速高效准确解释，能多角度、直观展示地质现象，为定向井、水平井部署提供可靠资料。

2.7 曲率体技术

根据曲率属性连续性的展布来客观的解释地质体的空间展布规律，在曲率体时间切片上，可清楚地识别断裂的平面展布形态和延伸方向，验证断层平面组合是否合理，提高断层解释的准确度。

2.8 地质统计学反演技术

地质统计学反演以地震反演为初始模型，从井点出发，井间遵从原始地震数据即以地震数据为硬数据(hard data)，建立定量的波阻抗三维地质模型，进行储层横向预测。其综合了地震反演与储层随机建模的优势，储层空间展布预测准确率高。

3 三维地震应用效果分析

3.1 面元对地震资料品质的影响

煤层气开发能接受30m×60m的面元，而30m×30m的面元比30m×60m的面元在成本上要翻一番。此次三维进行了两种面元的比较试验。经比较认为，二者在主测线的CDP间距均为30m，相比之下小面元剖面信噪比稍高一些，连续性强一些，但差异不大;联络线的CDP间距不同，相比之下小面元剖面信噪比高一些，连续性强一些，差异较为明显(图1)。但经过偏移插值后的时间切片构造形态基本一致，细节上稍有差异。因此，从经济技术一体化和最优性价比方面综合考虑，30m×60m面元的处理成果能够解决问题。

图1 不同面元的资料对比(左为30m×30m，右为30m×60m)

3.2 静校正处理效果

由于三维区地表条件复杂，微测井的数量不足以控制全区，因此，更多的应用了大炮初至信息。在处理过程中，利用层析静校正方法，通过野外初至波层析静校正和室内反射波剩余静校正的多次迭代处理，由地表高程及低降速带变化所产生的长、中、短波长问题均得到较好的解决，构造假象消失(图2)，为后续处理打下了坚实基础。

图2 长波长静校正处理效果对比

3.3 地震资料品质分析

三维地震比二维地震有着更高的品质。从主要目的层段的频谱图上可以看到(图3)，二维地震剖面主频为25Hz，有效频带宽度达到55Hz;而三维地震剖面主频为40Hz，有效频带宽度达到75Hz。

图3 二维(左)与三维(右)地震资料频谱对比

与二维资料相比，三维资料信噪比明显提高，消除了长波长的静校正问题，波组特征清楚，断点易于识别，反射内幕清晰，地质现象更丰富，奥陶系顶界反射不整合特征更明显(图4)，为地震资料解释及储层研究提供了良好的资料基础，有助于了解主要目的层的地质结构、断裂展布和精细构造形态。叠前时间偏移剖面与叠后相比，波组特征更明显，断层更清晰。

图4 二维测线(上)与三维测线(下)资料处理效果对比

3.4 精细解释与储层预测

进行了精细的构造解释，解释结果经变速成图后得到的构造图件，与二维相比有明显的优点:断层组合更合理，断点位置更可靠，细节刻画更清楚，解释精度更高。三维资料数据量大，将解释结果立体成图，可以更清晰的反映地下特征(图5、图6)。为了检验最终构造成图的精度，针对各目的层的构造图做了成图误差分析。将井的地质分层与解释的构造深度做比较，从统计结果上看大部分井构造成图深度与测井地质分层的绝对误差在03m之间，大部分井小于构造成图误差标准(3‰)，说明成图的方法是可行的，成图的精度符合标准的要求，成图的结果是可信的。

图5 韩城三维5^#煤层顶面构造图

图6 韩城三维5^#煤层顶面埋深图

图7 韩城三维11^#煤层厚度分布图

运用稀疏脉冲反演和地质统计学反演，对煤层厚度及空间分布进行了刻画。从反演结果看，3^#煤层仅在局部区域发育，东部WLC03井和WLC04井附近最厚，分别是3.4m和2.1m，3^#煤层向西至WLC06井逐渐变薄，向南至WLC05井煤层消失。5^#煤层全区比较发育，仅在北部的WLC01井、WLC02井和南部的WLC07井附近较薄，向西逐渐加厚，韩试3井和韩试4井之间最厚。11^#煤层东厚西薄，在东部WLC01井、WLC03井、WLC05井和WLC06井附近最厚，向西至韩试3井逐渐尖灭，韩试4井附近较发育(图7)。

运用多种地震属性，对开发井的部署进行了优化。经研究认为，振幅属性与煤层厚度具有一定的联系，泊松比属性则与裂缝密度呈正相关。最后综合利用三维地震成果，调整了离断层较近的28口低效井，提高了经济效益。

4 结论

通过韩城三维项目的开展，得出以下结论:

(1)通过韩城三维实践，找到了适合“黄土塬山地地区复杂地表煤层气”特征的低成本三维勘探方法。

(2)用三维地震来解决煤层气的构造、储层预测及井位部署等地质问题是可行的，高效的。

(3)三维地震在煤层气勘探开发领域应用前景广阔，可在开发区大面积实施，以指导定向井、水平井井位部署。

参考文献

布朗AR著，张孚善译.1998.三维地震资料解释［M］.北京:石油工业出版社

常锁亮，刘大锰，王明寿.2008.煤层气勘探开发中地震勘探技术的作用及应用方法探讨［J］.中国煤层气，52):23～27

陈军，陈岩.2001.地震属性分析在储层预测中的应用［J］.石油物探，40(3)

陈启元，王彦春，段云卿等.2001.复杂地区的静校正方法探讨［J］.石油物探，40(11):73～81

程建远，何文欣等.2001.三维地震资料的精细解释技术［J］.煤田地质与勘探，29(6)

李明，侯连华等.2005.岩性地层油气藏地球物理勘探技术与应用［M］.北京:石油工业出版社

钱荣钧，王尚旭主编.2006.石油地球物理勘探技术进展［M］.北京:石油工业出版社

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赵政璋等著.2005.储层地震预测理论与实践［M］.北京:科学出版社