煤层气地震物理模型的制作方法及煤层气地震物理模型

摘要

本发明提供煤层气地震物理模型的制作方法及煤层气地震物理模型，所述方法包括：确定煤层气地震物理模型的比例系数；根据所述煤层气地震物理模型的比例系数，制作煤层气地震物理模型的模具；将选择的围岩材料及模拟煤层材料浇注于所述煤层气地震物理模型的模具内；在浇注好的所述模拟煤层材料中制作煤层气富集区。所述煤层气地震物理模型包括：煤层气地震物理模型的模具，用于根据确定的煤层气地震物理模型的比例系数制作；围岩材料及模拟煤层材料，浇注于所述煤层气地震物理模型的模具内；煤层气富集区，位于浇注好的所述模拟煤层材料中。本发明具有如下的技术效果：能较真实地模拟野外实际地质情况，为实际煤层气储层研究及开采提供有力的指导。

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探开发的地球物理研究领域，尤其涉及煤层气地震物理模型的制作 方法及煤层气地震物理模型。

背景技术

煤层气储层一般都是由多个薄层组成，纵波阻抗差异小，而且裂隙极为发育，纵横向 物性特征变化较大，煤层的精细刻画本身就比较困难；另外，煤层气主要以单分子吸附状 态赋存于煤层之中，煤层气储层又是一种低渗透、变形双重介质，具有非均质性强、各向 异性强、孔隙结构复杂等特点，常规油气储层的岩石物理特性及地球物理特征并不能准确 地描述煤储层的特殊响应，这无疑给煤层气藏的预测、综合评价和开采带来了很大的难度。

国内外对煤层气勘探中的地球物理技术做了不少研究，并取得了一些重要的研究成 果，为下步的深入研究积累了一定的技术基础。戚敬华（1996）从几何理论出发推导了煤 层反射波的数学表达式。得出煤层反射波与煤层顶底界面反射系数、如射子波、波在煤层 中的双程旅行时有关，即与煤层厚度有关。Marroquo等(2003)在研究圣胡安盆地的Fruidand 煤层地震属性预测煤层厚度和裂隙密度时，主要利用了测井资料和P波地震资料。煤层厚 度用三维地震资料和测井资料进行预测。董守华等(2004)依据地质、地震资料设计了地震 地质模型，模拟了在煤层缺失、剥失、分叉、合并等情况下反射波振幅、频率等地震属性 同时讨论了这些属性对不同煤层厚度灵敏度。杨瑞召等（2005)将横向上稳定分布的地震 多属性分析技术与纵向上高分辨率的测井资料结合，有可能预测煤层气的富集带。

相对而言，国内的煤层气地球物理勘探技术研究比较零散、整体处于研究探索阶段， 需要加强系统的基础研究，开展关键技术试验，实现煤层气地球物理技术的重点突破，尽 快形成适应中国煤层气勘探开发地质特征的地球物理技术系列，服务和应用于煤层气的高 效勘探开发。而地震物理模型技术的最大特点是能较真实地模拟野外实际地质情况，为实 际煤层气储层研究及开采提供有力的指导。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前不存在一种地 震物理模型能较真实地模拟野外实际地质情况，为实际煤层气储层研究及开采提供有力的 指导。

发明内容

本发明实施例提供一种煤层气地震物理模型的制作方法及煤层气地震物理模型，以能 较真实地模拟野外实际地质情况，为实际煤层气储层研究及开采提供有力的指导。

一方面，本发明实施例提供了一种煤层气地震物理模型的制作方法，所述煤层气地震 物理模型的制作方法包括：

确定煤层气地震物理模型的比例系数；

根据所述煤层气地震物理模型的比例系数，制作煤层气地震物理模型的模具；

将选择的围岩材料及模拟煤层材料浇注于所述煤层气地震物理模型的模具内；

在浇注好的所述模拟煤层材料中制作煤层气富集区。

可选的，在本发明一实施例中，所述确定煤层气地震物理模型的比例系数，包括：根 据野外实际的地质概况，确定煤层气地震物理模型的比例系数；所述煤层气地震物理模型 的比例系数包括为：1:5000。

可选的，在本发明一实施例中，所述将选择的围岩材料及模拟煤层材料浇注于所述煤 层气地震物理模型的模具内，包括：将选择的围岩材料和/或模拟煤层材料通过一层一层的 方式浇注于所述煤层气地震物理模型的模具内：制作顺序为自底层开始到最顶层，浇筑完 一层后待此层固化后进行修整，然后再进行另外一层的浇筑工作，按照这样的方式进行一 系列地层的浇筑工作，以便完成所述煤层气地震物理模型的制作；选择的所述围岩材料为： 环氧树脂及固化剂；选择的所述模拟煤层材料为：环氧树脂、硅橡胶以及固化剂。

可选的，在本发明一实施例中，所述围岩材料中环氧树脂与固化剂的混合比例为4.5:0.4 或5:0.5；所述模拟煤层材料中环氧树脂、硅橡胶以及固化剂的混合比例为3:1:0.3。

可选的，在本发明一实施例中，所述在浇注好的所述模拟煤层材料中制作煤层气富集 区，包括：用低速的材料进行填充或人工制作裂隙的方式在浇注好的所述模拟煤层材料中 制作煤层气富集区，然后进行脱模，修整。

另一方面，本发明实施例提供了一种煤层气地震物理模型，所述煤层气地震物理模型 包括：

煤层气地震物理模型的模具，用于根据确定的煤层气地震物理模型的比例系数制作；

围岩材料及模拟煤层材料，浇注于所述煤层气地震物理模型的模具内；

煤层气富集区，位于浇注好的所述模拟煤层材料中。

可选的，在本发明一实施例中，所述煤层气地震物理模型的比例系数为根据野外实际 的地质概况确定的；所述煤层气地震物理模型的比例系数包括为：1:5000。

可选的，在本发明一实施例中，所述围岩材料及模拟煤层材料，浇注于所述煤层气地 震物理模型的模具内，包括：选择的围岩材料和/或模拟煤层材料通过一层一层的方式浇注 于所述煤层气地震物理模型的模具内：制作顺序为自底层开始到最顶层，浇筑完一层后待 此层固化后进行修整，然后再进行另外一层的浇筑工作，按照这样的方式进行一系列地层 的浇筑工作，以便完成所述煤层气地震物理模型的制作；选择的所述围岩材料为：环氧树 脂及固化剂；选择的所述模拟煤层材料为：环氧树脂、硅橡胶以及固化剂。

可选的，在本发明一实施例中，所述围岩材料中环氧树脂与固化剂的混合比例为4.5:0.4 或5:0.5；所述模拟煤层材料中环氧树脂、硅橡胶以及固化剂的混合比例为3:1:0.3。

可选的，在本发明一实施例中，所述煤层气富集区，为用低速的材料进行填充或人工 制作裂隙的方式在浇注好的所述模拟煤层材料中制作完成，然后进行脱模，修整。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用确定煤层气地震物理模型的比例系数；根 据所述煤层气地震物理模型的比例系数，制作煤层气地震物理模型的模具；将选择的围岩 材料及模拟煤层材料浇注于所述煤层气地震物理模型的模具内；在浇注好的所述模拟煤层 材料中制作煤层气富集区的技术手段，所以具有如下的技术效果：能较真实地模拟野外实 际地质情况，为实际煤层气储层研究及开采提供有力的指导。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种煤层气地震物理模型的制作方法流程图；

图2为本发明实施例一种煤层气地震物理模型结构示意图；

图3为本发明应用实例煤层气地震物理模型的制作工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例一种煤层气地震物理模型的制作方法流程图，所述煤层 气地震物理模型的制作方法包括：

101、确定煤层气地震物理模型的比例系数；

102、根据所述煤层气地震物理模型的比例系数，制作煤层气地震物理模型的模具；

103、将选择的围岩材料及模拟煤层材料浇注于所述煤层气地震物理模型的模具内；

104、在浇注好的所述模拟煤层材料中制作煤层气富集区。

可选的，所述确定煤层气地震物理模型的比例系数，包括：根据野外实际的地质概况， 确定煤层气地震物理模型的比例系数；所述煤层气地震物理模型的比例系数包括为： 1:5000。

可选的，所述将选择的围岩材料及模拟煤层材料浇注于所述煤层气地震物理模型的模 具内，包括：将选择的围岩材料和/或模拟煤层材料通过一层一层的方式浇注于所述煤层气 地震物理模型的模具内：制作顺序为自底层开始到最顶层，浇筑完一层后待此层固化后进 行修整，然后再进行另外一层的浇筑工作，按照这样的方式进行一系列地层的浇筑工作， 以便完成所述煤层气地震物理模型的制作；选择的所述围岩材料为：环氧树脂及固化剂； 选择的所述模拟煤层材料为：环氧树脂、硅橡胶以及固化剂。

可选的，所述围岩材料中环氧树脂与固化剂的混合比例为4.5:0.4或5:0.5；所述模拟 煤层材料中环氧树脂、硅橡胶以及固化剂的混合比例为3:1:0.3。

可选的，所述在浇注好的所述模拟煤层材料中制作煤层气富集区，包括：用低速的材 料进行填充或人工制作裂隙的方式在浇注好的所述模拟煤层材料中制作煤层气富集区，然 后进行脱模，修整。

对应于上述方法实施例，如图2所示，为本发明实施例一种煤层气地震物理模型结构 示意图，所述煤层气地震物理模型包括：

煤层气地震物理模型的模具21，用于根据确定的煤层气地震物理模型的比例系数制 作；

围岩材料22及模拟煤层材料23，浇注于所述煤层气地震物理模型的模具21内；

煤层气富集区24，位于浇注好的所述模拟煤层材料23中。

可选的，所述煤层气地震物理模型的比例系数为根据野外实际的地质概况确定的；所 述煤层气地震物理模型的比例系数包括为：1:5000。

可选的，所述围岩材料及模拟煤层材料，浇注于所述煤层气地震物理模型的模具内， 包括：选择的围岩材料和/或模拟煤层材料通过一层一层的方式浇注于所述煤层气地震物理 模型的模具内：制作顺序为自底层开始到最顶层，浇筑完一层后待此层固化后进行修整， 然后再进行另外一层的浇筑工作，按照这样的方式进行一系列地层的浇筑工作，以便完成 所述煤层气地震物理模型的制作；选择的所述围岩材料为：环氧树脂及固化剂；选择的所 述模拟煤层材料为：环氧树脂、硅橡胶以及固化剂。

可选的，所述围岩材料中环氧树脂与固化剂的混合比例为4.5:0.4或5:0.5；所述模拟 煤层材料中环氧树脂、硅橡胶以及固化剂的混合比例为3:1:0.3。

可选的，所述煤层气富集区，为用低速的材料进行填充或人工制作裂隙的方式在浇注 好的所述模拟煤层材料中制作完成，然后进行脱模，修整。

本发明实施例上述方法及装置技术方案具有如下有益效果：因为采用确定煤层气地震 物理模型的比例系数；根据所述煤层气地震物理模型的比例系数，制作煤层气地震物理模 型的模具；将选择的围岩材料及模拟煤层材料浇注于所述煤层气地震物理模型的模具内； 在浇注好的所述模拟煤层中材料制作煤层气富集区的技术手段，所以具有如下的技术效 果：能较真实地模拟野外实际地质情况，为实际煤层气储层研究及开采提供有力的指导。

本发明应用实例的目的之一在于提供一种煤层气地震物理模型的制作方法，另一目的 在于提供按照所述方法制作得到符合设计要求的煤层气地震物理模型，与实际的煤层气地 震响应作对比分析，提供一种研究煤层气地震勘探的新思路。

实验室在构建制作煤层气物理模型时会遇到下面几个问题，一是模型的比例的选取， 由于实际开采过程中发现煤层的厚度很薄，一般在几米左右，十几米到二十几米左右厚度 的煤层就属于巨厚煤层，煤层的埋深在1000m到2000m之间居多，相比较于埋藏深度， 煤层厚度显得过于微小，实验室在构建物理模型时，怎样选取适应两种尺寸的比例系数是 一个主要的难题。其次是模拟煤层材料的选取，由于煤层是低密度、低速度的介质，很难 找到合适的材料进行模拟，实验室工作人员通过大量的实验工作根据几种材料的混合配 比，确定了适宜模拟煤层的材料。第三是煤层气富集区的模拟，煤层虽然是煤层气的储集 层，但并不是所有煤层都具有开采价值，因此只有找到煤层气富集区域才具有意义，煤层 气富集区在地震岩石物理特征上与煤层的区别在于裂缝比较发育，速度和密度有一定程度 的降低，所以利用物理模型来模拟煤层气富集区可以从两个方面入手：1、用更为低速度 的材料填充煤层；2、在制作的煤层上刻画裂隙。同时带来了两个方面的问题：比设计煤 层还要低速的材料的选取，以及煤层裂隙怎样制作才更符合实际情况。

在上述提到的三个问题中，首要解决的是模型空间比例系数的确定，如果比例系数（物 理模型尺度与野外实际尺度之比）选取过小，且由于煤层厚度太薄，在物理模型上的制作 上难以实现，如果比例系数选取过大，一是物理模型的体积相应变大，耗费材料增多且工 期增长，二是会对速度比例的选取造成影响，增加选取合适的速度材料的难度。通过实验 对比和理论计算，最终确定空间尺度的比例系数选用1:5000最为合适，在此比例下，物 理模型中的1mm代表实际中的5m，这样根据煤层的厚度变化，在物理模型中的厚度为 1mm~4mm之间变化，物理模型制作中可以实现厚度为1mm的制作精度。

煤层特征不同于其他岩层，要模拟煤层低密、低速特点在实施过程中有一定的困难， 通过对环氧树脂、硅橡胶以及固化剂进行多种比例的配比试验，并根据本发明的要求最后 确定环氧树脂、硅橡胶和固化剂的比例在3:1:0.3时，有利于模拟煤层。为模拟煤层气富集 区特征，在所制作的某几层煤层中分别选取几块区域作为目标区进行模拟，一是用低于煤 层速度的水玻璃对某些区域进行填充，二是利用刻刀对几块区域进行刻划，制作人为裂隙， 分别用两种不同宽度（0.5mm和0.1mm）的刀片对煤层进行切割，制造裂隙。

如图3所示，为本发明应用实例煤层气地震物理模型的制作工艺流程图，具体包括：

1、野外地质概况

鄂尔多斯盆地2000m以浅煤层甲烷资源量超过1×1012m3，其中以韩城区块最为典型， 该区块发育13层煤，以山西组的3#、5#煤层和太原组的11#为主要的储气层，含煤构造呈 现北东～南西向展布，总体构造形态为北西倾向、向北倾没的单斜构造，模拟区选为东西 4公里，南北5公里。

2、物理模型设计及制作

1）比例系数的确定

根据野外实际的地质概况，最终确定空间尺度的比例系数选用1:5000最为合适，在此 比例下，物理模型中的1mm代表实际中的5m，这样根据煤层的厚度变化，在物理模型中 的厚度为1mm~4mm之间变化，实际地质区域面积缩小到100×80cm范围内。

2）物理模型模具制作

根据实际的围岩地层和煤层的平面展布以及构造特征，按照设计的比例系数绘制模具 制造图纸，然后制作模具，这样地质构造的形态就可以通过预先制作的模具得到控制。依 据模型制作的需要模具可做成正模和负模，在负模上制作可直接得到所需的形态，而用正 模时还需再做一负模。

3）材料选择及配比

对于制作模型来说，环氧树脂、硅橡胶以及固化剂是最好的制作材料，因为这几种材 料可以再液态下充分混合，并通过固化剂的作用在一段时间后固化成型，且固化后性能稳 定。通过进行多种比例的配比试验，环氧树脂、硅橡胶和固化剂的比例在3:1:0.3时，有利 于模拟煤层。由于煤层具有低速、低密、高波阻抗的岩石物性特征，在模拟煤层的过程中 进行了大量试验，通过进行多种比例的配比，确定环氧树脂、硅橡胶和固化剂的比例在 3:1:0.3时，有利于模拟煤层。对于用于模拟围岩地层的材料的选取则比较容易，选用环氧 树脂和固化剂进行不同比例的混合即可，模型制作中选用了环氧树脂与固化剂为4.5:0.4和 5:0.5的两组混合比例进行围岩地层的模拟。

4）模型制作

将配比好的材料按照设计要求浇筑到设计并制作好的模具内，制作顺序为自底层开始 到最顶层，浇筑完一层后待此层固化后进行修整，然后对其形态进行测量；然后再进行另 外一层的浇筑工作，按照这样的方式进行一系列地层的浇筑工作，直到模型制作完毕。

5）煤层富集区制作

在浇筑好的煤层中选取特定区域进行煤层气富集区的制作。在模型的制作过程中5# 煤层中的5块区域用更为低速的材料进行填充或人工制作裂隙来进行模拟，其中3块区域 用两种不同宽度（0.5mm和0.1mm）的刀片对煤层进行切割，制造裂隙；另外2块区域用 水玻璃填充。同样在3#煤层中也用同样方法制作了一块区域：刀片宽度0.1mm，裂隙方向 为东西方向，共37刀，平均每1.7mm有一裂隙。

待上述工作完成后，需要对模型进行一次全面修整，并对模型未脱模部分进行脱模处 理，对模型的整体形态做最后一次激光形态测试，至此煤层气物理性制作完成。

本发明应用实例利用制作的煤层气物理模型，能成功地模拟煤层气的地震响应特征。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细 说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的 保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。