特殊測(cè)井方法識(shí)別地應(yīng)力方向在鎮(zhèn)涇油田的應(yīng)用

陳英，趙景，白彬艷 （中國(guó)石化集團(tuán)華北石油局測(cè)井公司，河南 鄭州 450052）

地應(yīng)力方向在油氣勘探、開發(fā)和鉆井工程中有著廣泛的應(yīng)用前景。目前利用測(cè)井資料進(jìn)行地應(yīng)力方向分析的主要方法有：井眼崩落法、鉆井誘導(dǎo)縫法和快橫波方位各向異性分析法［1～3］。通過(guò)聲電成像測(cè)井可以利用井眼崩落法、鉆井誘導(dǎo)縫法分析地應(yīng)力方向，通過(guò)交叉偶極橫波測(cè)井可以利用快橫波方位各向異性分析法分析地應(yīng)力方向［4］。筆者利用聲電成像測(cè)井和交叉偶極橫波測(cè)井對(duì)鎮(zhèn)涇油田主要目的層中生界延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組地應(yīng)力方向進(jìn)行分析，確立了長(zhǎng)8油層組最大水平地應(yīng)力方向［5］。

1 分析地應(yīng)力方向的特殊測(cè)井方法

1.1 聲成像測(cè)井法

在聲成像測(cè)井資料上，通過(guò)分段統(tǒng)計(jì)橢圓井眼坍塌崩落方向來(lái)確定最小水平地應(yīng)力的方向。根據(jù)井眼崩落形成的橢圓井眼特征，橢圓井眼的長(zhǎng)軸方向?yàn)榫郾缆浞较蚯覟樽钚∷降貞?yīng)力方向，與之相垂直的方向?yàn)樽畲笏降貞?yīng)力方向。

井周聲波成像測(cè)井 （CAST－V）采用一個(gè)以脈沖反射方式工作的聲傳感器在井中作360°的旋轉(zhuǎn)，對(duì)井壁四周進(jìn)行掃描。當(dāng)脈沖信號(hào)傳播遇到某種障礙物 （如井壁）反射回來(lái)時(shí)，被同一個(gè)超聲換能器接收并在示波管上形成回波。回波的幅度和時(shí)間與多種因素有關(guān)［6］。當(dāng)由地應(yīng)力引起井眼崩落時(shí)，在動(dòng)態(tài)聲波回波幅度成像圖上可觀察到成對(duì)出現(xiàn)在井眼徑向兩側(cè)的暗色或黑色條帶，顯示在崩落方向上有井徑擴(kuò)大 （圖1）。

圖1 聲成像測(cè)井圖 （動(dòng)態(tài)聲波回波幅度成像圖）

1.2 電成像測(cè)井法

對(duì)于應(yīng)力不平衡地層，由于鉆井導(dǎo)致應(yīng)力釋放，從而會(huì)產(chǎn)生井眼在最小水平地應(yīng)力方向的應(yīng)力坍塌，以及沿最大地應(yīng)力方向的鉆井誘導(dǎo)縫等現(xiàn)象［7］。因此，可以根據(jù)動(dòng)態(tài)加強(qiáng)XRMI（微電阻率成像儀器）圖上的橢圓井眼長(zhǎng)軸方向及成像圖上的顏色變化來(lái)確定最小水平地應(yīng)力方向，與之垂直的方向即為最大水平地應(yīng)力方向 （圖2）。

以往利用雙井徑曲線及方位曲線來(lái)確定地應(yīng)力方向，但井壁坍塌種類較多，有時(shí)不易識(shí)別，導(dǎo)致得到的地應(yīng)力方向有誤，對(duì)于井壁未發(fā)生坍塌的井段，無(wú)法確定地應(yīng)力方向。利用聲成像測(cè)井資料可以清楚地指示井眼崩落方向，準(zhǔn)確確立最小水平地應(yīng)力方向；同時(shí)電成像資料還可以直觀地顯示鉆井誘導(dǎo)縫，準(zhǔn)確確立最大水平地應(yīng)力方向。如果同時(shí)把井壁應(yīng)力崩落和鉆井誘導(dǎo)縫結(jié)合起來(lái)，就可以更加準(zhǔn)確地判斷地應(yīng)力方向。

1.3 交叉偶極橫波測(cè)井法

各向異性是指地層物理性質(zhì)在不同的方位上存在差異。地層的層界面、裂縫、橢圓井眼、地應(yīng)力等因素都可能產(chǎn)生各向異性，當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)各向異性時(shí)將導(dǎo)致橫波發(fā)生分離而形成快慢橫波［8］。在交叉偶極橫波測(cè)井圖中，快橫波的方位指示了最大水平地應(yīng)力的方向 （圖3）。

圖2 電成像測(cè)井圖 （動(dòng)態(tài)加強(qiáng)XRMI圖）

圖3 交叉偶極橫波測(cè)井圖

2 實(shí)例分析

利用聲電成像和交叉偶極橫波測(cè)井資料對(duì)鎮(zhèn)涇油田中生界延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組地應(yīng)力方向進(jìn)行識(shí)別，如圖4～6所示。

如圖4所示，紅河A井在長(zhǎng)8油層組井壁坍塌普遍存在，從聲成像圖像上分析井眼崩落及鉆井誘導(dǎo)縫的發(fā)育方位，便可確定最小或最大地應(yīng)力方向。紅河A井在長(zhǎng)8油層組井壁坍塌方向?yàn)?15±5°，最大水平地應(yīng)力方向與井壁坍塌方向垂直，紅河A井長(zhǎng)8油層組最大水平地應(yīng)力方向?yàn)?5±5°。

如圖5所示，紅河B井在長(zhǎng)8油層組井壁坍塌普遍存在，從電成像圖像上分析井眼崩落及鉆井誘導(dǎo)縫的發(fā)育方位，可確定最小或最大

地應(yīng)力方向。則紅河B井長(zhǎng)8油層組最大地應(yīng)力方向平均為65±5°。

圖6為紅河C井所測(cè)的交叉偶極橫波測(cè)井資料。利用測(cè)得的快橫波方位可以直觀有效地識(shí)別出該井長(zhǎng)8油層組的最大地應(yīng)力方向?yàn)?0±5°。

圖4 紅河A井長(zhǎng)8油層組聲成像地應(yīng)力特征圖

利用鎮(zhèn)涇油田目前15口聲電成像和交叉偶極橫波測(cè)井資料，繪制了鎮(zhèn)涇油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組地應(yīng)力方向區(qū)域分布圖，如圖7所示。從圖7上可以看出，長(zhǎng)8油層組最大水平地應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方向?yàn)楸睎|－南西向，但在研究區(qū)的西南部方向有較大變化，最大水平地應(yīng)力為南西西－北東東方向。從工區(qū)主要儲(chǔ)層段長(zhǎng)8油層組的底部構(gòu)造分布來(lái)看，長(zhǎng)8油層組底構(gòu)造總體表現(xiàn)為向西北傾的單斜，構(gòu)造變化相對(duì)平緩，東南部隆起。因?yàn)槭軚|南部隆起幅度的影響，造成研究區(qū)東南部長(zhǎng)8油層組最大水平地應(yīng)力稍有變化。

圖5 紅河B井長(zhǎng)8油層組電成像地應(yīng)力特征圖

圖6 紅河C井長(zhǎng)8油層組交叉偶數(shù)快橫波方位統(tǒng)計(jì)圖

圖7 長(zhǎng)8油層組最大水平地應(yīng)力矢量圖

3 結(jié) 論

1）利用聲電成像和交叉偶極橫波等測(cè)井資料可以確定地應(yīng)力方向。在聲電成像測(cè)井圖中，井眼崩落方向指示最小水平地應(yīng)力方向，鉆井誘導(dǎo)縫方向指示最大水平地應(yīng)力方向；在交叉偶極橫波測(cè)井圖中，快橫波方向指示最大水平地應(yīng)力方向。

2）利用特殊方法測(cè)井資料繪制了鎮(zhèn)涇油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組最大水平地應(yīng)力方向區(qū)域分布圖，在長(zhǎng)8油層組最大水平地應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方向?yàn)楸睎|－南西向，但在不同層的局部地區(qū)方向有較大變化。

3）明確鎮(zhèn)涇油田最大水平地應(yīng)力方向后，注水井的布局應(yīng)考慮：采油井和注水井不能沿最大水平地應(yīng)力方向排列，以免形成快速指進(jìn)，降低注水波及面積，增加死油區(qū)。

4）根據(jù)鎮(zhèn)涇油田最大水平地應(yīng)力分布規(guī)律，分析改造構(gòu)造、油層和井筒等的特點(diǎn)，對(duì)有條件的井可以加大施工規(guī)模，提高油層改造的效果。

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［編輯］ 龍 舟