WaveSonic測井在致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層評價(jià)中的應(yīng)用

李湘濤（中石化江漢石油工程有限公司技術(shù)裝備處，湖北 潛江 433124）

石文睿，張占松（長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100）

石元會(huì)，陳揚(yáng)（中石化江漢石油工程公司測錄井公司，湖北 潛江 433123）

迄今為止，低孔低滲非均質(zhì)致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層測井評價(jià)一直被公認(rèn)為是世界性難題。為了能夠有效評價(jià)致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層，測井工作者研究了微電阻率掃描成像測井、井周聲波成像測井和交叉偶極聲波測井等多種方法，能夠較為直觀地顯示裂縫發(fā)育層段。其中，交叉偶極聲波測井的探測深度相對較大，應(yīng)用范圍更廣。

低孔、低滲致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層測井評價(jià)的一項(xiàng)重要任務(wù)就是尋找張開的有效裂縫。微電阻率掃描成像測井和井周聲波成像測井能夠直觀地顯示裂縫發(fā)育層段，準(zhǔn)確地確定裂縫的產(chǎn)狀，但是這兩種測井儀器的探測深度較淺，對于裂縫的有效性評價(jià)有一定的制約。理論研究和試驗(yàn)證明，裂縫引起的橫波各向異性的大小與裂縫的強(qiáng)度成正比，張開的裂縫能導(dǎo)致斯通利波能量的大幅度衰減，而交叉偶極聲波測井能夠同時(shí)測量橫波各向異性與斯通利波［1～3］。因此，筆者詳細(xì)研究了哈里伯頓公司W(wǎng)aveSonic交叉偶極聲波測井儀器的特點(diǎn)，并將其應(yīng)用在識(shí)別致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫有效性及進(jìn)行儲(chǔ)層評價(jià)等方面。

1 儀器簡介

圖1 WaveSonic儀器結(jié)構(gòu)示意圖

WaveSonic交叉偶極聲波測井是哈里伯頓公司開發(fā)的新一代聲成像測井儀，一般稱其為WaveSonic測井。它主要由傳輸控制、發(fā)射器、隔聲體、接收器、主電子線路等5部分組成（見圖1）。

發(fā)射器包括1個(gè)全方位的單極發(fā)射器，2個(gè)同深度的偶極發(fā)射器a、b（X－X方向，Y－Y方向），8個(gè)接收器陣列，每個(gè)接收陣列均有4個(gè)分布在同一深度上的正交排列的接收器，依次為A、B、C、D，AC接收器沿偶極發(fā)射器X－X方向排列，B－D 接收器沿偶極發(fā)射器Y－Y方向排列。相鄰2個(gè)接收陣列的間距為0.5ft。第1個(gè)接收陣列與單極發(fā)射器的間距為10.24ft，與偶極發(fā)射器的間距為9.23ft。

WaveSonic測井儀器采用1個(gè)全方位的單極發(fā)射器、2個(gè)偶極發(fā)射器和8組接收器陣列、32個(gè)接收器，縱向分辨率為0.5ft，探測深度1～3ft，每個(gè)深度點(diǎn)記錄96條波形，其中包括32條單極波形，32條偶極X－X方向波形和32條偶極Y－Y方向波形，每個(gè)波形有400個(gè)采樣點(diǎn)，單極采樣間隔為20μs，偶極采樣間隔為40μs，是測量致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層交叉偶極聲波的理想設(shè)備。

2 致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層含氣性識(shí)別

利用WaveSonic測井的縱橫波速度比能夠有效識(shí)別致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層的含氣性［3～8］。在其他地層條件相同或相近的情況下，當(dāng)?shù)貙雍瑲鈺r(shí)，地層體積密度變小，體積彈性模量大幅度變小，而地層切變模量幾乎不變，導(dǎo)致縱波速度大幅度減小，而橫波速度幾乎不變，使得地層縱橫波速度比大幅度減小。

利用WaveSonic測井可以在地層中測得可靠的地層縱波速度和橫波速度。在地層不含氣的情況下，不同巖性及礦物的縱橫波速度比存在明顯差別（見表1）?；?guī)r縱橫波速度比為1.90，白云巖縱橫波速度比為1.80，砂巖縱橫波速度比為1.58～1.70，碳酸鹽巖類的縱橫波速度比明顯大于砂巖。在已知儲(chǔ)層巖性的條件下，利用縱橫波速度比變小的測井特征能夠定性識(shí)別儲(chǔ)層的含氣性。通常，碳酸鹽巖儲(chǔ)層含氣時(shí)，縱橫波速度比往往小于1.70。

在利用縱橫波速度比識(shí)別氣層時(shí)，還需要考慮巖性、壓實(shí)、膠結(jié)程度、孔隙度及侵入效應(yīng)的影響，這樣能夠有效提高氣層的直觀指示能力。

圖2為A 井1250.0～1288.0m 井段致密碳酸鹽巖測井組合曲線圖，可以看出，1267.6～1280.0m井段的縱橫波速度比明顯減小，平均為1.52，個(gè)別地方小于1.5，表明該井段有含氣特征，解釋為含氣層。而氣測錄井有明顯烴異常顯示，說明WaveSonic測井解釋結(jié)果是準(zhǔn)確的。

表1 主要巖性及礦物的縱橫波速度比值（不含氣）［1～3，7］

3 致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫評價(jià)

利用WaveSonic測井的偶極橫波各向異性及斯通利波能量衰減特征，再結(jié)合電成像測井資料，可有效評價(jià)致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫。

3.1 地層的各向異性

在各向異性地層中，橫波速度通常顯示出方位的各向異性。如地層中存在裂縫，當(dāng)橫波信號(hào)以θ角（0°＜θ＜90°）入射到裂縫地層時(shí)，入射橫波會(huì)分裂成質(zhì)點(diǎn)平行于裂縫走向、振動(dòng)速度較快的快橫波和質(zhì)點(diǎn)垂直于裂縫走向、振動(dòng)速度較慢的慢橫波。當(dāng)θ＝0°時(shí)，只產(chǎn)生快橫波，當(dāng)θ＝90°時(shí)，只產(chǎn)生慢橫波，如圖3所示。

地層各向異性的大小與快、慢橫波速度（或時(shí)差）有關(guān)。計(jì)算公式如下：

式中：Caniso為各向異性系數(shù)，%；Δts，s為慢橫波時(shí)差，μs／ft；Δts，f為快橫波時(shí)差，μs／ft。

裂縫性地層、高角度地層、井周巖性變化、井眼垮塌層段等情況都可造成偶極橫波分裂現(xiàn)象，因此，必須結(jié)合成像資料才能準(zhǔn)確判斷是否為裂縫引起的各向異性。充填裂縫與未充填裂縫在橫波各向異性上也有差異：充填裂縫的各向異性較小，未充填裂縫的各向異性較大。

3.2 斯通利波的裂縫表征

斯通利波是一種制導(dǎo)波，在低頻情況下，近似為一種管波。它的傳播類似于一個(gè)活塞的運(yùn)動(dòng)，造成井壁在徑向上的膨脹和收縮，這時(shí)如有張開縫與井壁連通，則斯通利波的傳播將使井液沿裂縫流進(jìn)和流出地層，從而消耗能量，使斯通利波幅度衰減。井中斯通利波在靠近地層與井眼間的界面?zhèn)鞑?，并且其能量向離開井壁方向呈指數(shù)衰減，衰減的程度與裂縫的張開度有關(guān)。斯通利波的波形、能量的衰減反映的是具有一定的徑向延伸長度或連通性較好的有效裂縫。因此，利用斯通利波的衰減來探測裂縫的有效性是切實(shí)可行的。

在某些硬地層內(nèi)，存在較大的地應(yīng)力，這種地層一旦被鉆開，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力釋放縫。該類裂縫發(fā)育密集，傾向基本相同，徑向延伸很淺，在電成像圖上呈羽狀或雁列狀。由于切入井壁較淺，斯通利波幾乎不會(huì)衰減。鉆井過程中的壓裂縫，一種是由于鉆具振動(dòng)形成的，其特征十分微小且徑向延伸很淺；另一種是重泥漿與地層壓力不平衡造成的壓裂縫，它們的徑向延伸淺，但通常張開度和縱向延伸較大。由于切入井壁較淺，該類裂縫斯通利波幾乎也不會(huì)衰減。

有效裂縫對斯通利波的影響是由流體在裂縫中的流動(dòng)引起的。因此，斯通利波能量衰減識(shí)別的僅僅是開口裂縫，且各種傾角的裂縫都有影響，傾角越大影響越大。

圖2 A井1250.0～1288.0m 井段測井曲線圖

圖3 各向異性地層的WaveSonic測井示意圖

3.3 實(shí)例分析

圖4為B井3390.0～3430.0m 井段致密碳酸鹽巖測井綜合曲線圖，可以看出，電阻率成像測井圖清晰地顯示3394.8～3418.6m 井段高角度裂縫發(fā)育；交叉偶極各向異性圖顯示3401.0～3407.0m 井段各向異性很大，斯通利波能量衰減也較大。綜合分析認(rèn)為，該井段裂縫的連通性、有效性較好，為張開的有效裂縫，結(jié)合深淺側(cè)向電阻率資料和氣測烴異常顯示，定性解釋3401.0～3407.0m 井段為氣層。隨后對該井側(cè)鉆水平井，水平段長850.0m，完井后實(shí)施酸壓測試，日產(chǎn)天然氣21.4×104m3，無阻流量為54.6×104m3／d。

圖4 B井3390.0～3430.0m 井段測井曲線圖

圖5 C井1370.0～1415.0m 井段測井曲線圖

圖5為C井1370.0～1415.0m 井段碳酸鹽巖測井組合圖，可以看出，電阻率成像測井顯示在震旦系燈影組1373.0～1384.0m 和1392.5～1404.0m 井段發(fā)育有近乎垂直的高角度裂縫；交叉偶極各向異性處理結(jié)果顯示，在上述2個(gè)井段都有較大的各向異性，同時(shí)，斯通利波能量在這2個(gè)井段也有很明顯的衰減。綜合分析判斷，這2個(gè)井段的裂縫為天然的高角度有效裂縫，而不是鉆井壓裂縫。結(jié)合深淺側(cè)向電阻率偏低的特征和氣測烴顯示無明顯異常的特征，定性解釋1373.0～1384.0m 和1392.5～1404.0m 井段為水層。完井后，對1290.0m 以下震旦系燈影組進(jìn)行測試，日產(chǎn)水12.9m3。

4 主要認(rèn)識(shí)

1）致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層中含氣時(shí)，WaveSonic測井的縱橫波速度比會(huì)明顯減小，該測井特征與氣測烴顯示資料相結(jié)合，可有效識(shí)別致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層的含氣性。

2）在致密碳酸鹽巖裂縫儲(chǔ)層中，WaveSonic測井的偶極橫波各向異性變化及斯通利波能量衰減特征明顯，利用該測井特征與電成像測井資料相結(jié)合，能夠準(zhǔn)確判斷致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫的有效性。

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