數(shù)字聲波幅度比值方法在評(píng)價(jià)碳酸鹽巖水平井儲(chǔ)層中的應(yīng)用

張承森　(中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

張璋　(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

吳興能　(中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

徐大年　(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

袁長(zhǎng)劍　(中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

韓東春　(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

曹江寧　(中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

數(shù)字聲波幅度比值方法在評(píng)價(jià)碳酸鹽巖水平井儲(chǔ)層中的應(yīng)用

張承森(中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

張璋(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

吳興能(中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

徐大年(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

袁長(zhǎng)劍(中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

韓東春(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

曹江寧(中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

[摘要]水平井井況一般較為復(fù)雜,井漏、井涌時(shí)有發(fā)生,井斜角及狗腿度往往較大,因此測(cè)井采集風(fēng)險(xiǎn)大,難以獲得放射性測(cè)井及成像測(cè)井資料。目前,雙側(cè)向-數(shù)字聲波測(cè)井是塔中地區(qū)碳酸鹽巖水平井的主要采集系列,較少的測(cè)井資料給碳酸鹽巖水平井儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)及流體識(shí)別帶來(lái)了很大困難,為了在有限的測(cè)井資料中獲得更多的地層信息,提出了數(shù)字聲波幅度比值方法。通過(guò)波幅比值與孔隙度交會(huì),可有效區(qū)分儲(chǔ)層與干層;而通過(guò)波幅比值與深側(cè)向電阻率交會(huì),亦能對(duì)儲(chǔ)層流體性質(zhì)進(jìn)行有效識(shí)別。

[關(guān)鍵詞]碳酸鹽巖;水平井;儲(chǔ)層評(píng)價(jià);流體識(shí)別;數(shù)字聲波幅度

由于水平井及大斜度井在儲(chǔ)層鉆遇率及產(chǎn)量方面較直井都有較大優(yōu)勢(shì)，塔中地區(qū)部署的水平井及大斜度井?dāng)?shù)量逐年增加；但水平井井況一般較為復(fù)雜，井漏、井涌情況時(shí)有發(fā)生，井斜度及狗腿度往往較大，導(dǎo)致測(cè)井采集風(fēng)險(xiǎn)較大，往往難以取全、取準(zhǔn)測(cè)井資料。目前，主要采集的測(cè)井資料僅有雙側(cè)向電阻率及數(shù)字聲波測(cè)井。數(shù)字聲波時(shí)差測(cè)井與密度測(cè)井相比在計(jì)算孔隙度方面存在較大誤差，對(duì)于以低孔隙度儲(chǔ)層為主的硬地層來(lái)說(shuō)，在孔隙度求不準(zhǔn)的情況下，難以對(duì)儲(chǔ)層及流體進(jìn)行精細(xì)評(píng)價(jià)。因此，有必要對(duì)已有的測(cè)井資料進(jìn)行深入研究，嘗試在有限的測(cè)井資料中獲得更多的地層信息，用以指導(dǎo)儲(chǔ)層及儲(chǔ)層流體解釋評(píng)價(jià)工作。

1數(shù)字聲波幅度與儲(chǔ)層滲透性

塔中地區(qū)目前聲波時(shí)差的主要測(cè)量?jī)x器為阿特拉斯公司的數(shù)字聲波儀器DAL (digital acoustic log)，該儀器為雙發(fā)四收結(jié)構(gòu)，記錄的數(shù)據(jù)體中以波列數(shù)據(jù)為主。數(shù)字聲波儀源距較短，主要記錄縱波波列信號(hào)，為后期的時(shí)差提取提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]。地層中的聲波衰減是評(píng)價(jià)地層能量損失的有效方式，波的衰減對(duì)附近地層的反應(yīng)要比波速靈敏得多[2～4]，從聲波衰減中可以得到巖性、流體飽和狀態(tài)、孔隙、裂縫及洞穴等信息[5]。根據(jù)聲波理論，聲波在地層中傳播遇到滲透性地層時(shí)，波幅將會(huì)降低[2]。因此，根據(jù)聲波幅度的衰減可以判斷儲(chǔ)層的有效性。巖石介質(zhì)內(nèi)部的非彈性及內(nèi)損耗也會(huì)造成聲波能量的損耗，產(chǎn)生波幅的變化[6]。但碳酸鹽巖地層的成巖礦物大多屬于剛性巖石[7]，巖石基質(zhì)骨架比較致密[8]，巖石介質(zhì)變化引起的波幅變化可以忽略不計(jì)，因此波幅的變化主要反映地層孔洞及裂縫的發(fā)育程度。但是，數(shù)字聲波儀器源距短、探測(cè)深度淺，波列受干擾較大，人們往往對(duì)其后續(xù)處理未予充分重視。此外，根據(jù)聲波在孔隙地層中的傳播理論，在井眼、井壁條件穩(wěn)定時(shí)，聲波幅度的大小也受地層儲(chǔ)集性能及流體性質(zhì)的影響。

1.1　數(shù)字聲波幅度計(jì)算方法

數(shù)字聲波幅度計(jì)算的基本原理較為簡(jiǎn)單：原始波列首先經(jīng)過(guò)濾波處理，去掉非地層的干擾信息；然后再給定計(jì)算的起始時(shí)間及窗長(zhǎng)，即可按照一定的方法計(jì)算窗口中的幅度值。幅度計(jì)算的正確性以及是否能有效反映地層信息，關(guān)鍵在于計(jì)算的起始時(shí)間及窗口長(zhǎng)度。

1.1.1開始時(shí)間計(jì)算

開始時(shí)間計(jì)算有多重選擇性，準(zhǔn)確的開始時(shí)間使得幅度計(jì)算結(jié)果更能有效反映地層信息，有利于儲(chǔ)層及流體的評(píng)價(jià)。數(shù)字聲波現(xiàn)場(chǎng)采集記錄主要為波列數(shù)據(jù)，最終時(shí)差曲線主要依據(jù)波列拾取首波計(jì)算[1]，而在拾取首波的過(guò)程中，會(huì)同時(shí)生成首波到達(dá)時(shí)間曲線。在井徑規(guī)則、時(shí)差可靠的情況下，首波到達(dá)時(shí)間曲線一般可靠性較高。該情況下，可以采用現(xiàn)場(chǎng)采集的首波到達(dá)時(shí)間作為計(jì)算的開始時(shí)間。

在碳酸鹽巖水平井中，由于儀器的不居中狀態(tài)，使得在現(xiàn)場(chǎng)首波到達(dá)時(shí)間難以準(zhǔn)確拾取[9]。此時(shí)，可以采用陣列波形提取的方法，即慢度-時(shí)差相關(guān)(STC)法(式 (1))，先得到地層的時(shí)差信息，反推首波的到達(dá)時(shí)間(式(2))。STC法主要是通過(guò)相關(guān)對(duì)比，與首波準(zhǔn)確與否關(guān)系較小，反推得到的到達(dá)時(shí)間相對(duì)比較準(zhǔn)確。

(1)

式中：R(s,t)為慢度-時(shí)差相關(guān)法的相似系數(shù)，1；m為接收器的個(gè)數(shù)；fm為第m個(gè)接收器t時(shí)刻的聲波信號(hào)，mV；Δz為接收器間距，ft；t為時(shí)窗在第一道波形上的開窗位置，μs；tw為時(shí)窗長(zhǎng)度，μs；s為慢度，即時(shí)差，μs/ft；。

波形到達(dá)時(shí)間為：

(2)

式中：tt為波形到達(dá)時(shí)間，μs；Δtf為井筒流體時(shí)差，μs/ft；dh為井徑，in；dt為發(fā)射器短節(jié)儀器直徑，in；dr為接收短節(jié)儀器直徑，in；Δt為聲波時(shí)差，μs/ft；rt為發(fā)射器接收器間距，ft；rr為接收器間距，ft；Nr為接收器個(gè)數(shù)。

1.1.2幅度計(jì)算

幅度計(jì)算主要結(jié)合計(jì)算的開始時(shí)間，并在給定的時(shí)窗內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。波幅的計(jì)算方法主要有2種：分別為首波幅度最大值法及均方根法。其中，均方根法計(jì)算結(jié)果更為穩(wěn)定，且更能代表波形能量的大小，因此該次研究主要采用該方法進(jìn)行波幅計(jì)算[10]：

(3)

式中：Ua為聲波幅度，mV；Ua,i為計(jì)算時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)i的波幅，mV；N為計(jì)算時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)。

1.2　數(shù)字聲波幅度比值方法

應(yīng)用上述方法對(duì)塔中地區(qū)12口井?dāng)?shù)字聲波資料進(jìn)行幅度計(jì)算，并與孔隙度資料進(jìn)行交會(huì)分析。交會(huì)圖數(shù)據(jù)點(diǎn)十分分散、規(guī)律性差(見(jiàn)圖1)。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是由于井況、井徑、巖性、儲(chǔ)層類型等都會(huì)對(duì)波幅大小產(chǎn)生影響，計(jì)算的波幅含有非儲(chǔ)層特征。即使是不同井中相同層位、測(cè)井表征一致的干層，其縱波幅度也存在較大差異。為了消除上述因素引起的不一致性，提出了波幅比值方法，即利用同口井儲(chǔ)層段與干層段的縱波幅度的比值作為評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的指標(biāo)。波幅比值可以消除由于井況、巖性等因素引起的波幅變化。

圖1　波幅絕對(duì)值與孔隙度關(guān)系散點(diǎn)圖

(4)

式中：RUa為同口井的儲(chǔ)層段與干層段的縱波幅度的比值，1；Uae,i為計(jì)算時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)i的有效儲(chǔ)層波幅，mV；Uan,i為計(jì)算時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)i的非有效儲(chǔ)層波幅，mV。

2數(shù)字聲波幅度比值方法的應(yīng)用

在對(duì)塔中地區(qū)12口井的資料進(jìn)行波幅比值計(jì)算后，將計(jì)算獲得的波幅比值分別與孔隙度及電阻率進(jìn)行交會(huì)，研究?jī)?chǔ)層有效性及進(jìn)行流體性質(zhì)評(píng)價(jià)。

2.1　儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

圖2是液氣相共存條件下波幅比值與對(duì)應(yīng)井段孔隙度的交會(huì)圖?？梢?jiàn)，由于干層儲(chǔ)集性及有效性差，聲波能量在傳播過(guò)程中基本不衰減；干層的波幅比值一般大于0.9，主體數(shù)值分布于0.9～1.1，孔隙度一般小于0.7%；Ⅲ類儲(chǔ)層一般認(rèn)為其儲(chǔ)集能力及有效性較差，故其波幅存在一定衰減，但衰減程度有限，Ⅲ類儲(chǔ)層波幅比值分布范圍主體位于0.75～1.2，孔隙度分布范圍為0.7%～2.0%；Ⅰ類和Ⅱ類儲(chǔ)層因儲(chǔ)集性能及儲(chǔ)層有效性好，聲波能量在傳播過(guò)程中損耗較大。依據(jù)聲波傳播理論，其聲波幅度受影響程度應(yīng)隨物性的變化而變化，但在圖2中Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層區(qū)域內(nèi)，其波幅變化與孔隙度似乎并無(wú)明確線性關(guān)系。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)，氣體對(duì)聲波資料的影響較大[11]。因此，將氣層及凝析氣層數(shù)據(jù)點(diǎn)去除，繪制在液相條件下波幅比值與孔隙度交會(huì)圖(圖3)，可見(jiàn)，去除氣層或凝析氣層數(shù)據(jù)點(diǎn)后的波幅比值，隨孔隙度的增大表現(xiàn)出較好的線性關(guān)系，波幅比值可以作為儲(chǔ)層有效性描述的一項(xiàng)表征參數(shù)。地層流體是否為天然氣對(duì)波幅影響較大，在分析研究時(shí)需要注意。

圖2　液氣相共存條件下波幅比值與孔隙度交會(huì)圖版　　　　　圖3　液相條件下波幅比值與孔隙度交會(huì)圖版

2.2　儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別

由于受碳酸鹽巖儲(chǔ)層內(nèi)流體賦存形式多樣的困擾，如何準(zhǔn)確判斷碳酸鹽巖儲(chǔ)層內(nèi)的流體性質(zhì)一直是世界級(jí)難題。以往的流體識(shí)別方式主要依靠孔隙度及電阻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，但當(dāng)存在井漏等復(fù)雜因素時(shí)，該方法往往難以準(zhǔn)確識(shí)別流體性質(zhì)。因此，該次研究筆者嘗試?yán)貌ǚ戎捣椒ㄟM(jìn)行復(fù)雜情況下的流體識(shí)別。

由于電阻率曲線能夠較為直接地反映儲(chǔ)層內(nèi)流體的電性特征，對(duì)于識(shí)別油氣水有著重要意義。因此，采用深側(cè)向電阻率與波幅比值交會(huì)進(jìn)行流體識(shí)別(圖4)。由圖4可見(jiàn)，該交會(huì)圖版以橫線為界，分為上、下2個(gè)區(qū)域；上部區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)波幅比值主要分布在0.45～1.2，下部區(qū)域主要分布在0.1～0.45；結(jié)合試油資料分析，上部區(qū)域數(shù)據(jù)點(diǎn)以凝析氣為主，下部區(qū)域數(shù)據(jù)點(diǎn)則以油或水等液相流體為主。界限上、下均存在油氣水共存數(shù)據(jù)點(diǎn)的現(xiàn)象表明，當(dāng)儲(chǔ)層中氣相比例超過(guò)一定時(shí)，會(huì)使數(shù)字聲波波幅比值增大。因此，當(dāng)儲(chǔ)層中含氣時(shí)，可利用該圖版進(jìn)行流體識(shí)別。

圖4　波幅比值與深側(cè)向電阻率交會(huì)圖版

3應(yīng)用效果與影響因素

從上述建立的儲(chǔ)層識(shí)別及流體評(píng)價(jià)圖版可以看出，儲(chǔ)層及儲(chǔ)層流體對(duì)聲波幅度影響較為明顯。聲波幅度比值方法有較好的應(yīng)用效果。

3.1　應(yīng)用實(shí)例

ZXX-H3C井是塔中地區(qū)一口碳酸鹽巖側(cè)鉆水平井，該井全井段儲(chǔ)層較差，孔隙度均較?。蛔罡邭鉁y(cè)全烴達(dá)到99.99%，位于5532m深度處，其余層基本無(wú)氣測(cè)顯示；但孔隙度曲線反映5532m處物性較差(圖5)。

圖5　ZXX-H3C井測(cè)井解釋成果圖

該層最好氣測(cè)段波幅比值為0.8～1.0，位于儲(chǔ)層有效性識(shí)別圖版(圖2)中的Ⅲ類儲(chǔ)層區(qū)內(nèi)。經(jīng)酸壓試油，共注入2000m3酸液酸化改造，經(jīng)氣舉求產(chǎn)，油壓0～0.45MPa，日排殘酸24.36m3，測(cè)試結(jié)論為干層，與圖版識(shí)別結(jié)果一致。

TXX-H5井為塔中地區(qū)83井區(qū)內(nèi)的一口碳酸鹽巖水平開發(fā)井，該井井況復(fù)雜，累計(jì)漏失鉆井液2410m3。聲波時(shí)差測(cè)井資料顯示儲(chǔ)層段物性較好，ρlld受泥漿漏失影響，測(cè)量值較低，為1Ω·m左右；儲(chǔ)層段氣測(cè)顯示全烴最高約為80%(圖6)。常規(guī)解釋圖版難以確定儲(chǔ)層流體。

選取2個(gè)儲(chǔ)層段(圖6方框)進(jìn)行波幅比值計(jì)算，計(jì)算值在0.5～1.2之間，位于圖版(圖4)內(nèi)氣液界限之上。盡管電阻率較低，電性特征與水層極為相似，但其波幅比值明顯異于水層。該井經(jīng)酸壓，5mm油嘴放噴求產(chǎn)，日產(chǎn)氣176999～203348m3，日產(chǎn)水2.7m3，測(cè)試結(jié)論為氣層。圖版流體識(shí)別結(jié)果與試油結(jié)果基本一致。

圖6　TXX-H5井測(cè)井解釋成果圖

3.2　影響因素討論

從已有的結(jié)果來(lái)看，數(shù)字聲波幅度對(duì)于儲(chǔ)層及流體響應(yīng)存在一定規(guī)律性。但在計(jì)算處理過(guò)程中，也出現(xiàn)一些異常計(jì)算結(jié)果。如上所述，數(shù)字聲波由于探測(cè)深度淺，因此受井眼情況等因素影響較大，當(dāng)井眼不規(guī)則擴(kuò)徑、儀器居中不良或與井壁摩擦造成的干擾波信號(hào)異常強(qiáng)時(shí)，都會(huì)影響計(jì)算結(jié)果。因此應(yīng)盡力避開異常點(diǎn)，選取能夠反映地層信息的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析。

4結(jié)論

1)水平井測(cè)井資料測(cè)量較少時(shí)，可嘗試數(shù)字聲波幅度信息輔助儲(chǔ)層及流體解釋評(píng)價(jià)。通過(guò)波幅比值與孔隙度進(jìn)行交會(huì)分析，可區(qū)分有效儲(chǔ)層與無(wú)效儲(chǔ)層。而儲(chǔ)層中的流體性質(zhì)對(duì)波幅也存在明顯影響，可區(qū)分是否含氣，對(duì)于復(fù)雜井況下的含氣儲(chǔ)層也有較好的識(shí)別效果。

2)根據(jù)數(shù)字聲波測(cè)量原理，井眼狀況及儀器是否居中等因素對(duì)波幅計(jì)算存在較大影響，計(jì)算取值時(shí)應(yīng)盡量避開異常井段。

3)波幅比值方法評(píng)價(jià)儲(chǔ)層有效性及判斷流體性質(zhì)是一種輔助手段，在水平井中仍應(yīng)加強(qiáng)測(cè)井新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，以達(dá)到準(zhǔn)確、評(píng)價(jià)儲(chǔ)層及儲(chǔ)層流體識(shí)別的效果。

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[編輯]龔丹

[引著格式]張承森，張璋，吳興能，等.數(shù)字聲波幅度比值方法在評(píng)價(jià)碳酸鹽巖水平井儲(chǔ)層中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ,2015,12(26):22~26,54.

[中圖分類號(hào)]P631.84

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)26-0022-05

[作者簡(jiǎn)介]張承森(1969-)，男，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事測(cè)井解釋方法與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究工作，zhangchs-tlm@petrochina.com.cn。

[基金項(xiàng)目]國(guó)家科技重大專項(xiàng) (2011ZX05020-008)。

[收稿日期]2014-12-01