疏松地層聲波測井曲線的環(huán)境影響與校正方法探討

崔 琳，孫江濤，趙柳青，孫興燕，楊 寧

（中國石化勝利石油工程有限公司測井公司，山東東營 257096）

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疏松地層聲波測井曲線的環(huán)境影響與校正方法探討

崔 琳，孫江濤，趙柳青，孫興燕，楊 寧

（中國石化勝利石油工程有限公司測井公司，山東東營 257096）

摘 要：聲波速度測井已成為連接測井與地震的紐帶，但是測井環(huán)境對聲波測井的的影響因素很大，因此有效消除井眼環(huán)境影響，就顯得尤為重要。從疏松地層的井眼環(huán)境對聲波測井的影響入手，介紹環(huán)境影響的校正方法，特別是泥漿浸泡影響校正方法，從而求準原狀地層聲波速度。

關鍵詞：疏松地層；聲波測井；井眼影響；校正方法

通常情況下，常規(guī)測井解釋只對儲層做出評價，在對K71區(qū)塊進行油藏綜合地球物理研究的過程中，對該區(qū)塊50口井的館陶組、東營組砂巖和泥巖的聲波時差測井資料進行了統(tǒng)計，并換算成聲速信息，以及建立該區(qū)域的地震速度識別巖性模型。統(tǒng)計結果顯示，50口井中約三分之一的井中泥巖聲速與砂巖聲速接近，約三分之二的井中泥巖速度明顯小于砂巖聲速。導致這種現(xiàn)象的原因是該區(qū)地層較淺，尤其是淺層泥巖段地層聲波測井曲線受環(huán)境影響較大，引起測井信息失真。所以在利用淺層測井資料統(tǒng)計砂泥巖聲速、人工合成地震記錄和進行異常地層壓力預測時，必須首先對測井資料進行環(huán)境影響校正。

浸泡校正是勝利測井首創(chuàng)的一種新方法。目前，利用上述校正系數(shù)對物探方面提供的50口井，在準確計算泥質含量的基礎上，對聲波測井值計算了浸泡校正后曲線，以提高合成地震記錄精度。

1 疏松地層測井環(huán)境對聲波測井曲線的影響

1.1 淺層測井環(huán)境的典型特征

勝利油區(qū)中淺層地層較新，屬于第三系、第四系，巖性為砂泥巖互層，欠壓實、疏松、成巖差。而測井要等到定深完鉆之后施工，這期間鉆開的井筒內泥漿循環(huán)持續(xù)進行，水基鉆井液浸泡引起的泥巖蝕變和井徑的擴大不可避免，甚至有些疏松層段由于成巖作用差也可能發(fā)生局部井眼垮塌。所謂蝕變即地層中的黏土礦物由于吸水而發(fā)生膨脹，當泥巖發(fā)生蝕變時，首先出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象，隨著蝕變加劇及鉆井液的擾動，膨脹出來的部分泥巖會掉入井筒，發(fā)生井眼垮塌。如果泥巖層段仍繼續(xù)蝕變，可導致兩種結果：①井眼繼續(xù)垮塌，在測井時可記錄到井徑增大現(xiàn)象；②后來膨脹的泥巖充滿剛剛垮掉的泥巖原來占據的那部分空間，并保留下來，在測井時井徑不出現(xiàn)異常，但此時井筒附近的泥巖已不再是原狀地層泥巖了，而是吸足了水的較為膨松的泥巖。

1.2 淺層測井環(huán)境對聲波測井的影響過程剖析

水基鉆井液浸泡引起泥巖蝕變和井徑擴大的程度是受多種因素控制的，主要與泥巖的類型、鉆井液的失水性和礦化度以及浸泡的時間有關。黏土礦物中，蒙脫石類黏土具有最大的吸水能力，它吸水后膨脹也最大，伊利石類型黏土次之，而高嶺石與綠泥石類黏土吸附水的能力最低，因此，泥巖中蒙脫石含量越高，蝕變越嚴重。鉆井液的失水越大，礦化度越低，蝕變越嚴重。蝕變程度與浸泡時間呈正相關關系，即在一定范圍內隨浸泡時間的增加，蝕變程度增大，XX井的時間間隔測井充分說明了這一點。另外，現(xiàn)代的高壓噴射快速鉆井工藝也會造成淺部疏松地層井眼垮塌，從而破壞測井環(huán)境。

1.3 淺層測井環(huán)境對聲波測井的影響分析

泥巖的蝕變通常發(fā)生在井壁附近，聲波沿井壁傳播，當穿過發(fā)生蝕變的地層時，聲波能量會發(fā)生衰減。測井時，在第一個接收器未進入蝕變地層，而第二個接收器已進入蝕變地層的情況下，第二個接收器的首波幅度明顯變小，記錄波后沿所對應的首波相位將明顯的滯后，這就使記錄的地層的聲波時差增大。蝕變嚴重的井段，聲波能量嚴重衰減，當聲波的首波衰減到只能觸發(fā)測井儀第一個接收器而不能觸發(fā)到第二個接收器時，第二個接收器便可能被第二個或后續(xù)的波峰所觸發(fā)，造成時差顯著增大。由于每跳躍一個波峰，在時間上造成的誤差正好是一個周期，聲波中就會出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象。

另外，井眼幾何形狀的改變對單發(fā)雙收聲速儀所測量的聲波時差有較大的影響，目前使用的雙發(fā)雙收井眼補償測井儀對井眼影響有較強的補償作用，在一定范圍內，聲波測井曲線受井眼影響較小[1]，但當擴徑嚴重或井壁很不規(guī)則時，會使聲波傳播路徑增長，從而使測得的聲波時差值偏大。

2 環(huán)境影響校正方法[2-4]

對疏松地層聲波測井曲線的環(huán)境校正包括井眼影響校正和泥巖蝕變影響校正。

2.1 井眼影響校正方法

本文使用的井眼影響校正方法，主要是延用前人提出的逐點檢驗近似校正方法[5]和通過地區(qū)統(tǒng)計建立井徑與聲波時差變化量之間的關系，進而進行井眼影響校正的方法。

方法一：逐點檢驗近似校正法。

首先計算出目的層段的聲波時差上限值

式中：Δtsh與Δtp為井壁未垮塌處泥巖與純地層的最大聲波時差值，是由人工選擇的參數(shù)；Vsh為泥質含量參數(shù)。

其次，采取逐點檢驗與近似校正的方法來對聲波測井曲線進行編輯：當實際測出的聲波時差測井值Δt≤Δtmax時，則仍取Δt；反之當Δt≥Δtmax且井徑與鉆頭直徑之差（d-d0）大于某一規(guī)定值Δdp時，可認為由于井壁發(fā)生垮塌導致測出的Δt比上限Δtmax還大，這時就令Δt=Δtmax，作為該地層的聲波時差近似值。這種近似校正的效果與參數(shù)Δtsh、Δdp的選擇有重要的關系。

方法二：地區(qū)統(tǒng)計建模法。

首先選擇工區(qū)內一口標準井，統(tǒng)計泥巖段聲波時差與標準井聲波曲線的差值（ΔΔt），利用差值與井徑作出散點圖，根據散點圖擬合出ΔΔt與井徑（CAL）的經驗關系式：

則全井段的井眼校正公式為：

式中：Δt、Δtc為校正前后的聲波時差測井值；A、B為校正系數(shù)。

2.2 泥巖蝕變影響校正方法

目前提出的泥巖蝕變影響校正方法比較少，主要有曾文沖提出的利用油基鉆井液取心井作為標準井，回歸出純泥巖段蝕變前后的線形關系進而應用到全井段的方法，和朱家俊等提出的以原狀地層下砂巖和泥巖的時差關系為基礎，利用校正井內的砂巖時差測井值為基準對泥巖的時差值進行校正的方法。

方法一：用油基鉆井液鉆井時，地層較好的保持了原狀地層的特性，因此，油基鉆井液聲波時差曲線（Δto）能較好地代表未受蝕變影響的原狀地層時差值。用水基鉆井液置換油基鉆井液后，地層發(fā)生蝕變，這時候測量的聲波時差（Δtw）已受到蝕變影響。通過對勝利油區(qū)十幾口油基鉆井液取心井測井資料的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生蝕變前后的泥巖時差數(shù)值存在近似線性的關系：即Δto=C+D·Δtw，將該關系應用到全井段時，引入泥質含量參數(shù)Vsh，即認為蝕變量與泥質含量呈正比例關系，校正公式如下：

式中：Δt、Δtc為校正前后的聲波時差測井值；C、D為校正系數(shù)。

方法二：這種方法基于以下兩點認識：①對于同一口井，水基鉆井液條件下的聲波曲線與油基鉆井液條件下的聲波曲線的形態(tài)和趨勢是基本一致的；②同一地區(qū)原狀地層條件下，各類巖性聲波時差之間的特性關系基本穩(wěn)定。在確定該地區(qū)各類巖性聲波時差之間的特性關系基礎上，以相對穩(wěn)定的砂巖時差為基準，對泥巖和砂質泥巖進行蝕變校正。校正方程如下：

其中：

式中：Δt、Δtc為校正前后的聲波時差測井值；C1為純泥巖與純砂巖井眼規(guī)則條件下的聲波時差最大差值；C2為純砂巖與泥質砂巖或砂質泥巖井眼規(guī)則條件下的聲波時差最大差值；X1為校正井段內泥巖的最大聲波時差；X2為校正井段內砂巖的聲波時差；X3為校正井段內泥質砂巖或砂質泥巖的最小聲波時差；X4為校正井段內泥巖的最大聲波時差與泥質砂巖或砂質泥巖的最小聲波時差之和的平均值。

方法三：利用連續(xù)大段取心井，通過模擬地層環(huán)境的巖心波場實驗值回歸真實地層聲速，從而對區(qū)域聲波測井資料進行校正。

3 標準井和標準井段的選擇

標準井是建立環(huán)境校正模型的關鍵井，它既提供了原狀地層的聲波資料，又提供了經過一段時間水基鉆井液浸泡的地層聲波資料，有了這兩組數(shù)據，便可以進行回歸從而建立環(huán)境校正方程。環(huán)境影響校正的有利條件是被校正井附近或同區(qū)域有標準井資料，而且被校正井的鉆井液性質、浸泡時間與標準井的鉆井液性質、浸泡時間越接近約好?？梢钥闯?，標準井的選取至關重要。

在上世紀九十年代之前，我們選取標準井的范圍僅限于油基鉆井液鉆進的井，雖著測井技術的發(fā)展，VSP測井與電纜聲波測井技術的出現(xiàn)，又提供了更多獲得原狀地層時差值的途徑。由VSP測得的原狀地層聲速值轉換成時差值，當然，在進行換算之前，需要對速度進行頻散校正（VSP測井與電纜聲波測井所用頻率有較大的差別）；隨鉆聲波測井是伴隨著地層的打開而幾乎同時進行測量的，由于浸泡時間很短，也可以近似的認為取得的時差值反映的是原狀地層信息。雖然油基鉆井液取心井的數(shù)量逐年減少，但隨著VSP和隨鉆測井技術的蓬勃發(fā)展，將會提供越來越多的淺層原狀地層聲波資料。

在標準井中選取標準井段時，要遵循兩個原則：①正確劃分和選取巖性。方法一中應選取純泥巖為回歸的標準井段，方法二中按要求選取純泥巖、純砂巖和泥質砂巖或砂質泥巖的讀值；②井眼盡量規(guī)則。因為井眼影響校正和蝕變影響校正是分別進行的，所以在此剔除井眼的影響，以免重復校正。

4 校正實例

由于油藏地球物理項目地震資料取自J41井區(qū)，且在J41井進行了100多米的鉆井取心，在1 430~1 670 m井段內進行了波場響應特征測量，其中提供的模擬地層泥巖聲速可作為實際地層聲速參考值。部分數(shù)據見表1。

表1 J41井鉆井取心波場響應特征測量

5 結束語

隨著聲波測井技術的發(fā)展，在測井過程中減弱或消除浸泡帶來的環(huán)境影響已成為可能。陣列聲波測井儀器在測量過程中可以通過相似相關法最大限度的消除了井眼幾何形狀變化對測量帶來的影響。理論及實驗表明，當采用降低頻率（5~10 kHz），加大源距（10~15 m）和記錄反射波（地震方法，測井方式）的模式測量時，聲波測井的探測深度可達到10~15 m，這種遠探測反射波聲波測井方法將有效的消除蝕變帶來的環(huán)境影響，真實地反映地層信息。

參考文獻：

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[3]張金峰，董承強，張明振，等.孤東地區(qū)淺層聲波曲線分析與校正[J].油氣地質與采收率，2002，9（2）：56-57.

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[5]朱家俊，張善文，王永詩，等.水基鉆井液浸泡對淺層聲波測井的影響及校正方法[J].石油勘探與開發(fā)，2004，31（2）：90-92.

Discussion on the Environment Influence and Correction Method of the Acoustic Logging Curve in Loose Formation

CUI Lin, SUN Jiangtao, ZHAO Liuqing, SUN Xingyan, YANG Ning
（Well Logging Company, Shengli Petroleum Engineeing Corporation Ltd., SINOPEC, Dongying Shandong 257096, China）

Abstract：The acoustic velocity logging has become a link between the log data and the seismic data. It is very important to eliminate effectively the influence of borehole environment because the influence of logging environment on sonic logging is very great. In this paper， the discussion is mainly about the influence of borehole environment on acoustic logging， and the correction method for environmental influence， especially the influence of mud immersion. The purpose to do this is to obtain the acoustic velocity of the undisturbed formation.

Keywords：loose formation； acoustic log； influence of borehole； correction method

中圖分類號：P631.8

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.01.070

文章編號：1008-2336（2016）01-0070-04

收稿日期：2015-11-12；改回日期：2016-01-13

第一作者簡介：崔琳，女，1981年生，本科，工程師。2006年畢業(yè)于中國石油大學（華東）石油工程專業(yè)。主要從事測井解釋與方法研究工作。E-mail：selina-clin@163.com。