正交多極子陣列聲波測井在川東北地區(qū)的應(yīng)用

惠 偉 呂增偉 耿 斌 李淑榮 陳 芳

(中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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·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

正交多極子陣列聲波測井在川東北地區(qū)的應(yīng)用

惠 偉 呂增偉 耿 斌 李淑榮 陳 芳

(中石化勝利石油工程有限公司測井公司 山東 東營 257096)

正交多極子陣列聲波測井在儲層評價以及油氣田的開發(fā)中有重要作用，川東北地區(qū)碳酸鹽巖裂縫型含氣儲層具有埋藏深、物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)，儲層流體性質(zhì)識別困難等特點。近年來該地區(qū)已進(jìn)行了大量的正交多極子陣列聲波(XMAC-II)的測井施工，結(jié)合其他測井資料、測試及錄井資料，對川東北地區(qū)正交多極子陣列聲波測井資料開展了大量的應(yīng)用研究。在儲層流體性質(zhì)識別，判斷儲層裂縫發(fā)育井段、裂縫類型和有效性，尋找有利儲集層相帶，以及地質(zhì)、工程等方面取得了良好的應(yīng)用效果，并且積累了大量的實用經(jīng)驗。

多極子陣列聲波測井，儲層評價，非均質(zhì)性，流體性質(zhì)，裂縫

Dongying,Shandong257096,China)

0 引 言

阿特拉斯公司的正交多極子陣列聲波儀(XMAC-II)是目前最為先進(jìn)的聲波測井儀之一，由包含兩個完全獨立的陣列配置、并具有不同的傳感器的單極陣列和偶極陣列組合在一起。該儀器的聲波換能器響應(yīng)頻帶寬，低頻響應(yīng)好，可實現(xiàn)井下的數(shù)字化，所獲信號的動態(tài)范圍大，可記錄更完整的波形，獲得準(zhǔn)確的縱橫波和斯通利波的波形、時差、幅度等參數(shù)，利用所測取的一系列參數(shù)，可計算儲層孔隙度，進(jìn)行儲層流體性質(zhì)識別，利用快慢橫波方位分析地層的各向異性，利用裂縫在波形幅度和衰減上的測井響應(yīng)特征來判斷裂縫，并評價裂縫的有效性，利用過套管偶極聲波測井可以進(jìn)行儲層壓裂改造后裂縫延伸高度評價[1-3]。

1 鑒別巖性

由單極源結(jié)合偶極源波形提取的縱波時差(DTC)、橫波時差(DTS)，并計算出縱橫波速度比(vp/vs)，利用縱橫波速度比來鑒別巖性。在巖性較純的情況下，砂巖的縱、橫波波速比基本上在1.58～1.8之間，含水砂巖的縱、橫波波速比數(shù)值隨孔隙度、泥質(zhì)含量的增加和壓實程度、有效應(yīng)力的降低而增大；白云巖和灰?guī)r的比值則為一個常數(shù)，分別為1.8和1.9[4]。

如圖1所示是CDB-1井自然伽馬-縱橫波速度比交會圖。從圖上看：砂巖縱橫波速度比在1.6～1.75之間；白云巖縱橫波速度比在1.76～1.9之間；灰?guī)r縱橫波速度比在1.87～2.05之間，三種巖性之間砂巖與白云巖、灰?guī)r很容易區(qū)分；灰?guī)r縱橫波速度比大于白云巖。

圖1 CDB-1井自然伽馬-縱橫波速度比交會圖

2 巖石力學(xué)參數(shù)的計算

根據(jù)密度、孔隙度、巖性含量等常規(guī)測井曲線，結(jié)合陣列聲波測井提取的縱、橫波時差資料，可計算巖石的泊松比、切變模量、楊氏模量、組合模量、體積彈性模量等巖石力學(xué)參數(shù)[4～7]。結(jié)合常規(guī)巖性分析結(jié)果，選取巖性較純的井段對各儲層巖石力學(xué)參數(shù)主要分布范圍和平均值進(jìn)行統(tǒng)計，表1為CDB-1井巖石力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計表，分析可知：砂巖與碳酸鹽巖數(shù)值分布范圍有較明顯的不同，前者楊氏模量、剪切模量體積模量、均小于后者，表明砂泥巖地層巖石強(qiáng)度小于碳酸鹽巖地層，而灰?guī)r、白云巖分布范圍比較接近，不易區(qū)分，總體上白云巖巖石強(qiáng)度略大于灰?guī)r巖石強(qiáng)度。

表1 CDB-1井巖石力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計表

3 識別氣層

地層孔隙中含有天然氣時，縱波速度顯著降低，但由于橫波不能在氣體中傳播，主要沿巖石骨架傳播，與孔隙流體性質(zhì)關(guān)系很小[8]。高孔隙度的含氣儲層具有異常低的縱、橫波波速比，含氣飽和度越高，縱橫波速度比下降越明顯，而且碳酸鹽巖地層泥質(zhì)含量低，巖性比較均一，變化很小，為縱橫波速度比識別氣層提供了良好的條件，由此可以結(jié)合常規(guī)解釋定性判斷氣層。

對川東北地區(qū)典型儲層縱波時差-縱橫波速度比做交會圖，如圖2所示?？梢钥闯觯耦悮鈱涌v橫波速度比在1.78以下，含氣異常顯示明顯；Ⅱ類氣層縱橫波速度比大部分落在1.85以下，縱橫波速度比隨孔隙度增大而降低的趨勢明顯，含氣異常顯示明顯。

圖3(a)是CDB-2井6 448 m～6 480 m井段儲層縱波時差-縱橫波速度比交會圖，儲層以灰?guī)r為主，灰?guī)r巖性背景值為1.9。從圖上可以看出：Ⅱ類氣層、大部分的Ⅰ類氣層縱橫波速度比在1.9以下，隨著縱波時差增大，儲層縱橫波速度比下降趨勢明顯，縱波時差范圍在47 μs/ft～58 μs/ft，隨著地層孔隙度的增大，有明顯的含氣異常顯示。試氣結(jié)果：產(chǎn)氣量為106×104m3/d，為高產(chǎn)氣層。

圖2 川東北地區(qū)儲層縱波時差-縱橫波速度比交會圖

圖3(b)是CDB-3井6 700 m～6 726 m井段儲層縱波時差-縱橫波速度比交會圖，儲層以灰?guī)r為主，灰?guī)r巖性背景值為1.9。從圖上可以看出：大部分的Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ類氣層儲層縱橫波速度比在1.9以下，隨著縱波時差增大，Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ類氣層儲層縱橫波速度比有明顯的下降趨勢，縱波時差范圍在46 μs/ft～62 μs/ft，隨著地層孔隙度的增大，有明顯的含氣異常顯示。試氣結(jié)果：產(chǎn)氣量為123.3×104m3/d，為高產(chǎn)氣層。

圖3 CDB-2井、CDB-3井儲層縱波時差-縱橫波速度比交會圖

4 利用斯通利波及聲波幅度衰減判斷裂縫

不同裂縫類型在波形幅度及衰減上具有不同的測井響應(yīng)特征。在井眼與地層垂直的條件下，地層層理和低角度裂縫將造成儀器測量的縱波能量即縱波幅度有明顯的衰減，縱波是一種典型的縱向波，按“壓縮模式”傳播，其傳播方向平行于質(zhì)點位移方向，兩者均與井軸平行。地層縱向上波阻抗則會因?qū)永砗偷徒嵌攘芽p產(chǎn)生變化，縱波能量幅度發(fā)生衰減，并隨著層理和低角度裂縫發(fā)育程度的增加而增大。橫波是按“剪切模式”傳播的一種典型橫向波，其傳播方向與質(zhì)點的位移方向垂直。聲波傳播過程中傳播方向與井軸平行，質(zhì)點的位移方向與井軸垂直，中、高角度裂縫會引起地層徑向上波阻抗產(chǎn)生變化，從而造成橫波能量幅度的衰減，并隨著裂縫發(fā)育程度的增加其衰減程度相應(yīng)增加，當(dāng)裂縫內(nèi)充填物為流體時，地層徑向波阻抗數(shù)值將會產(chǎn)生嚴(yán)重的衰減，裂縫被固體物質(zhì)充填時，地層波阻抗變化量較小，聲波能量衰減幅度也較小，可以作為判斷儲層裂縫有效性的依據(jù)[9、10]。

利用偶極橫波進(jìn)行裂縫分析，一般是利用斯通利波的反射來判斷裂縫存在。低頻的斯通利波是沿井壁的表面?zhèn)鞑サ?，其能量從井壁開始向兩側(cè)呈指數(shù)衰減，其傳播過程中兩種介質(zhì)巨大聲阻抗差異引起斯通利波產(chǎn)反射。地層中發(fā)育與井眼相交的開口裂縫時將會引起的較大的聲阻抗反差，從而產(chǎn)生斯通利波反射。但井眼突變或聲阻抗差異的地層界面也會引起斯通利波反射，因此，在利用斯通利波進(jìn)行裂縫分析的時候，必須仔細(xì)分析引起斯通利波反射的原因，才能得出正確的解釋結(jié)論。依據(jù)斯通利波反射處理成果，可定性分析認(rèn)為裂縫發(fā)育段斯通利波變密度圖有明顯“人”字型干涉條紋，“人”字出頭的位置為裂縫的發(fā)育位置。川東北地區(qū)目的層埋藏深，屬于致密碳酸鹽巖儲層，儲集空間為孔、洞、縫，控制高產(chǎn)的因素與張裂縫的發(fā)育程度密切相關(guān)，裂縫發(fā)育程度成為制約油氣富集成藏的主控因素，判斷儲層裂縫的有效性尤其重要[11、12]。

圖4為CDB2井6 698 m～6 711 m井段的聲波幅度、衰減與斯通利波反射系數(shù)成果圖。從聲波幅度圖上看：第二道單極全波波形圖在6 704 m～6 708 m之間的全波波形與其上下波形對比有明顯的減少，說明該井段有能量損失，其縱波、橫波幅度發(fā)生明顯降低，但斯通利波幅度降低不明顯，與其對應(yīng)的衰減圖上，在6 704 m～6 708 m之間的縱波、橫波有明顯的能量衰減，斯通利波能量無衰減，而該井段井徑規(guī)則，地層比較致密，推測幅度降低和能量衰減可能是裂縫或溶蝕孔洞的存在引起的。

圖4 CDB2井聲波幅度、衰減與斯通利波反射成果圖

5 地層各向異性分析

對陣列聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行橫波分離可得到地層的快、慢橫波速度以及方位，其中快橫波方位可確定各向異性方向。水平方向地應(yīng)力的不均衡、斷層、開口裂縫和橢圓井眼均會導(dǎo)致橫波各向異性，快橫波方位角則分別與水平最大主應(yīng)力的方向或斷層/裂縫的走向相對應(yīng)。在砂泥巖地層，地層各向異性常與地應(yīng)力的不均衡有關(guān)，快橫波沿最大水平主應(yīng)力方向傳播，慢橫波沿最小水平主應(yīng)力方向傳播，快橫波方位確定的各向異性方向則為現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力的方向。在碳酸鹽巖地層，由于構(gòu)造、巖性、裂縫、溶蝕孔洞均會影響到各向異性，利用各向異性方位判斷地應(yīng)力方向需要考慮其他因素的影響[13、14]。

根據(jù)全井段各向異性大小進(jìn)行統(tǒng)計，川東北地區(qū)碳酸鹽巖段飛仙關(guān)-吳家坪組地層各向異性相對較弱。按照地層統(tǒng)計各向異性方向可確定該段地層各向異性方向。圖5 為CDB2井各向異性方向統(tǒng)計圖，可知該井各向異性方向主要為北西西-南東東向或北東東-南西西向，由此判斷最大水平主應(yīng)力方向應(yīng)為近東西向。

圖5 CDB2井各向異性方向統(tǒng)計圖

6 結(jié) 論

正交多極子陣列聲波測井在川東北地區(qū)取得了良好的應(yīng)用效果：

(1)準(zhǔn)確提供地層的縱波、橫波及斯通利波及其速度，利用縱橫波速度比來鑒別巖性。

(2)利用縱波時差-縱橫波速度比交會技術(shù)可有效地識別氣層。

(3)獲取地層的巖石力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)，獲得快、慢橫波速度及方位，并利用快橫波方位來確定各向異性方向，為油氣田的后期勘探開發(fā)提供依據(jù)。

(4)利用聲波幅度、衰減與斯通利波反射系數(shù)進(jìn)行裂縫的判斷。

(5)巖性、孔隙度、含氣飽和度、侵入深度、壓實程度以及地層壓力等等都會影響到縱橫波速度比的變化。因此在解釋過程中，應(yīng)綜合分析各種測井和錄井資料，排除各種因素的影響，才能得出更為可靠的結(jié)論。

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Application of Orthogonal Multipole Array Acoustic Logging in Northeast Sichuan Basin

HUI Wei LV Zengwei GENG Bin LI Shurong CHEN Fang

(SinopecShengliPetroleumEngineeringCompanyLimitedLoggingCompany,

Orthogonal multipole array acoustic logging plays an important role in the reservoir evaluation and the development of oil and gas fields. Owing to the characteristics of deep bury, poor physical properties, strong heterogeneity of the fractured carbonate gas reservoir in the northeast area of Sichuan, recognition of reservoir fluid property is difficult. A lot of acoustic logging (XMAC-II) construction has been carried out in this area in recent years. In combination with other testing and logging data, we have achieved good results and accumulated a lot of practical experience in recognizing reservoir fluid property, predicting the reservoir fracture hole, the crack types and effectiveness, searching for the favorable reservoir facies belt, and other aspects of the project and geology.

multipole array acoustic logging， reservoir evaluation， heterogeneity， fluid properties， crack

惠 偉，男，1979年生，工程師，碩士，2006年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)并獲碩士學(xué)位，目前在中石化勝利石油工程有限公司測井公司從事測井資料綜合解釋及方法研究工作。E-mail：24181158@qq.com

P631.8+

A

2096-0077(2015)01-0061-04

2014-07-18 編輯：姜婷)