偶极声波测井技术在检测压裂缝高度中的应用

高艳玲，沈继斌，陈华勇，蔺敬旗，王志强 (中石油西部钻探测井公司， 新疆 克拉玛依 834000)

偶极声波测井技术在检测压裂缝高度中的应用

高艳玲，沈继斌，陈华勇，蔺敬旗，王志强 (中石油西部钻探测井公司， 新疆 克拉玛依 834000)

利用偶极声波测井技术可以在裸眼井和套管井中获取地层横波信息。由于地层中产生的压裂缝可以使地层各向异性发生变化，因而利用正交偶极横波数据对压裂前后地层的各向异性进行对比分析，可以确定压裂缝的延伸高度和压裂效果。现场应用表明，该技术具有可行性。

偶极声波；横波时差；各向异性；压裂高度

随着油田勘探开发的不断深入，多数试油井均需要对地层进行压裂施工改造，以提高储层渗流特性，进而提升产量。压裂的作用是通过对地层施加压力使地层破裂，在地层中形成一条或数条渗流能力较强的垂直或高角度的人造填砂裂缝。由于偶极声波测井资料能提供丰富的地层信息(偶极声波处理后的资料有纵波、横波、斯通利波的时差、纵横波速度比、能量等信息)，因而在测井评价中被广泛应用。为此，笔者利用偶极声波测井技术检测压裂缝高度。

1 基本原理

1.1各向异性

图1 裂缝引起的横波分裂示意图

地层各向异性是指岩石物理性质(如电阻率、声波速度和渗透率)随方向而发生变化，变化的原因多种多样，可以是沉积的岩性、结构、裂缝等引起的变化，也可以是外在应力诱导的构造运动等地质过程引起[1]。由于利用地层各向异性可以判断水平最大地应力方向、裂缝和断层及其走向，因而对设计水力压裂方案、认识和应用水平和垂直渗透率的各向异性以及水平井的设计和施工等具有重要作用。在这里重点讨论裂缝引起的地层各向异性。

1.2横波分裂

研究表明[2]，横波分裂现象是地层产生方位各向异性的基础，而横波分裂现象往往是由地层裂缝(尤其垂直缝或高角度缝)引起的(见图1)。图1模拟的是一组方位为N45°E的裂缝。这些走向一致的裂缝会引起横波分裂，形成快、慢横波。平行裂缝走向偏振的横波传播速度要大于垂直裂缝走向偏振的横波传播速度，前者的能量衰减则小于后者。如果横波偏振的方向与裂缝走向成一定角度，横波将分裂成平行于裂缝走向偏振的快速高能横波分量和垂直于裂缝走向偏振的低能慢速分量。

在压裂施工过程中，压裂缝的形态是由地层中水平主应力的相对大小所控制的，裂缝的方位垂直于最小主应力方向，而平行于最大主应力方向[3]。以垂直裂缝(垂向主应力大于水平主应力)为例，其存在会改变地层中的各向异性。套管井压裂施工后与裸眼井相比，井眼其他环境基本没有变化，唯一改变的就是压裂施工，使地层破裂形成裂缝。针对压裂所产生的裂缝，在压裂后套管井中测量交叉偶极声波，通过分析地层的各向异性情况就可以推断压裂造缝的高度，进而评价压裂效果。

因此，在压裂后的套管井中利用交叉偶极测井测量地层快、慢横波等信息，记录快、慢横波的能量、速度或时间等信息，并根据下式定量计算反映地层各向异性的参数：

(1)

式中，Pt为时差的百分各向异性；DTSs为慢速横波的时差，μs/ft；DTSf为快速横波的时差,μs/ft。

由式(1)可知时差差值越大则各向异性越强。当井壁不存在裂缝时，横波快慢时差基本相同，各向异性非常小；当井壁被压裂形成垂直裂缝时，各向异性值将明显增大，因此，各向异性变化明显段即裂缝被压开的高度。

2 实例分析

通过对A井裸眼井与套管井偶极声波资料进行处理，得到压裂前的地层各向异性分布与压裂后的地层各向异性分布。图2所示为压裂前后地层各向异性对比图，图中第1道为深度；第2道为自然伽马曲线以及井径；第3道为裸眼条件下基于快慢横波时差的各向异性以及快慢横波时差；第4道为过套管压裂后基于快慢横波时差的各向异性以及快慢横波时差；第5道是裸眼条件下基于快慢横波到时的各向异性以及快慢横波到时曲线；第6道为过套管压裂后基于快慢横波到时的各向异性以及快慢横波到时；第

图2 A井压裂前后各向异性处理成果对比图

7道为裸眼条件下的快慢横波波形；第8道为过套管条件的快慢横波波形，第9道与第10道分别为裸眼井和套管井条件下各向异性分析结果。从图2可以看出，其中6128.5～6135.0m的过套管的各项异性分析明显大于裸眼井的各向异性分析，并且过套管的快慢横波时差差值明显增大，表明该层段在压裂后出现裂缝或者应力变化，与裸眼井相比，套管井经过压裂施工后形成压裂裂缝。因此，A井过套管后，压裂裂缝高度范围为6128.5～6135.0m。

3 结 语

由于地层中产生的压裂缝使地层各向异性发生变化，因而利用正交偶极横波数据能够对压裂前后地层的各向异性进行对比分析，进而检测压裂裂缝高度。实际应用表明，该技术在油田现场具有可行性。

[1]郑淑芬.地层速度各向异性及其应用[J].测井技术,2000,24(3):223-226.

[2]魏周拓，范宜仁，陈雪莲,等.横波各向异性分析方法及其在复杂储层中的应用[J].石油物探,2011,50(3):275-280.

[3]窦伟坦，侯雨庭.利用偶极声波测井进行储层压裂效果评价[J].中国石油勘探,2007(3):58-63.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.018

P631.84

A

1673-1409(2012)08-N058-02

2012-05-12

高艳玲(1978-)，女， 2002年大学毕业，工程师，现主要从事裸眼井测井新技术方法研究及应用和测井资料综合解释评价等相关方面的研究工作。

[编辑] 李启栋