正交多极子阵列声波测井在川东北地区的应用

惠 伟 吕增伟 耿 斌 李淑荣 陈 芳

(中石化胜利石油工程有限公司测井公司 山东 东营 257096)



·仪器设备与应用·

正交多极子阵列声波测井在川东北地区的应用

惠 伟 吕增伟 耿 斌 李淑荣 陈 芳

(中石化胜利石油工程有限公司测井公司 山东 东营 257096)

正交多极子阵列声波测井在储层评价以及油气田的开发中有重要作用，川东北地区碳酸盐岩裂缝型含气储层具有埋藏深、物性差、非均质性强，储层流体性质识别困难等特点。近年来该地区已进行了大量的正交多极子阵列声波(XMAC-II)的测井施工，结合其他测井资料、测试及录井资料，对川东北地区正交多极子阵列声波测井资料开展了大量的应用研究。在储层流体性质识别，判断储层裂缝发育井段、裂缝类型和有效性，寻找有利储集层相带，以及地质、工程等方面取得了良好的应用效果，并且积累了大量的实用经验。

多极子阵列声波测井，储层评价，非均质性，流体性质，裂缝

Dongying,Shandong257096,China)

0 引 言

阿特拉斯公司的正交多极子阵列声波仪(XMAC-II)是目前最为先进的声波测井仪之一，由包含两个完全独立的阵列配置、并具有不同的传感器的单极阵列和偶极阵列组合在一起。该仪器的声波换能器响应频带宽，低频响应好，可实现井下的数字化，所获信号的动态范围大，可记录更完整的波形，获得准确的纵横波和斯通利波的波形、时差、幅度等参数，利用所测取的一系列参数，可计算储层孔隙度，进行储层流体性质识别，利用快慢横波方位分析地层的各向异性，利用裂缝在波形幅度和衰减上的测井响应特征来判断裂缝，并评价裂缝的有效性，利用过套管偶极声波测井可以进行储层压裂改造后裂缝延伸高度评价[1-3]。

1 鉴别岩性

由单极源结合偶极源波形提取的纵波时差(DTC)、横波时差(DTS)，并计算出纵横波速度比(vp/vs)，利用纵横波速度比来鉴别岩性。在岩性较纯的情况下，砂岩的纵、横波波速比基本上在1.58～1.8之间，含水砂岩的纵、横波波速比数值随孔隙度、泥质含量的增加和压实程度、有效应力的降低而增大；白云岩和灰岩的比值则为一个常数，分别为1.8和1.9[4]。

如图1所示是CDB-1井自然伽马-纵横波速度比交会图。从图上看：砂岩纵横波速度比在1.6～1.75之间；白云岩纵横波速度比在1.76～1.9之间；灰岩纵横波速度比在1.87～2.05之间，三种岩性之间砂岩与白云岩、灰岩很容易区分；灰岩纵横波速度比大于白云岩。

图1 CDB-1井自然伽马-纵横波速度比交会图

2 岩石力学参数的计算

根据密度、孔隙度、岩性含量等常规测井曲线，结合阵列声波测井提取的纵、横波时差资料，可计算岩石的泊松比、切变模量、杨氏模量、组合模量、体积弹性模量等岩石力学参数[4～7]。结合常规岩性分析结果，选取岩性较纯的井段对各储层岩石力学参数主要分布范围和平均值进行统计，表1为CDB-1井岩石力学参数统计表，分析可知：砂岩与碳酸盐岩数值分布范围有较明显的不同，前者杨氏模量、剪切模量体积模量、均小于后者，表明砂泥岩地层岩石强度小于碳酸盐岩地层，而灰岩、白云岩分布范围比较接近，不易区分，总体上白云岩岩石强度略大于灰岩岩石强度。

表1 CDB-1井岩石力学参数统计表

3 识别气层

地层孔隙中含有天然气时，纵波速度显著降低，但由于横波不能在气体中传播，主要沿岩石骨架传播，与孔隙流体性质关系很小[8]。高孔隙度的含气储层具有异常低的纵、横波波速比，含气饱和度越高，纵横波速度比下降越明显，而且碳酸盐岩地层泥质含量低，岩性比较均一，变化很小，为纵横波速度比识别气层提供了良好的条件，由此可以结合常规解释定性判断气层。

对川东北地区典型储层纵波时差-纵横波速度比做交会图，如图2所示。可以看出，Ⅰ类气层纵横波速度比在1.78以下，含气异常显示明显；Ⅱ类气层纵横波速度比大部分落在1.85以下，纵横波速度比随孔隙度增大而降低的趋势明显，含气异常显示明显。

图3(a)是CDB-2井6 448 m～6 480 m井段储层纵波时差-纵横波速度比交会图，储层以灰岩为主，灰岩岩性背景值为1.9。从图上可以看出：Ⅱ类气层、大部分的Ⅰ类气层纵横波速度比在1.9以下，随着纵波时差增大，储层纵横波速度比下降趋势明显，纵波时差范围在47 μs/ft～58 μs/ft，随着地层孔隙度的增大，有明显的含气异常显示。试气结果：产气量为106×104m3/d，为高产气层。

图2 川东北地区储层纵波时差-纵横波速度比交会图

图3(b)是CDB-3井6 700 m～6 726 m井段储层纵波时差-纵横波速度比交会图，储层以灰岩为主，灰岩岩性背景值为1.9。从图上可以看出：大部分的Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ类气层储层纵横波速度比在1.9以下，随着纵波时差增大，Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ类气层储层纵横波速度比有明显的下降趋势，纵波时差范围在46 μs/ft～62 μs/ft，随着地层孔隙度的增大，有明显的含气异常显示。试气结果：产气量为123.3×104m3/d，为高产气层。

图3 CDB-2井、CDB-3井储层纵波时差-纵横波速度比交会图

4 利用斯通利波及声波幅度衰减判断裂缝

不同裂缝类型在波形幅度及衰减上具有不同的测井响应特征。在井眼与地层垂直的条件下，地层层理和低角度裂缝将造成仪器测量的纵波能量即纵波幅度有明显的衰减，纵波是一种典型的纵向波，按“压缩模式”传播，其传播方向平行于质点位移方向，两者均与井轴平行。地层纵向上波阻抗则会因层理和低角度裂缝产生变化，纵波能量幅度发生衰减，并随着层理和低角度裂缝发育程度的增加而增大。横波是按“剪切模式”传播的一种典型横向波，其传播方向与质点的位移方向垂直。声波传播过程中传播方向与井轴平行，质点的位移方向与井轴垂直，中、高角度裂缝会引起地层径向上波阻抗产生变化，从而造成横波能量幅度的衰减，并随着裂缝发育程度的增加其衰减程度相应增加，当裂缝内充填物为流体时，地层径向波阻抗数值将会产生严重的衰减，裂缝被固体物质充填时，地层波阻抗变化量较小，声波能量衰减幅度也较小，可以作为判断储层裂缝有效性的依据[9、10]。

利用偶极横波进行裂缝分析，一般是利用斯通利波的反射来判断裂缝存在。低频的斯通利波是沿井壁的表面传播的，其能量从井壁开始向两侧呈指数衰减，其传播过程中两种介质巨大声阻抗差异引起斯通利波产反射。地层中发育与井眼相交的开口裂缝时将会引起的较大的声阻抗反差，从而产生斯通利波反射。但井眼突变或声阻抗差异的地层界面也会引起斯通利波反射，因此，在利用斯通利波进行裂缝分析的时候，必须仔细分析引起斯通利波反射的原因，才能得出正确的解释结论。依据斯通利波反射处理成果，可定性分析认为裂缝发育段斯通利波变密度图有明显“人”字型干涉条纹，“人”字出头的位置为裂缝的发育位置。川东北地区目的层埋藏深，属于致密碳酸盐岩储层，储集空间为孔、洞、缝，控制高产的因素与张裂缝的发育程度密切相关，裂缝发育程度成为制约油气富集成藏的主控因素，判断储层裂缝的有效性尤其重要[11、12]。

图4为CDB2井6 698 m～6 711 m井段的声波幅度、衰减与斯通利波反射系数成果图。从声波幅度图上看：第二道单极全波波形图在6 704 m～6 708 m之间的全波波形与其上下波形对比有明显的减少，说明该井段有能量损失，其纵波、横波幅度发生明显降低，但斯通利波幅度降低不明显，与其对应的衰减图上，在6 704 m～6 708 m之间的纵波、横波有明显的能量衰减，斯通利波能量无衰减，而该井段井径规则，地层比较致密，推测幅度降低和能量衰减可能是裂缝或溶蚀孔洞的存在引起的。

图4 CDB2井声波幅度、衰减与斯通利波反射成果图

5 地层各向异性分析

对阵列声波数据进行横波分离可得到地层的快、慢横波速度以及方位，其中快横波方位可确定各向异性方向。水平方向地应力的不均衡、断层、开口裂缝和椭圆井眼均会导致横波各向异性，快横波方位角则分别与水平最大主应力的方向或断层/裂缝的走向相对应。在砂泥岩地层，地层各向异性常与地应力的不均衡有关，快横波沿最大水平主应力方向传播，慢横波沿最小水平主应力方向传播，快横波方位确定的各向异性方向则为现今最大水平主应力的方向。在碳酸盐岩地层，由于构造、岩性、裂缝、溶蚀孔洞均会影响到各向异性，利用各向异性方位判断地应力方向需要考虑其他因素的影响[13、14]。

根据全井段各向异性大小进行统计，川东北地区碳酸盐岩段飞仙关-吴家坪组地层各向异性相对较弱。按照地层统计各向异性方向可确定该段地层各向异性方向。图5 为CDB2井各向异性方向统计图，可知该井各向异性方向主要为北西西-南东东向或北东东-南西西向，由此判断最大水平主应力方向应为近东西向。

图5 CDB2井各向异性方向统计图

6 结 论

正交多极子阵列声波测井在川东北地区取得了良好的应用效果：

(1)准确提供地层的纵波、横波及斯通利波及其速度，利用纵横波速度比来鉴别岩性。

(2)利用纵波时差-纵横波速度比交会技术可有效地识别气层。

(3)获取地层的岩石力学参数数据，获得快、慢横波速度及方位，并利用快横波方位来确定各向异性方向，为油气田的后期勘探开发提供依据。

(4)利用声波幅度、衰减与斯通利波反射系数进行裂缝的判断。

(5)岩性、孔隙度、含气饱和度、侵入深度、压实程度以及地层压力等等都会影响到纵横波速度比的变化。因此在解释过程中，应综合分析各种测井和录井资料，排除各种因素的影响，才能得出更为可靠的结论。

[1] 楚泽涵. 声波测井理论[M].北京:石油工业出版社,1985：147-193.

[2] 刘有霞,裴鹏,王 书.偶极声波测井资料在YU地区的气层识别[J].测井技术,2007,31(5)：445-447.

[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,2007,12(3)：58-63.

[4]白全胜,许东晖,翟 勇.正交多极子阵列声波在储层评价及工程中的应用[J].石油地质与工程,2010,24(5)：53-56.

[5] 朱留方.交叉偶极子阵列声波测井资料在裂缝性储层评价中的应用[J].测井技术,2003,27(3)：225-227.

[6] 朱留方,吴海燕,翟 勇.太古界变质岩储集层测井资料综合评价[J].天然气工业,2005,25(11)：39-42.

[7] 阎 涛.潜山裂缝性储层测井评价方法[J].内蒙古石油化工,2009,9(35)：120-124.

[8] 王少鹤，李春鸿，张国海.利用阵列声波测井多方法综合识别气层研究[J].国外测井技术,2012,27(5)：12-14.

[9] 申辉林,惠 伟,李民龙.交叉偶极子声波测井在柴达木盆地的应用[J].石油仪器,2006,20(3)：64-66.

[10] 赵全胜.交叉偶极子声波成像测井技术及应用[J]. 国外电子测量技术,2008,27(4)：48-52.

[11] 杨唐斌.用斯通利波评价裂缝的有效性[J].测井技术，1998,22(2)：132-136.

[12] 余春昊，李长文 利用斯通利波信息进行裂缝评价[J].测井技术，1998，22(2)：273-277.

[13] 梁晓东,吕秀梅.交叉偶极声波测井资料在地层各向异性检测中的应用[J].石油仪器,2010,24(5)：61-66.

[14] 舒卫国,韩 成.交叉多极阵列声波测井资料的地层各向异性分析[J].国外测井技术,1999,14(6)：3-5.

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 伟，男，1979年生，工程师，硕士，2006年毕业于中国石油大学(华东)地球探测与信息技术专业并获硕士学位，目前在中石化胜利石油工程有限公司测井公司从事测井资料综合解释及方法研究工作。E-mail：24181158@qq.com

P631.8+

A

2096-0077(2015)01-0061-04

2014-07-18 编辑：姜婷)