高艷玲，沈繼斌，陳華勇，藺敬旗，王志強(qiáng) (中石油西部鉆探測(cè)井公司， 新疆 克拉瑪依 834000)

偶極聲波測(cè)井技術(shù)在檢測(cè)壓裂縫高度中的應(yīng)用

高艷玲，沈繼斌，陳華勇，藺敬旗，王志強(qiáng) (中石油西部鉆探測(cè)井公司， 新疆 克拉瑪依 834000)

利用偶極聲波測(cè)井技術(shù)可以在裸眼井和套管井中獲取地層橫波信息。由于地層中產(chǎn)生的壓裂縫可以使地層各向異性發(fā)生變化，因而利用正交偶極橫波數(shù)據(jù)對(duì)壓裂前后地層的各向異性進(jìn)行對(duì)比分析，可以確定壓裂縫的延伸高度和壓裂效果?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該技術(shù)具有可行性。

偶極聲波；橫波時(shí)差；各向異性；壓裂高度

隨著油田勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，多數(shù)試油井均需要對(duì)地層進(jìn)行壓裂施工改造，以提高儲(chǔ)層滲流特性，進(jìn)而提升產(chǎn)量。壓裂的作用是通過(guò)對(duì)地層施加壓力使地層破裂，在地層中形成一條或數(shù)條滲流能力較強(qiáng)的垂直或高角度的人造填砂裂縫。由于偶極聲波測(cè)井資料能提供豐富的地層信息(偶極聲波處理后的資料有縱波、橫波、斯通利波的時(shí)差、縱橫波速度比、能量等信息)，因而在測(cè)井評(píng)價(jià)中被廣泛應(yīng)用。為此，筆者利用偶極聲波測(cè)井技術(shù)檢測(cè)壓裂縫高度。

1 基本原理

1.1各向異性

圖1 裂縫引起的橫波分裂示意圖

地層各向異性是指巖石物理性質(zhì)(如電阻率、聲波速度和滲透率)隨方向而發(fā)生變化，變化的原因多種多樣，可以是沉積的巖性、結(jié)構(gòu)、裂縫等引起的變化，也可以是外在應(yīng)力誘導(dǎo)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)過(guò)程引起[1]。由于利用地層各向異性可以判斷水平最大地應(yīng)力方向、裂縫和斷層及其走向，因而對(duì)設(shè)計(jì)水力壓裂方案、認(rèn)識(shí)和應(yīng)用水平和垂直滲透率的各向異性以及水平井的設(shè)計(jì)和施工等具有重要作用。在這里重點(diǎn)討論裂縫引起的地層各向異性。

1.2橫波分裂

研究表明[2]，橫波分裂現(xiàn)象是地層產(chǎn)生方位各向異性的基礎(chǔ)，而橫波分裂現(xiàn)象往往是由地層裂縫(尤其垂直縫或高角度縫)引起的(見(jiàn)圖1)。圖1模擬的是一組方位為N45°E的裂縫。這些走向一致的裂縫會(huì)引起橫波分裂，形成快、慢橫波。平行裂縫走向偏振的橫波傳播速度要大于垂直裂縫走向偏振的橫波傳播速度，前者的能量衰減則小于后者。如果橫波偏振的方向與裂縫走向成一定角度，橫波將分裂成平行于裂縫走向偏振的快速高能橫波分量和垂直于裂縫走向偏振的低能慢速分量。

在壓裂施工過(guò)程中，壓裂縫的形態(tài)是由地層中水平主應(yīng)力的相對(duì)大小所控制的，裂縫的方位垂直于最小主應(yīng)力方向，而平行于最大主應(yīng)力方向[3]。以垂直裂縫(垂向主應(yīng)力大于水平主應(yīng)力)為例，其存在會(huì)改變地層中的各向異性。套管井壓裂施工后與裸眼井相比，井眼其他環(huán)境基本沒(méi)有變化，唯一改變的就是壓裂施工，使地層破裂形成裂縫。針對(duì)壓裂所產(chǎn)生的裂縫，在壓裂后套管井中測(cè)量交叉偶極聲波，通過(guò)分析地層的各向異性情況就可以推斷壓裂造縫的高度，進(jìn)而評(píng)價(jià)壓裂效果。

因此，在壓裂后的套管井中利用交叉偶極測(cè)井測(cè)量地層快、慢橫波等信息，記錄快、慢橫波的能量、速度或時(shí)間等信息，并根據(jù)下式定量計(jì)算反映地層各向異性的參數(shù)：

(1)

式中，Pt為時(shí)差的百分各向異性；DTSs為慢速橫波的時(shí)差，μs/ft；DTSf為快速橫波的時(shí)差,μs/ft。

由式(1)可知時(shí)差差值越大則各向異性越強(qiáng)。當(dāng)井壁不存在裂縫時(shí)，橫波快慢時(shí)差基本相同，各向異性非常??；當(dāng)井壁被壓裂形成垂直裂縫時(shí)，各向異性值將明顯增大，因此，各向異性變化明顯段即裂縫被壓開(kāi)的高度。

2 實(shí)例分析

通過(guò)對(duì)A井裸眼井與套管井偶極聲波資料進(jìn)行處理，得到壓裂前的地層各向異性分布與壓裂后的地層各向異性分布。圖2所示為壓裂前后地層各向異性對(duì)比圖，圖中第1道為深度；第2道為自然伽馬曲線以及井徑；第3道為裸眼條件下基于快慢橫波時(shí)差的各向異性以及快慢橫波時(shí)差；第4道為過(guò)套管壓裂后基于快慢橫波時(shí)差的各向異性以及快慢橫波時(shí)差；第5道是裸眼條件下基于快慢橫波到時(shí)的各向異性以及快慢橫波到時(shí)曲線；第6道為過(guò)套管壓裂后基于快慢橫波到時(shí)的各向異性以及快慢橫波到時(shí)；第

圖2 A井壓裂前后各向異性處理成果對(duì)比圖

7道為裸眼條件下的快慢橫波波形；第8道為過(guò)套管條件的快慢橫波波形，第9道與第10道分別為裸眼井和套管井條件下各向異性分析結(jié)果。從圖2可以看出，其中6128.5～6135.0m的過(guò)套管的各項(xiàng)異性分析明顯大于裸眼井的各向異性分析，并且過(guò)套管的快慢橫波時(shí)差差值明顯增大，表明該層段在壓裂后出現(xiàn)裂縫或者應(yīng)力變化，與裸眼井相比，套管井經(jīng)過(guò)壓裂施工后形成壓裂裂縫。因此，A井過(guò)套管后，壓裂裂縫高度范圍為6128.5～6135.0m。

3 結(jié) 語(yǔ)

由于地層中產(chǎn)生的壓裂縫使地層各向異性發(fā)生變化，因而利用正交偶極橫波數(shù)據(jù)能夠?qū)毫亚昂蟮貙拥母飨虍愋赃M(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而檢測(cè)壓裂裂縫高度。實(shí)際應(yīng)用表明，該技術(shù)在油田現(xiàn)場(chǎng)具有可行性。

[1]鄭淑芬.地層速度各向異性及其應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù),2000,24(3):223-226.

[2]魏周拓，范宜仁，陳雪蓮,等.橫波各向異性分析方法及其在復(fù)雜儲(chǔ)層中的應(yīng)用[J].石油物探,2011,50(3):275-280.

[3]竇偉坦，侯雨庭.利用偶極聲波測(cè)井進(jìn)行儲(chǔ)層壓裂效果評(píng)價(jià)[J].中國(guó)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

高艷玲(1978-)，女， 2002年大學(xué)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事裸眼井測(cè)井新技術(shù)方法研究及應(yīng)用和測(cè)井資料綜合解釋評(píng)價(jià)等相關(guān)方面的研究工作。

[編輯] 李啟棟