肖承文 王貴清 吳興能 文得進 汪德剛

1．中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院 2．中國石油渤海鉆探工程公司測井公司 3．中國石油塔里木油田公司

碳酸鹽巖儲集層非均質(zhì)性強、各向異性大，儲集層以基質(zhì)孔隙、溶蝕孔洞、裂縫為主，結構復雜。測井解釋難度大，而目前現(xiàn)有的裂縫識別測井方法探測深度太淺，一般在3m以內(nèi)，這只能定性給出井壁附近地層裂縫發(fā)育情況，難以了解儲層橫向變化或井壁裂縫向外延伸發(fā)育情況，在裂縫性儲集層中測井評價成果常與試油結果發(fā)生矛盾。針對這些問題，中國石油渤海鉆探工程公司測井公司自2001年開始研究遠探測聲波反射波成像測井技術，利用聲波反射波信息來識別井旁3～10m范圍內(nèi)的儲層信息，彌補了現(xiàn)有測井方法探測深度不足的缺陷。

1 遠探測聲波成像測井儀及其特點

如圖1所示，不論是雙發(fā)雙收的補償聲波、數(shù)字聲波、長源距聲波還是多級陣列聲波測井記錄，都是沿井壁的滑行波，而遠探測聲波反射波成像測井儀是以輻射到井外地層中的聲場能量作為入射波，探測從井旁裂縫或小構造反射回來的反射信息［1－8］，通過分析探測器接收到的全波列信息，提取其中的反射波信息，根據(jù)反射波信息了解井旁儲集層信息。

圖1 反射波成像測井原理圖

遠探測聲波反射波成像測井儀由2個發(fā)射探頭和8組接收探頭組成。兩組低頻、大功率相控陣發(fā)射探頭有助于聲波信號的遠距離傳播；每個發(fā)射探頭是由4個發(fā)射環(huán)組成，可以通過調(diào)節(jié)4個發(fā)射環(huán)的發(fā)射延遲時間控制發(fā)射角度［2－3］，滿足不同速度地層的測井需求。

該儀器主要測量信息是縱波反射波即通常所說的PP反射波，為了后續(xù)處理及提波方便，希望記錄的PP反射波位于縱波和橫波之間，因此，在儀器設計時把發(fā)射探頭和接收探頭之間的源距設計成是可調(diào)解的。通過調(diào)節(jié)儀器的源距來實現(xiàn)不同巖性、物性、速度的地層測量的PP反射波始終位于縱波和橫波之間［4］。

2 PP反射波的波場分離技術

遠探測聲波反射波成像測井儀器采集的主要是全波信息，依次為縱波、PP反射波、橫波、斯通利波等信息，在長源距及陣列聲波測井中主要測量的是縱波、橫波、斯通利波等信息，而相對PP反射波來說全波中的模式波就是“噪音”，后續(xù)處理時要采用相應的濾波方法濾掉這個“噪音”，分離出高質(zhì)量的PP反射波，同時將上行反射波與下行反射波進行分離，對分離后的上下行反射波進行成像［8－10］。

圖2顯示了傾斜地層與直井相交情況下的測井。由傾斜地層產(chǎn)生的反射波按照傳播方向可分為上行反射波和下行反射波。設地層與井的夾角是α，反射波旅行時表達式為：

式中Z是聲源到井與地層交點的距離；z是源距；v是地層速度，“－”和“＋”分別代表儀器位于傾斜地層下方和上方的情況。

由式（1）可得到反射波的視慢度：

當儀器位于地層下方時，檢波器接收到的反射波是下行波，此時反射波的視慢度明顯與模式波的慢度（1／v）不同。根據(jù)這種差別利用參數(shù)估計法算出模式波D，然后從波場數(shù)據(jù)W中減去模式波D，提取出反射波R（下行反射波）。即

圖2 傾斜地層與直井相交情況下的測井示意圖

式中E是復數(shù)矩陣，包含模式波傳播的指數(shù)形式，“～”表示共軛。在估算模式波時，假設反射波非常小，即‖R‖‖D‖，因此可以忽略不計。

當儀器位于地層上方時，檢波器接收到的反射波是上行波，根據(jù)圖3和式（2），反射波視慢度與模式波慢度之間差異變小，此時直接用式（3）、式（4）得到的上行波將會產(chǎn)生扭曲。因此在分離上行波時采用共檢波器道集，此時上行波視慢度與模式波慢度之間差異同下行波視慢度與模式波慢度之間差異相同，這樣就可以用式（3）、式（4）來提取上行反射波。對提取的上下行反射波進行成像得到最終的成果圖，根據(jù)上下行波成像圖就可以對井旁裂縫、孔洞進行解釋。

圖3 3種實驗模型及其響應特征圖

3 測井評價方法

得到成像圖以后，就可以根據(jù)成像圖對井旁的反射體進行解釋。圖像上的不同特征代表什么樣的井旁反射體呢？首先在消聲水池中做了模擬實驗，共計做了過井壁裂縫模擬、井旁裂縫模擬、井旁溶蝕孔洞（或網(wǎng)狀縫）模擬3大類6小類共計40種模型實驗［11］。

實驗過程中用2m×1m×1mm的鋼板模擬裂縫，用2m×1m×0．5m的鐵制網(wǎng)狀籠子裝上大小不等的鵝卵石模擬溶蝕孔洞，把儀器水平放入水中，保持儀器在水中靜止，模型做勻速運動，記錄一組數(shù)據(jù)，據(jù)此做不同類型的模擬實驗，得到各種響應特征。圖3是在消聲水池做的3類實驗模型及其響應特征圖。圖中井旁裂縫，鋼板中心位置距儀器3m，與儀器夾角為－20°（逆時針為負，順時針為正），儀器源距為5．3m，從原始波形圖上看，反射波的傾斜同相軸非常明顯，從模型來分析這種情況只有下行波，不存在上行波，因此，在處理過程中波分離后直接進行成像，沒有進行上下行波分離，得到一組單邊的條帶狀同相軸，其形狀、走勢、夾角與模型基本一致，同相軸的中點大約為3m與鋼板距儀器的距離一致；過井壁裂縫，兩塊一樣的鋼板分別放在儀器兩側與儀器的夾角為20°，兩塊板中點都距儀器3m，從原始波形上看有兩組不同走勢的反射波，從理論分析這種情況會出現(xiàn)上下行反射波，對其進行處理并雙邊成像，可以看出在上下行反射波成像圖上各有一組條帶狀的同相軸，且兩組同相軸在一條直線上；孔洞或網(wǎng)狀縫，用三角鐵焊成2m×1m×0．5 m的長方形骨架，然后用的鐵絲網(wǎng)把6個面封好，里面裝上鵝卵石來模擬溶蝕孔洞，放置中心距儀器3m，從理論分析這種模型的反射是雜亂無章的，處理過程中在波分離完直接對其進行了成像沒有進行上下行波的分離，從成像圖上看呈雜亂無章的斑點狀。

井旁反射體基本上可以分為井旁裂縫、過井壁裂縫、溶蝕孔洞、網(wǎng)狀縫、斷層幾種情況，其中斷層反射波響應特征與井旁裂縫或過井壁裂縫的響應特征一致；溶蝕孔洞與網(wǎng)狀裂縫響應特征基本一致。為此，遠探測聲波反射波的響應特征可以歸為3種類型：井旁裂縫、過井壁裂縫、溶蝕孔洞或網(wǎng)狀縫。在實際測井資料解釋過程中就可以依據(jù)圖3的響應特征進行解釋。

4 應用效果分析

利用實驗確定了典型地質(zhì)體的響應特征，以該響應特征為依據(jù)對實際井數(shù)據(jù)進行解釋，建立一系列的特征圖集或解釋圖版，在后續(xù)生產(chǎn)中可以用圖版對測井資料進行解釋［12－13］。圖4是塔里木油田A井的一段碳酸鹽巖段綜合解釋成果圖。從圖中可以看出XX20～XX30m井段，成像測井在XX26m解釋一條40cm高的裂縫，孔隙度小于1．8%，電阻率大于1 000Ω·m，綜合評價為Ⅲ類儲集層，開井流動曲線呈一條直線，關井壓力恢復緩慢，壓力歷史曲線反映測試層為特低滲透性儲集層，僅從常規(guī)分析這類儲集層即使酸化壓裂也不會獲得工業(yè)油氣流。而對應遠探測成像圖上可以看出在XX20～XX28m距井壁3～10m的地方發(fā)現(xiàn)反射信息比較明顯，為雙邊成像，同相軸幾乎為直線，但兩側的同相軸延長線在在一條線上，裂縫角度較高，根據(jù)圖版可以評價為高角度井旁裂縫。建議中國石油塔里木油田公司勘探公司進行試油，該建議被采納，酸壓后6mm油嘴日產(chǎn)氣10多萬立方米、油10多立方米。從圖5酸壓施工曲線分析，擠膠凝酸注入過程壓力平穩(wěn)上升，人造裂縫正常延伸，沒有溝通儲層縫、洞的跡象；再次擠膠凝酸后，壓力有明顯下降，說明溝通了縫洞系統(tǒng)。從圖6裂縫導流能力曲線圖上分析在裂縫延伸方向8m處遇到溶洞區(qū)，在36m處穿過溶洞區(qū)。證實遠探測聲波反射波成像解釋是正確的。

圖4 A井碳酸鹽巖段綜合解釋成果圖（1in＝25．4mm；1ft＝0．304 8m）

圖5 酸壓施工曲線圖

圖6 裂縫導流能力曲線圖

5 結束語

遠探測聲波反射波成像測井在徑向探測深度上是一次飛躍，其他測井儀器探測深度都不足3m，而該儀器徑向探測深度達到了10m，能識別此范圍內(nèi)的裂縫孔洞型儲集層。該技術先后在塔里木、大港等油田共計61口上應用，井旁縫洞型儲層有效性評價符合率達到85．4%，其中在塔里木油田共計測井41口，符合率達到了88．2%，應用效果良好。該技術為試油決策提供了科學依據(jù)，為油田的增儲上產(chǎn)提供了技術支撐。

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