張貴斌，楊玉卿，祁曉，劉海涅

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 廊坊 065201)

碳酸鹽巖油氣藏一直是國(guó)內(nèi)外勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域。巖溶型碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育受古地貌、斷裂、沉積巖相等因素控制，儲(chǔ)層發(fā)育和分布具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性[1，2]。受徑向探測(cè)深度限制，目前的測(cè)井方法僅能評(píng)價(jià)井周3m內(nèi)的儲(chǔ)層發(fā)育情況，而遠(yuǎn)離井眼的儲(chǔ)集體成為了評(píng)價(jià)盲區(qū)，給測(cè)井評(píng)價(jià)帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)是近年來(lái)地球物理研究的熱點(diǎn)，該技術(shù)可以彌補(bǔ)測(cè)井和井間地震之間的探測(cè)空白。唐曉明[3]等于2004年將偶極子聲源引入到聲波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井中，提出了偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井方法；2009～2012年，唐曉明、魏周拓[4]利用數(shù)值模擬，對(duì)偶極橫波輻射聲場(chǎng)及反射聲場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例說(shuō)明了偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)的有效性。2014年中海油田服務(wù)股份有限公司與唐曉明合作開發(fā)了基于偶極橫波的遠(yuǎn)探測(cè)處理軟件[5]。關(guān)于處理結(jié)果，目前沒(méi)有成熟的解釋模型和方法，存在模糊性和多解性；同時(shí)，對(duì)于該技術(shù)的適用性及影響因素，目前也沒(méi)有相關(guān)論述。針對(duì)上述問(wèn)題，筆者通過(guò)數(shù)值模擬，對(duì)裂縫、孔洞及洞穴等地質(zhì)體的響應(yīng)特征進(jìn)行了論述，建立了相關(guān)解釋模型，并根據(jù)大量實(shí)例井的處理分析，研究了該技術(shù)的適用性和效果，對(duì)于處理結(jié)果的解釋及應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

1 基本原理

偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)以輻射到井周地層中的偶極子聲源作為入射波，探測(cè)井周傾斜的地層構(gòu)造界面、斷裂帶、縫洞帶及洞穴等聲阻抗界面反射回井中的橫波信息，對(duì)反射信息進(jìn)行聲波成像。利用正交偶極測(cè)井儀器進(jìn)行偶極橫波反射波的測(cè)量，接收到的反射波在頻率域內(nèi)的表達(dá)形式為：

(1)

式中：RWV是井中接收到的遠(yuǎn)探測(cè)聲波頻譜，1；ω是圓頻率，Hz；S是聲源頻譜，1；RD是聲場(chǎng)輻射因子，1；RF是波在地層反射體處的反射系數(shù)，1；RC是井對(duì)反射聲場(chǎng)的接收因子，1；i是虛數(shù)；D為發(fā)射器到反射體再到接收器的傳播距離，m；Qβ為橫波的品質(zhì)因子，1；β為橫波的波速，m/s。

利用正交的偶極發(fā)射、接收系統(tǒng)，接收偶極聲源向井外地層輻射后反射的豎直面和水平面內(nèi)的偏振橫波(即豎直反射橫波(SH)、水平面反射橫波(SV))，兩組系統(tǒng)指向分別為X和Y方向；當(dāng)X方向聲源發(fā)射時(shí)，即把入射的SH和SV位移矢量投影到X和Y方向，得到2個(gè)方向的接收分量；同樣，當(dāng)Y方向發(fā)射時(shí)，同樣得到X和Y方向的接收分量[3]。

(2)

式中：φ是偏振橫波方位角，(°)。

把4個(gè)接收分量組合起來(lái)，就可以得到SH和SV：

(3)

由式(3)可確定SH和SV。經(jīng)數(shù)值模擬[4]，SH較SV對(duì)井外不同傾角的反射體具有更好的輻射覆蓋性。因此，偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用SH進(jìn)行反射成像。

2 處理方法

針對(duì)偶極橫波測(cè)井資料的遠(yuǎn)探測(cè)成像處理技術(shù)主要包括以下4個(gè)步驟。

首先是波形旋轉(zhuǎn)，對(duì)儀器進(jìn)行方位校正，把儀器坐標(biāo)校正到大地坐標(biāo)，從而消除儀器旋轉(zhuǎn)的影響，準(zhǔn)確定位反射信息的方位。

第2步進(jìn)行成像預(yù)處理，包括壓振和波幅補(bǔ)償處理。針對(duì)偶極橫波波形震蕩周期多、后續(xù)反射波幅度小的問(wèn)題，采取壓振處理即利用最小二乘法進(jìn)行濾波的方法，達(dá)到對(duì)波形整形的目的，減少震蕩周期，提高反射體的分辨率，便于后期處理。波幅補(bǔ)償?shù)哪康氖沁x擇合適的品質(zhì)因子(Q)以補(bǔ)償后續(xù)波振幅，使反射波振幅增強(qiáng)，該方法應(yīng)用了地震資料處理中的逆衰減濾波技術(shù)[6]。

第3步是成像處理,包括波場(chǎng)分離和偏移成像。聲波測(cè)井中直達(dá)波的振幅比反射波的幅度大很多，因此通過(guò)波場(chǎng)分離技術(shù)提取反射波信號(hào)，對(duì)提取出來(lái)的上行反射波和下行反射波分別進(jìn)行偏移成像處理后得到地質(zhì)反射體的成像[6]。

第4步是成像后處理。對(duì)成像處理的結(jié)果進(jìn)行濾除直達(dá)波或噪音處理，突出反射波信息，使成像去偽存真，清晰明確。

3 解釋模型及適用性

3.1 解釋模型

偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)主要針對(duì)井眼周圍的地質(zhì)反射界面進(jìn)行成像，包括裂縫、斷層、不整合面、孔洞及洞穴等。不同地質(zhì)界面在遠(yuǎn)探測(cè)反射波成像上的響應(yīng)特征不同，其響應(yīng)主要與地質(zhì)體的空間形態(tài)有關(guān)。

1)裂縫、斷層及不整合面空間上是面狀特征，通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果，在遠(yuǎn)探測(cè)反射波成像圖上表現(xiàn)為線狀或條帶狀特征，且較為連續(xù)。成像清晰程度與地質(zhì)界面的傾角相關(guān)，角度越高，成像越清晰，低于30°的地質(zhì)界面成像效果較差(圖1)。

圖1 裂縫、孔洞模型及數(shù)值模擬成像圖

2)孔洞及洞穴空間上是點(diǎn)狀或塊狀特征，在數(shù)值模擬圖上表現(xiàn)為斑點(diǎn)或弧狀反射特征。成像效果與孔洞大小、發(fā)育程度及井眼距離相關(guān)，孔洞直徑越大、密集程度高，成像越清晰，同時(shí)，距離井眼越遠(yuǎn)，成像效果越差(圖1)。

3.2 適用性分析

任何測(cè)井儀器和方法都有其適用性和局限性。偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用輻射到井外的偶極反射波進(jìn)行成像，由于信號(hào)弱且受地層的結(jié)構(gòu)、均質(zhì)程度、近井眼儲(chǔ)層的發(fā)育情況等因素影響，成像評(píng)價(jià)效果不近相同。經(jīng)過(guò)大量不同巖性、儲(chǔ)層類型、地層結(jié)構(gòu)的實(shí)例井資料處理分析認(rèn)為，偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)針對(duì)不同特征地層有不同的適用性，能夠解決不同的地質(zhì)難題：一類為地層背景均質(zhì)，遠(yuǎn)井眼發(fā)育裂縫帶、孔洞或洞穴的隱蔽型儲(chǔ)層識(shí)別；另一類為層狀、不發(fā)育隱蔽儲(chǔ)層的砂泥巖地層中尋找過(guò)井或井周斷層，為鉆井漏失點(diǎn)定位和開發(fā)找堵水提供依據(jù)。

圖2為兩類不同特征地層的典型偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像圖，反射成像圖的上刻度為徑向反射距離(單位m)，下刻度為色標(biāo)(表示反射波成像強(qiáng)度)。受井眼直達(dá)波影響，沿井筒徑向距離3m內(nèi)的兩口井均存在豎條紋，該現(xiàn)象為井中直達(dá)波的殘差，可以忽略。碳酸鹽巖地層為致密、塊狀均質(zhì)結(jié)構(gòu)地層，背景較“干凈”，該類地層有利于偶極橫波輻射到井周，受到的干擾較少，若遠(yuǎn)井眼發(fā)育隱蔽儲(chǔ)層，偶極橫波反射波會(huì)清晰成像。圖2(a)中北偏東45°和東偏南45°切片上顯示，5473～5500m井段外10～25m范圍內(nèi)發(fā)育斑點(diǎn)狀孔洞反射特征，為尋找隱蔽儲(chǔ)層段提供了依據(jù)。層狀砂泥巖地層的偶極橫波和反射波受到層狀地層界面的影響，反射波成像存在較多的噪音，較難分辨規(guī)模較小的地質(zhì)體；而斷層的規(guī)模一般較大且連續(xù)，易于在反射波成像圖上識(shí)別。圖2(b)中3846～3890m北偏東45°方向上，清晰顯示了基本連續(xù)的條帶狀圖像，為斷層特征。

圖2 偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)典型圖像

綜上，偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)主要適用于在致密、均質(zhì)結(jié)構(gòu)的地層中尋找隱蔽型儲(chǔ)層，如碳酸鹽巖、火成巖和頁(yè)巖；在層狀的砂泥巖地層中尋找斷層。

4 應(yīng)用效果

X1井奧陶系巖性為灰?guī)r，儲(chǔ)層發(fā)育受巖溶控制，非均質(zhì)性很強(qiáng)。該井常規(guī)測(cè)井資料顯示地層致密，有效孔隙度低于2.0%。電成像圖上發(fā)育少量高導(dǎo)縫，誘導(dǎo)縫較發(fā)育，高導(dǎo)縫走向與誘導(dǎo)縫走向基本一致，為北東向，表明高導(dǎo)縫的有效性好。該井段地層儲(chǔ)層不發(fā)育，但氣測(cè)值異常，為了評(píng)價(jià)遠(yuǎn)井眼儲(chǔ)層的發(fā)育情況，對(duì)該井陣列聲波資料進(jìn)行偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像處理，徑向成像深度為25m，井周每45°方向成像。

從X1井成像圖(圖3)可以看出，6125～6200m井段在井周4個(gè)方位上均存在斑點(diǎn)、弧狀和條帶狀反射特征，且各方位成像特征和距離有差異，表明井周儲(chǔ)集體發(fā)育具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性；6125～6150m井段南北向、東西向和東偏南45°的偶極橫波反射成像特征相似，近垂直的條帶狀圖像為裂縫帶或大型巖溶洞穴響應(yīng)特征，儲(chǔ)集體距井眼8～15m，而北偏東45°的偶極橫波反射成像僅見斑點(diǎn)狀孔洞特征；6150～6175m井段4個(gè)方向上的偶極橫波反射成像特征相似，為較連續(xù)的弧狀和斑狀，表明溶洞較發(fā)育，儲(chǔ)集體距井眼15～20m；6175～6200m井段南北向、北偏東45°和東偏南45°的偶極橫波反射成像特征相似，為條帶狀裂縫溶洞特征，距井眼10～15m，東西向發(fā)育斑點(diǎn)狀孔洞。

圖3 X1井灰?guī)r偶極橫波反射波成像圖

對(duì)該套隱蔽儲(chǔ)層的頂部井段6125～6150m酸壓求產(chǎn)。酸壓施工結(jié)果表明，人工裂縫溝通了井周的儲(chǔ)集體；施工后關(guān)井壓力上升快，反映酸壓溝通程度好、儲(chǔ)集體物性也較好。人工裂縫沿現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向即北東向延伸，溝通了東偏南45°走向的儲(chǔ)集體，獲得了日產(chǎn)205m3的高產(chǎn)，驗(yàn)證了偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像的解釋結(jié)果。

5 結(jié)論

1)偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)能對(duì)井周的地質(zhì)界面反射成像，識(shí)別遠(yuǎn)離井眼的有效儲(chǔ)集體，彌補(bǔ)了測(cè)井和井間地震之間的評(píng)價(jià)空白。

2)通過(guò)正演數(shù)值模擬，確定了不同地質(zhì)體的偶極橫波反射成像特征，建立了解釋模型。

3)該技術(shù)在致密、均質(zhì)結(jié)構(gòu)的地層中尋找隱蔽型儲(chǔ)層具有良好的應(yīng)用效果，而層狀砂泥巖地層只適用于識(shí)別井周斷層。

4)偶極橫波反射成像目前只是定性解釋評(píng)價(jià)，對(duì)于反射體的定量刻畫還沒(méi)有成熟的方法，這也是后續(xù)的研究方向。

[參考文獻(xiàn)]

[1]霍勇，龐秋維，趙勃權(quán).偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)在塔里木油田的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2014，11(8)：54～56.

[2]魯新便.巖溶縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的非均質(zhì)性[J].測(cè)井技術(shù)，2014，38(3)：330～335.

[3]唐曉明，魏周拓.聲波測(cè)井技術(shù)的重要進(jìn)展—偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井[J].應(yīng)用聲學(xué)，2012，31(1)：10～17.

[4]唐曉明，魏周拓.利用井中偶極聲源遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性的遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井[J].地球物理學(xué)報(bào)，2012，55(8)：2798～2807.

[5]郝仲田，孫小芳，劉西恩，等.偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)應(yīng)用研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2014，29(5)：2172～2177.

[6]莊春喜，燕菲，孫志峰，等.偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理及應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2014，38(3)：330～335.