偶極聲波測井技術在檢測壓裂縫高度中的應用

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

偶極聲波測井技術在檢測壓裂縫高度中的應用

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

利用偶極聲波測井技術可以在裸眼井和套管井中獲取地層橫波信息。由于地層中產生的壓裂縫可以使地層各向異性發生變化，因而利用正交偶極橫波數據對壓裂前后地層的各向異性進行對比分析，可以確定壓裂縫的延伸高度和壓裂效果。現場應用表明，該技術具有可行性。

偶極聲波；橫波時差；各向異性；壓裂高度

隨著油田勘探開發的不斷深入，多數試油井均需要對地層進行壓裂施工改造，以提高儲層滲流特性，進而提升產量。壓裂的作用是通過對地層施加壓力使地層破裂，在地層中形成一條或數條滲流能力較強的垂直或高角度的人造填砂裂縫。由于偶極聲波測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、斯通利波的時差、縱橫波速度比、能量等信息)，因而在測井評價中被廣泛應用。為此，筆者利用偶極聲波測井技術檢測壓裂縫高度。

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(如電阻率、聲波速度和滲透率)隨方向而發生變化，變化的原因多種多樣，可以是沉積的巖性、結構、裂縫等引起的變化，也可以是外在應力誘導的構造運動等地質過程引起[1]。由于利用地層各向異性可以判斷水平最大地應力方向、裂縫和斷層及其走向，因而對設計水力壓裂方案、認識和應用水平和垂直滲透率的各向異性以及水平井的設計和施工等具有重要作用。在這里重點討論裂縫引起的地層各向異性。

1.2橫波分裂

研究表明[2]，橫波分裂現象是地層產生方位各向異性的基礎，而橫波分裂現象往往是由地層裂縫(尤其垂直縫或高角度縫)引起的(見圖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。

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

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

(1)

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

由式(1)可知時差差值越大則各向異性越強。當井壁不存在裂縫時，橫波快慢時差基本相同，各向異性非常小；當井壁被壓裂形成垂直裂縫時，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的高度。

2 實例分析

通過對A井裸眼井與套管井偶極聲波資料進行處理，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差的各向異性以及快慢橫波時差；第4道為過套管壓裂后基于快慢橫波時差的各向異性以及快慢橫波時差；第5道是裸眼條件下基于快慢橫波到時的各向異性以及快慢橫波到時曲線；第6道為過套管壓裂后基于快慢橫波到時的各向異性以及快慢橫波到時；第

圖2 A井壓裂前后各向異性處理成果對比圖

7道為裸眼條件下的快慢橫波波形；第8道為過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果。從圖2可以看出，其中6128.5～6135.0m的過套管的各項異性分析明顯大于裸眼井的各向異性分析，并且過套管的快慢橫波時差差值明顯增大，表明該層段在壓裂后出現裂縫或者應力變化，與裸眼井相比，套管井經過壓裂施工后形成壓裂裂縫。因此，A井過套管后，壓裂裂縫高度范圍為6128.5～6135.0m。

3 結 語

由于地層中產生的壓裂縫使地層各向異性發生變化，因而利用正交偶極橫波數據能夠對壓裂前后地層的各向異性進行對比分析，進而檢測壓裂裂縫高度。實際應用表明，該技術在油田現場具有可行性。

[1]鄭淑芬.地層速度各向異性及其應用[J].測井技術,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雜儲層中的應用[J].石油物探,2011,50(3):275-280.

[3]竇偉坦，侯雨庭.利用偶極聲波測井進行儲層壓裂效果評價[J].中國石油勘探,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年大學畢業，工程師，現主要從事裸眼井測井新技術方法研究及應用和測井資料綜合解釋評價等相關方面的研究工作。

[編輯] 李啟棟