正交偶極聲波測井技術在川西地區Y井須二段儲層評價中的應用

岳云寶，李春旭

（成都理工大學地球物理學院，四川 成都610059）

馬 蓮

（成都理工大學地球科學學院，四川 成都610059）

1 基本原理

普通的聲波測井使用單極聲波發射器，在慢速的固結較差的地層中，由于橫波速度比井內流體的聲波速度小，橫波首波與井內流體波一起傳播時無法產生臨界折射的滑行橫波，因此無法測出橫波的首波。利用正交偶極子聲波儀可以得到所有地層聲學信息，該儀器的聲波發射和接收遵循Snell定律，可分為單極子測量和偶極子測量［1］。進行單極子測量時，以單極子聲源作為發射換能器，發射聲波以球形方式由泥漿進入地層，由于泥漿的波速小于地層的波速，所以會在地層和泥漿的分界面上產生反射波和折射波，通過測量可得到地層的縱波時差、斯通利波時差，同時在硬地層可得到橫波時差。而進行偶極子測量時，不僅可以得到軟地層的橫波資料，還可以通過測量交叉偶極子模式以用于地層各向異性的分析。

2 根據縱橫波速度比識別氣層

偶極聲波測井能夠取得準確的縱波速度（Vp）和橫波速度（Vs），可以劃分氣層［2］。一般情況下，孔隙中含有天然氣時，縱波速度變較大，而橫波速度變化極小。因此，在巖石孔隙一定時，隨含氣飽和度增大，Vp／Vs比降低。通過斯倫貝謝標準圖版，利用縱橫波速度比可作為探測氣層的一個重要指標。川西地區Y井利用上述方法計算了縱橫波速度比值，繪制了5025.0～5160.0 m縱橫波速度比識別氣層圖（見圖1）。當縱、橫波時差換算出的縱、橫波速度比值低于1.58時，與1.58基線進行充填 （圖中深色部分用來形象表示儲層的含氣性），由此可以直觀地看出該測井段的含氣性。

3 利用縱橫波速度比與縱波時差交會識別巖性和氣層

在縱橫波速度比與縱波時差 （DTC）的交會圖中，白云巖的Vp／Vs＝1.8，石灰巖的Vp／Vs＝1.86，同樣對于純砂巖或含氣砂巖的Vp／Vs＝1.58，其Vp／Vs與DTC的關系近似一條與橫軸平行的直線，利用上述特點可由Vp／Vs與DTC交會圖鑒別巖性。同時，在一般情況下，孔隙中含有天然氣時使縱波速度降低，但對橫波速度影響很小，在巖石孔隙一定的條件下，隨著含氣飽和度的增大，圖中交會點向右下角移動。因此，利用正交偶極聲波測井資料，可以提取Vp和Vs，然后利用Vp／Vs與DTC交會圖準確地劃分出含天然氣地層。

對川西地區Y井測量井段氣層、差氣層Vp／Vs及DTC數據進行提取，利用提取的數據制作了Vp／Vs與 DTC交會圖 （見圖2）。由圖2可知，較好的儲層井段的絕大多數數據點落在砂巖線與石灰巖線之間，據此可以判斷儲層段巖性以砂巖或鈣質膠結砂巖為主，這與鉆井取心和地質錄井相吻合，如Y井5077.5～5090.0 m儲層段 （見圖2（a））。而有些層段交會圖有少量數據點Vp／Vs＞1.8落在了石灰巖線之上，甚至白云巖線之上，這是由于該井段存在頁巖夾層所致，如Y井5035.0～5041.0 m 儲層段 （見圖2（b））。由于上述井段測量點值均往右下角方向偏移，說明井段含氣。值得注意的是，該交會圖對孔隙含氣為主的儲層反應敏感，但對裂縫含氣為主的儲層反應則不敏感，如Y井4629.3～4635.5 m儲層段為裂縫孔隙性氣層，其在Vp／Vs與DTC交會圖上并無含氣指示 （見圖2（c））。

圖1 縱橫波速度比識別氣層圖

圖2 縱橫波速度比與縱波時差交會圖

4 根據聲波能量衰減識別氣層

當地層中含有氣體時，在巖石中傳播的聲波能量衰減嚴重。研究表明，氣層全波圖上表現為能量衰減，尤其縱波能量衰減最嚴重［3］。

對偶極聲波測井數據進行處理，通過分析可以得到單極全波、縱波、橫波和斯通利波能量數據，并由此識別裂縫和氣層。Y井偶極單極、偶極波能量衰減圖如圖3所示。從圖3可以看出：①Y 井5010.0～5031.0 m儲層段。單極全波能量存在一定衰減，縱波、橫波能量衰減嚴重，斯通利波能量衰減不大。綜合電成像解釋結果可以看出，該井段高、低角度裂縫非常發育，其中5015～5023.5 m井段裂縫發育特別豐富，斯通利波能量衰減嚴重，表明其滲透性能較好，這與常規測井解釋為溶蝕較嚴重裂縫差氣層的結論具有一致性。②Y井5109.9～5133.0 m儲層段。單極全波能量衰減較強，縱波、橫波和斯通利波能量衰減嚴重，該井段井眼崩落嚴重，波形衰減有很大部分來自于井眼崩落信息。綜合電成像解釋結果可以看出，該井段高、低角度裂縫非常發育，滲透性能較好，與常規測井解釋結果相符 （井段5110.4～5128.0 m 為 裂 縫－孔 隙 型 氣 層；井段5130.0～5132.0 m 為含 氣層）。

圖3 Y井偶極單極、偶極波能量衰減圖

5 通過斯通利波反射識別裂縫

斯通利波是沿井壁表面傳播的，其能量從井壁開始向兩側呈指數衰減。在井眼中，低頻的斯通利波傳播使得井壁在井徑上膨脹和壓縮，由于裂縫的存在會導致其傳播速度的變化，產生斯通利波反射，導致能量衰減。除了裂縫外，其他因素如井眼突變或高聲阻抗差異的地層界面也會引起斯通利波反射。因此，利用斯通利波對川西地區Y井進行裂縫分析的時候，必須仔細分析，以便更好地區別是井眼突變還是地層突變造成的反射。

圖4所示為Y井5024.0～5160.0m儲層段的斯通列波放射圖。從圖4可以看出如下特征：①5024.0～5075.0 m儲層段。斯通利波能量衰減很小，其波形出現明顯 “人字型”干涉條，表明具有裂縫發育特征；反射系數存在一定變化，其中下行反射系數為0～0.2，上行反射系數為0～0.3。結合常規測井、成像測井、鉆井和錄井資料，認為裂縫發育引起該段上行、下行反射系數的變化；②5077.5～5093.0 m和5110.0～5132.0 m儲層段。斯通利波能量衰減很小，其波形出現明顯 “人字型”干涉條，也表明具有裂縫發育特征；反射系數存在較大變化，其中5077.5～5093.0 m儲層段下行反射系數為0～0.2，上行反射系數為0～0.1，而5110.0～5132.0 m儲層段下行反射系數為0～3，上行反射系數為0～0.3。分析認為，上述井段上行、下行反射系數變化主要是裂縫發育引起的。

6 地層各向異性分析

地層各向異性是指井眼四周地層的物理性質不均勻或者說地層在不同方向的方位上存在差異。只要地層存在各向異性，進行正交偶極聲波測量時就會產生快、慢橫波的分裂，而快、慢橫波速度差異的大小可以反映地層各向異性的程度。以川西地區Y井為例，通過正交偶極聲波儀測量5109.9～5133.0 m井段時，發現縱波、橫波、斯通利波能量衰減嚴重，井眼崩落明顯，結合電成像解釋結果可以看出，該井段高、低角度裂縫非常發育，滲透性能較好，快慢橫波速度差異較大，說明該段各向異性現象顯著（見圖3）。因此，以快、慢橫波為基礎來計算地層的各向異性，同時計算出正交橫波能量與同相的橫波能量比，有助于判斷地層各向異性現象。

圖4 Y井5024.0～5160.0 m儲層段斯通列波放射圖

7 結 語

正交偶極聲波測井技術是通過測量地層的聲學傳播特性來分析、研究儲層特征的一種測井方法。針對川西地區Y井須家河組二段儲層，利用縱橫波速比、縱橫波速比與縱波時差的交會關系，能夠很好地識別該井各段的巖性與含氣性；利用聲波能量衰減以及斯通利波的反射，不僅較好地反映了地層的裂縫情況，還通過聲波能量衰減圖識別含氣性。正交偶極聲波測井技術在該研究區的成功應用，有力地說明了該技術的可行性，這有助于儲層的精細描述與評價。

［1］劉曉，許文勝 .正交偶極子聲波儀 （Wavesonic及應用 ［J］.新疆石油科技，2003，4 （13）：82－83.

［2］羅寧，劉子平，殷增華，等 .利用縱橫波速度比判斷儲層流體性質 ［J］.測井技術，2008，32（4）：331－333.

［3］趙良孝 .碳酸鹽巖儲層測井評價技術 ［M］.北京：石油工業出版社，2003.