聲波掃描測(cè)井在渤中區(qū)塊東營(yíng)組異常高壓地層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

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(1.中海油能源發(fā)展有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452;2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津 300452)

聲波掃描測(cè)井在渤中區(qū)塊東營(yíng)組異常高壓地層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

岳明亮1，郝仲田2，張國(guó)強(qiáng)2

(1.中海油能源發(fā)展有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452;2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津 300452)

渤中某區(qū)塊東營(yíng)組存在異常高壓，鉆井過(guò)程中事故頻頻，很多井都無(wú)法獲取完整的測(cè)井資料，地層評(píng)價(jià)困難重重。新一代聲波掃描測(cè)井Sonic Scanner可以提供不同徑向探測(cè)深度的縱波、橫波、斯通利波和彎曲波慢度測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)地層三軸各向異性進(jìn)行評(píng)價(jià)，高質(zhì)量的波形加上先進(jìn)的處理技術(shù)可以提供可靠的過(guò)套管慢度測(cè)量。通過(guò)分析過(guò)套管聲波掃描測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)本區(qū)塊地層進(jìn)行精細(xì)評(píng)價(jià)：包括指示異常壓力層位，揭示鉆井事故發(fā)生的主要原因，同時(shí)通過(guò)測(cè)井曲線的相關(guān)性反演中子密度曲線。

異常高壓；聲波掃描；慢度；地層評(píng)價(jià)；各向異性

0 引 言

隨著勘探力度的加大，越來(lái)越多的區(qū)塊出現(xiàn)異常壓力地層。異常壓力是資料完整錄取的主要障礙，資料缺失又無(wú)法精確識(shí)別異常壓力和指導(dǎo)下步作業(yè)，形成惡性循環(huán)。新一代聲波掃描儀Sonic Scanner[1]通過(guò)精心設(shè)計(jì)和先進(jìn)的處理技術(shù)，可以進(jìn)行過(guò)套管慢度測(cè)量，并且對(duì)縱波和橫波慢度在徑向、周向和軸向上的變化進(jìn)行更準(zhǔn)確的描述。在復(fù)雜井況和高難度井中，可以在垮塌周期前進(jìn)行下套管作業(yè)，固井結(jié)束后進(jìn)行套后聲波測(cè)量，進(jìn)行地層評(píng)價(jià)。本文介紹了Sonic Scanner儀器及測(cè)量原理并結(jié)合異常壓力地層過(guò)套管測(cè)量的應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)行異常壓力識(shí)別、鉆井事故分析和中子-密度曲線反演，得到很好的應(yīng)用效果，對(duì)下步作業(yè)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 Sonic Scanner儀器簡(jiǎn)介

Sonic Scanner儀器通過(guò)長(zhǎng)短源距相結(jié)合，增加周向分布接收器(順著井周)。儀器在1.8 m的接收陣列上有13個(gè)軸向接收點(diǎn)(R1-R13)，每個(gè)接收點(diǎn)有8個(gè)以45°間隔繞儀器放置的接收器，儀器上總計(jì)有104個(gè)傳感器。在接收器陣列的兩端各有一個(gè)單極發(fā)射器，另一個(gè)單極發(fā)射器和兩個(gè)正交定向偶極發(fā)射器位于儀器下部較遠(yuǎn)處。三個(gè)單極發(fā)射器能夠獲取長(zhǎng)源距和短源距數(shù)據(jù)進(jìn)行不同探測(cè)深度的井眼補(bǔ)償。兩個(gè)正交的偶極發(fā)射器能產(chǎn)生彎曲波，用于描述慢地層和各向異性地層的橫波慢度。Sonic Scanner儀器示意圖如圖1所示，

圖1 Sonic Scanner儀器示意圖

2 測(cè)量原理

Sonic Scanner儀器的三個(gè)單極發(fā)射器都能產(chǎn)生更強(qiáng)的壓力脈沖[2]。這些發(fā)射器能產(chǎn)生清楚的縱波和橫波，低頻率斯通利波以及進(jìn)行固井評(píng)價(jià)所需的高頻能量。兩個(gè)偶極發(fā)射器都是一種振動(dòng)裝置，由電磁馬達(dá)組成，其中電磁馬達(dá)安裝懸掛在儀器上的一個(gè)圓筒上。這種機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)高壓偶極信號(hào)，而不會(huì)引起儀器外殼的顫動(dòng)。震源可采用兩種模式驅(qū)動(dòng)：脈沖模式的傳統(tǒng)偶極源產(chǎn)生一個(gè)很深的“咔噠”信號(hào)，而新源采用掃頻產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖信號(hào)。與窄帶偶極源相比，線性調(diào)頻脈沖模式維持每個(gè)頻率的時(shí)間更長(zhǎng)，能向地層提供更多的偶極能量。

與早期的聲波儀器如DSI偶極橫波成像儀一樣，兩個(gè)偶極源是正交定向的。一個(gè)沿儀器參考軸振動(dòng)，另一個(gè)與參考軸成90°。這些裝置產(chǎn)生很強(qiáng)的彎曲波型，彎曲波型沿井筒上下傳播，同時(shí)根據(jù)頻率不同，傳到地層不同深度。在所有井筒和地層(包括慢地層)條件下，新型線性調(diào)頻脈沖偶極源的頻率成分(300 Hz～8 kHz)都能產(chǎn)生彎曲波型，確保信噪比最大，從而獲取高質(zhì)量縱波、橫波、斯通利波和彎曲波型。

3 應(yīng)用

3.1 指示異常壓力

圖2為A3與A6井聲波時(shí)差半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖[3]，A3井聲波為Sonic Scanner過(guò)套管聲波數(shù)據(jù)，A6井聲波為裸眼井陣列聲波數(shù)據(jù)，趨勢(shì)線根據(jù)本區(qū)塊1號(hào)探井的聲波數(shù)據(jù)繪出。從圖中可以看出：1)A3井和A6井聲波數(shù)據(jù)做出的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖基本一致，說(shuō)明Sonic Scanner過(guò)套管聲波數(shù)據(jù)可信；2)東二上段頂部已經(jīng)偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線，根據(jù)等效深度法計(jì)算壓力系數(shù)[4]，屬于壓力過(guò)渡帶范圍；3)進(jìn)入東二下段后，壓力明顯偏離正常壓實(shí)趨勢(shì)線，根據(jù)等效深度法計(jì)算壓力系數(shù)，屬于異常高壓范圍。可見(jiàn)用過(guò)套管聲波數(shù)據(jù)判斷異常壓力簡(jiǎn)單、直觀、有效。

圖2 A3與A6井聲波時(shí)差半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖

3.2 地應(yīng)力分析揭示事故原因

當(dāng)一橫波信號(hào)入射到各向異性地層時(shí)，如果聲波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與地層剛性最強(qiáng)方向一致時(shí)，聲波傳播速度最快。對(duì)于裂縫性地層，平行于裂縫走向極化的橫波比垂直于裂縫走向極化的橫波傳播速度快一些，這種現(xiàn)象叫橫波分裂現(xiàn)象[5-6]。通常，由偶極子聲源產(chǎn)生的橫波在各向異性地層中將分裂成沿X軸和Y軸極化的2個(gè)正交分量。平行于裂縫走向，速度較快的稱為快橫波；垂直于裂縫走向，速度較慢的稱為慢橫波。橫波分裂現(xiàn)象不僅在裂縫性地層中存在，在地應(yīng)力不均衡的非裂縫地層中也同樣存在。

利用快慢橫波法計(jì)算地應(yīng)力，首先用偶極子聲波資料提取地層的快慢橫波, 然后用裂縫不發(fā)育、泥質(zhì)含量低且井眼規(guī)則段來(lái)計(jì)算快橫波方位角, 即為地層各向異性的方向, 代表著當(dāng)今最大水平主應(yīng)力的方向。圖3為A3井快慢橫波法計(jì)算主應(yīng)力方向圖[7]。

圖3 A3井快慢橫波法計(jì)算主應(yīng)力方向圖

從圖3可以看出:本區(qū)塊地層水平最大主應(yīng)力方向約為N60°E，水平最小主應(yīng)力方向與之相差90°。當(dāng)水平應(yīng)力小于垂直應(yīng)力時(shí),斜井的穩(wěn)定性隨井斜角的增大而降低；在平行于最大水平主應(yīng)力方向鉆進(jìn)時(shí),井壁穩(wěn)定性最差；當(dāng)在最大和最小水平主應(yīng)力方向交叉鉆進(jìn)時(shí)，井壁穩(wěn)定性最好。圖4為A3井實(shí)鉆井眼軌跡方位圖,從圖中可以看出：A3井軌跡方位與本區(qū)塊地層最大主應(yīng)力方向一致，揭開(kāi)井眼后存在一定的應(yīng)力釋放，筆者認(rèn)為這是本井卡鉆的主要原因之一，對(duì)后續(xù)的A8井井眼軌跡設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

圖4 A3井實(shí)鉆井眼軌跡方位圖

3.3 中子、密度曲線反演

中子、密度、聲波以孔隙度為紐帶，存在一定的相關(guān)性。過(guò)套管中子、密度由于受到儀器在井眼中的位置和水泥環(huán)厚度的影響，部分井段數(shù)據(jù)無(wú)法使用。如果通過(guò)聲波數(shù)據(jù)對(duì)中子、密度進(jìn)行反演，可以對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，便能更好地進(jìn)行地層評(píng)價(jià)。

圖5為A3井和A4井聲波半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，根據(jù)鄰井對(duì)比發(fā)現(xiàn)A4和A3井聲波數(shù)據(jù)具有很好的一致性，A3井在3 600 m左右中子、密度出現(xiàn)跳躍，無(wú)法使用。通過(guò)A4井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)獲得本段聲波與中子、密度的關(guān)系：y1=-6.643 09+0.330 231×x和y2=2.785 41-0.002 787 26×x，其中,y1為中子值(pu)，y2為密度值(g/cm3)，x為聲波時(shí)差(μs/ft)，利用此相關(guān)性反演A3井質(zhì)量較差的中子、密度數(shù)據(jù)，便可校正A3井的中子、密度數(shù)據(jù)。

圖6為A3井中子校正對(duì)比圖，圖7為A3井密度校正對(duì)比圖。從圖中可以看出：通過(guò)校正后的中子、密度曲線，與A4井中子、密度曲線一致性較好，消除了跳躍的現(xiàn)象，滿足地層評(píng)價(jià)的要求。

圖5 A3井與A4井聲波半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖

圖6 A3井中子校正對(duì)比圖

圖7 A3密度校正對(duì)比圖

4 結(jié)論與建議

1)Sonic Scanner過(guò)套管測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可信；

2)可以有效識(shí)別異常壓力；

3)可以通過(guò)橫波分裂現(xiàn)象計(jì)算地應(yīng)力方向；

4)反演的中子、密度曲線可以對(duì)原始曲線進(jìn)行校正，但應(yīng)注意分層處理。

Sonic Scanner為測(cè)井聲波數(shù)據(jù)的采集提供了一種全新的手段，建議在復(fù)雜井況或者高難度井，聲波數(shù)據(jù)的采集完全可以在井眼垮塌周期前進(jìn)行下套管固井作業(yè)，然后進(jìn)行過(guò)套管聲波測(cè)量，避免不必要的垮塌卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 倪國(guó)輝，王勛杰，程維營(yíng)，等. WSTT 測(cè)井資料在碳酸鹽巖地層地應(yīng)力研究中的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2010,32(2)：267-271.

[2] 柴 婧，楊 濤，朱家俊，等. 基于新一代聲波掃描測(cè)井評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖各向異性[J].中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院學(xué)報(bào)，2015,29(4)：7-9.

[3] 王守君，劉振江，譚忠健，等.勘探監(jiān)督手冊(cè)測(cè)井分冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2013：243-286.

[4] 王亞?wèn)|.如何用測(cè)井聲波時(shí)差曲線計(jì)算地層壓力[J].錄井工程,2005,16(4):59-61.

[5] 許賽男，別旭偉. 交叉偶極聲波測(cè)井在渤海錦州南潛山裂縫性儲(chǔ)層中的應(yīng)用[J].國(guó)外測(cè)井技術(shù)，2010，31(1):30-33.

[6] 許孝凱，陳雪蓮，范宜仁，等. 低孔隙度低滲透率天然氣儲(chǔ)層聲波巖石物理研究[J].測(cè)井技術(shù)，2012，36(2):114-118.

[7] 魏陽(yáng)慶，何坤萍，姜 鈞. 全波列聲波測(cè)井在地應(yīng)力分析中的應(yīng)用. 斷塊油氣田[J].2000，7 (3):33-36.

ApplicationofSonicScannertoFormationEvaluationofAbnormalHighPressureinDongyingGroupofBozhongBlock

YUEMingliang1,HAOZhongtian2,ZHANGGuoqiang2

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China；2.TianjinBranchofCNOOC(China)Ltd.,Tianjin300452,China)

Because of the existing abnormal high well pressure in Dongying Group of Bozhong block, there are many accidents frequently happened in the course of drilling, and the complete logging data can not be obtained in many wells, which leads to the formation evaluation difficultly. The new generation tool named Sonic Scanner can be used to obtain the slowness of compression wave, shear wave, Stonely wave and flexural wave in different depth of investigation. The high quality wave combined with advanced processing technology can provide reliable slowness measurement behind casing. The fine evaluation on the block is done through the analysis on the data from Sonic Scanner behind casing, such as indicating the position of abnormal pressure, discovering the key reason of drilling accidents and inverting density and neutron curves.

abnormal high pressure; sonic scanner; slowness; formation evaluation; heterogeneity

岳明亮，男，1983年生，工程師，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，目前在中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司從事測(cè)井監(jiān)督工作。E-mail：yueml@cnooc.com.cn

P631.8+1

A

2096-0077(2017)05-0071-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.05.018

2017-02-19編輯姜 婷)