偶極橫波遠探測技術在隱蔽儲層識別中的應用

張貴斌，楊玉卿，祁曉，劉海涅

(中海油田服務股份有限公司油田技術事業部，河北 廊坊 065201)

碳酸鹽巖油氣藏一直是國內外勘探的重點領域。巖溶型碳酸鹽巖儲層發育受古地貌、斷裂、沉積巖相等因素控制，儲層發育和分布具有極強的非均質性[1，2]。受徑向探測深度限制，目前的測井方法僅能評價井周3m內的儲層發育情況，而遠離井眼的儲集體成為了評價盲區，給測井評價帶來了極大挑戰。偶極橫波遠探測技術是近年來地球物理研究的熱點，該技術可以彌補測井和井間地震之間的探測空白。唐曉明[3]等于2004年將偶極子聲源引入到聲波遠探測測井中，提出了偶極橫波遠探測測井方法；2009～2012年，唐曉明、魏周拓[4]利用數值模擬，對偶極橫波輻射聲場及反射聲場進行了數值模擬，并結合現場實例說明了偶極橫波遠探測的有效性。2014年中海油田服務股份有限公司與唐曉明合作開發了基于偶極橫波的遠探測處理軟件[5]。關于處理結果，目前沒有成熟的解釋模型和方法，存在模糊性和多解性；同時，對于該技術的適用性及影響因素，目前也沒有相關論述。針對上述問題，筆者通過數值模擬，對裂縫、孔洞及洞穴等地質體的響應特征進行了論述，建立了相關解釋模型，并根據大量實例井的處理分析，研究了該技術的適用性和效果，對于處理結果的解釋及應用具有指導意義。

1 基本原理

偶極橫波遠探測測井技術以輻射到井周地層中的偶極子聲源作為入射波，探測井周傾斜的地層構造界面、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，對反射信息進行聲波成像。利用正交偶極測井儀器進行偶極橫波反射波的測量，接收到的反射波在頻率域內的表達形式為：

(1)

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

利用正交的偶極發射、接收系統，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))，兩組系統指向分別為X和Y方向；當X方向聲源發射時，即把入射的SH和SV位移矢量投影到X和Y方向，得到2個方向的接收分量；同樣，當Y方向發射時，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個接收分量組合起來，就可以得到SH和SV：

(3)

由式(3)可確定SH和SV。經數值模擬[4]，SH較SV對井外不同傾角的反射體具有更好的輻射覆蓋性。因此，偶極橫波遠探測技術主要應用SH進行反射成像。

2 處理方法

針對偶極橫波測井資料的遠探測成像處理技術主要包括以下4個步驟。

首先是波形旋轉，對儀器進行方位校正，把儀器坐標校正到大地坐標，從而消除儀器旋轉的影響，準確定位反射信息的方位。

第2步進行成像預處理，包括壓振和波幅補償處理。針對偶極橫波波形震蕩周期多、后續反射波幅度小的問題，采取壓振處理即利用最小二乘法進行濾波的方法，達到對波形整形的目的，減少震蕩周期，提高反射體的分辨率，便于后期處理。波幅補償的目的是選擇合適的品質因子(Q)以補償后續波振幅，使反射波振幅增強，該方法應用了地震資料處理中的逆衰減濾波技術[6]。

第3步是成像處理,包括波場分離和偏移成像。聲波測井中直達波的振幅比反射波的幅度大很多，因此通過波場分離技術提取反射波信號，對提取出來的上行反射波和下行反射波分別進行偏移成像處理后得到地質反射體的成像[6]。

第4步是成像后處理。對成像處理的結果進行濾除直達波或噪音處理，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

偶極橫波遠探測技術主要針對井眼周圍的地質反射界面進行成像，包括裂縫、斷層、不整合面、孔洞及洞穴等。不同地質界面在遠探測反射波成像上的響應特征不同，其響應主要與地質體的空間形態有關。

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

圖1 裂縫、孔洞模型及數值模擬成像圖

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

3.2 適用性分析

任何測井儀器和方法都有其適用性和局限性。偶極橫波遠探測技術應用輻射到井外的偶極反射波進行成像，由于信號弱且受地層的結構、均質程度、近井眼儲層的發育情況等因素影響，成像評價效果不近相同。經過大量不同巖性、儲層類型、地層結構的實例井資料處理分析認為，偶極橫波遠探測技術針對不同特征地層有不同的適用性，能夠解決不同的地質難題：一類為地層背景均質，遠井眼發育裂縫帶、孔洞或洞穴的隱蔽型儲層識別；另一類為層狀、不發育隱蔽儲層的砂泥巖地層中尋找過井或井周斷層，為鉆井漏失點定位和開發找堵水提供依據。

圖2為兩類不同特征地層的典型偶極橫波遠探測成像圖，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(表示反射波成像強度)。受井眼直達波影響，沿井筒徑向距離3m內的兩口井均存在豎條紋，該現象為井中直達波的殘差，可以忽略。碳酸鹽巖地層為致密、塊狀均質結構地層，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，若遠井眼發育隱蔽儲層，偶極橫波反射波會清晰成像。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范圍內發育斑點狀孔洞反射特征，為尋找隱蔽儲層段提供了依據。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，較難分辨規模較小的地質體；而斷層的規模一般較大且連續，易于在反射波成像圖上識別。圖2(b)中3846～3890m北偏東45°方向上，清晰顯示了基本連續的條帶狀圖像，為斷層特征。

圖2 偶極橫波遠探測典型圖像

綜上，偶極橫波遠探測技術主要適用于在致密、均質結構的地層中尋找隱蔽型儲層，如碳酸鹽巖、火成巖和頁巖；在層狀的砂泥巖地層中尋找斷層。

4 應用效果

X1井奧陶系巖性為灰巖，儲層發育受巖溶控制，非均質性很強。該井常規測井資料顯示地層致密，有效孔隙度低于2.0%。電成像圖上發育少量高導縫，誘導縫較發育，高導縫走向與誘導縫走向基本一致，為北東向，表明高導縫的有效性好。該井段地層儲層不發育，但氣測值異常，為了評價遠井眼儲層的發育情況，對該井陣列聲波資料進行偶極橫波遠探測成像處理，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個方位上均存在斑點、弧狀和條帶狀反射特征，且各方位成像特征和距離有差異，表明井周儲集體發育具有很強的非均質性；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特征，儲集體距井眼8～15m，而北偏東45°的偶極橫波反射成像僅見斑點狀孔洞特征；6150～6175m井段4個方向上的偶極橫波反射成像特征相似，為較連續的弧狀和斑狀，表明溶洞較發育，儲集體距井眼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，東西向發育斑點狀孔洞。

圖3 X1井灰巖偶極橫波反射波成像圖

對該套隱蔽儲層的頂部井段6125～6150m酸壓求產。酸壓施工結果表明，人工裂縫溝通了井周的儲集體；施工后關井壓力上升快，反映酸壓溝通程度好、儲集體物性也較好。人工裂縫沿現今最大主應力方向即北東向延伸，溝通了東偏南45°走向的儲集體，獲得了日產205m3的高產，驗證了偶極橫波遠探測成像的解釋結果。

5 結論

1)偶極橫波遠探測技術能對井周的地質界面反射成像，識別遠離井眼的有效儲集體，彌補了測井和井間地震之間的評價空白。

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

3)該技術在致密、均質結構的地層中尋找隱蔽型儲層具有良好的應用效果，而層狀砂泥巖地層只適用于識別井周斷層。

4)偶極橫波反射成像目前只是定性解釋評價，對于反射體的定量刻畫還沒有成熟的方法，這也是后續的研究方向。

[參考文獻]

[1]霍勇，龐秋維，趙勃權.偶極橫波遠探測測井技術在塔里木油田的應用[J].長江大學學報(自科版)，2014，11(8)：54～56.

[2]魯新便.巖溶縫洞型碳酸鹽巖儲集層的非均質性[J].測井技術，2014，38(3)：330～335.

[3]唐曉明，魏周拓.聲波測井技術的重要進展—偶極橫波遠探測測井[J].應用聲學，2012，31(1)：10～17.

[4]唐曉明，魏周拓.利用井中偶極聲源遠場輻射特性的遠探測測井[J].地球物理學報，2012，55(8)：2798～2807.

[5]郝仲田，孫小芳，劉西恩，等.偶極橫波遠探測測井技術應用研究[J].地球物理學進展，2014，29(5)：2172～2177.

[6]莊春喜，燕菲，孫志峰，等.偶極橫波遠探測測井數據處理及應用[J].測井技術，2014，38(3)：330～335.