多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)在M油田中的應(yīng)用研究

王 偉，黃定國(guó)

(延長(zhǎng)油田股份有限公司井下作業(yè)工程部，陜西 延安 716000)

0 引言

近年來，隨著對(duì)M油田油氣資源的大力開采，其勘探開發(fā)所面臨的困難越來越多，特別是在測(cè)井采集和解釋評(píng)價(jià)上的問題尤為突出，由于油田具有低孔、低滲、低電阻的特點(diǎn)，復(fù)雜的儲(chǔ)層類型使得常規(guī)測(cè)井資料對(duì)油田油、氣、水層的劃分以及孔滲的識(shí)別等難度大大增加，故亟需新的測(cè)井技術(shù)來解決M油田開發(fā)過程中遇到的技術(shù)瓶頸。多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)較為先進(jìn)，結(jié)合其他測(cè)井資料，可很好地解決M油田目前的難題，對(duì)M油田的油氣資源開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)原理

不同種類的陣列聲波測(cè)井儀器在結(jié)構(gòu)上具有一定的相似性，但工作方式存在一定的差別。多極子陣列聲波測(cè)井儀是我國(guó)使用較多的一種陣列聲波測(cè)井儀，主要由發(fā)射探頭、接受探頭以及隔聲體組成。其中發(fā)射探頭部分由4個(gè)發(fā)射源構(gòu)成，接收探頭部分由8個(gè)接收探頭構(gòu)成，隔聲體即隔離在發(fā)射探頭與接受探頭以及外殼之間的絕緣體，其存在使得在測(cè)井過程中避免了撓曲波的干擾，提高了測(cè)井質(zhì)量[1]。

多極子陣列聲波測(cè)井的模式較多，包括單極子、單極子全波、偶極子以及交叉發(fā)射測(cè)量4種模式，針對(duì)不同的地質(zhì)問題可選用對(duì)應(yīng)的測(cè)量模式。當(dāng)儀器采用單極子模式時(shí)，其工作方式和常規(guī)測(cè)井儀器的工作方式一致，由上部發(fā)射探頭向井壁發(fā)射信號(hào)，下部接受探頭接收經(jīng)過井壁后的聲波信號(hào)，4個(gè)探頭可同時(shí)工作并記錄4條曲線，主要用于比對(duì)。單極子全波工作模式是由下部發(fā)射探頭向井壁發(fā)射信號(hào)，8個(gè)接收探頭接收經(jīng)過井壁后的聲波信號(hào)，接收探頭同時(shí)工作并記錄8條曲線，主要作用是提取橫波、縱波及裂縫識(shí)別等。偶極子發(fā)射工作模式是：由X發(fā)射探頭向井壁發(fā)射信號(hào)，X方向及其反方向接收經(jīng)過井壁后的聲波信號(hào)，8個(gè)接收探頭同時(shí)工作并記錄曲線，主要用于慢速地層中橫波的提取。交叉發(fā)射測(cè)量工作模式是：X、Y發(fā)射探頭同時(shí)向井壁發(fā)射信號(hào)，X、Y方向及其反方向接收經(jīng)過井壁后的聲波信號(hào)，8個(gè)接收探頭同時(shí)工作并記錄曲線，主要用于分析地應(yīng)力及裂縫的識(shí)別等。

2 多極子陣列聲波測(cè)井評(píng)價(jià)方法

2.1 巖性的識(shí)別及波形特征

2.1.1 巖性的識(shí)別方法

不同巖性中聲波的傳播速度不同，故可利用測(cè)的聲波在不同巖性中的傳播速度差來識(shí)別不同的巖性。一般來講，泥頁巖的聲波時(shí)差最大，隨著含砂量的增加，聲波時(shí)差逐漸變小；粗砂巖中聲波時(shí)差最小，當(dāng)砂巖中含有鈣質(zhì)時(shí)，其聲波時(shí)差會(huì)有一個(gè)突然變小的趨勢(shì)；碳酸鹽巖地層中，灰?guī)r和白云巖的聲波時(shí)差較低，當(dāng)遇到含泥質(zhì)地層時(shí)，其聲波時(shí)差會(huì)突然變大，當(dāng)遇到裂縫時(shí)，聲波時(shí)差呈跳躍性增大。常用的巖性識(shí)別方式有直方圖法和圖版交會(huì)法兩種。

1)直方圖法。不同礦物巖石的縱橫聲波時(shí)差比存在一定的差異(見表1)，故可利用縱橫聲波時(shí)差的比值大致確定不同地層的巖性。一般情況下，砂巖的縱橫聲波時(shí)差比在1.6～1.8，泥巖在1.9左右，白云巖在1.8左右，灰?guī)r約為1.9，當(dāng)縱橫波時(shí)差比大于1.9時(shí)，多判定為地層中存在較多的裂縫或有孔洞存在。

表1 常見不同礦物及巖石縱橫波時(shí)差比

2)圖版交匯法。直方圖法雖直觀性較強(qiáng)，但對(duì)于不能區(qū)分縱橫波時(shí)差比值較為接近的巖性，如泥巖和灰?guī)r的縱橫波時(shí)差比都在1.90左右，僅依靠縱橫波時(shí)差比直方圖不能判定，但兩種巖性的縱橫波實(shí)際差值相差較大，故在利用縱橫波時(shí)差比的同時(shí)可依據(jù)縱橫波的分布范圍來區(qū)分二者的巖性。

2.1.2 不同巖性波形特征

對(duì)不同巖性的全波波形圖進(jìn)行綜合分析，可得知不同巖性的波形特征存在著明顯的差異，依據(jù)波形差異性特征，繪制取芯巖性的全波波形圖，以此為依據(jù)，對(duì)未知區(qū)域進(jìn)行巖性識(shí)別，如表2所示。

表2 不同巖性全波形時(shí)差數(shù)值分布范圍表 單位：μs/ft

2.2 滲透性的評(píng)價(jià)方法

滲透性是影響儲(chǔ)層的關(guān)鍵因素，因此對(duì)地層滲透性進(jìn)行評(píng)價(jià)至關(guān)重要。在多極子陣列聲波測(cè)井中，斯通利波對(duì)地層滲透性好壞最為敏感，故可利用斯通利波在地層的衰減情況判定儲(chǔ)層滲透率的優(yōu)差。當(dāng)儲(chǔ)層孔隙度較為發(fā)育或存在裂縫時(shí)，聲波會(huì)呈現(xiàn)不同程度的衰減，當(dāng)斯通利波衰減程度較大時(shí)，表明地層具有較好的滲透性，當(dāng)斯通利波衰減程度較小時(shí)，表明地層滲透性較差或儲(chǔ)層較為致密。但斯通利波在遇到井徑突然變大的地層時(shí)，也會(huì)表現(xiàn)出不同程度的衰減，故在判定地層滲透性好壞時(shí)應(yīng)排除干擾因素的影響。

2.3 裂縫的評(píng)價(jià)方法

裂縫是否發(fā)育及裂縫的有效性是儲(chǔ)層滲透性好壞的關(guān)鍵，對(duì)地層裂縫進(jìn)行評(píng)價(jià)是關(guān)鍵[2]。聲波曲線會(huì)受到地層裂縫孔洞的影響，在地層裂縫較為發(fā)育時(shí)，速度各向異性較為突出，且在不同裂縫及孔洞類型中，縱橫波和斯通利波呈不同程度的衰減，此時(shí)裂縫系統(tǒng)的走向可很好地用各向異性方向指示出來；當(dāng)?shù)貙恿芽p不發(fā)育且遇到井徑變大地層時(shí)，由于地應(yīng)力的不均衡使得速度各向異性突出，此時(shí)，最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力相對(duì)差值可由各向異性大小百分比表示，而最大水平地應(yīng)力方向?yàn)榭鞕M波的方向。

多極子陣列聲波測(cè)井可反應(yīng)出地層裂縫的發(fā)育狀況，當(dāng)?shù)貙哟嬖诹芽p時(shí)，裂縫多由泥漿或其他介質(zhì)充填，聲波在傳播過程中，受泥漿或者其他介質(zhì)的影響使得傳播速度發(fā)生變化，地層介質(zhì)差異性越大，其反射系數(shù)就越大，故利用聲波的衰減程度來判定裂縫的發(fā)育狀況。研究表明，裂縫傾角的大小對(duì)縱橫波的影響具有一定的規(guī)律性，當(dāng)裂縫傾角小于33°或者大于78°時(shí)，橫波的衰減程度明顯高于縱波；當(dāng)裂縫傾角介于33°～78°時(shí)，縱波的衰減程度明顯高于橫波。因此可以利用橫波的衰減程度來判定垂直和水平裂縫，而縱波則可以判定傾角較大的裂縫。故多極子陣列聲波測(cè)井的全波形可以指示地層裂縫的發(fā)育情況。

3 多極子陣列聲波測(cè)井在M油田中的應(yīng)用

為了研究多極子陣列聲波測(cè)井在M油田中的應(yīng)用，對(duì)M油田的多口探井的多極子陣列聲波測(cè)井資料進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì)，特選定該油田的重點(diǎn)探井PZH-1井進(jìn)行研究分析。該井的目的層砂巖較為發(fā)育，可見暗色泥巖，部分井段可見裂縫發(fā)育。

3.1 對(duì)復(fù)雜巖性的識(shí)別

依據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征，結(jié)合PZH-1井的分層情況，對(duì)PZH-1井聲波時(shí)差圖進(jìn)行分析，判定該井不同層位的巖性(見圖1)。分析發(fā)現(xiàn)，聲波時(shí)差值會(huì)隨著井深的增加而增大，在砂巖層段，縱波時(shí)差由最大的78 μs/ft降至56 μs/ft，最終穩(wěn)定在56 μs/ft左右；橫波時(shí)差由最大的128 μs/ft降至94 μs/ft，并穩(wěn)定在94 μs/ft左右，縱橫波時(shí)差比曲線較為穩(wěn)定，無大幅起伏，值保持在1.62～1.78。該井段全波形較為清晰，可反映出該段的地層巖性特征，在3 285 m左右可見斯通利波波動(dòng)較大，主要是由于砂巖段含泥質(zhì)引起的。

圖2 PZH-1井砂巖縱橫波時(shí)差比直方圖

圖3 PZH-1井泥巖縱橫波時(shí)差比直方圖

對(duì)PZH-1井的砂巖和泥巖段縱橫波時(shí)差比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(見圖2、圖3)，結(jié)果表明，該井的砂巖縱橫波時(shí)差比集中在1.60～1.80，而泥巖集中在1.80～1.90，主要以1.90為主，結(jié)合常見巖性縱橫波時(shí)差比值，很好地反映了該井的巖性特征。

3.2 對(duì)滲透率的評(píng)價(jià)

為了更好地對(duì)M油田的滲透率作出評(píng)價(jià)，對(duì)區(qū)域的多個(gè)井的巖性進(jìn)行化驗(yàn)分析，并和聲波測(cè)井對(duì)滲透率的評(píng)價(jià)進(jìn)行對(duì)比。以PZH-1井為重點(diǎn)研究對(duì)象，結(jié)果表明：在雜質(zhì)較少、巖性較純的3 282～3 285 m井段，斯通利波計(jì)算得出的滲透率和巖心室內(nèi)化驗(yàn)分析測(cè)得的滲透率差值不大，斯通利波計(jì)算出的滲透率數(shù)值略小于但明顯大于普通砂巖，表明該段儲(chǔ)層具有較好的滲透性。但在3 312～3 314 m井段，由于該井段以泥巖為主，孔隙度數(shù)值部分缺失，通過斯通利波計(jì)算出來的地層滲透率數(shù)值偏大，表明該方法計(jì)算具有一定的誤差性，故對(duì)滲透性的定量評(píng)價(jià)有一定的局限性。

3.3 對(duì)裂縫的評(píng)價(jià)

從PZH-1井的全波波形圖可以看出，結(jié)合電成像資料，對(duì)該井的目的層段裂縫進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：在目的層的中上段，斯通利波大多表現(xiàn)出較多的V型條紋，表明發(fā)育微裂縫；在目的層的中段，電成像資料顯示，發(fā)育張開裂縫。對(duì)該井的各向異性強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)該井主要以同向?yàn)橹鳎鞕M波指示方向?yàn)橛晌飨驏|，與區(qū)域地質(zhì)資料顯示的主應(yīng)力方向?yàn)榻鳀|向一致，表明對(duì)裂縫評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度較高，如圖4所示。

圖4 PZH-1井部分井段聲波時(shí)差圖

4 結(jié)語

從單極子、單極子全波、偶極子以及交叉發(fā)射測(cè)量4種模式出發(fā)闡述了多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)原理，從直方圖、圖版交匯法及全波波形特征三個(gè)方面指出該測(cè)井技術(shù)對(duì)復(fù)雜巖性的識(shí)別方法，分析研究了滲透率和裂縫發(fā)育狀況的評(píng)價(jià)方法。從復(fù)雜巖性識(shí)別、儲(chǔ)層滲透率及裂縫發(fā)育狀況三個(gè)方面對(duì)M油田進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，明確多極子陣列聲波測(cè)井很好地反映出M井的巖性特征；可對(duì)儲(chǔ)層滲透率進(jìn)行定性研究，定量研究與巖心室內(nèi)測(cè)定結(jié)果存在一定的差異性；結(jié)合電成像資料，明確了M油田裂縫發(fā)育類型及位置。