正交偶极声波测井技术在川西地区Y井须二段储层评价中的应用

岳云宝，李春旭

（成都理工大学地球物理学院，四川 成都610059）

马 莲

（成都理工大学地球科学学院，四川 成都610059）

1 基本原理

普通的声波测井使用单极声波发射器，在慢速的固结较差的地层中，由于横波速度比井内流体的声波速度小，横波首波与井内流体波一起传播时无法产生临界折射的滑行横波，因此无法测出横波的首波。利用正交偶极子声波仪可以得到所有地层声学信息，该仪器的声波发射和接收遵循Snell定律，可分为单极子测量和偶极子测量［1］。进行单极子测量时，以单极子声源作为发射换能器，发射声波以球形方式由泥浆进入地层，由于泥浆的波速小于地层的波速，所以会在地层和泥浆的分界面上产生反射波和折射波，通过测量可得到地层的纵波时差、斯通利波时差，同时在硬地层可得到横波时差。而进行偶极子测量时，不仅可以得到软地层的横波资料，还可以通过测量交叉偶极子模式以用于地层各向异性的分析。

2 根据纵横波速度比识别气层

偶极声波测井能够取得准确的纵波速度（Vp）和横波速度（Vs），可以划分气层［2］。一般情况下，孔隙中含有天然气时，纵波速度变较大，而横波速度变化极小。因此，在岩石孔隙一定时，随含气饱和度增大，Vp／Vs比降低。通过斯伦贝谢标准图版，利用纵横波速度比可作为探测气层的一个重要指标。川西地区Y井利用上述方法计算了纵横波速度比值，绘制了5025.0～5160.0 m纵横波速度比识别气层图（见图1）。当纵、横波时差换算出的纵、横波速度比值低于1.58时，与1.58基线进行充填 （图中深色部分用来形象表示储层的含气性），由此可以直观地看出该测井段的含气性。

3 利用纵横波速度比与纵波时差交会识别岩性和气层

在纵横波速度比与纵波时差 （DTC）的交会图中，白云岩的Vp／Vs＝1.8，石灰岩的Vp／Vs＝1.86，同样对于纯砂岩或含气砂岩的Vp／Vs＝1.58，其Vp／Vs与DTC的关系近似一条与横轴平行的直线，利用上述特点可由Vp／Vs与DTC交会图鉴别岩性。同时，在一般情况下，孔隙中含有天然气时使纵波速度降低，但对横波速度影响很小，在岩石孔隙一定的条件下，随着含气饱和度的增大，图中交会点向右下角移动。因此，利用正交偶极声波测井资料，可以提取Vp和Vs，然后利用Vp／Vs与DTC交会图准确地划分出含天然气地层。

对川西地区Y井测量井段气层、差气层Vp／Vs及DTC数据进行提取，利用提取的数据制作了Vp／Vs与 DTC交会图 （见图2）。由图2可知，较好的储层井段的绝大多数数据点落在砂岩线与石灰岩线之间，据此可以判断储层段岩性以砂岩或钙质胶结砂岩为主，这与钻井取心和地质录井相吻合，如Y井5077.5～5090.0 m储层段 （见图2（a））。而有些层段交会图有少量数据点Vp／Vs＞1.8落在了石灰岩线之上，甚至白云岩线之上，这是由于该井段存在页岩夹层所致，如Y井5035.0～5041.0 m 储层段 （见图2（b））。由于上述井段测量点值均往右下角方向偏移，说明井段含气。值得注意的是，该交会图对孔隙含气为主的储层反应敏感，但对裂缝含气为主的储层反应则不敏感，如Y井4629.3～4635.5 m储层段为裂缝孔隙性气层，其在Vp／Vs与DTC交会图上并无含气指示 （见图2（c））。

图1 纵横波速度比识别气层图

图2 纵横波速度比与纵波时差交会图

4 根据声波能量衰减识别气层

当地层中含有气体时，在岩石中传播的声波能量衰减严重。研究表明，气层全波图上表现为能量衰减，尤其纵波能量衰减最严重［3］。

对偶极声波测井数据进行处理，通过分析可以得到单极全波、纵波、横波和斯通利波能量数据，并由此识别裂缝和气层。Y井偶极单极、偶极波能量衰减图如图3所示。从图3可以看出：①Y 井5010.0～5031.0 m储层段。单极全波能量存在一定衰减，纵波、横波能量衰减严重，斯通利波能量衰减不大。综合电成像解释结果可以看出，该井段高、低角度裂缝非常发育，其中5015～5023.5 m井段裂缝发育特别丰富，斯通利波能量衰减严重，表明其渗透性能较好，这与常规测井解释为溶蚀较严重裂缝差气层的结论具有一致性。②Y井5109.9～5133.0 m储层段。单极全波能量衰减较强，纵波、横波和斯通利波能量衰减严重，该井段井眼崩落严重，波形衰减有很大部分来自于井眼崩落信息。综合电成像解释结果可以看出，该井段高、低角度裂缝非常发育，渗透性能较好，与常规测井解释结果相符 （井段5110.4～5128.0 m 为 裂 缝－孔 隙 型 气 层；井段5130.0～5132.0 m 为含 气层）。

图3 Y井偶极单极、偶极波能量衰减图

5 通过斯通利波反射识别裂缝

斯通利波是沿井壁表面传播的，其能量从井壁开始向两侧呈指数衰减。在井眼中，低频的斯通利波传播使得井壁在井径上膨胀和压缩，由于裂缝的存在会导致其传播速度的变化，产生斯通利波反射，导致能量衰减。除了裂缝外，其他因素如井眼突变或高声阻抗差异的地层界面也会引起斯通利波反射。因此，利用斯通利波对川西地区Y井进行裂缝分析的时候，必须仔细分析，以便更好地区别是井眼突变还是地层突变造成的反射。

图4所示为Y井5024.0～5160.0m储层段的斯通列波放射图。从图4可以看出如下特征：①5024.0～5075.0 m储层段。斯通利波能量衰减很小，其波形出现明显 “人字型”干涉条，表明具有裂缝发育特征；反射系数存在一定变化，其中下行反射系数为0～0.2，上行反射系数为0～0.3。结合常规测井、成像测井、钻井和录井资料，认为裂缝发育引起该段上行、下行反射系数的变化；②5077.5～5093.0 m和5110.0～5132.0 m储层段。斯通利波能量衰减很小，其波形出现明显 “人字型”干涉条，也表明具有裂缝发育特征；反射系数存在较大变化，其中5077.5～5093.0 m储层段下行反射系数为0～0.2，上行反射系数为0～0.1，而5110.0～5132.0 m储层段下行反射系数为0～3，上行反射系数为0～0.3。分析认为，上述井段上行、下行反射系数变化主要是裂缝发育引起的。

6 地层各向异性分析

地层各向异性是指井眼四周地层的物理性质不均匀或者说地层在不同方向的方位上存在差异。只要地层存在各向异性，进行正交偶极声波测量时就会产生快、慢横波的分裂，而快、慢横波速度差异的大小可以反映地层各向异性的程度。以川西地区Y井为例，通过正交偶极声波仪测量5109.9～5133.0 m井段时，发现纵波、横波、斯通利波能量衰减严重，井眼崩落明显，结合电成像解释结果可以看出，该井段高、低角度裂缝非常发育，渗透性能较好，快慢横波速度差异较大，说明该段各向异性现象显著（见图3）。因此，以快、慢横波为基础来计算地层的各向异性，同时计算出正交横波能量与同相的横波能量比，有助于判断地层各向异性现象。

图4 Y井5024.0～5160.0 m储层段斯通列波放射图

7 结 语

正交偶极声波测井技术是通过测量地层的声学传播特性来分析、研究储层特征的一种测井方法。针对川西地区Y井须家河组二段储层，利用纵横波速比、纵横波速比与纵波时差的交会关系，能够很好地识别该井各段的岩性与含气性；利用声波能量衰减以及斯通利波的反射，不仅较好地反映了地层的裂缝情况，还通过声波能量衰减图识别含气性。正交偶极声波测井技术在该研究区的成功应用，有力地说明了该技术的可行性，这有助于储层的精细描述与评价。

［1］刘晓，许文胜 .正交偶极子声波仪 （Wavesonic及应用 ［J］.新疆石油科技，2003，4 （13）：82－83.

［2］罗宁，刘子平，殷增华，等 .利用纵横波速度比判断储层流体性质 ［J］.测井技术，2008，32（4）：331－333.

［3］赵良孝 .碳酸盐岩储层测井评价技术 ［M］.北京：石油工业出版社，2003.