特殊测井方法识别地应力方向在镇泾油田的应用

陈英，赵景，白彬艳 （中国石化集团华北石油局测井公司，河南 郑州 450052）

地应力方向在油气勘探、开发和钻井工程中有着广泛的应用前景。目前利用测井资料进行地应力方向分析的主要方法有：井眼崩落法、钻井诱导缝法和快横波方位各向异性分析法［1～3］。通过声电成像测井可以利用井眼崩落法、钻井诱导缝法分析地应力方向，通过交叉偶极横波测井可以利用快横波方位各向异性分析法分析地应力方向［4］。笔者利用声电成像测井和交叉偶极横波测井对镇泾油田主要目的层中生界延长组长8油层组地应力方向进行分析，确立了长8油层组最大水平地应力方向［5］。

1 分析地应力方向的特殊测井方法

1.1 声成像测井法

在声成像测井资料上，通过分段统计椭圆井眼坍塌崩落方向来确定最小水平地应力的方向。根据井眼崩落形成的椭圆井眼特征，椭圆井眼的长轴方向为井眼崩落方向且为最小水平地应力方向，与之相垂直的方向为最大水平地应力方向。

井周声波成像测井 （CAST－V）采用一个以脉冲反射方式工作的声传感器在井中作360°的旋转，对井壁四周进行扫描。当脉冲信号传播遇到某种障碍物 （如井壁）反射回来时，被同一个超声换能器接收并在示波管上形成回波。回波的幅度和时间与多种因素有关［6］。当由地应力引起井眼崩落时，在动态声波回波幅度成像图上可观察到成对出现在井眼径向两侧的暗色或黑色条带，显示在崩落方向上有井径扩大 （图1）。

图1 声成像测井图 （动态声波回波幅度成像图）

1.2 电成像测井法

对于应力不平衡地层，由于钻井导致应力释放，从而会产生井眼在最小水平地应力方向的应力坍塌，以及沿最大地应力方向的钻井诱导缝等现象［7］。因此，可以根据动态加强XRMI（微电阻率成像仪器）图上的椭圆井眼长轴方向及成像图上的颜色变化来确定最小水平地应力方向，与之垂直的方向即为最大水平地应力方向 （图2）。

以往利用双井径曲线及方位曲线来确定地应力方向，但井壁坍塌种类较多，有时不易识别，导致得到的地应力方向有误，对于井壁未发生坍塌的井段，无法确定地应力方向。利用声成像测井资料可以清楚地指示井眼崩落方向，准确确立最小水平地应力方向；同时电成像资料还可以直观地显示钻井诱导缝，准确确立最大水平地应力方向。如果同时把井壁应力崩落和钻井诱导缝结合起来，就可以更加准确地判断地应力方向。

1.3 交叉偶极横波测井法

各向异性是指地层物理性质在不同的方位上存在差异。地层的层界面、裂缝、椭圆井眼、地应力等因素都可能产生各向异性，当地层出现各向异性时将导致横波发生分离而形成快慢横波［8］。在交叉偶极横波测井图中，快横波的方位指示了最大水平地应力的方向 （图3）。

图2 电成像测井图 （动态加强XRMI图）

图3 交叉偶极横波测井图

2 实例分析

利用声电成像和交叉偶极横波测井资料对镇泾油田中生界延长组长8油层组地应力方向进行识别，如图4～6所示。

如图4所示，红河A井在长8油层组井壁坍塌普遍存在，从声成像图像上分析井眼崩落及钻井诱导缝的发育方位，便可确定最小或最大地应力方向。红河A井在长8油层组井壁坍塌方向为115±5°，最大水平地应力方向与井壁坍塌方向垂直，红河A井长8油层组最大水平地应力方向为25±5°。

如图5所示，红河B井在长8油层组井壁坍塌普遍存在，从电成像图像上分析井眼崩落及钻井诱导缝的发育方位，可确定最小或最大

地应力方向。则红河B井长8油层组最大地应力方向平均为65±5°。

图6为红河C井所测的交叉偶极横波测井资料。利用测得的快横波方位可以直观有效地识别出该井长8油层组的最大地应力方向为70±5°。

图4 红河A井长8油层组声成像地应力特征图

利用镇泾油田目前15口声电成像和交叉偶极横波测井资料，绘制了镇泾油田延长组长8油层组地应力方向区域分布图，如图7所示。从图7上可以看出，长8油层组最大水平地应力优势方向为北东－南西向，但在研究区的西南部方向有较大变化，最大水平地应力为南西西－北东东方向。从工区主要储层段长8油层组的底部构造分布来看，长8油层组底构造总体表现为向西北倾的单斜，构造变化相对平缓，东南部隆起。因为受东南部隆起幅度的影响，造成研究区东南部长8油层组最大水平地应力稍有变化。

图5 红河B井长8油层组电成像地应力特征图

图6 红河C井长8油层组交叉偶数快横波方位统计图

图7 长8油层组最大水平地应力矢量图

3 结 论

1）利用声电成像和交叉偶极横波等测井资料可以确定地应力方向。在声电成像测井图中，井眼崩落方向指示最小水平地应力方向，钻井诱导缝方向指示最大水平地应力方向；在交叉偶极横波测井图中，快横波方向指示最大水平地应力方向。

2）利用特殊方法测井资料绘制了镇泾油田延长组长8油层组最大水平地应力方向区域分布图，在长8油层组最大水平地应力优势方向为北东－南西向，但在不同层的局部地区方向有较大变化。

3）明确镇泾油田最大水平地应力方向后，注水井的布局应考虑：采油井和注水井不能沿最大水平地应力方向排列，以免形成快速指进，降低注水波及面积，增加死油区。

4）根据镇泾油田最大水平地应力分布规律，分析改造构造、油层和井筒等的特点，对有条件的井可以加大施工规模，提高油层改造的效果。

［1］李志明，张金珠 .地应力与油气勘探开发 ［M］.北京：石油工业出版社，1997.3～5，23～24.

［2］蔡美峰 .地应力测量原理和技术 （修订版）［M］.北京：科学出版社，2000.13～27.

［3］李维彦，李永胜，汪中浩 .利用偶极横波成像测井资料评价地层的各向异性 ［J］.江汉石油学院学报，1999，21（4）：36～38.

［4］王连捷，崔军文，张晓卫 .中国大陆科学钻主孔现今地应力状态 ［J］.地球科学——中国地质大学学报，2006，31（4）：505～512.

［5］闫萍，孙建孟，苏远大 .利用测井资料计算新疆迪那气田地应力 ［J］.新疆石油地质，2006，27（5）：611～614.

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［编辑］ 龙 舟