泥岩蚀变对声波测井影响的试验研究

张玲，乔悦东 （中海石油 （中国）有限公司，北京100010）

李洪奇 （中国石油大学 （北京）地球物理与信息工程学院，北京102249）

声波测井在约束地震反演以及地震层位标定中有着不可替代的重要作用。笔者开展了泥岩蚀变试验研究，揭示了泥岩蚀变的部分规律，为研究泥岩蚀变对声波测井时差的影响奠定了基础。

泥岩含有大量吸水性的黏土矿物，这种矿物是层状晶形结构，遇水后晶层之间的距离会扩大［1，2］。井壁泥岩吸水后膨胀，自身的密度和压力发生变化，随着泥浆浸泡时间的增长，泥岩段井壁发生塌落，造成井径扩大。此外，泥岩膨胀可能在一定程度上使井径异常变小。但是，无论哪种情况发生，泥岩蚀变都会使声波时差测井产生误差。

采用水基泥浆钻井时，声波时差测井受井眼垮塌及泥岩蚀变的影响严重，使得声波测井资料有时难以真实准确地反映原状地层的声波时差信息，从而降低了声波测井的应用效果。为此开展了声波时差与泥岩蚀变影响的试验分析，揭示了泥岩蚀变对声波时差的影响程度以及变化规律，对声波测井在地震、地质方面的应用起到指导作用。

1 不同程度泥岩蚀变声波时差影响试验分析

1．1 岩样制备

该次试验的3块泥岩岩样均取自渤海湾X区块A、B两口井2000m以下地层，岩样相对致密，遇水膨胀速度相对较慢。岩样形状为直径1．5cm、长3cm的圆柱形。在10MPa压力下，一个星期内注入水量很少，时差变化很小，试验基本无法进行。为了加大注水速度，增加岩样浸泡变化程度，在岩样中心钻一个0．5cm的孔。钻孔后注入水，进水体积随着时间的推移有明显的变化，试验可以正常进行。

1．2 泥岩声波速度与浸泡程度关系

图1～3分别给出了实验室测定的3块岩样K1、K2、K3（K1取自A井2747．87m、K2取自A井2748．1m、K3取自B井2686．3m）纵、横波速度 （vp、vs）随浸泡程度 （进水体积）的变化关系。从图1～3中可以看出，泥岩含水的纵横波速度均大于干岩石的速度，随着进水体积逐渐增大，纵横波速度逐渐增大；但随着浸泡时间的增加，当进水体积为2ml左右时纵横波速度达到最大值，之后速度略有下降，最后基本趋于平稳，特别是横波。

图4～6是3块岩样的纵横波速度变化率随进水体积的关系图。从图4～6中可以看出，在注水初期纵波速度的变化明显；但随着进水体积的增加，横波速度的变化明显大于纵波速度的变化，即横波受进水体积的影响要大于纵波受进水体积的影响。

图1 K1岩样声速随进水体积的变化关系图

图2 K2岩样声速随进水体积的变化关系图

图3 K3岩样声速随进水体积的变化关系图

图4 K1岩样声速变化率随进水体积的变化关系图

图5 K2岩样声速变化率随进水体积的变化关系图

图6 K3岩样声速变化率随进水体积的变化关系图

1．3 泊松比随进水体积变化关系

3块岩样泊松比随进水体积的变化关系见图7～9。从图7～9中可以看出，随着进水体积的增加，泊松比逐渐减小，后趋于稳定。该区块泥岩泊松比范围为0．201～0．381。

图7 K1岩样泊松比随进水体积变化关系图

图8 K2岩样泊松比随进水体积变化关系图

2 泥岩蚀变程度定量分析

笔者尝试建立起实验室条件下的进水体积与纵波速度的关系，由此来定量分析泥岩蚀变程度，如图10所示。显然，3块岩样的纵波速度和进水体积的变化趋势都相仿。将3块岩样的纵波速度与进水体积变化数据进行 “标准化”，如图11所示。可以看出，纵波速度与进水体积变化趋势可以分为两部分，第1部分 （虚线）为进水体积 （泥岩蚀变程度）与纵波速度呈正相关，随着泥岩蚀变程度的加大，纵波速度也在逐渐加大，体现在测井曲线上为声波时差逐渐减小；第2部分 （实线）为进水体积 （泥岩蚀变程度）与纵波速度呈很小的负相关，或趋于平衡。可见，进水体积与纵波速度之间有很好的规律性，由此建模如下。

图9 K3岩样泊松比随进水体积变化关系

图10 3块岩样纵波速度与进水体积变化关系图

图11 岩样标准化后纵波速度与进水体积变化关系图

第1部分实验室条件下的泥岩纵波速度与进水体积变化关系式为：

V ＝0．0028vp＋8．6853

R2＝0．917

式中：V为进水体积，ml；R为相关系数。

第2部分实验室条件下的泥岩纵波速度与进水体积变化关系式为：

V ＝－0．0043vp＋20．466

R2＝0．8751

3 结 论

1）该次试验采用的3块岩样均取自泥岩遇水不坍塌的泥岩层段，其深度、岩性和物性等大致相同。蚀变对声波时差的影响具有相同的规律。

2）泥岩含水时的纵、横波速度均大于干岩样的速度，随着浸泡时间的增加，纵、横波速度逐渐增大，当达到一定数值时，纵、横波速度会随着泥岩浸泡时间的增加出现小幅下降，之后就趋于稳定，横波尤为明显。

3）泥岩蚀变对声波时差测井的影响严重，揭示泥岩蚀变对声波测井的影响规律，探求泥岩蚀变对声波测井的校正方法，进而求准声波时差，对声波测井资料合成地震记录以及测井约束地震反演将具有重要的作用。

［1］Arns C H，Knackstedt M A，Pincewski W V，et al．Computation of linear elastic properties from microtomographic images：methodology and agreement between theory and experiment ［J］．Geophysics，2002，67 （5）：1396～1405．

［2］Han D H，Nur A，Morgan D．Effects of porosity and clay content on wave velocities in sandstones ［J］．Geophysics，1986，51 （11）：2093～2107．