WaveSonic测井在致密碳酸盐岩储层评价中的应用

2013-11-04李湘涛中石化江汉石油工程有限公司技术装备处湖北潜江433124

石油天然气学报 2013年9期

李湘涛（中石化江汉石油工程有限公司技术装备处，湖北潜江 433124）

石文睿，张占松（长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉 430100）

石元会，陈扬（中石化江汉石油工程公司测录井公司，湖北潜江 433123）

迄今为止，低孔低渗非均质致密碳酸盐岩储层测井评价一直被公认为是世界性难题。为了能够有效评价致密碳酸盐岩储层，测井工作者研究了微电阻率扫描成像测井、井周声波成像测井和交叉偶极声波测井等多种方法，能够较为直观地显示裂缝发育层段。其中，交叉偶极声波测井的探测深度相对较大，应用范围更广。

低孔、低渗致密碳酸盐岩储层测井评价的一项重要任务就是寻找张开的有效裂缝。微电阻率扫描成像测井和井周声波成像测井能够直观地显示裂缝发育层段，准确地确定裂缝的产状，但是这两种测井仪器的探测深度较浅，对于裂缝的有效性评价有一定的制约。理论研究和试验证明，裂缝引起的横波各向异性的大小与裂缝的强度成正比，张开的裂缝能导致斯通利波能量的大幅度衰减，而交叉偶极声波测井能够同时测量横波各向异性与斯通利波［1～3］。因此，笔者详细研究了哈里伯顿公司WaveSonic交叉偶极声波测井仪器的特点，并将其应用在识别致密碳酸盐岩储层裂缝有效性及进行储层评价等方面。

1 仪器简介

图1 WaveSonic仪器结构示意图

WaveSonic交叉偶极声波测井是哈里伯顿公司开发的新一代声成像测井仪，一般称其为WaveSonic测井。它主要由传输控制、发射器、隔声体、接收器、主电子线路等5部分组成（见图1）。

发射器包括1个全方位的单极发射器，2个同深度的偶极发射器a、b（X－X方向，Y－Y方向），8个接收器阵列，每个接收阵列均有4个分布在同一深度上的正交排列的接收器，依次为A、B、C、D，AC接收器沿偶极发射器X－X方向排列，B－D 接收器沿偶极发射器Y－Y方向排列。相邻2个接收阵列的间距为0.5ft。第1个接收阵列与单极发射器的间距为10.24ft，与偶极发射器的间距为9.23ft。

WaveSonic测井仪器采用1个全方位的单极发射器、2个偶极发射器和8组接收器阵列、32个接收器，纵向分辨率为0.5ft，探测深度1～3ft，每个深度点记录96条波形，其中包括32条单极波形，32条偶极X－X方向波形和32条偶极Y－Y方向波形，每个波形有400个采样点，单极采样间隔为20μs，偶极采样间隔为40μs，是测量致密碳酸盐岩储层交叉偶极声波的理想设备。

2 致密碳酸盐岩储层含气性识别

利用WaveSonic测井的纵横波速度比能够有效识别致密碳酸盐岩储层的含气性［3～8］。在其他地层条件相同或相近的情况下，当地层含气时，地层体积密度变小，体积弹性模量大幅度变小，而地层切变模量几乎不变，导致纵波速度大幅度减小，而横波速度几乎不变，使得地层纵横波速度比大幅度减小。

利用WaveSonic测井可以在地层中测得可靠的地层纵波速度和横波速度。在地层不含气的情况下，不同岩性及矿物的纵横波速度比存在明显差别（见表1）。灰岩纵横波速度比为1.90，白云岩纵横波速度比为1.80，砂岩纵横波速度比为1.58～1.70，碳酸盐岩类的纵横波速度比明显大于砂岩。在已知储层岩性的条件下，利用纵横波速度比变小的测井特征能够定性识别储层的含气性。通常，碳酸盐岩储层含气时，纵横波速度比往往小于1.70。

在利用纵横波速度比识别气层时，还需要考虑岩性、压实、胶结程度、孔隙度及侵入效应的影响，这样能够有效提高气层的直观指示能力。

图2为A 井1250.0～1288.0m 井段致密碳酸盐岩测井组合曲线图，可以看出，1267.6～1280.0m井段的纵横波速度比明显减小，平均为1.52，个别地方小于1.5，表明该井段有含气特征，解释为含气层。而气测录井有明显烃异常显示，说明WaveSonic测井解释结果是准确的。

表1 主要岩性及矿物的纵横波速度比值（不含气）［1～3，7］

3 致密碳酸盐岩储层裂缝评价

利用WaveSonic测井的偶极横波各向异性及斯通利波能量衰减特征，再结合电成像测井资料，可有效评价致密碳酸盐岩储层裂缝。

3.1 地层的各向异性

在各向异性地层中，横波速度通常显示出方位的各向异性。如地层中存在裂缝，当横波信号以θ角（0°＜θ＜90°）入射到裂缝地层时，入射横波会分裂成质点平行于裂缝走向、振动速度较快的快横波和质点垂直于裂缝走向、振动速度较慢的慢横波。当θ＝0°时，只产生快横波，当θ＝90°时，只产生慢横波，如图3所示。

地层各向异性的大小与快、慢横波速度（或时差）有关。计算公式如下：

式中：Caniso为各向异性系数，%；Δts，s为慢横波时差，μs／ft；Δts，f为快横波时差，μs／ft。

裂缝性地层、高角度地层、井周岩性变化、井眼垮塌层段等情况都可造成偶极横波分裂现象，因此，必须结合成像资料才能准确判断是否为裂缝引起的各向异性。充填裂缝与未充填裂缝在横波各向异性上也有差异：充填裂缝的各向异性较小，未充填裂缝的各向异性较大。

3.2 斯通利波的裂缝表征

斯通利波是一种制导波，在低频情况下，近似为一种管波。它的传播类似于一个活塞的运动，造成井壁在径向上的膨胀和收缩，这时如有张开缝与井壁连通，则斯通利波的传播将使井液沿裂缝流进和流出地层，从而消耗能量，使斯通利波幅度衰减。井中斯通利波在靠近地层与井眼间的界面传播，并且其能量向离开井壁方向呈指数衰减，衰减的程度与裂缝的张开度有关。斯通利波的波形、能量的衰减反映的是具有一定的径向延伸长度或连通性较好的有效裂缝。因此，利用斯通利波的衰减来探测裂缝的有效性是切实可行的。

在某些硬地层内，存在较大的地应力，这种地层一旦被钻开，会产生应力释放缝。该类裂缝发育密集，倾向基本相同，径向延伸很浅，在电成像图上呈羽状或雁列状。由于切入井壁较浅，斯通利波几乎不会衰减。钻井过程中的压裂缝，一种是由于钻具振动形成的，其特征十分微小且径向延伸很浅；另一种是重泥浆与地层压力不平衡造成的压裂缝，它们的径向延伸浅，但通常张开度和纵向延伸较大。由于切入井壁较浅，该类裂缝斯通利波几乎也不会衰减。

有效裂缝对斯通利波的影响是由流体在裂缝中的流动引起的。因此，斯通利波能量衰减识别的仅仅是开口裂缝，且各种倾角的裂缝都有影响，倾角越大影响越大。

图2 A井1250.0～1288.0m 井段测井曲线图

图3 各向异性地层的WaveSonic测井示意图

3.3 实例分析

图4为B井3390.0～3430.0m 井段致密碳酸盐岩测井综合曲线图，可以看出，电阻率成像测井图清晰地显示3394.8～3418.6m 井段高角度裂缝发育；交叉偶极各向异性图显示3401.0～3407.0m 井段各向异性很大，斯通利波能量衰减也较大。综合分析认为，该井段裂缝的连通性、有效性较好，为张开的有效裂缝，结合深浅侧向电阻率资料和气测烃异常显示，定性解释3401.0～3407.0m 井段为气层。随后对该井侧钻水平井，水平段长850.0m，完井后实施酸压测试，日产天然气21.4×104m3，无阻流量为54.6×104m3／d。

图4 B井3390.0～3430.0m 井段测井曲线图

图5 C井1370.0～1415.0m 井段测井曲线图

图5为C井1370.0～1415.0m 井段碳酸盐岩测井组合图，可以看出，电阻率成像测井显示在震旦系灯影组1373.0～1384.0m 和1392.5～1404.0m 井段发育有近乎垂直的高角度裂缝；交叉偶极各向异性处理结果显示，在上述2个井段都有较大的各向异性，同时，斯通利波能量在这2个井段也有很明显的衰减。综合分析判断，这2个井段的裂缝为天然的高角度有效裂缝，而不是钻井压裂缝。结合深浅侧向电阻率偏低的特征和气测烃显示无明显异常的特征，定性解释1373.0～1384.0m 和1392.5～1404.0m 井段为水层。完井后，对1290.0m 以下震旦系灯影组进行测试，日产水12.9m3。