斜井偶极子声波各向异性分析及解释

王志美，王涛（中国石化胜利石油工程公司测井公司，山东东营　257061）

斜井偶极子声波各向异性分析及解释

王志美，王涛
（中国石化胜利石油工程公司测井公司，山东东营257061）

目前石油勘探和采油的趋势是钻了越来越多的斜井、大斜度井，甚至水平井，特别是在深水储层中。随着勘探开发的需要，越来越多的斜井、甚至大斜度井中都进行了偶极子声波各向异性测量。由于斜井井眼轨迹既不平行也不垂直于地层沉积面，因此，测量的各向异性是该斜井的视各向异性。本文结合井身结构分析各向异性数据，描述各向异性特征，区分应力等原因产生的各向异性，明确了井斜、方位、层界面等对地层各向异性的影响，在此基础上可更精确的解释地层各向异性及其地质环境特征。

斜井；声波各向异性；井斜方位

现在，石油勘探开发的趋势是各油田越来越多的采用斜井，甚至水平井钻井方式，对各种储集层进行勘探开发。与直井相比，斜井、水平井能够和更多的垂直裂缝相交，从而可以提高泄油面积，极大的发挥储层潜力，提高原油采收率，获取更高的产能。大斜度井和水平井的环境不同于垂直井，主要表现在空间位置、井眼、泥浆侵入、地层的非均质性以及各向异性等方面［1］。同时，各油田期望通过各向异性测量了解更多的地层信息，但是由于斜井、大斜度井各向异性产生的原因及机理与直井有较大的不同，因而对斜井中声波各向异性的影响因素进行分析及解释变的尤为重要。

1　测井环境中的各向异性［2］

地球介质中的许多岩石呈现各向异性特征，如常见的沉积岩（如页岩）各向异性。各向异性的存在使波的传播问题变得复杂，但大多数情况下，岩石的各向异性可以用最简单的横向各向同性模拟。

对于地层中的钻井来说，最常见的横向各向同性（TI）情况有两种：一种是横向各向同性地层的对称轴与井轴重合，称VTI。另一种是环向各向异性，从井轴看出去各不同方向上的介质性质有所不同。VTI地层中的斜井或水平井常见环向各向异性。

1.1地层横波各向异性的影响因素

造成地层横波各向异性的原因很多，常见的大致有四类：

1.1.1地层裂缝的影响地层高角度裂缝常常引起地层各向异性，并且随着裂缝角度的增高，各向异性变强，快横波方位与裂缝走向一致；低角度裂缝横波各向异性不明显；网状缝的无规律性，使得各向异性互相抵消，表现出较小的各向异性值。

1.1.2地层倾角的影响高倾斜地层（＞40°）一般表现为高各向异性值。低倾斜地层（＜40°）地层各向异性不明显。

1.1.3溶蚀孔洞的影响若地层以溶蚀孔洞为主，由于互相抵消作用，一般情况下横波各向异性不强。

1.1.4地层构造应力的影响地应力方向决定地层渗透率的方向性，直接影响油储的开采。构造应力不均衡使横波发生分离现象，从而形成较强的各向异性。成像上表现为诱导裂缝、应力释放缝、井壁崩落等。快横波方位与地层最大水平主应力方向一致。

1.2裸眼及套管井中裂缝分析［2］

正交偶极子各向异性测井的一个重要应用是对实际状态下的地层裂缝系统进行评估和分析。井壁外与井平行或与井倾斜相交的裂缝引起井周围横波的环向各向异性。各向异性的强弱表明裂缝的发育程度，快横波偏振方向为裂缝的走向。

套管井中，若套管与地层胶结良好，正交偶极子声波测井仪可测量该地层的横波各向异性。水压致裂造成套管外地层产生很强的各向异性，因此，将套管井水压致裂前后的测井数据进行比较，可得到水压致裂的走向及裂缝延伸情况，并由此推断现场应力场的方向。

需要指出的是，裸眼井中，若地层存在正交裂缝，该测井进行裂缝测量时可能存在一定的局限性，不能有效的进行各向异性识别。

2　斜井各向异性影响因素

斜井井眼轨迹既不平行也不垂直于地层沉积面，因此，测量的各向异性不是真正的地层各向异性，而是该斜井的视各向异性［3］。对斜井进行声波各向异性数据解释是相当复杂的［4］。

2.1斜井中的TI各向异性

在地层中，VTI可用Thomsen参数γ，ε和δ描述［5］。γ为横波各向异性，ε为纵波各向异性，δ控制着VTI介质的波前面形态。入射波可分解为垂直于地层的qSV波和平行于地层的SH波。

利用Thomsen参数，VTI介质中的纵波和横波速度可表示为以下方程［3］：

在VTI地层中，ε-δ对波的传播特征影响很大。可分为ε＜δ，ε、δ近似，ε＞δ三种类型。SH、qSV波波速Vsh、VqSV随井斜角变化关系图（见图1）。若ε、δ大小近似，当井斜从0到90°变化时，视各向异性变化不大。当ε＞δ时，各向异性在井斜小于45°时为负值，大于 45°时为正值，约45°时为零。Vsh和VqSV随井斜角变化的特点可用来在斜井中解释交叉偶极数据。

图1　Vsh、VqSV与井斜角关系Figure1 Relationship between and deviation

2.2应力引起的井周各向异性

在斜井、水平井特殊井眼环境下，井眼以一定的角度钻入地层，因此，必须考虑地层界面对测井数据的影响［6］。

地层岩石在不平衡的应力场中表现为各向异性特征［7，8］。由于砂岩比泥岩对应力敏感，所以应力各向异性一般产生在砂岩地层，泥岩层较少见。如果砂岩的各向异性是由应力引起的，快横波方位沿最大应力方向。对于大斜度井或水平井，井周最大应力应为上覆岩层应力，且快横波方位接近垂直或指向井眼高边；对于大斜度井，泥岩层的快横波方位与水平面平行。因此，由于各向异性在砂泥岩界面处的这种变化，使得快横波方位在砂泥岩界面处呈近90°的变化。

2.3井眼方位的影响

对比快横波方位与井眼方位、井眼高边的关系，可以确定快横波方位与SH波还是qSV波一致。处理解释时，如果参照磁北极，井眼轨迹直接影响快横波方位；如果参照井眼高边，则不受影响。参照磁北极的快横波方位与参照井眼高边的快横波方位存在约45°的差异［3］，因此需要了解快横波方位的参照点。De and Schmitt讨论了斜井选择参照点的方案和条件［9］。

3　实例分析

3.1井斜角变化与各向异性方向的关系

P664C为一口水平井，勘探目的层为石炭系，岩性主要为安山岩和凝灰岩。该井各向异性处理成果图（见图2）。第一道为自然伽马、井斜曲线，井斜范围40°～60°。第二道为深度道，各向异性玫瑰图，其中黄色为快横波方位，蓝色为井眼方位。第三道为各向异性大小。第四道为快慢横波波形。第五道为各向异性成像图。上部快横波方位与井眼方位一致，qSV波为快横波；下部快横波方位与井眼方位存在约45°的夹角，SH波为快横波。分析认为，地层构造的各向异性属于ε＞δ情况，同时说明实测的各向异性很小不能说明地层TI各向异性很小。

3.2岩性界面对各向异性方向的影响

Y72-X1井位于某大断层上升盘，整体上地层北倾，倾角约30°～40°，主要含油层系为石炭二叠系。该井各向异性处理成果图（见图3），井斜约40°。第一道自然伽马曲线显示上部为大段砂岩（含灰质），下部为泥岩。第六道为快慢横波方位。从图上可以看出，两种岩性地层的各向异性差别较大，砂岩段各向异性较小，约0.2～2，泥岩段各向异性变大，约4～8.2，同时第五道中在砂岩界面处快、慢横波方位角发生近90°的明显变化。

图3　Y72-X1井各向异性处理成果图Figure 3 The outcome of anisotropy of Y72-X1

4　结论

（1）斜井中的交叉偶极测量通常受地层的TI特性和环境应力场影响。应力引起的各向异性主要存在于对应力敏感的岩石（如砂岩）中，TI各向异性主要存在于有规则微观结构/矿物的岩石中（如泥岩），因此，可通过与岩性有关的各向异性的关系区分测量数据中的各向异性成因。

（2）斜井中井斜、岩性、地质环境等会对各向异性大小和快横波变化产生影响，是各向异性数据解释的重点。

［1］周灿灿.水平井测井解释技术综述［J］.地球物理学进展，2006，21（1）：152-160.

［2］唐晓明，郑传汉.定量测井声学［M］.北京：石油工业出版社，2004：108-144.

［3］Tang，X.M.Acoustic Anisotropy Measurements and Interpretation in Deviated Well.

［4］Patterson，D.，and Tang，X.，2005，Pitfalls in Dipole Logging-Anisotropy：Cause of Discrepancy in Borehole Acoustic Measurement，Paper 17644，OTC annual conference.

［5］Thomsen，L.，1986，Weak elastic anisotropy：Geophysics，Soc. of Expl.Geophys.，51，1954-1966.

［6］耿尊博.大斜度井与水平井孔隙度测井曲线校正技术研究［D］.中国石油大学，2011.

［7］Tang，X.M.，and Patterson，D.，2001，Shear wave anisotropy measurementusingcross-dipoleacousticlogging：An overview：Petrophysics，42，107-117.

［8］Tang，X.M.，and C.H.Cheng，2004，Quantitative borehole acoustic methods，Elsevier Science Publishing，Inc.

［9］De，D.S.，and Schmitt，D.P.，2005，Issues with shear-wave azimuthal anisotropy in highly deviated wells，paper 17647，Offshore Technology Conference，Houston，TX，May，2005.

Acoustic anisotropy analysis and interpretation in deviated wells

WANG Zhimei，WANG Tao
（Well Logging Company，Shengli Petroleum Enginering Co.，Ltd.，SINOPEC，Dongying Shandong 257061，China）

A current trend in petroleum exploration and production is that more and more deviated/high-angle，and even horizontal，wells are drilled，especially for deep water reservoirs. With the need of exploration and development，more and more acoustic anisotropy measurements using cross-dipole tools have been made in deviated/high-angle wells.In a deviated well，the well trajectory is neither perpendicular to，nor parallel with，the formation bedding planes.Consequently，the measured anisotropy is not the true formation anisotropy，but an apparent anisotropy at a given well deviation.In this paper，we analyses the acoustic anisotropy data and described anisotropic characteristics in combination with the well bore configuration.By demarcating the anisotropy is induced by stress or other reasons，we have been clear about the affect of deviation，azimuth and bed interface.Based on this，we can interpret the characterization of formation anisotropy and its geologic environment more accurately.

deviated wells；acoustic anisotropy；azimuth

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.003

TE311

A

1673-5285（2015）01-0009-04

2014－12-03

2014－12-11

国家科技重大专项“渤海湾盆地精细勘探关键技术”，项目编号：2011ZX05006-002。

王志美，女（1984-），工程师，硕士，地球探测与信息技术，主要从事测井资料处理解释方法研究工作，邮箱：jennywenna@126.com。