疏松地层声波测井曲线的环境影响与校正方法探讨

崔 琳，孙江涛，赵柳青，孙兴燕，杨 宁

（中国石化胜利石油工程有限公司测井公司，山东东营 257096）



疏松地层声波测井曲线的环境影响与校正方法探讨

崔 琳，孙江涛，赵柳青，孙兴燕，杨 宁

（中国石化胜利石油工程有限公司测井公司，山东东营 257096）

摘 要：声波速度测井已成为连接测井与地震的纽带，但是测井环境对声波测井的的影响因素很大，因此有效消除井眼环境影响，就显得尤为重要。从疏松地层的井眼环境对声波测井的影响入手，介绍环境影响的校正方法，特别是泥浆浸泡影响校正方法，从而求准原状地层声波速度。

关键词：疏松地层；声波测井；井眼影响；校正方法

通常情况下，常规测井解释只对储层做出评价，在对K71区块进行油藏综合地球物理研究的过程中，对该区块50口井的馆陶组、东营组砂岩和泥岩的声波时差测井资料进行了统计，并换算成声速信息，以及建立该区域的地震速度识别岩性模型。统计结果显示，50口井中约三分之一的井中泥岩声速与砂岩声速接近，约三分之二的井中泥岩速度明显小于砂岩声速。导致这种现象的原因是该区地层较浅，尤其是浅层泥岩段地层声波测井曲线受环境影响较大，引起测井信息失真。所以在利用浅层测井资料统计砂泥岩声速、人工合成地震记录和进行异常地层压力预测时，必须首先对测井资料进行环境影响校正。

浸泡校正是胜利测井首创的一种新方法。目前，利用上述校正系数对物探方面提供的50口井，在准确计算泥质含量的基础上，对声波测井值计算了浸泡校正后曲线，以提高合成地震记录精度。

1 疏松地层测井环境对声波测井曲线的影响

1.1 浅层测井环境的典型特征

胜利油区中浅层地层较新，属于第三系、第四系，岩性为砂泥岩互层，欠压实、疏松、成岩差。而测井要等到定深完钻之后施工，这期间钻开的井筒内泥浆循环持续进行，水基钻井液浸泡引起的泥岩蚀变和井径的扩大不可避免，甚至有些疏松层段由于成岩作用差也可能发生局部井眼垮塌。所谓蚀变即地层中的黏土矿物由于吸水而发生膨胀，当泥岩发生蚀变时，首先出现缩径现象，随着蚀变加剧及钻井液的扰动，膨胀出来的部分泥岩会掉入井筒，发生井眼垮塌。如果泥岩层段仍继续蚀变，可导致两种结果：①井眼继续垮塌，在测井时可记录到井径增大现象；②后来膨胀的泥岩充满刚刚垮掉的泥岩原来占据的那部分空间，并保留下来，在测井时井径不出现异常，但此时井筒附近的泥岩已不再是原状地层泥岩了，而是吸足了水的较为膨松的泥岩。

1.2 浅层测井环境对声波测井的影响过程剖析

水基钻井液浸泡引起泥岩蚀变和井径扩大的程度是受多种因素控制的，主要与泥岩的类型、钻井液的失水性和矿化度以及浸泡的时间有关。黏土矿物中，蒙脱石类黏土具有最大的吸水能力，它吸水后膨胀也最大，伊利石类型黏土次之，而高岭石与绿泥石类黏土吸附水的能力最低，因此，泥岩中蒙脱石含量越高，蚀变越严重。钻井液的失水越大，矿化度越低，蚀变越严重。蚀变程度与浸泡时间呈正相关关系，即在一定范围内随浸泡时间的增加，蚀变程度增大，XX井的时间间隔测井充分说明了这一点。另外，现代的高压喷射快速钻井工艺也会造成浅部疏松地层井眼垮塌，从而破坏测井环境。

1.3 浅层测井环境对声波测井的影响分析

泥岩的蚀变通常发生在井壁附近，声波沿井壁传播，当穿过发生蚀变的地层时，声波能量会发生衰减。测井时，在第一个接收器未进入蚀变地层，而第二个接收器已进入蚀变地层的情况下，第二个接收器的首波幅度明显变小，记录波后沿所对应的首波相位将明显的滞后，这就使记录的地层的声波时差增大。蚀变严重的井段，声波能量严重衰减，当声波的首波衰减到只能触发测井仪第一个接收器而不能触发到第二个接收器时，第二个接收器便可能被第二个或后续的波峰所触发，造成时差显著增大。由于每跳跃一个波峰，在时间上造成的误差正好是一个周期，声波中就会出现周波跳跃现象。

另外，井眼几何形状的改变对单发双收声速仪所测量的声波时差有较大的影响，目前使用的双发双收井眼补偿测井仪对井眼影响有较强的补偿作用，在一定范围内，声波测井曲线受井眼影响较小[1]，但当扩径严重或井壁很不规则时，会使声波传播路径增长，从而使测得的声波时差值偏大。

2 环境影响校正方法[2-4]

对疏松地层声波测井曲线的环境校正包括井眼影响校正和泥岩蚀变影响校正。

2.1 井眼影响校正方法

本文使用的井眼影响校正方法，主要是延用前人提出的逐点检验近似校正方法[5]和通过地区统计建立井径与声波时差变化量之间的关系，进而进行井眼影响校正的方法。

方法一：逐点检验近似校正法。

首先计算出目的层段的声波时差上限值

式中：Δtsh与Δtp为井壁未垮塌处泥岩与纯地层的最大声波时差值，是由人工选择的参数；Vsh为泥质含量参数。

其次，采取逐点检验与近似校正的方法来对声波测井曲线进行编辑：当实际测出的声波时差测井值Δt≤Δtmax时，则仍取Δt；反之当Δt≥Δtmax且井径与钻头直径之差（d-d0）大于某一规定值Δdp时，可认为由于井壁发生垮塌导致测出的Δt比上限Δtmax还大，这时就令Δt=Δtmax，作为该地层的声波时差近似值。这种近似校正的效果与参数Δtsh、Δdp的选择有重要的关系。

方法二：地区统计建模法。

首先选择工区内一口标准井，统计泥岩段声波时差与标准井声波曲线的差值（ΔΔt），利用差值与井径作出散点图，根据散点图拟合出ΔΔt与井径（CAL）的经验关系式：

则全井段的井眼校正公式为：

式中：Δt、Δtc为校正前后的声波时差测井值；A、B为校正系数。

2.2 泥岩蚀变影响校正方法

目前提出的泥岩蚀变影响校正方法比较少，主要有曾文冲提出的利用油基钻井液取心井作为标准井，回归出纯泥岩段蚀变前后的线形关系进而应用到全井段的方法，和朱家俊等提出的以原状地层下砂岩和泥岩的时差关系为基础，利用校正井内的砂岩时差测井值为基准对泥岩的时差值进行校正的方法。

方法一：用油基钻井液钻井时，地层较好的保持了原状地层的特性，因此，油基钻井液声波时差曲线（Δto）能较好地代表未受蚀变影响的原状地层时差值。用水基钻井液置换油基钻井液后，地层发生蚀变，这时候测量的声波时差（Δtw）已受到蚀变影响。通过对胜利油区十几口油基钻井液取心井测井资料的统计分析发现，发生蚀变前后的泥岩时差数值存在近似线性的关系：即Δto=C+D·Δtw，将该关系应用到全井段时，引入泥质含量参数Vsh，即认为蚀变量与泥质含量呈正比例关系，校正公式如下：

式中：Δt、Δtc为校正前后的声波时差测井值；C、D为校正系数。

方法二：这种方法基于以下两点认识：①对于同一口井，水基钻井液条件下的声波曲线与油基钻井液条件下的声波曲线的形态和趋势是基本一致的；②同一地区原状地层条件下，各类岩性声波时差之间的特性关系基本稳定。在确定该地区各类岩性声波时差之间的特性关系基础上，以相对稳定的砂岩时差为基准，对泥岩和砂质泥岩进行蚀变校正。校正方程如下：

其中：

式中：Δt、Δtc为校正前后的声波时差测井值；C1为纯泥岩与纯砂岩井眼规则条件下的声波时差最大差值；C2为纯砂岩与泥质砂岩或砂质泥岩井眼规则条件下的声波时差最大差值；X1为校正井段内泥岩的最大声波时差；X2为校正井段内砂岩的声波时差；X3为校正井段内泥质砂岩或砂质泥岩的最小声波时差；X4为校正井段内泥岩的最大声波时差与泥质砂岩或砂质泥岩的最小声波时差之和的平均值。

方法三：利用连续大段取心井，通过模拟地层环境的岩心波场实验值回归真实地层声速，从而对区域声波测井资料进行校正。

3 标准井和标准井段的选择

标准井是建立环境校正模型的关键井，它既提供了原状地层的声波资料，又提供了经过一段时间水基钻井液浸泡的地层声波资料，有了这两组数据，便可以进行回归从而建立环境校正方程。环境影响校正的有利条件是被校正井附近或同区域有标准井资料，而且被校正井的钻井液性质、浸泡时间与标准井的钻井液性质、浸泡时间越接近约好。可以看出，标准井的选取至关重要。

在上世纪九十年代之前，我们选取标准井的范围仅限于油基钻井液钻进的井，虽着测井技术的发展，VSP测井与电缆声波测井技术的出现，又提供了更多获得原状地层时差值的途径。由VSP测得的原状地层声速值转换成时差值，当然，在进行换算之前，需要对速度进行频散校正（VSP测井与电缆声波测井所用频率有较大的差别）；随钻声波测井是伴随着地层的打开而几乎同时进行测量的，由于浸泡时间很短，也可以近似的认为取得的时差值反映的是原状地层信息。虽然油基钻井液取心井的数量逐年减少，但随着VSP和随钻测井技术的蓬勃发展，将会提供越来越多的浅层原状地层声波资料。

在标准井中选取标准井段时，要遵循两个原则：①正确划分和选取岩性。方法一中应选取纯泥岩为回归的标准井段，方法二中按要求选取纯泥岩、纯砂岩和泥质砂岩或砂质泥岩的读值；②井眼尽量规则。因为井眼影响校正和蚀变影响校正是分别进行的，所以在此剔除井眼的影响，以免重复校正。

4 校正实例

由于油藏地球物理项目地震资料取自J41井区，且在J41井进行了100多米的钻井取心，在1 430~1 670 m井段内进行了波场响应特征测量，其中提供的模拟地层泥岩声速可作为实际地层声速参考值。部分数据见表1。

表1 J41井钻井取心波场响应特征测量

5 结束语

随着声波测井技术的发展，在测井过程中减弱或消除浸泡带来的环境影响已成为可能。阵列声波测井仪器在测量过程中可以通过相似相关法最大限度的消除了井眼几何形状变化对测量带来的影响。理论及实验表明，当采用降低频率（5~10 kHz），加大源距（10~15 m）和记录反射波（地震方法，测井方式）的模式测量时，声波测井的探测深度可达到10~15 m，这种远探测反射波声波测井方法将有效的消除蚀变带来的环境影响，真实地反映地层信息。

参考文献：

[1]崔琳，李秀芹，董婷，等.多功能程序束缚水计算参数自动匹配[J].海洋石油，2015，35（1）：74-77.

[2]陈国军，任军民，胡婷婷，等.井眼垮塌和泥岩蚀变下的密度和声波环境校正[J].海洋石油，2012，32（3）： 92-97.

[3]张金峰，董承强，张明振，等.孤东地区浅层声波曲线分析与校正[J].油气地质与采收率，2002，9（2）：56-57.

[4]曾文冲.油气藏储集层测井评价技术[M].北京：石油工业出版社，1991.

[5]朱家俊，张善文，王永诗，等.水基钻井液浸泡对浅层声波测井的影响及校正方法[J].石油勘探与开发，2004，31（2）：90-92.

Discussion on the Environment Influence and Correction Method of the Acoustic Logging Curve in Loose Formation

CUI Lin, SUN Jiangtao, ZHAO Liuqing, SUN Xingyan, YANG Ning
（Well Logging Company, Shengli Petroleum Engineeing Corporation Ltd., SINOPEC, Dongying Shandong 257096, China）

Abstract：The acoustic velocity logging has become a link between the log data and the seismic data. It is very important to eliminate effectively the influence of borehole environment because the influence of logging environment on sonic logging is very great. In this paper， the discussion is mainly about the influence of borehole environment on acoustic logging， and the correction method for environmental influence， especially the influence of mud immersion. The purpose to do this is to obtain the acoustic velocity of the undisturbed formation.

Keywords：loose formation； acoustic log； influence of borehole； correction method

中图分类号：P631.8

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.01.070

文章编号：1008-2336（2016）01-0070-04

收稿日期：2015-11-12；改回日期：2016-01-13

第一作者简介：崔琳，女，1981年生，本科，工程师。2006年毕业于中国石油大学（华东）石油工程专业。主要从事测井解释与方法研究工作。E-mail：selina-clin@163.com。