声波井旁地质体成像技术在复杂断层区的应用

陈鸣，杨红君，王晓飞，孙本强，王世越

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057；2.中海油田服务股份有限公司，广东 湛江 524037）

声波井旁地质体成像技术在复杂断层区的应用

陈鸣1，杨红君1，王晓飞2，孙本强1，王世越1

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057；2.中海油田服务股份有限公司，广东 湛江 524037）

北部湾盆地乌石凹陷为复杂断块油气藏，油气勘探开发过程中，面临钻井工程风险大、测井取资料作业困难等问题，如何精细描述井旁断层及裂缝等地质体的构造特征显得尤为重要。声波井旁地质体成像技术中偶极横波远探测测井技术，有效地提高了井旁地质体的描述精度。文中对井旁断层的成像特征及偶极横波的方位分辨率进行了正演模拟和分析，利用研究区2口井的声波测井资料验证了声波井旁地质体成像技术能够对井旁发育的小断层进行精确识别和描述。在油气勘探和评价阶段，该技术的应用能够优化钻井方案，避免工程风险，提高钻井效率，进而落实可采储量。

声波成像技术；井旁小断层；井旁地质体；乌石凹陷

0 引言

北部湾盆地乌石凹陷，是已证实了的具有巨厚优质烃源岩的新生代断块油气藏［1-2］，具有构造特征及储层连通性复杂、非均质性强等特征。钻井过程中，井漏、卡钻等状况频发，因考虑工程安全，提前完钻现象时常发生。测井时，由于井壁不规则，测量探头与井壁接触不好，导致数据失真或缺失，且井下测井仪器遇阻、遇卡频繁。因此，对精确描述井旁断层的发育位置和构造特征提出了更高的要求［3］。地震勘探测量范围广，分辨率相对较差，精度难以满足要求；常规测井方法径向探测深度小，难以了解井旁小断层向外延伸发育情况［4］；单纯依靠常规测井和地震资料在识别和定量解释小断层方面有着很大的局限性［5-6］。利用偶极横波远探测声波反射波测井能够探测井周围数十米范围内小断层的特征，且偶极子声源的指向具有方向性，可以确定反射体界面的方位［7-13］。

目前，国内远探测声波测井理论和方法研究、仪器制造和应用等关键技术方面都取得了较大进展［14-21］。本文就此在研究区的应用展开讨论。

1 研究区地质背景

乌石凹陷位于北部湾盆地南部坳陷的东北部，整体呈近东西走向。自新生代起，先后经历了断陷和拗陷演化阶段［22］。

乌石凹陷由东、西2个次洼组成，东洼受7号断层控制，形成南断北超的半地堑，上升盘为流沙凸起，洼内发育多个掀斜断块。西洼受曲弧形延伸的6号断层控制，为北断南超的箕状断陷，上升盘为企西隆起，洼内结构相对简单，发育大型滚动背斜［23］（见图1）。

图1 乌石凹陷过XX构造油气成藏模式

2 偶极横波远探测测井原理

声波井旁地质体成像技术主要是利用偶极横波进行远探测测量。利用声波仪器激发后辐射到地层中的地质体被反射回井筒的声波作为入射波，被接收器接收后，经波形旋转处理、成像预处理、反射波成像等处理后可得到井旁地质体的构造图像［24-27］。

在井中，可以用2组正交的偶极发射和接收系统来接收这些入射波，2组系统指向分别为x方向和y方向，当x方向声源发射时，把入射的水平面内偏振横波SH和竖直面偏振横波SV位移矢量分别投影到x和y方向就得到2个方向上的接收信号；当y方向声源发射时，也可以得到x和y方向的2个分量，把这4个分量组合起来，即可得到SH横波和SV横波［27］：

式中：xs为x方向的横波；ys为y方向的横波；φ为偶极辐射声场的球面波。

在反射体与井大致平行或者夹角较小时，水平面内偏振横波很小，可以忽略不计，横波的情况可以简化到与纵波相似的情况：

即利用SH便可以确定反射体的大小和方位［27］。

3 仪器

2012年，中海油服和中国石油大学（华东）成立声学联合实验室，利用阵列声波四分量数据开展偶极横波反射成像技术研究，编制了专门的数据处理软件，推出偶极横波反射波成像处理技术。2013年，中海油服在EXDT的基础上，推出了探测深度更远的新型远探测仪器AFST。通过降低声源发射频率，增加数据采样点数，提高仪器接收灵敏度和数据量化精度，设计形成了偶极横波远探测声波成像测井仪器AFST。新型远探测仪器AFST技术指标：

1）仪器组成。采集短节（含接收）＋隔声体+发射短节＋发射电路。

2）仪器指标参数。耐温175℃，耐压137 895.14 kPa，总长9.09 m，井眼测量范围114.30～444.50 mm。仪器直径最大为92 mm。源距单极T01为3.66 m、T02为2.44 m，偶极T23为3.12 m。最大测速0.15 m/s，误差精度ΔT（P）为1.64 μs/m、ΔT（S）为16.40 μs/m，测速0.04 m/s。

3）测量模式。单极时差（DT24）+远单极全波＋偶极全波（Inline）＋交叉偶极全波（CrossLine）。

4）应用范围。主要包括：孔隙度评价，岩性判断，气层识别，渗透性分析；判断地层走向、地层岩石力学参数及地层主应力分布；水泥胶结固井质量检测，合成地震剖面，井旁地质体评价。

5）新型远探测仪器与原有阵列声波仪器相比，具备以下2个特点。一是声源发射频率更低，从原有的2.0～5.0 kHz降低为0.5～2.0 kHz，低频偶极信号可以减弱井壁滑行波，同时提高反射波能量；二是信号采集精度和长度增加，高采样率和长采样长度，使反射波更清晰，仪器探测更远的距离。新型远探测仪器经实际井资料验证能够对井眼周围70 m范围以内的地质体构造进行清晰成像。

与国内其他采用单极声源的远探测仪器相比，偶极横波远探测仪器具有探测深度远和具备方位性等优点。单极子频率一般为10 kHz左右，频率高易衰减，探测深度范围有限。而偶极声源由于频率较低，有较深的横向探测距离。此外，由于单极声源无方向性，因而不能确定反射体的方位；偶极子声源具有方向性，采用多分量的偶极发射和接收，可同时确定井旁地质体的位置和方位。在慢速地层中，偶极横波信号减弱，此时可采用单极信号进行远探测声波成像处理，以获得井旁构造成像资料。

4 正演模拟

4.1 数值模拟

地层模型岩性为灰岩，断层充填物为泥岩。模拟时采用的断层长度为10～1 500 cm，倾角为0～90°，张开度为0.2～30.0 cm，其他参数见表1。模拟时，考虑了断层的远探测声场会受到声源频率、地层岩性及断层倾角、方位、尺寸大小、离井距离、分布形态等多种因素的影响。

表1 地层岩性参数

4.2 模拟结果

以正演模拟为基础，对断层的成像特征进行了规律性的总结。单个断层的成像特征为单斜的直线状特征，随断层长度越长、张开度越大、倾角越大，离井距离越近，成像特征越清晰（见图2）。图2为单个断层不同张开度（3.0，5.0，30.0 cm）情况下的模拟成像图。

图2 不同张开度下的断层成像特征

5 应用实例

声波井旁地质体成像技术依赖其优势在南海西部油田得到广泛应用，取得较好的预期效果。以北部湾盆地乌石凹陷2口井为例来阐述其应用效果：XX1井位于北部湾盆地乌石凹陷7号断层下降盘，处于区域挤压应力场下，主干断层旁常发育小的伴生断层，且流沙港组二段为碳质泥岩与薄的煤层段，为该区域的薄弱点。XX2井位于乌石YY构造上，该构造位于乌石凹陷东区反转构造裙边带，分为南、北2块，分别发育2条断层控制的断块构造。流一段为北西向主干断层控制的断鼻、断背斜圈闭；流二段为北东向和近南北向压扭性断层控制的断块圈闭，分为东、中、西3块。XX2井位于构造较高部位。

XX1井钻进过程中，钻至2 584 m发生第1次漏失，20 min内活动池液面下降8 m3。2 426～2 601 m井段挤水泥后，进行地漏实验，破裂当量密度1.67 g/cm3；钻至2 749 m，活动池液面降低，判断井下再次发生漏失，当量密度为1.50 g/cm3，小于破裂当量密度，因此基本能排除套管鞋发生漏失的可能性。后续在2779，2783 m处又发生2次漏失。远探测成像资料表明2 550～2 830 m井段存在数条倾斜状反射体，判断该井段钻遇到了一个断裂带上，钻井时发生井漏的漏点位置与远探测成像上的反射体位置相一致，均为断层发育位置（见图3）。

图3 XX1井旁断层远探测成像

XX2井和XX1井类似，钻井过程中发生多次漏失现象。远探测成像处理成果显示，在2 525～2 750 m井段发育断裂带，与地震剖面2 605～2 729 m附近的断层发育带相对应。

远探测处理采用高角度叠加处理，解释后得出断层倾角60～80°。2 520～2 585 m井段内存在多条高角度倾斜反射体，为一断层破碎带，其中有一高角度过井反射体，与井相交于2 570 m处，在南北方向反射最强；2 615～2 642 m井段内存在一高角度过井反射体，为断层反射，与井相交于2 626 m附近，在南北方向反射最强；2 650～2 740 m井段内存在2个高角度过井反射体，为断层反射，分别与井相交于2 675，2 715 m附近，在南北方向反射最强。通过分析反射体在4个方位上的成像情况可知，在南北方向上成像最清晰，说明反射体所在方位为南北向，即断层走向为偏南北向。与地震剖面上的断层走向基本一致（见图4）。

图4 XX2井旁断层远探测成像

从西部2口井的应用分析来看，声波成像能够对井旁及过井地质体进行识别，可以进一步标定地震上的反射体位置。进一步深入开展声波测井资料综合应用研究及与地震资料综合解释研究，拓展测井专业在工程中的应用，真正实现从“一孔之见”到“一孔远见”。

6 结束语

国内在声波井旁地质体成像技术理论、方法、仪器和处理解释方面均取得了长足进步，使其成为井旁地质体描述的重要技术手段，得到广泛应用。通过正演模拟，探讨了断层的成像特征：单个断层为单斜直线状特征，随断层长度越长、张开度越大、倾角越大，离井距离越近，成像特征越清晰。该技术能够精细描述井旁发育的小断层及裂缝等地质体的倾角、走向和延伸深度。

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（编辑 王淑玉）

Application of acoustic reflection imaging technology to complicated block reservoirs

CHEN Ming1,YANG Hongjun1,WANG Xiaofei2,SUN Benqiang1,WANG Shiyue1
(1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang 524057,China;2.Oilfield Services Co.Ltd.,CNOOC,Zhanjiang 524037,China)

Wushi Sag in Beibuwan Basin is a complex fault-block oil and gas reservoir.The exploration and development face severe challenges:huge risk drilling operation,difficult logging data getting,and so on.So it is particularly important to elaborately describe the tructural characteristics of the faults and fractures around the borehole.Dipole acoustic reflection imaging technology can effectively solve the problems.In this article,the structural image characteristics of faults around the borehole and the azimuth resolution of dipole shear wave were forward modeled and analyzed.Using two wells as examples,detecting and description of small fault features were validated by the interpretation result of remote acoustic reflection imaging tool.During oilfield exploration and evaluation stage,this technology is very useful to optimize drilling design,prevent operation risk,increase the drilling efficiency,and clear the recoverable reserves.

acoustic reflection imaging technology;small fault around borehole;geologic body around borehole;Wushi Sag

国家科技重大专项课题“莺琼盆地高温高压天然气成藏主控因素及勘探方向（二期）”（2011ZX05023-004）

TE122；P631.83

A

10.6056/dkyqt201703012

2016-12-17；改回日期：2017-03-04。

陈鸣，男，1982年生，工程师，硕士，主要从事地质作业管理与资料综合应用分析工作。E-mail：chenming4@cnooc.com.cn。

陈鸣，杨红君，王晓飞，等.声波井旁地质体成像技术在复杂断层区的应用［J］.断块油气田，2017，24（3）：351-354.

CHEN Ming，YANG Hongjun，WANG Xiaofei，et al.Application of acoustic reflection imaging technology to complicated block reservoirs［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（3）：351-354.