声波扫描测井在渤中区块东营组异常高压地层评价中的应用

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(1.中海油能源发展有限公司工程技术分公司 天津 300452;2.中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

声波扫描测井在渤中区块东营组异常高压地层评价中的应用

岳明亮1，郝仲田2，张国强2

(1.中海油能源发展有限公司工程技术分公司 天津 300452;2.中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

渤中某区块东营组存在异常高压，钻井过程中事故频频，很多井都无法获取完整的测井资料，地层评价困难重重。新一代声波扫描测井Sonic Scanner可以提供不同径向探测深度的纵波、横波、斯通利波和弯曲波慢度测量数据，对地层三轴各向异性进行评价，高质量的波形加上先进的处理技术可以提供可靠的过套管慢度测量。通过分析过套管声波扫描测井数据，对本区块地层进行精细评价：包括指示异常压力层位，揭示钻井事故发生的主要原因，同时通过测井曲线的相关性反演中子密度曲线。

异常高压；声波扫描；慢度；地层评价；各向异性

0 引 言

随着勘探力度的加大，越来越多的区块出现异常压力地层。异常压力是资料完整录取的主要障碍，资料缺失又无法精确识别异常压力和指导下步作业，形成恶性循环。新一代声波扫描仪Sonic Scanner[1]通过精心设计和先进的处理技术，可以进行过套管慢度测量，并且对纵波和横波慢度在径向、周向和轴向上的变化进行更准确的描述。在复杂井况和高难度井中，可以在垮塌周期前进行下套管作业，固井结束后进行套后声波测量，进行地层评价。本文介绍了Sonic Scanner仪器及测量原理并结合异常压力地层过套管测量的应用实例，进行异常压力识别、钻井事故分析和中子-密度曲线反演，得到很好的应用效果，对下步作业具有重要的指导意义。

1 Sonic Scanner仪器简介

Sonic Scanner仪器通过长短源距相结合，增加周向分布接收器(顺着井周)。仪器在1.8 m的接收阵列上有13个轴向接收点(R1-R13)，每个接收点有8个以45°间隔绕仪器放置的接收器，仪器上总计有104个传感器。在接收器阵列的两端各有一个单极发射器，另一个单极发射器和两个正交定向偶极发射器位于仪器下部较远处。三个单极发射器能够获取长源距和短源距数据进行不同探测深度的井眼补偿。两个正交的偶极发射器能产生弯曲波，用于描述慢地层和各向异性地层的横波慢度。Sonic Scanner仪器示意图如图1所示，

图1 Sonic Scanner仪器示意图

2 测量原理

Sonic Scanner仪器的三个单极发射器都能产生更强的压力脉冲[2]。这些发射器能产生清楚的纵波和横波，低频率斯通利波以及进行固井评价所需的高频能量。两个偶极发射器都是一种振动装置，由电磁马达组成，其中电磁马达安装悬挂在仪器上的一个圆筒上。这种机构产生一个高压偶极信号，而不会引起仪器外壳的颤动。震源可采用两种模式驱动：脉冲模式的传统偶极源产生一个很深的“咔哒”信号，而新源采用扫频产生线性调频脉冲信号。与窄带偶极源相比，线性调频脉冲模式维持每个频率的时间更长，能向地层提供更多的偶极能量。

与早期的声波仪器如DSI偶极横波成像仪一样，两个偶极源是正交定向的。一个沿仪器参考轴振动，另一个与参考轴成90°。这些装置产生很强的弯曲波型，弯曲波型沿井筒上下传播，同时根据频率不同，传到地层不同深度。在所有井筒和地层(包括慢地层)条件下，新型线性调频脉冲偶极源的频率成分(300 Hz～8 kHz)都能产生弯曲波型，确保信噪比最大，从而获取高质量纵波、横波、斯通利波和弯曲波型。

3 应用

3.1 指示异常压力

图2为A3与A6井声波时差半对数坐标图[3]，A3井声波为Sonic Scanner过套管声波数据，A6井声波为裸眼井阵列声波数据，趋势线根据本区块1号探井的声波数据绘出。从图中可以看出：1)A3井和A6井声波数据做出的半对数坐标图基本一致，说明Sonic Scanner过套管声波数据可信；2)东二上段顶部已经偏离正常压实趋势线，根据等效深度法计算压力系数[4]，属于压力过渡带范围；3)进入东二下段后，压力明显偏离正常压实趋势线，根据等效深度法计算压力系数，属于异常高压范围。可见用过套管声波数据判断异常压力简单、直观、有效。

图2 A3与A6井声波时差半对数坐标图

3.2 地应力分析揭示事故原因

当一横波信号入射到各向异性地层时，如果声波的质点振动方向与地层刚性最强方向一致时，声波传播速度最快。对于裂缝性地层，平行于裂缝走向极化的横波比垂直于裂缝走向极化的横波传播速度快一些，这种现象叫横波分裂现象[5-6]。通常，由偶极子声源产生的横波在各向异性地层中将分裂成沿X轴和Y轴极化的2个正交分量。平行于裂缝走向，速度较快的称为快横波；垂直于裂缝走向，速度较慢的称为慢横波。横波分裂现象不仅在裂缝性地层中存在，在地应力不均衡的非裂缝地层中也同样存在。

利用快慢横波法计算地应力，首先用偶极子声波资料提取地层的快慢横波, 然后用裂缝不发育、泥质含量低且井眼规则段来计算快横波方位角, 即为地层各向异性的方向, 代表着当今最大水平主应力的方向。图3为A3井快慢横波法计算主应力方向图[7]。

图3 A3井快慢横波法计算主应力方向图

从图3可以看出:本区块地层水平最大主应力方向约为N60°E，水平最小主应力方向与之相差90°。当水平应力小于垂直应力时,斜井的稳定性随井斜角的增大而降低；在平行于最大水平主应力方向钻进时,井壁稳定性最差；当在最大和最小水平主应力方向交叉钻进时，井壁稳定性最好。图4为A3井实钻井眼轨迹方位图,从图中可以看出：A3井轨迹方位与本区块地层最大主应力方向一致，揭开井眼后存在一定的应力释放，笔者认为这是本井卡钻的主要原因之一，对后续的A8井井眼轨迹设计具有重要的指导意义。

图4 A3井实钻井眼轨迹方位图

3.3 中子、密度曲线反演

中子、密度、声波以孔隙度为纽带，存在一定的相关性。过套管中子、密度由于受到仪器在井眼中的位置和水泥环厚度的影响，部分井段数据无法使用。如果通过声波数据对中子、密度进行反演，可以对原始数据进行校正，便能更好地进行地层评价。

图5为A3井和A4井声波半对数坐标图，根据邻井对比发现A4和A3井声波数据具有很好的一致性，A3井在3 600 m左右中子、密度出现跳跃，无法使用。通过A4井测井数据获得本段声波与中子、密度的关系：y1=-6.643 09+0.330 231×x和y2=2.785 41-0.002 787 26×x，其中,y1为中子值(pu)，y2为密度值(g/cm3)，x为声波时差(μs/ft)，利用此相关性反演A3井质量较差的中子、密度数据，便可校正A3井的中子、密度数据。

图6为A3井中子校正对比图，图7为A3井密度校正对比图。从图中可以看出：通过校正后的中子、密度曲线，与A4井中子、密度曲线一致性较好，消除了跳跃的现象，满足地层评价的要求。

图5 A3井与A4井声波半对数坐标图

图6 A3井中子校正对比图

图7 A3密度校正对比图

4 结论与建议

1)Sonic Scanner过套管测量结果准确可信；

2)可以有效识别异常压力；

3)可以通过横波分裂现象计算地应力方向；

4)反演的中子、密度曲线可以对原始曲线进行校正，但应注意分层处理。

Sonic Scanner为测井声波数据的采集提供了一种全新的手段，建议在复杂井况或者高难度井，声波数据的采集完全可以在井眼垮塌周期前进行下套管固井作业，然后进行过套管声波测量，避免不必要的垮塌卡钻风险。

[1] 倪国辉，王勋杰，程维营，等. WSTT 测井资料在碳酸盐岩地层地应力研究中的应用[J].石油天然气学报，2010,32(2)：267-271.

[2] 柴 婧，杨 涛，朱家俊，等. 基于新一代声波扫描测井评价泥页岩各向异性[J].中国石油大学胜利学院学报，2015,29(4)：7-9.

[3] 王守君，刘振江，谭忠健，等.勘探监督手册测井分册[M].北京：石油工业出版社，2013：243-286.

[4] 王亚东.如何用测井声波时差曲线计算地层压力[J].录井工程,2005,16(4):59-61.

[5] 许赛男，别旭伟. 交叉偶极声波测井在渤海锦州南潜山裂缝性储层中的应用[J].国外测井技术，2010，31(1):30-33.

[6] 许孝凯，陈雪莲，范宜仁，等. 低孔隙度低渗透率天然气储层声波岩石物理研究[J].测井技术，2012，36(2):114-118.

[7] 魏阳庆，何坤萍，姜 钧. 全波列声波测井在地应力分析中的应用. 断块油气田[J].2000，7 (3):33-36.

ApplicationofSonicScannertoFormationEvaluationofAbnormalHighPressureinDongyingGroupofBozhongBlock

YUEMingliang1,HAOZhongtian2,ZHANGGuoqiang2

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China；2.TianjinBranchofCNOOC(China)Ltd.,Tianjin300452,China)

Because of the existing abnormal high well pressure in Dongying Group of Bozhong block, there are many accidents frequently happened in the course of drilling, and the complete logging data can not be obtained in many wells, which leads to the formation evaluation difficultly. The new generation tool named Sonic Scanner can be used to obtain the slowness of compression wave, shear wave, Stonely wave and flexural wave in different depth of investigation. The high quality wave combined with advanced processing technology can provide reliable slowness measurement behind casing. The fine evaluation on the block is done through the analysis on the data from Sonic Scanner behind casing, such as indicating the position of abnormal pressure, discovering the key reason of drilling accidents and inverting density and neutron curves.

abnormal high pressure; sonic scanner; slowness; formation evaluation; heterogeneity

岳明亮，男，1983年生，工程师，2007年毕业于中国石油大学(华东)勘查技术与工程专业，目前在中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司从事测井监督工作。E-mail：yueml@cnooc.com.cn

P631.8+1

A

2096-0077(2017)05-0071-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.05.018

2017-02-19编辑姜 婷)