偶极横波远探测技术在隐蔽储层识别中的应用

2018-07-05张贵斌杨玉卿祁晓刘海涅

长江大学学报(自科版) 2018年11期

张贵斌，杨玉卿，祁晓，刘海涅

(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部，河北廊坊 065201)

碳酸盐岩油气藏一直是国内外勘探的重点领域。岩溶型碳酸盐岩储层发育受古地貌、断裂、沉积岩相等因素控制，储层发育和分布具有极强的非均质性[1，2]。受径向探测深度限制，目前的测井方法仅能评价井周3m内的储层发育情况，而远离井眼的储集体成为了评价盲区，给测井评价带来了极大挑战。偶极横波远探测技术是近年来地球物理研究的热点，该技术可以弥补测井和井间地震之间的探测空白。唐晓明[3]等于2004年将偶极子声源引入到声波远探测测井中，提出了偶极横波远探测测井方法；2009～2012年，唐晓明、魏周拓[4]利用数值模拟，对偶极横波辐射声场及反射声场进行了数值模拟，并结合现场实例说明了偶极横波远探测的有效性。2014年中海油田服务股份有限公司与唐晓明合作开发了基于偶极横波的远探测处理软件[5]。关于处理结果，目前没有成熟的解释模型和方法，存在模糊性和多解性；同时，对于该技术的适用性及影响因素，目前也没有相关论述。针对上述问题，笔者通过数值模拟，对裂缝、孔洞及洞穴等地质体的响应特征进行了论述，建立了相关解释模型，并根据大量实例井的处理分析，研究了该技术的适用性和效果，对于处理结果的解释及应用具有指导意义。

1 基本原理

偶极横波远探测测井技术以辐射到井周地层中的偶极子声源作为入射波，探测井周倾斜的地层构造界面、断裂带、缝洞带及洞穴等声阻抗界面反射回井中的横波信息，对反射信息进行声波成像。利用正交偶极测井仪器进行偶极横波反射波的测量，接收到的反射波在频率域内的表达形式为：

(1)

式中：RWV是井中接收到的远探测声波频谱，1；ω是圆频率，Hz；S是声源频谱，1；RD是声场辐射因子，1；RF是波在地层反射体处的反射系数，1；RC是井对反射声场的接收因子，1；i是虚数；D为发射器到反射体再到接收器的传播距离，m；Qβ为横波的品质因子，1；β为横波的波速，m/s。

利用正交的偶极发射、接收系统，接收偶极声源向井外地层辐射后反射的竖直面和水平面内的偏振横波(即竖直反射横波(SH)、水平面反射横波(SV))，两组系统指向分别为X和Y方向；当X方向声源发射时，即把入射的SH和SV位移矢量投影到X和Y方向，得到2个方向的接收分量；同样，当Y方向发射时，同样得到X和Y方向的接收分量[3]。

(2)

式中：φ是偏振横波方位角，(°)。

把4个接收分量组合起来，就可以得到SH和SV：

(3)

由式(3)可确定SH和SV。经数值模拟[4]，SH较SV对井外不同倾角的反射体具有更好的辐射覆盖性。因此，偶极横波远探测技术主要应用SH进行反射成像。

2 处理方法

针对偶极横波测井资料的远探测成像处理技术主要包括以下4个步骤。

首先是波形旋转，对仪器进行方位校正，把仪器坐标校正到大地坐标，从而消除仪器旋转的影响，准确定位反射信息的方位。

第2步进行成像预处理，包括压振和波幅补偿处理。针对偶极横波波形震荡周期多、后续反射波幅度小的问题，采取压振处理即利用最小二乘法进行滤波的方法，达到对波形整形的目的，减少震荡周期，提高反射体的分辨率，便于后期处理。波幅补偿的目的是选择合适的品质因子(Q)以补偿后续波振幅，使反射波振幅增强，该方法应用了地震资料处理中的逆衰减滤波技术[6]。

第3步是成像处理,包括波场分离和偏移成像。声波测井中直达波的振幅比反射波的幅度大很多，因此通过波场分离技术提取反射波信号，对提取出来的上行反射波和下行反射波分别进行偏移成像处理后得到地质反射体的成像[6]。

第4步是成像后处理。对成像处理的结果进行滤除直达波或噪音处理，突出反射波信息，使成像去伪存真，清晰明确。

3 解释模型及适用性

3.1 解释模型

偶极横波远探测技术主要针对井眼周围的地质反射界面进行成像，包括裂缝、断层、不整合面、孔洞及洞穴等。不同地质界面在远探测反射波成像上的响应特征不同，其响应主要与地质体的空间形态有关。

1)裂缝、断层及不整合面空间上是面状特征，通过数值模拟结果，在远探测反射波成像图上表现为线状或条带状特征，且较为连续。成像清晰程度与地质界面的倾角相关，角度越高，成像越清晰，低于30°的地质界面成像效果较差(图1)。

图1 裂缝、孔洞模型及数值模拟成像图

2)孔洞及洞穴空间上是点状或块状特征，在数值模拟图上表现为斑点或弧状反射特征。成像效果与孔洞大小、发育程度及井眼距离相关，孔洞直径越大、密集程度高，成像越清晰，同时，距离井眼越远，成像效果越差(图1)。

3.2 适用性分析

任何测井仪器和方法都有其适用性和局限性。偶极横波远探测技术应用辐射到井外的偶极反射波进行成像，由于信号弱且受地层的结构、均质程度、近井眼储层的发育情况等因素影响，成像评价效果不近相同。经过大量不同岩性、储层类型、地层结构的实例井资料处理分析认为，偶极横波远探测技术针对不同特征地层有不同的适用性，能够解决不同的地质难题：一类为地层背景均质，远井眼发育裂缝带、孔洞或洞穴的隐蔽型储层识别；另一类为层状、不发育隐蔽储层的砂泥岩地层中寻找过井或井周断层，为钻井漏失点定位和开发找堵水提供依据。

图2为两类不同特征地层的典型偶极横波远探测成像图，反射成像图的上刻度为径向反射距离(单位m)，下刻度为色标(表示反射波成像强度)。受井眼直达波影响，沿井筒径向距离3m内的两口井均存在竖条纹，该现象为井中直达波的残差，可以忽略。碳酸盐岩地层为致密、块状均质结构地层，背景较“干净”，该类地层有利于偶极横波辐射到井周，受到的干扰较少，若远井眼发育隐蔽储层，偶极横波反射波会清晰成像。图2(a)中北偏东45°和东偏南45°切片上显示，5473～5500m井段外10～25m范围内发育斑点状孔洞反射特征，为寻找隐蔽储层段提供了依据。层状砂泥岩地层的偶极横波和反射波受到层状地层界面的影响，反射波成像存在较多的噪音，较难分辨规模较小的地质体；而断层的规模一般较大且连续，易于在反射波成像图上识别。图2(b)中3846～3890m北偏东45°方向上，清晰显示了基本连续的条带状图像，为断层特征。

图2 偶极横波远探测典型图像

综上，偶极横波远探测技术主要适用于在致密、均质结构的地层中寻找隐蔽型储层，如碳酸盐岩、火成岩和页岩；在层状的砂泥岩地层中寻找断层。

4 应用效果

X1井奥陶系岩性为灰岩，储层发育受岩溶控制，非均质性很强。该井常规测井资料显示地层致密，有效孔隙度低于2.0%。电成像图上发育少量高导缝，诱导缝较发育，高导缝走向与诱导缝走向基本一致，为北东向，表明高导缝的有效性好。该井段地层储层不发育，但气测值异常，为了评价远井眼储层的发育情况，对该井阵列声波资料进行偶极横波远探测成像处理，径向成像深度为25m，井周每45°方向成像。

从X1井成像图(图3)可以看出，6125～6200m井段在井周4个方位上均存在斑点、弧状和条带状反射特征，且各方位成像特征和距离有差异，表明井周储集体发育具有很强的非均质性；6125～6150m井段南北向、东西向和东偏南45°的偶极横波反射成像特征相似，近垂直的条带状图像为裂缝带或大型岩溶洞穴响应特征，储集体距井眼8～15m，而北偏东45°的偶极横波反射成像仅见斑点状孔洞特征；6150～6175m井段4个方向上的偶极横波反射成像特征相似，为较连续的弧状和斑状，表明溶洞较发育，储集体距井眼15～20m；6175～6200m井段南北向、北偏东45°和东偏南45°的偶极横波反射成像特征相似，为条带状裂缝溶洞特征，距井眼10～15m，东西向发育斑点状孔洞。