張玲，喬悅東 （中海石油 （中國）有限公司，北京100010）

李洪奇 （中國石油大學(xué) （北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102249）

聲波測井在約束地震反演以及地震層位標(biāo)定中有著不可替代的重要作用。筆者開展了泥巖蝕變?cè)囼?yàn)研究，揭示了泥巖蝕變的部分規(guī)律，為研究泥巖蝕變對(duì)聲波測井時(shí)差的影響奠定了基礎(chǔ)。

泥巖含有大量吸水性的黏土礦物，這種礦物是層狀晶形結(jié)構(gòu)，遇水后晶層之間的距離會(huì)擴(kuò)大［1，2］。井壁泥巖吸水后膨脹，自身的密度和壓力發(fā)生變化，隨著泥漿浸泡時(shí)間的增長，泥巖段井壁發(fā)生塌落，造成井徑擴(kuò)大。此外，泥巖膨脹可能在一定程度上使井徑異常變小。但是，無論哪種情況發(fā)生，泥巖蝕變都會(huì)使聲波時(shí)差測井產(chǎn)生誤差。

采用水基泥漿鉆井時(shí)，聲波時(shí)差測井受井眼垮塌及泥巖蝕變的影響嚴(yán)重，使得聲波測井資料有時(shí)難以真實(shí)準(zhǔn)確地反映原狀地層的聲波時(shí)差信息，從而降低了聲波測井的應(yīng)用效果。為此開展了聲波時(shí)差與泥巖蝕變影響的試驗(yàn)分析，揭示了泥巖蝕變對(duì)聲波時(shí)差的影響程度以及變化規(guī)律，對(duì)聲波測井在地震、地質(zhì)方面的應(yīng)用起到指導(dǎo)作用。

1 不同程度泥巖蝕變聲波時(shí)差影響試驗(yàn)分析

1．1 巖樣制備

該次試驗(yàn)的3塊泥巖巖樣均取自渤海灣X區(qū)塊A、B兩口井2000m以下地層，巖樣相對(duì)致密，遇水膨脹速度相對(duì)較慢。巖樣形狀為直徑1．5cm、長3cm的圓柱形。在10MPa壓力下，一個(gè)星期內(nèi)注入水量很少，時(shí)差變化很小，試驗(yàn)基本無法進(jìn)行。為了加大注水速度，增加巖樣浸泡變化程度，在巖樣中心鉆一個(gè)0．5cm的孔。鉆孔后注入水，進(jìn)水體積隨著時(shí)間的推移有明顯的變化，試驗(yàn)可以正常進(jìn)行。

1．2 泥巖聲波速度與浸泡程度關(guān)系

圖1～3分別給出了實(shí)驗(yàn)室測定的3塊巖樣K1、K2、K3（K1取自A井2747．87m、K2取自A井2748．1m、K3取自B井2686．3m）縱、橫波速度 （vp、vs）隨浸泡程度 （進(jìn)水體積）的變化關(guān)系。從圖1～3中可以看出，泥巖含水的縱橫波速度均大于干巖石的速度，隨著進(jìn)水體積逐漸增大，縱橫波速度逐漸增大；但隨著浸泡時(shí)間的增加，當(dāng)進(jìn)水體積為2ml左右時(shí)縱橫波速度達(dá)到最大值，之后速度略有下降，最后基本趨于平穩(wěn)，特別是橫波。

圖4～6是3塊巖樣的縱橫波速度變化率隨進(jìn)水體積的關(guān)系圖。從圖4～6中可以看出，在注水初期縱波速度的變化明顯；但隨著進(jìn)水體積的增加，橫波速度的變化明顯大于縱波速度的變化，即橫波受進(jìn)水體積的影響要大于縱波受進(jìn)水體積的影響。

圖1 K1巖樣聲速隨進(jìn)水體積的變化關(guān)系圖

圖2 K2巖樣聲速隨進(jìn)水體積的變化關(guān)系圖

圖3 K3巖樣聲速隨進(jìn)水體積的變化關(guān)系圖

圖4 K1巖樣聲速變化率隨進(jìn)水體積的變化關(guān)系圖

圖5 K2巖樣聲速變化率隨進(jìn)水體積的變化關(guān)系圖

圖6 K3巖樣聲速變化率隨進(jìn)水體積的變化關(guān)系圖

1．3 泊松比隨進(jìn)水體積變化關(guān)系

3塊巖樣泊松比隨進(jìn)水體積的變化關(guān)系見圖7～9。從圖7～9中可以看出，隨著進(jìn)水體積的增加，泊松比逐漸減小，后趨于穩(wěn)定。該區(qū)塊泥巖泊松比范圍為0．201～0．381。

圖7 K1巖樣泊松比隨進(jìn)水體積變化關(guān)系圖

圖8 K2巖樣泊松比隨進(jìn)水體積變化關(guān)系圖

2 泥巖蝕變程度定量分析

筆者嘗試建立起實(shí)驗(yàn)室條件下的進(jìn)水體積與縱波速度的關(guān)系，由此來定量分析泥巖蝕變程度，如圖10所示。顯然，3塊巖樣的縱波速度和進(jìn)水體積的變化趨勢(shì)都相仿。將3塊巖樣的縱波速度與進(jìn)水體積變化數(shù)據(jù)進(jìn)行 “標(biāo)準(zhǔn)化”，如圖11所示?？梢钥闯觯v波速度與進(jìn)水體積變化趨勢(shì)可以分為兩部分，第1部分 （虛線）為進(jìn)水體積 （泥巖蝕變程度）與縱波速度呈正相關(guān)，隨著泥巖蝕變程度的加大，縱波速度也在逐漸加大，體現(xiàn)在測井曲線上為聲波時(shí)差逐漸減小；第2部分 （實(shí)線）為進(jìn)水體積 （泥巖蝕變程度）與縱波速度呈很小的負(fù)相關(guān)，或趨于平衡。可見，進(jìn)水體積與縱波速度之間有很好的規(guī)律性，由此建模如下。

圖9 K3巖樣泊松比隨進(jìn)水體積變化關(guān)系

圖10 3塊巖樣縱波速度與進(jìn)水體積變化關(guān)系圖

圖11 巖樣標(biāo)準(zhǔn)化后縱波速度與進(jìn)水體積變化關(guān)系圖

第1部分實(shí)驗(yàn)室條件下的泥巖縱波速度與進(jìn)水體積變化關(guān)系式為：

V ＝0．0028vp＋8．6853

R2＝0．917

式中：V為進(jìn)水體積，ml；R為相關(guān)系數(shù)。

第2部分實(shí)驗(yàn)室條件下的泥巖縱波速度與進(jìn)水體積變化關(guān)系式為：

V ＝－0．0043vp＋20．466

R2＝0．8751

3 結(jié) 論

1）該次試驗(yàn)采用的3塊巖樣均取自泥巖遇水不坍塌的泥巖層段，其深度、巖性和物性等大致相同。蝕變對(duì)聲波時(shí)差的影響具有相同的規(guī)律。

2）泥巖含水時(shí)的縱、橫波速度均大于干巖樣的速度，隨著浸泡時(shí)間的增加，縱、橫波速度逐漸增大，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，縱、橫波速度會(huì)隨著泥巖浸泡時(shí)間的增加出現(xiàn)小幅下降，之后就趨于穩(wěn)定，橫波尤為明顯。

3）泥巖蝕變對(duì)聲波時(shí)差測井的影響嚴(yán)重，揭示泥巖蝕變對(duì)聲波測井的影響規(guī)律，探求泥巖蝕變對(duì)聲波測井的校正方法，進(jìn)而求準(zhǔn)聲波時(shí)差，對(duì)聲波測井資料合成地震記錄以及測井約束地震反演將具有重要的作用。

［1］Arns C H，Knackstedt M A，Pincewski W V，et al．Computation of linear elastic properties from microtomographic images：methodology and agreement between theory and experiment ［J］．Geophysics，2002，67 （5）：1396～1405．

［2］Han D H，Nur A，Morgan D．Effects of porosity and clay content on wave velocities in sandstones ［J］．Geophysics，1986，51 （11）：2093～2107．