李湘濤（中石化江漢石油工程有限公司技術(shù)裝備處，湖北 潛江 433124）

石文睿，張占松（長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100）

石元會(huì)，陳揚(yáng)（中石化江漢石油工程公司測(cè)錄井公司，湖北 潛江 433123）

迄今為止，低孔低滲非均質(zhì)致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)一直被公認(rèn)為是世界性難題。為了能夠有效評(píng)價(jià)致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層，測(cè)井工作者研究了微電阻率掃描成像測(cè)井、井周聲波成像測(cè)井和交叉偶極聲波測(cè)井等多種方法，能夠較為直觀地顯示裂縫發(fā)育層段。其中，交叉偶極聲波測(cè)井的探測(cè)深度相對(duì)較大，應(yīng)用范圍更廣。

低孔、低滲致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要任務(wù)就是尋找張開(kāi)的有效裂縫。微電阻率掃描成像測(cè)井和井周聲波成像測(cè)井能夠直觀地顯示裂縫發(fā)育層段，準(zhǔn)確地確定裂縫的產(chǎn)狀，但是這兩種測(cè)井儀器的探測(cè)深度較淺，對(duì)于裂縫的有效性評(píng)價(jià)有一定的制約。理論研究和試驗(yàn)證明，裂縫引起的橫波各向異性的大小與裂縫的強(qiáng)度成正比，張開(kāi)的裂縫能導(dǎo)致斯通利波能量的大幅度衰減，而交叉偶極聲波測(cè)井能夠同時(shí)測(cè)量橫波各向異性與斯通利波［1～3］。因此，筆者詳細(xì)研究了哈里伯頓公司W(wǎng)aveSonic交叉偶極聲波測(cè)井儀器的特點(diǎn)，并將其應(yīng)用在識(shí)別致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫有效性及進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)等方面。

1 儀器簡(jiǎn)介

圖1 WaveSonic儀器結(jié)構(gòu)示意圖

WaveSonic交叉偶極聲波測(cè)井是哈里伯頓公司開(kāi)發(fā)的新一代聲成像測(cè)井儀，一般稱其為WaveSonic測(cè)井。它主要由傳輸控制、發(fā)射器、隔聲體、接收器、主電子線路等5部分組成（見(jiàn)圖1）。

發(fā)射器包括1個(gè)全方位的單極發(fā)射器，2個(gè)同深度的偶極發(fā)射器a、b（X－X方向，Y－Y方向），8個(gè)接收器陣列，每個(gè)接收陣列均有4個(gè)分布在同一深度上的正交排列的接收器，依次為A、B、C、D，AC接收器沿偶極發(fā)射器X－X方向排列，B－D 接收器沿偶極發(fā)射器Y－Y方向排列。相鄰2個(gè)接收陣列的間距為0.5ft。第1個(gè)接收陣列與單極發(fā)射器的間距為10.24ft，與偶極發(fā)射器的間距為9.23ft。

WaveSonic測(cè)井儀器采用1個(gè)全方位的單極發(fā)射器、2個(gè)偶極發(fā)射器和8組接收器陣列、32個(gè)接收器，縱向分辨率為0.5ft，探測(cè)深度1～3ft，每個(gè)深度點(diǎn)記錄96條波形，其中包括32條單極波形，32條偶極X－X方向波形和32條偶極Y－Y方向波形，每個(gè)波形有400個(gè)采樣點(diǎn)，單極采樣間隔為20μs，偶極采樣間隔為40μs，是測(cè)量致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層交叉偶極聲波的理想設(shè)備。

2 致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層含氣性識(shí)別

利用WaveSonic測(cè)井的縱橫波速度比能夠有效識(shí)別致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層的含氣性［3～8］。在其他地層條件相同或相近的情況下，當(dāng)?shù)貙雍瑲鈺r(shí)，地層體積密度變小，體積彈性模量大幅度變小，而地層切變模量幾乎不變，導(dǎo)致縱波速度大幅度減小，而橫波速度幾乎不變，使得地層縱橫波速度比大幅度減小。

利用WaveSonic測(cè)井可以在地層中測(cè)得可靠的地層縱波速度和橫波速度。在地層不含氣的情況下，不同巖性及礦物的縱橫波速度比存在明顯差別（見(jiàn)表1）?；?guī)r縱橫波速度比為1.90，白云巖縱橫波速度比為1.80，砂巖縱橫波速度比為1.58～1.70，碳酸鹽巖類的縱橫波速度比明顯大于砂巖。在已知儲(chǔ)層巖性的條件下，利用縱橫波速度比變小的測(cè)井特征能夠定性識(shí)別儲(chǔ)層的含氣性。通常，碳酸鹽巖儲(chǔ)層含氣時(shí)，縱橫波速度比往往小于1.70。

在利用縱橫波速度比識(shí)別氣層時(shí)，還需要考慮巖性、壓實(shí)、膠結(jié)程度、孔隙度及侵入效應(yīng)的影響，這樣能夠有效提高氣層的直觀指示能力。

圖2為A 井1250.0～1288.0m 井段致密碳酸鹽巖測(cè)井組合曲線圖，可以看出，1267.6～1280.0m井段的縱橫波速度比明顯減小，平均為1.52，個(gè)別地方小于1.5，表明該井段有含氣特征，解釋為含氣層。而氣測(cè)錄井有明顯烴異常顯示，說(shuō)明WaveSonic測(cè)井解釋結(jié)果是準(zhǔn)確的。

表1 主要巖性及礦物的縱橫波速度比值（不含氣）［1～3，7］

3 致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫評(píng)價(jià)

利用WaveSonic測(cè)井的偶極橫波各向異性及斯通利波能量衰減特征，再結(jié)合電成像測(cè)井資料，可有效評(píng)價(jià)致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫。

3.1 地層的各向異性

在各向異性地層中，橫波速度通常顯示出方位的各向異性。如地層中存在裂縫，當(dāng)橫波信號(hào)以θ角（0°＜θ＜90°）入射到裂縫地層時(shí)，入射橫波會(huì)分裂成質(zhì)點(diǎn)平行于裂縫走向、振動(dòng)速度較快的快橫波和質(zhì)點(diǎn)垂直于裂縫走向、振動(dòng)速度較慢的慢橫波。當(dāng)θ＝0°時(shí)，只產(chǎn)生快橫波，當(dāng)θ＝90°時(shí)，只產(chǎn)生慢橫波，如圖3所示。

地層各向異性的大小與快、慢橫波速度（或時(shí)差）有關(guān)。計(jì)算公式如下：

式中：Caniso為各向異性系數(shù)，%；Δts，s為慢橫波時(shí)差，μs／ft；Δts，f為快橫波時(shí)差，μs／ft。

裂縫性地層、高角度地層、井周巖性變化、井眼垮塌層段等情況都可造成偶極橫波分裂現(xiàn)象，因此，必須結(jié)合成像資料才能準(zhǔn)確判斷是否為裂縫引起的各向異性。充填裂縫與未充填裂縫在橫波各向異性上也有差異：充填裂縫的各向異性較小，未充填裂縫的各向異性較大。

3.2 斯通利波的裂縫表征

斯通利波是一種制導(dǎo)波，在低頻情況下，近似為一種管波。它的傳播類似于一個(gè)活塞的運(yùn)動(dòng)，造成井壁在徑向上的膨脹和收縮，這時(shí)如有張開(kāi)縫與井壁連通，則斯通利波的傳播將使井液沿裂縫流進(jìn)和流出地層，從而消耗能量，使斯通利波幅度衰減。井中斯通利波在靠近地層與井眼間的界面?zhèn)鞑?，并且其能量向離開(kāi)井壁方向呈指數(shù)衰減，衰減的程度與裂縫的張開(kāi)度有關(guān)。斯通利波的波形、能量的衰減反映的是具有一定的徑向延伸長(zhǎng)度或連通性較好的有效裂縫。因此，利用斯通利波的衰減來(lái)探測(cè)裂縫的有效性是切實(shí)可行的。

在某些硬地層內(nèi)，存在較大的地應(yīng)力，這種地層一旦被鉆開(kāi)，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力釋放縫。該類裂縫發(fā)育密集，傾向基本相同，徑向延伸很淺，在電成像圖上呈羽狀或雁列狀。由于切入井壁較淺，斯通利波幾乎不會(huì)衰減。鉆井過(guò)程中的壓裂縫，一種是由于鉆具振動(dòng)形成的，其特征十分微小且徑向延伸很淺；另一種是重泥漿與地層壓力不平衡造成的壓裂縫，它們的徑向延伸淺，但通常張開(kāi)度和縱向延伸較大。由于切入井壁較淺，該類裂縫斯通利波幾乎也不會(huì)衰減。

有效裂縫對(duì)斯通利波的影響是由流體在裂縫中的流動(dòng)引起的。因此，斯通利波能量衰減識(shí)別的僅僅是開(kāi)口裂縫，且各種傾角的裂縫都有影響，傾角越大影響越大。

圖2 A井1250.0～1288.0m 井段測(cè)井曲線圖

圖3 各向異性地層的WaveSonic測(cè)井示意圖

3.3 實(shí)例分析

圖4為B井3390.0～3430.0m 井段致密碳酸鹽巖測(cè)井綜合曲線圖，可以看出，電阻率成像測(cè)井圖清晰地顯示3394.8～3418.6m 井段高角度裂縫發(fā)育；交叉偶極各向異性圖顯示3401.0～3407.0m 井段各向異性很大，斯通利波能量衰減也較大。綜合分析認(rèn)為，該井段裂縫的連通性、有效性較好，為張開(kāi)的有效裂縫，結(jié)合深淺側(cè)向電阻率資料和氣測(cè)烴異常顯示，定性解釋3401.0～3407.0m 井段為氣層。隨后對(duì)該井側(cè)鉆水平井，水平段長(zhǎng)850.0m，完井后實(shí)施酸壓測(cè)試，日產(chǎn)天然氣21.4×104m3，無(wú)阻流量為54.6×104m3／d。

圖4 B井3390.0～3430.0m 井段測(cè)井曲線圖

圖5 C井1370.0～1415.0m 井段測(cè)井曲線圖

圖5為C井1370.0～1415.0m 井段碳酸鹽巖測(cè)井組合圖，可以看出，電阻率成像測(cè)井顯示在震旦系燈影組1373.0～1384.0m 和1392.5～1404.0m 井段發(fā)育有近乎垂直的高角度裂縫；交叉偶極各向異性處理結(jié)果顯示，在上述2個(gè)井段都有較大的各向異性，同時(shí)，斯通利波能量在這2個(gè)井段也有很明顯的衰減。綜合分析判斷，這2個(gè)井段的裂縫為天然的高角度有效裂縫，而不是鉆井壓裂縫。結(jié)合深淺側(cè)向電阻率偏低的特征和氣測(cè)烴顯示無(wú)明顯異常的特征，定性解釋1373.0～1384.0m 和1392.5～1404.0m 井段為水層。完井后，對(duì)1290.0m 以下震旦系燈影組進(jìn)行測(cè)試，日產(chǎn)水12.9m3。

4 主要認(rèn)識(shí)

1）致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層中含氣時(shí)，WaveSonic測(cè)井的縱橫波速度比會(huì)明顯減小，該測(cè)井特征與氣測(cè)烴顯示資料相結(jié)合，可有效識(shí)別致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層的含氣性。

2）在致密碳酸鹽巖裂縫儲(chǔ)層中，WaveSonic測(cè)井的偶極橫波各向異性變化及斯通利波能量衰減特征明顯，利用該測(cè)井特征與電成像測(cè)井資料相結(jié)合，能夠準(zhǔn)確判斷致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫的有效性。

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