王貴清，劉俊東，文得進，劉洪波，易勇，龐永香

（中國石油渤海鉆探工程有限公司測井分公司，天津300280）

0 引 言

遠探測聲波成像測井以輻射到井外地層中的聲場能量作為入射波，探測從井旁裂縫性儲層反射回來的聲場［1－2］，通過分析探測器接收到的反射信號，了解井旁裂縫性儲層發(fā)育情況。該測井方法自2009年在塔里木油田應用第1口井獲得重大地質發(fā)現(xiàn)以來，到2012年底在塔里木油田共計測井40多口，應用效果較好，但只限于利用上下行反射波定性識別井旁裂縫性儲層，沒有對其進行定量或半定量評價。本文基于上述情況研究了產能與反射波能量的關系，初步確定了利用反射波的能量預測碳酸鹽巖儲層產能的評價技術。在現(xiàn)場應用中取得了較好的效果。

1 反射波能量計算方法

聲反射測井［3］發(fā)射探頭發(fā)出的彈性波可以認為由點聲源發(fā)出，在傳播過程中，引起振幅衰減的因素很多。地面地震勘探中振幅影響的因素：①與地下的地質情況有關的因素，如反射系數(shù)、反射界面形狀、地層吸收、多次反射等；②與近地表條件有關的因素，如震源強度和耦合情況、檢波器靈敏度和耦合情況等；③與炮檢距有關的因素，如球面發(fā)散、傳播路徑不同引起的吸收變化等［4］。由于聲反射測井中不存在檢波器的耦合問題，以及多次反射能量太弱，很難接收到，故聲反射測井中反射波振幅衰減因素主要為球面發(fā)散和地層的吸收［5］。

1．1 球面發(fā)散

球面發(fā)散的影響很容易根據(jù)彈性波在傳播過程中能量變化的物理機制推導出它的關系式。碳酸鹽巖地層一般都為層狀介質，在該地層的發(fā)散因子為

式中，Md為球面發(fā)散因子；vrms為均方根速度；v1為層狀介質第1層速度。

1．2 地層吸收

地層的吸收效應引起彈性波的振幅衰減十分復雜，彈性波在傳播時，高頻成分容易損失，主頻向低頻方向移動，振幅按指數(shù)規(guī)律衰減。不同的頻率成分被地層吸收的程度不同（見圖1）。

圖1 不同頻率的信號振幅衰減

根據(jù)褶積模型進行推導可得地層吸收作用下的彈性波振幅關系式

式中，A（t）為衰減后的振幅；A0是初始振幅；ρ為介質密度；λ、μ、c為介質彈性常數(shù)；α為吸收系數(shù)，m－1，它與介質的固有彈性參數(shù)有關，并與彈性波的頻率成正比。

彈性波在層狀介質中傳播時，總衰減模式為

式中，A（f，0）為t＝0時的初始振幅；α（f）為吸收系數(shù)，是頻率f的函數(shù)；v（t）是介質的速度；v1為層狀介質第1層速度；vrms為均方根速度；t為時間；Ri為層狀介質第i層的厚度；Rn為層狀介質第n層厚度。

由式（4）可得出，要實現(xiàn)真正球面發(fā)散和吸收補償，只能在時頻域進行處理，利用小波變換的時頻特性可以求出吸收能量曲線。

1．3 時頻域補償

求出吸收能量曲線后，對相應的頻率通道進行補償，其公式為

式中，X′f（t）是輸出結果。

將補償后的各頻率通道統(tǒng)計求取隨偏移距變化的補償因子，以消除因偏移距不同而引起的頻率吸收變化，然后按公式（5）重建反射波信號道。這樣就完成了時頻域的球面發(fā)散和吸收補償。

圖2 消聲水池數(shù)據(jù)振幅補償前后反射波對比圖

圖3 新墾×井數(shù)據(jù)振幅補償前后反射波對比圖

圖2為消聲水池數(shù)據(jù)振幅補償前后反射波對比圖。從圖2可以看出，水槽試驗數(shù)據(jù)補償后，反射信息明顯增強，噪音得到了壓制。圖3是新墾×井數(shù)據(jù)振幅補償前后反射波對比圖。從圖3中可以看出A區(qū)非反射波不論是上行波還是下行波，在補償后都得到了有效的壓制，而B區(qū)補償后上下行波信號明顯增強。圖2、圖3實例說明采用能量補償方法可行、有效。

1．5 反射波能量計算

衰減補償后可以利用式（6）計算補償后的反射波能量

式中，Nz為采樣數(shù)。

圖4為哈×井反射波能量處理結果圖。圖4中反射波幅度即為反射波能量，紅色為上行反射波能量，綠色為下行反射波能量，藍色為總反射波能量。

從圖4可見反射波的能量與遠探測聲波處理的成像結果是對應的，成像圖上反射信息強的地方對應計算的能量也高，計算的能量曲線與反射波成像強弱的相關程度很高。

2 反射波能量與產能關系

根據(jù)聲反射波提取方法，獲得反射波信號，對獲得的反射波信號進行能量補償處理。據(jù)此利用多尺度技術最大程度消除或壓制巖性變化對反射波的影響，經分析研究發(fā)現(xiàn)處理后的反射波能量與含氣（或含油）的特性之間存在相關關系，將同一深度段的反射波能量積分獲得隨深度變化的能量曲線，該曲線可以分析地下可能的產層及產量。為研究能量與產能的關系，挑選了塔里木油田14口試油效果較好的井（見表1），分別進行能量計算，并對試油數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，通過能量與產能的交會圖版尋找兩者之間存在的關系。

圖4 哈×井反射波能量提取結果

表1 14口井的油氣產量與反射波能量數(shù)據(jù)關系表

分別研究了反射波總能量與日產油氣當量、反射波總能量與平均日產油氣當量、反射波平均能量與日產油氣當量、反射波平均能量與平均日產油氣當量的關系，發(fā)現(xiàn)反射波的總能量與日產油氣當量相關關系較好。圖5是反射波的總能量與日產油氣當量相關關系圖。從圖5中可以看出除了橢圓中的5口井外，其余井反射波的總能量與日產油氣當量呈正相關關系，即隨著能量的增大，產量也相應增大。結合表1分析5口井不符合原因，從表1中可知這5口井試油井段相對較小，針對井壁發(fā)育儲層試油，但酸化壓裂后溝通了井旁裂縫儲層，產量相應增大，而計算的總能量還是試油段的能量，導致能量與產量不是對應關系。

3 碳酸鹽巖儲層產能預測

分析圖5中5口井不符合原因，去掉這5口井剩下的井相關性很好，如圖6所示其相關關系式為y＝0．0002x－22．637，其中x是反射波的能量，y是指日產油氣當量，其相似系數(shù)達到了0．96，其截距為負似乎不合理，也就是說反射波總能量達到113185的時候產量才為0。主要原因在于在提取反射波時，濾波不徹底，這些噪音在成像時被當作反射波被成像，因此，反射波的總能量也包括部分噪音能量。盡管如此還是不宜用該關系式進行產能預測，因為聲波的能量受多重因素影響。但是，從多口井數(shù)據(jù)分析可知，產能隨著能量的增大總體也在增加。

圖6 產能預測關系圖

4 應用效果分析

圖7 熱普××井反射波能量計算成果圖

圖7是熱普××井反射波能量處理成果圖。該井目的層為奧陶系的碳酸鹽巖儲層，從圖7中可以看出計算的能量曲線和反射波成像圖一一對應。根據(jù)上下行波成像圖和計算的能量曲線，在7067～7075m、7085～7096m井段解釋為井旁裂縫距井壁6～9m。該井裸眼試油，井段共計123m，算出123m內的總反射能量為481163，其平均日產油氣當量為96．47m3；哈××－1井試油井段內的反射波總能量為232654，日產油氣當量為37．81m3；哈××02井總能量為410053，日產油氣當量為44．53m3，把這3口井的數(shù)據(jù)點到圖6上可以看出隨著能量的增大油氣產量增加，說明可以用圖6關系圖版半定量預測產能。

5 結 論

（1）在能量補償?shù)幕A上計算了反射波的能量。

（2）結合試油資料分析，試油井段內的反射波總能量與日產油氣當量基本上呈正相關關系。

（3）目前還不能用其相關關系式定量預測產能，因為反射波的能量受測井時的發(fā)射頻率、泥漿與地層的阻抗差、反射界面的阻抗等諸多因素的影響。

［1］楚澤涵，徐凌堂，尹慶文，等．遠探測反射波聲波測井方法實驗研究進展［J］．測井技術，2005，29（2）：98－101．

［2］薛梅．遠探測反射波聲波測井方法研究及聲系設計［D］．北京：中國石油大學，2002．

［3］車小花．反射聲波成像測井基礎研究［D］．北京：中國石油大學，2003．

［4］陸基孟．地震勘探原理［M］．東營：中國石油大學出版社，2004．

［5］凌云，高軍，吳琳．時頻空間域球面發(fā)散與吸收補償［J］．石油地球物理勘探，2005，40（2）：176－182，189．