王　猛 ，楊玉卿，張國棟，張志強，李明濤

(1.中海油田服務股份有限公司,河北燕郊 065201；2.中海石油(中國)有限公司上海分公司)

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基于交叉偶極子聲波和固井質量測井評價壓裂縫方法

王猛1，楊玉卿1，張國棟2，張志強1，李明濤1

(1.中海油田服務股份有限公司,河北燕郊 065201；2.中海石油(中國)有限公司上海分公司)

對壓裂縫高度的評價一直是評價儲層壓裂效果的核心，由于受制于海上施工時間及放射性污染等因素，傳統(tǒng)的井溫測井、同位素測井等評價方法無法在海上油田應用。在評價固井水泥竄層風險基礎上，過套管交叉偶極子聲波和聲波水泥膠結(SBT)固井質量測井技術相互結合，可以準確地評價海上致密儲層壓裂縫高度，從而定量對壓裂施工效果進行指導和評估。通過多口井實際應用，該技術方法效果較好，值得推廣應用。

致密儲層；交叉偶極子聲波；固井質量；壓裂縫

水力壓裂技術是目前世界上油田增產(chǎn)和非常規(guī)油氣田開發(fā)應用最為廣泛且最為有效的技術措施，確定壓裂后的裂縫高度是評價壓裂效果的核心內容。目前有三種陸上油氣田確定儲層壓裂縫高度的方法：一種是井溫測量方法，施工快捷、經(jīng)濟、高效，但需人為判斷“拐點”[1]，精度受人員經(jīng)驗影響，對壓裂縫高度的確定精度較低，對施工要求較高，不適用海上油田；第二種是同位素測井方法，可以準確檢測壓裂縫高度[2-4]，但由于放射性物質對儲層存在一定的污染，且海上油田放噴排出的液體處理困難，海上油田無法應用；第三種是注硼中子壽命檢測方法，可較準確檢測壓裂縫高度[5]，但該方法受儲層本身孔、滲特性和施工時間等因素影響較大，無法在各類型油氣田中準確、高效地評價儲層壓裂縫高度，且注硼中子壽命測井污染原因，不適用海上油田。海上油氣田不同于陸地油氣田，作業(yè)及經(jīng)濟成本極高，環(huán)保要求極高，上述生產(chǎn)測井方法基本無法實施。目前海上低孔、滲儲層開發(fā)處于學科前沿，尚未形成有效的壓裂縫評價方法。

現(xiàn)有資料中提及的應用橫波測井技術對壓裂縫高度進行判斷的方法[6]，由于沒有考慮到固井水泥竄層等其它影響因素，其判斷結果不全面，具有不確定性，無法準確判斷壓裂縫高度。

本文提出一種以固井質量評價為基礎，基于交叉偶極子陣列聲波測井資料確定壓裂縫高度的技術，實現(xiàn)對壓裂縫高度準確檢測的目標，以滿足海上低孔滲儲層壓裂效果評價和地質油藏研究的需要。

1　過套管交叉偶極子聲波評價壓裂縫

交叉偶極橫波測井儀是由兩組相互正交的偶極發(fā)射探頭和接收陣列組成，如圖1所示。當交叉偶極橫波測井儀發(fā)射的橫波信號入射到各向異性地層時，會出現(xiàn)快慢橫波分裂現(xiàn)象。利用相關反演技術，對八組陣列接收器的偶極子橫波波形數(shù)據(jù)進行聯(lián)立求解，確定地層快、慢橫波慢度，進行地層的各向異性分析[7]。

橫波各向異性是用各向異性系數(shù)來衡量的，而各向異性系數(shù)是用快、慢橫波速度來反演計算的[8]，公式定義為：

其中s1為慢橫波慢度，s2為快橫波慢度，△s=s1-s2。

可以看出，各向異性系數(shù)值越大，表明地層裂縫或地應力非均質性越強。因此，儲層固井質量好時，套管內測量的橫波信息能較準確地反映地層的真實橫波時差[9-12]，由此可以利用該方法來評價儲層中裂縫的存在與否。當儲層未存在壓裂縫時，快、慢橫波速度一致，即各向異性系數(shù)近乎為零，儲層無明顯各向異性。而當儲層被壓裂后，沿井壁形成延伸的壓裂縫，各向異性系數(shù)值顯著增大；對比壓裂前、后聲波各向異性系數(shù)值的變化，各向異性系數(shù)差異明顯段就是裂縫存在的位置，即儲層被壓開后裂縫沿井壁延伸的高度。

圖1　各向異性地層中交叉偶極聲波測井示意圖

2　SBT固井質量測井評價壓裂縫

SBT利用推靠臂把六個滑板(圖2)推靠到套管內壁上，將管外環(huán)空向上等分成六個扇區(qū)，分別考察每一個扇區(qū)的水泥膠結狀況，實現(xiàn)測量的高分辨率360°全方位覆蓋。衰減率測量部分：每個滑板上都安裝一個聲波發(fā)射換能器(T)和一個聲波接收換能器(R)?；寰幪枮槠鏀?shù)者(1、3、5)比偶數(shù)者(2、4、6)高出半個滑板長度，以便建立起螺旋狀的雙發(fā)雙收補償式套管波衰減率測量系統(tǒng)。

圖2　SBT固井質量測井儀示意圖

SBT測井技術利用衰減率曲線和水泥膠結圖進行固井質量評價，衰減率值越高，對應的灰度級別就越高，在水泥膠結圖上顏色越深。水泥膠結圖上最高級灰度(顏色最深)代表水泥膠結良好，最低級灰度(白色)代表水泥膠結差。假定壓裂前平均衰減率數(shù)值為k1，壓裂測試作業(yè)后平均衰減率數(shù)值為k2,通過對壓裂前后衰減率數(shù)值進行對比，如果k2≥k1，認定水泥固井未發(fā)生竄層，此后再對所述水泥固井進行交叉偶極子橫波測井，如發(fā)生竄層，不再對所述水泥固井進行交叉偶極子橫波測井。

3　應用實例

東海西湖凹陷某油氣田的A井是1口關鍵探井，在主力目的層(3949～3980m)中部3959～3 969 m射孔，之后進行加砂壓裂DST測試求產(chǎn)。由于壓裂改造層一般在套管中射孔進行，固井質量直接影響了壓裂效果，如固井質量較差，而壓裂規(guī)模較大時，壓裂液擊穿膠結質量差的水泥環(huán)，導致工程上竄層，對壓裂效果造成較大影響。該井壓裂作業(yè)前、后分別進行了交叉偶極子陣列聲波測井和SBT固井質量測井作業(yè)。圖3為A井壓裂前后SBT固井質量對比圖?？梢钥闯觯摼谏淇讓佣紊舷?，壓裂后的SBT固井質量明顯變差，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，其它井段固井質量未發(fā)生明顯變差。綜合分析認為本井未出現(xiàn)壓裂竄層，可以應用過套管交叉偶極聲波對壓裂縫進行檢測。

從圖4中可以看出，該井壓裂前主力目的層快、慢橫波基本重合，各向異性系數(shù)約為2%，與相鄰地層的各向異性系數(shù)無明顯差異，總體表現(xiàn)為地層各向異性弱，地應力不強，表明儲層無裂縫存在。而壓裂后主力目的層附近快、慢橫波分裂明顯，各向異性系數(shù)最大達15%。主力目的層段壓裂前、壓后各向異性系數(shù)差異明顯，在相同地應力的情況下，由此可以評價該井主力目的層段經(jīng)壓裂測試作業(yè)后，形成了一定規(guī)模的壓裂縫，壓裂縫縱向延伸段為3 940～3 985 m，即壓裂縫高度為45 m。可見，經(jīng)壓裂作業(yè)，裂縫自射孔段向上延伸19 m，向下延伸16 m，結合固井質量評價結果，認為本井壓裂作業(yè)未出現(xiàn)壓裂竄層，壓裂效果良好。

應用過套管交叉偶極子聲波測井和SBT固井質量測井兩種方法，在評價壓裂前后固井水泥變化的基礎上，對壓裂縫高度進行綜合評價，評價效果好。

4　結論

(1)利用傳統(tǒng)的測井方法評價壓裂縫高度均存在一定限制和缺點，不適合在海上油氣田推廣應用。

圖3　A井壓裂前后SBT固井質量對比

圖4　A井壓裂前后聲波各項異性對比圖

(2)過套管交叉偶極子聲波測井和SBT固井質量測井對地層無任何污染, 且測井時間不受限制，在竄層風險估計基礎上對壓裂縫高度進行綜合評價，判別準確、直觀，滿足了海上油氣田作業(yè)需求，應用效果顯著，值得海上油氣田推廣應用。

[1]羅寧，丁邦春，侯俊乾，等.壓裂裂縫高度的測井評價方

法[J].鉆采工藝，2009，32(1)：43-45.

[2]易新民，唐雪萍，梁濤，等.利用測井資料預測判斷水力壓裂裂縫高度[J].西南石油大學學報(自然科學版)，2009，31(5)：21-24.

[3]羅寧，何緒全，唐杰，等.同位素測井在四川油氣田的應用[J].天然氣勘探與開發(fā)，2007，30(3)：27-28.

[4]姜文達.放射性同位素示蹤注水剖面測井[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1997：1-88.

[5]張雪芹，陶婧，劉鎮(zhèn)領，等.注硼中子壽命測井技術在華北油田的應用與發(fā)展[J].測井技術，2001，25(6):423-427.

[6]何豹，羅寧，李國寶.水力壓裂縫高度的偶極橫波判斷方法[J].石油儀器，2008，22(4)：58-60.

[7]劉西恩，孫志峰，仇傲，等.EXDT正交偶極陣列聲波測井儀在地層各向異性評價中的應用[J].測井技術，2010，34(6)：565-568.

[8]高鋒博，李強，鄧咸安，等.基于過套管偶極子橫波測井的壓裂縫高度模型研究及應用[J].西部探礦工程，2015，(3)：68-69.

[9]羅利，姚聲賢，孟英峰，等.套管井陣列聲波測井效果評價[J].天然氣工業(yè)，2000，26(8)：50-52.

[10]董經(jīng)利.多極子陣列聲波測井資料處理及應用[J].測井技術，2009，33(2)：115-119.

[11]竇偉坦，侯雨庭.利用偶極聲波測井進行儲層壓裂效果評價[J].中國石油勘探，2007，12(3)：58-63.

[12]唐曉明，鄭傳漢.定量測井聲學[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004：153-161.

編輯：王金旗

1673-8217(2016)05-0088-04

2016-03-23

王猛，工程師，碩士，1982年生，2008年畢業(yè)于中國石油大學(北京)石油地質專業(yè)，現(xiàn)從事測井及地質資料的綜合解釋評價與研究工作。

中國海油石油總公司“十二五”重大科技專項“中國近海低孔低滲油氣藏勘探開發(fā)關鍵技術與實踐(CNOOC-KJ 125 ZDXM 07 LTD)”部分研究成果。該研究成果已被授予國家發(fā)明專利“一種確定海上低孔滲儲層壓裂裂縫高度方法，專利號201410026095.4”。

TE357.1

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