陳鳴，楊紅君，王曉飛，孫本強(qiáng)，王世越

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，廣東 湛江 524037）

聲波井旁地質(zhì)體成像技術(shù)在復(fù)雜斷層區(qū)的應(yīng)用

陳鳴1，楊紅君1，王曉飛2，孫本強(qiáng)1，王世越1

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，廣東 湛江 524037）

北部灣盆地烏石凹陷為復(fù)雜斷塊油氣藏，油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，面臨鉆井工程風(fēng)險(xiǎn)大、測(cè)井取資料作業(yè)困難等問(wèn)題，如何精細(xì)描述井旁斷層及裂縫等地質(zhì)體的構(gòu)造特征顯得尤為重要。聲波井旁地質(zhì)體成像技術(shù)中偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)，有效地提高了井旁地質(zhì)體的描述精度。文中對(duì)井旁斷層的成像特征及偶極橫波的方位分辨率進(jìn)行了正演模擬和分析，利用研究區(qū)2口井的聲波測(cè)井資料驗(yàn)證了聲波井旁地質(zhì)體成像技術(shù)能夠?qū)园l(fā)育的小斷層進(jìn)行精確識(shí)別和描述。在油氣勘探和評(píng)價(jià)階段，該技術(shù)的應(yīng)用能夠優(yōu)化鉆井方案，避免工程風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆井效率，進(jìn)而落實(shí)可采儲(chǔ)量。

聲波成像技術(shù)；井旁小斷層；井旁地質(zhì)體；烏石凹陷

0 引言

北部灣盆地烏石凹陷，是已證實(shí)了的具有巨厚優(yōu)質(zhì)烴源巖的新生代斷塊油氣藏［1-2］，具有構(gòu)造特征及儲(chǔ)層連通性復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)等特征。鉆井過(guò)程中，井漏、卡鉆等狀況頻發(fā)，因考慮工程安全，提前完鉆現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。測(cè)井時(shí)，由于井壁不規(guī)則，測(cè)量探頭與井壁接觸不好，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真或缺失，且井下測(cè)井儀器遇阻、遇卡頻繁。因此，對(duì)精確描述井旁斷層的發(fā)育位置和構(gòu)造特征提出了更高的要求［3］。地震勘探測(cè)量范圍廣，分辨率相對(duì)較差，精度難以滿足要求；常規(guī)測(cè)井方法徑向探測(cè)深度小，難以了解井旁小斷層向外延伸發(fā)育情況［4］；單純依靠常規(guī)測(cè)井和地震資料在識(shí)別和定量解釋小斷層方面有著很大的局限性［5-6］。利用偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波測(cè)井能夠探測(cè)井周圍數(shù)十米范圍內(nèi)小斷層的特征，且偶極子聲源的指向具有方向性，可以確定反射體界面的方位［7-13］。

目前，國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)探測(cè)聲波測(cè)井理論和方法研究、儀器制造和應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)方面都取得了較大進(jìn)展［14-21］。本文就此在研究區(qū)的應(yīng)用展開(kāi)討論。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

烏石凹陷位于北部灣盆地南部坳陷的東北部，整體呈近東西走向。自新生代起，先后經(jīng)歷了斷陷和拗陷演化階段［22］。

烏石凹陷由東、西2個(gè)次洼組成，東洼受7號(hào)斷層控制，形成南斷北超的半地塹，上升盤為流沙凸起，洼內(nèi)發(fā)育多個(gè)掀斜斷塊。西洼受曲弧形延伸的6號(hào)斷層控制，為北斷南超的箕狀斷陷，上升盤為企西隆起，洼內(nèi)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，發(fā)育大型滾動(dòng)背斜［23］（見(jiàn)圖1）。

圖1 烏石凹陷過(guò)XX構(gòu)造油氣成藏模式

2 偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井原理

聲波井旁地質(zhì)體成像技術(shù)主要是利用偶極橫波進(jìn)行遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)量。利用聲波儀器激發(fā)后輻射到地層中的地質(zhì)體被反射回井筒的聲波作為入射波，被接收器接收后，經(jīng)波形旋轉(zhuǎn)處理、成像預(yù)處理、反射波成像等處理后可得到井旁地質(zhì)體的構(gòu)造圖像［24-27］。

在井中，可以用2組正交的偶極發(fā)射和接收系統(tǒng)來(lái)接收這些入射波，2組系統(tǒng)指向分別為x方向和y方向，當(dāng)x方向聲源發(fā)射時(shí)，把入射的水平面內(nèi)偏振橫波SH和豎直面偏振橫波SV位移矢量分別投影到x和y方向就得到2個(gè)方向上的接收信號(hào)；當(dāng)y方向聲源發(fā)射時(shí)，也可以得到x和y方向的2個(gè)分量，把這4個(gè)分量組合起來(lái)，即可得到SH橫波和SV橫波［27］：

式中：xs為x方向的橫波；ys為y方向的橫波；φ為偶極輻射聲場(chǎng)的球面波。

在反射體與井大致平行或者夾角較小時(shí)，水平面內(nèi)偏振橫波很小，可以忽略不計(jì)，橫波的情況可以簡(jiǎn)化到與縱波相似的情況：

即利用SH便可以確定反射體的大小和方位［27］。

3 儀器

2012年，中海油服和中國(guó)石油大學(xué)（華東）成立聲學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，利用陣列聲波四分量數(shù)據(jù)開(kāi)展偶極橫波反射成像技術(shù)研究，編制了專門的數(shù)據(jù)處理軟件，推出偶極橫波反射波成像處理技術(shù)。2013年，中海油服在EXDT的基礎(chǔ)上，推出了探測(cè)深度更遠(yuǎn)的新型遠(yuǎn)探測(cè)儀器AFST。通過(guò)降低聲源發(fā)射頻率，增加數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)，提高儀器接收靈敏度和數(shù)據(jù)量化精度，設(shè)計(jì)形成了偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)聲波成像測(cè)井儀器AFST。新型遠(yuǎn)探測(cè)儀器AFST技術(shù)指標(biāo)：

1）儀器組成。采集短節(jié)（含接收）＋隔聲體+發(fā)射短節(jié)＋發(fā)射電路。

2）儀器指標(biāo)參數(shù)。耐溫175℃，耐壓137 895.14 kPa，總長(zhǎng)9.09 m，井眼測(cè)量范圍114.30～444.50 mm。儀器直徑最大為92 mm。源距單極T01為3.66 m、T02為2.44 m，偶極T23為3.12 m。最大測(cè)速0.15 m/s，誤差精度ΔT（P）為1.64 μs/m、ΔT（S）為16.40 μs/m，測(cè)速0.04 m/s。

3）測(cè)量模式。單極時(shí)差（DT24）+遠(yuǎn)單極全波＋偶極全波（Inline）＋交叉偶極全波（CrossLine）。

4）應(yīng)用范圍。主要包括：孔隙度評(píng)價(jià)，巖性判斷，氣層識(shí)別，滲透性分析；判斷地層走向、地層巖石力學(xué)參數(shù)及地層主應(yīng)力分布；水泥膠結(jié)固井質(zhì)量檢測(cè)，合成地震剖面，井旁地質(zhì)體評(píng)價(jià)。

5）新型遠(yuǎn)探測(cè)儀器與原有陣列聲波儀器相比，具備以下2個(gè)特點(diǎn)。一是聲源發(fā)射頻率更低，從原有的2.0～5.0 kHz降低為0.5～2.0 kHz，低頻偶極信號(hào)可以減弱井壁滑行波，同時(shí)提高反射波能量；二是信號(hào)采集精度和長(zhǎng)度增加，高采樣率和長(zhǎng)采樣長(zhǎng)度，使反射波更清晰，儀器探測(cè)更遠(yuǎn)的距離。新型遠(yuǎn)探測(cè)儀器經(jīng)實(shí)際井資料驗(yàn)證能夠?qū)壑車?0 m范圍以內(nèi)的地質(zhì)體構(gòu)造進(jìn)行清晰成像。

與國(guó)內(nèi)其他采用單極聲源的遠(yuǎn)探測(cè)儀器相比，偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)儀器具有探測(cè)深度遠(yuǎn)和具備方位性等優(yōu)點(diǎn)。單極子頻率一般為10 kHz左右，頻率高易衰減，探測(cè)深度范圍有限。而偶極聲源由于頻率較低，有較深的橫向探測(cè)距離。此外，由于單極聲源無(wú)方向性，因而不能確定反射體的方位；偶極子聲源具有方向性，采用多分量的偶極發(fā)射和接收，可同時(shí)確定井旁地質(zhì)體的位置和方位。在慢速地層中，偶極橫波信號(hào)減弱，此時(shí)可采用單極信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)探測(cè)聲波成像處理，以獲得井旁構(gòu)造成像資料。

4 正演模擬

4.1 數(shù)值模擬

地層模型巖性為灰?guī)r，斷層充填物為泥巖。模擬時(shí)采用的斷層長(zhǎng)度為10～1 500 cm，傾角為0～90°，張開(kāi)度為0.2～30.0 cm，其他參數(shù)見(jiàn)表1。模擬時(shí)，考慮了斷層的遠(yuǎn)探測(cè)聲場(chǎng)會(huì)受到聲源頻率、地層巖性及斷層傾角、方位、尺寸大小、離井距離、分布形態(tài)等多種因素的影響。

表1 地層巖性參數(shù)

4.2 模擬結(jié)果

以正演模擬為基礎(chǔ)，對(duì)斷層的成像特征進(jìn)行了規(guī)律性的總結(jié)。單個(gè)斷層的成像特征為單斜的直線狀特征，隨斷層長(zhǎng)度越長(zhǎng)、張開(kāi)度越大、傾角越大，離井距離越近，成像特征越清晰（見(jiàn)圖2）。圖2為單個(gè)斷層不同張開(kāi)度（3.0，5.0，30.0 cm）情況下的模擬成像圖。

圖2 不同張開(kāi)度下的斷層成像特征

5 應(yīng)用實(shí)例

聲波井旁地質(zhì)體成像技術(shù)依賴其優(yōu)勢(shì)在南海西部油田得到廣泛應(yīng)用，取得較好的預(yù)期效果。以北部灣盆地烏石凹陷2口井為例來(lái)闡述其應(yīng)用效果：XX1井位于北部灣盆地烏石凹陷7號(hào)斷層下降盤，處于區(qū)域擠壓應(yīng)力場(chǎng)下，主干斷層旁常發(fā)育小的伴生斷層，且流沙港組二段為碳質(zhì)泥巖與薄的煤層段，為該區(qū)域的薄弱點(diǎn)。XX2井位于烏石YY構(gòu)造上，該構(gòu)造位于烏石凹陷東區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造裙邊帶，分為南、北2塊，分別發(fā)育2條斷層控制的斷塊構(gòu)造。流一段為北西向主干斷層控制的斷鼻、斷背斜圈閉；流二段為北東向和近南北向壓扭性斷層控制的斷塊圈閉，分為東、中、西3塊。XX2井位于構(gòu)造較高部位。

XX1井鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆至2 584 m發(fā)生第1次漏失，20 min內(nèi)活動(dòng)池液面下降8 m3。2 426～2 601 m井段擠水泥后，進(jìn)行地漏實(shí)驗(yàn)，破裂當(dāng)量密度1.67 g/cm3；鉆至2 749 m，活動(dòng)池液面降低，判斷井下再次發(fā)生漏失，當(dāng)量密度為1.50 g/cm3，小于破裂當(dāng)量密度，因此基本能排除套管鞋發(fā)生漏失的可能性。后續(xù)在2779，2783 m處又發(fā)生2次漏失。遠(yuǎn)探測(cè)成像資料表明2 550～2 830 m井段存在數(shù)條傾斜狀反射體，判斷該井段鉆遇到了一個(gè)斷裂帶上，鉆井時(shí)發(fā)生井漏的漏點(diǎn)位置與遠(yuǎn)探測(cè)成像上的反射體位置相一致，均為斷層發(fā)育位置（見(jiàn)圖3）。

圖3 XX1井旁斷層遠(yuǎn)探測(cè)成像

XX2井和XX1井類似，鉆井過(guò)程中發(fā)生多次漏失現(xiàn)象。遠(yuǎn)探測(cè)成像處理成果顯示，在2 525～2 750 m井段發(fā)育斷裂帶，與地震剖面2 605～2 729 m附近的斷層發(fā)育帶相對(duì)應(yīng)。

遠(yuǎn)探測(cè)處理采用高角度疊加處理，解釋后得出斷層傾角60～80°。2 520～2 585 m井段內(nèi)存在多條高角度傾斜反射體，為一斷層破碎帶，其中有一高角度過(guò)井反射體，與井相交于2 570 m處，在南北方向反射最強(qiáng)；2 615～2 642 m井段內(nèi)存在一高角度過(guò)井反射體，為斷層反射，與井相交于2 626 m附近，在南北方向反射最強(qiáng)；2 650～2 740 m井段內(nèi)存在2個(gè)高角度過(guò)井反射體，為斷層反射，分別與井相交于2 675，2 715 m附近，在南北方向反射最強(qiáng)。通過(guò)分析反射體在4個(gè)方位上的成像情況可知，在南北方向上成像最清晰，說(shuō)明反射體所在方位為南北向，即斷層走向?yàn)槠媳毕?。與地震剖面上的斷層走向基本一致（見(jiàn)圖4）。

圖4 XX2井旁斷層遠(yuǎn)探測(cè)成像

從西部2口井的應(yīng)用分析來(lái)看，聲波成像能夠?qū)约斑^(guò)井地質(zhì)體進(jìn)行識(shí)別，可以進(jìn)一步標(biāo)定地震上的反射體位置。進(jìn)一步深入開(kāi)展聲波測(cè)井資料綜合應(yīng)用研究及與地震資料綜合解釋研究，拓展測(cè)井專業(yè)在工程中的應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)從“一孔之見(jiàn)”到“一孔遠(yuǎn)見(jiàn)”。

6 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)在聲波井旁地質(zhì)體成像技術(shù)理論、方法、儀器和處理解釋方面均取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，使其成為井旁地質(zhì)體描述的重要技術(shù)手段，得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)正演模擬，探討了斷層的成像特征：?jiǎn)蝹€(gè)斷層為單斜直線狀特征，隨斷層長(zhǎng)度越長(zhǎng)、張開(kāi)度越大、傾角越大，離井距離越近，成像特征越清晰。該技術(shù)能夠精細(xì)描述井旁發(fā)育的小斷層及裂縫等地質(zhì)體的傾角、走向和延伸深度。

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（編輯 王淑玉）

Application of acoustic reflection imaging technology to complicated block reservoirs

CHEN Ming1,YANG Hongjun1,WANG Xiaofei2,SUN Benqiang1,WANG Shiyue1
(1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang 524057,China;2.Oilfield Services Co.Ltd.,CNOOC,Zhanjiang 524037,China)

Wushi Sag in Beibuwan Basin is a complex fault-block oil and gas reservoir.The exploration and development face severe challenges:huge risk drilling operation,difficult logging data getting,and so on.So it is particularly important to elaborately describe the tructural characteristics of the faults and fractures around the borehole.Dipole acoustic reflection imaging technology can effectively solve the problems.In this article,the structural image characteristics of faults around the borehole and the azimuth resolution of dipole shear wave were forward modeled and analyzed.Using two wells as examples,detecting and description of small fault features were validated by the interpretation result of remote acoustic reflection imaging tool.During oilfield exploration and evaluation stage,this technology is very useful to optimize drilling design,prevent operation risk,increase the drilling efficiency,and clear the recoverable reserves.

acoustic reflection imaging technology;small fault around borehole;geologic body around borehole;Wushi Sag

國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“鶯瓊盆地高溫高壓天然氣成藏主控因素及勘探方向（二期）”（2011ZX05023-004）

TE122；P631.83

A

10.6056/dkyqt201703012

2016-12-17；改回日期：2017-03-04。

陳鳴，男，1982年生，工程師，碩士，主要從事地質(zhì)作業(yè)管理與資料綜合應(yīng)用分析工作。E-mail：chenming4@cnooc.com.cn。

陳鳴，楊紅君，王曉飛，等.聲波井旁地質(zhì)體成像技術(shù)在復(fù)雜斷層區(qū)的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2017，24（3）：351-354.

CHEN Ming，YANG Hongjun，WANG Xiaofei，et al.Application of acoustic reflection imaging technology to complicated block reservoirs［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（3）：351-354.