車小花，趙 騰，喬文孝，呂文雅，樊建明

[1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.北京市地球探測(cè)與信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西 西安 710021]

隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源的需求量和重要性與日俱增，對(duì)石油天然氣的勘探開(kāi)采提出了更高的要求。裂縫型油氣藏是21世紀(jì)石油增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域之一。在中國(guó)，裂縫型低滲透儲(chǔ)層的數(shù)量比例非常突出，裂縫型低滲儲(chǔ)層油氣產(chǎn)量占整個(gè)石油天然氣產(chǎn)量的一半以上，占未來(lái)準(zhǔn)備投產(chǎn)的石油天然氣儲(chǔ)量的三分之二以上[1]。裂縫在巖石中作用重大，不僅可以成為孔隙流體通道，同時(shí)可以充當(dāng)儲(chǔ)集體。巖石中裂縫的存在與發(fā)育使得多類巖石成為儲(chǔ)層，包括碳酸鹽巖、巖漿巖、變質(zhì)巖和致密砂泥巖等。即使在低孔低滲的砂巖儲(chǔ)層中，裂縫的存在也對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生了較大的影響[2]。因此，開(kāi)展裂縫型儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)方法研究對(duì)于中國(guó)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

裂縫識(shí)別的手段和方法較多，如巖心觀察、測(cè)井識(shí)別、地震識(shí)別等[3]。在測(cè)井方法中，成像測(cè)井是目前最為可靠的裂縫識(shí)別技術(shù)，可以作為驗(yàn)證其他裂縫預(yù)測(cè)方法是否準(zhǔn)確的依據(jù)[4]。目前，國(guó)內(nèi)外研究人員針對(duì)多極子聲波測(cè)井資料在裂縫測(cè)井識(shí)別中的應(yīng)用已開(kāi)展了大量的研究。Hornby B E等(1989)用低頻率的反射斯通利波來(lái)估計(jì)滲透裂縫的發(fā)育方位[5]。朱留方(2003)闡述了通過(guò)正交偶極子陣列聲波測(cè)井資料識(shí)別裂縫型儲(chǔ)層中裂縫發(fā)育井段及類型，判斷裂縫有效性及裂縫系統(tǒng)區(qū)域有效性，進(jìn)而有效劃分儲(chǔ)集層的方法[6]。申輝林等(2007)利用斯通利波反射系數(shù)、流體移動(dòng)指數(shù)以及通過(guò)提取快慢橫波信息得到的地層各向異性大小來(lái)進(jìn)行裂縫識(shí)別和評(píng)價(jià)有效性[7]。Tang等(2011)結(jié)合了井眼超聲成像、斯通利波反射、正交偶極各向異性以及橫波反射成像技術(shù)，對(duì)裂縫的滲透率、方位及其在井眼周圍的連通性進(jìn)行總體評(píng)估[8]。魏周拓等(2012)利用橫波各向異性研究了裂縫的發(fā)育程度、方位和有效性，并對(duì)低孔低滲地層的應(yīng)力場(chǎng)分布狀態(tài)和方位進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)[9]。唐軍等(2017)分別從斯通利波、縱橫波以及正交偶極子聲波等三方面拓展了聲波測(cè)井在裂縫定量刻畫中的應(yīng)用[10]。

可以看出，國(guó)內(nèi)外研究人員針對(duì)利用多極子聲波測(cè)井資料進(jìn)行裂縫評(píng)價(jià)的研究取得了許多進(jìn)展。但由于裂縫分布的復(fù)雜性，研究難度很大，在進(jìn)行多極子聲波測(cè)井資料數(shù)據(jù)處理時(shí)，地層信息和裂縫參數(shù)尚沒(méi)有被充分挖掘和提取。本文通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，對(duì)多極子聲波測(cè)井裂縫識(shí)別新方法進(jìn)行了介紹、歸納。以鄂爾多斯盆地X井區(qū)的實(shí)際測(cè)井資料為例，利用縱橫波時(shí)差比、井孔模式波聲衰減、斯通利波反射系數(shù)和地層各向異性來(lái)識(shí)別裂縫，對(duì)裂縫型地層裂縫的發(fā)育程度和產(chǎn)狀進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)結(jié)合電成像測(cè)井資料進(jìn)行了進(jìn)一步的對(duì)比和驗(yàn)證。

1 縱橫波時(shí)差比判斷裂縫傾角

裂縫的存在會(huì)導(dǎo)致地層產(chǎn)生各向異性，各向異性介質(zhì)在不同方向上的聲波傳播速度不同。當(dāng)?shù)貙又杏兴搅芽p或低角度裂縫發(fā)育時(shí)，地層近似等同于對(duì)稱軸沿豎直方向的橫向各向同性介質(zhì)(VTI)，在與對(duì)稱軸平行方向上傳播的滑行縱波的時(shí)差為一個(gè)極大值，且縱波時(shí)差一般隨傳播方向與VTI介質(zhì)對(duì)稱軸之間夾角的增大而減小；而橫波在沿對(duì)稱軸方向上傳播時(shí)，不同偏振方向的橫波的時(shí)差基本不變化，但隨著傳播方向與VTI介質(zhì)對(duì)稱軸之間夾角的增大而不同偏振方向的橫波時(shí)差差異變大。所以，VTI介質(zhì)中的縱橫波時(shí)差比與波的傳播方向有關(guān)。當(dāng)?shù)貙又杏写怪绷芽p或高角度縫發(fā)育時(shí)，地層近似于對(duì)稱軸沿水平方向的橫向各向同性介質(zhì)(HTI)，此時(shí)沿垂向傳播的橫波的時(shí)差將明顯增大，但縱波時(shí)差受影響較小，所以此時(shí)的縱橫波時(shí)差比相對(duì)減小[11]。

縱橫波時(shí)差比的計(jì)算公式為：

縱橫波時(shí)差比=DTC/DTS

(1)

式中：DTC為滑行縱波時(shí)差，μs/ft；DTS為滑行橫波時(shí)差，μs/ft。

圖1為BXX井縱橫波時(shí)差比裂縫識(shí)別成果圖。從圖中可以看出，1 421～1 424 m深度段縱橫波時(shí)差比明顯減小，判斷可能發(fā)育裂縫，結(jié)合電成像資料得知，該段發(fā)育多條裂縫，裂縫傾角為70°～80°；1 426 m深度處縱橫波時(shí)差比也明顯減小，電成像顯示該處沒(méi)有裂縫發(fā)育，但是方位井徑曲線顯示該處嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑。通過(guò)這個(gè)例子可以說(shuō)明，高角度裂縫和井眼擴(kuò)徑均可以引起縱橫波時(shí)差比減小。另外，巖性變化和儲(chǔ)層含氣性也會(huì)造成縱橫波時(shí)差比發(fā)生變化[12]，因此在評(píng)價(jià)裂縫時(shí)需要結(jié)合多種信息來(lái)消除這種多解性。

圖1 BXX井縱橫波時(shí)差比裂縫識(shí)別成果圖Fig.1 The results of fracture identification using compressional to shear slowness ratio in Well BXX

2 井孔模式波聲衰減判斷裂縫傾角和有效性

當(dāng)井眼與地層垂直時(shí)，地層層理及低角度裂縫使儀器測(cè)量的滑行縱波能量衰減明顯增大。這是由于縱波是一種典型的縱向偏振的體波，按壓縮模式傳播。在測(cè)量過(guò)程中滑行縱波的傳播方向及質(zhì)點(diǎn)位移方向與井軸平行，而層理和低角度裂縫能引起地層縱向上波阻抗的變化，從而導(dǎo)致滑行縱波能量幅度的衰減，其衰減程度隨著層理和低角度裂縫發(fā)育程度的增加而增大。高角度裂縫能夠引起滑行橫波能量幅度的衰減，衰減程度隨著裂縫發(fā)育程度的增加而增大。這是由于橫波是一種典型的剪切波，按剪切模式傳播。在滑行橫波測(cè)量過(guò)程中質(zhì)點(diǎn)的位移方向與井軸垂直，而高角度裂縫能引起地層橫向上波阻抗的變化，從而導(dǎo)致滑行橫波能量幅度的衰減，其衰減程度也隨著裂縫發(fā)育程度的增加而增大[6]。

有效裂縫發(fā)育時(shí)，地層滲透性變好，由此將導(dǎo)致斯通利波能量嚴(yán)重衰減。這是因?yàn)樵谌兄?，斯通利波相?duì)于其他組分波頻率最低，探測(cè)深度最大，而且斯通利波在多孔介質(zhì)中的傳播特性與地層滲透性密切相關(guān)[13]。同時(shí)，可根據(jù)全波列波形和變密度顯示圖上模式波能量衰減的“V”字形反射條紋定性解釋裂縫發(fā)育層段[14]。

陣列聲波測(cè)井儀中任意兩個(gè)接收器間的某種井孔模式波聲衰減ATTUnm計(jì)算公式[15]為：

(2)

式中：ATTUnm為第n和m個(gè)接收器之間的某種井孔模式波的聲衰減，dB/m；An和Am分別為第n和m個(gè)接收器所接收波形中某種井孔模式波的幅度，V；ds為接收器間距，m。

圖2為BXX井井孔模式波聲衰減裂縫識(shí)別成果圖。從圖中可以看出，1 421～1 424 m深度段滑行橫波衰減顯著增大，滑行縱波和斯通利波衰減增大，遠(yuǎn)單極波形變密度圖上有“V”字形條紋，判斷可能發(fā)育滲透性高角度裂縫。結(jié)合電成像資料得知，該段發(fā)育多條裂縫，裂縫傾角為70°～80°，說(shuō)明高角度裂縫對(duì)滑行橫波衰減影響較大；1 426 m深度處滑行縱波、滑行橫波、斯通利波衰減均明顯增大，遠(yuǎn)單極波形變密度圖上有“V”字形條紋，電成像顯示該處沒(méi)有裂縫發(fā)育，但是方位井徑曲線顯示該處嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑，說(shuō)明井眼擴(kuò)徑會(huì)引起井孔模式波聲衰減增大。另外，巖性、儲(chǔ)層含氣性等也會(huì)造成聲衰減增大[12]，因此在評(píng)價(jià)裂縫時(shí)需要結(jié)合多種信息來(lái)消除這種多解性。

圖2 BXX井井孔模式波聲衰減裂縫識(shí)別成果圖Fig.2 The results of fracture identification using borehole mode wave attenuation in Well BXX

3 斯通利波反射系數(shù)確定裂縫位置

斯通利波是一種低頻散的導(dǎo)波，其傳播速度略低于井內(nèi)流體體波波速，并且不存在幾何衰減，在全波列各種組分波中頻率最低，能量較高，到達(dá)時(shí)間較晚[16]。斯通利波主要在井壁的表面?zhèn)鞑ィ淠芰繌木陂_(kāi)始向兩側(cè)呈指數(shù)衰減。當(dāng)?shù)貙又写嬖谂c井眼相交的裂縫時(shí)，由于井內(nèi)泥漿與地層中的流體的相互流動(dòng)造成了斯通利波能量的損失，并在裂縫所在的深度位置形成反射斯通利波(圖3)。

圖3 滲透性裂縫引起的反射斯通利波示意圖Fig.3 The schematic diagram showing Stoneley wave reflection caused by permeable fractures

通過(guò)低通濾波、中值濾波、二維頻率濾波等對(duì)聲波全波列進(jìn)行波場(chǎng)分離，可分別得到直達(dá)斯通利波、上行和下行的反射斯通利波，并計(jì)算出斯通利波的反射系數(shù)[17]。

斯通利波反射系數(shù)頻譜r(ω)的計(jì)算公式[5]為：

(3)

式中：r(ω)為斯通利波反射系數(shù)頻譜，無(wú)量綱；D(ω)為直達(dá)斯通利波的頻譜，無(wú)量綱；R(ω)為反射斯通利波的頻譜，無(wú)量綱；D*(ω)為D(ω)的共軛頻譜，無(wú)量綱；E為D(ω)D*(ω)的峰值，無(wú)量綱。

斯通利波反射系數(shù)R為所有頻率處的反射系數(shù)r(ω)之和：

(4)

式中：R為某一深度處的斯通利波反射系數(shù)，無(wú)量綱。

圖4為WXX井斯通利波反射系數(shù)裂縫識(shí)別成果圖。第1道為遠(yuǎn)單極波形變密度圖；第2道為經(jīng)過(guò)低通濾波后得到的斯通利波波形變密度圖；第3、第4和第5道分別為經(jīng)過(guò)波場(chǎng)分離之后得到的斯通利波直達(dá)波、上行反射波和下行反射波，從圖中可以看出波場(chǎng)分離效果較好；最后3道分別為深度、上行波和下行波反射系數(shù)、微電阻率掃描動(dòng)態(tài)圖像。從圖中可以看出，在2 049，2 053，2 057，2 061和2 065 m這幾個(gè)深度處上行波反射系數(shù)明顯增大，出現(xiàn)尖峰。結(jié)合電成像資料得知，這幾個(gè)深度處均發(fā)育數(shù)條裂縫，說(shuō)明利用斯通利波反射系數(shù)可以確定裂縫位置。

圖4 WXX井斯通利波反射系數(shù)裂縫識(shí)別成果圖Fig.4 The results of fracture identification using Stoneley wave reflection coefficient in Well WXX

另外，井眼突變及聲阻抗差異明顯的地層界面、交錯(cuò)層理等地質(zhì)現(xiàn)象也會(huì)引起斯通利波反射[8,12]。一般情況下，滲透性裂縫引起的斯通利波反射系數(shù)對(duì)頻率變化敏感，隨著頻率增大，斯通利波反射系數(shù)逐漸減??；而地層界面等情況引起的斯通利波反射系數(shù)對(duì)頻率不敏感，幾乎不隨頻率變化發(fā)生改變。因此，可以利用斯通利波反射系數(shù)的頻率依賴特性來(lái)區(qū)分滲透性裂縫與其他地質(zhì)現(xiàn)象[8]。

4 地層各向異性評(píng)價(jià)裂縫發(fā)育程度和走向

從正交偶極測(cè)井資料中可以獲得地層各向異性參數(shù)，判斷地層最大水平地應(yīng)力方向、識(shí)別裂縫、設(shè)計(jì)水力壓裂和定向射孔方案，了解鉆井過(guò)程的穩(wěn)定性、井眼如何對(duì)應(yīng)力產(chǎn)生反應(yīng)以及地層的地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)[9]。利用地層各向異性可以對(duì)實(shí)際狀態(tài)下的地層裂縫進(jìn)行評(píng)估和分析。我們根據(jù)各向異性地層所導(dǎo)致的橫波分裂現(xiàn)象，分別研究了橫波時(shí)差各向異性、快橫波方位和快、慢橫波頻譜差異與地層裂縫之間的關(guān)系，對(duì)裂縫型地層裂縫的發(fā)育程度和走向進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并結(jié)合電成像測(cè)井資料進(jìn)行了進(jìn)一步的對(duì)比和驗(yàn)證。

4.1 橫波時(shí)差各向異性估計(jì)裂縫發(fā)育程度，快橫波面方位確定裂縫走向

圖5為裂縫型地層中四分量正交偶極子測(cè)井示意圖。在垂直裂縫型地層(HTI介質(zhì))中，在與裂縫面平行的方向上偏振的橫波對(duì)應(yīng)的地層彈性模量較高，因而傳播較快；而在裂縫開(kāi)裂方向(即裂縫面的法線方向)上偏振的橫波對(duì)應(yīng)的彈性模量較低，因而傳播速度較慢，這就導(dǎo)致了不同偏振方向的橫波在傳播過(guò)程中的波速差異[18]。

圖5 裂縫型地層中四分量正交偶極子測(cè)井示意圖Fig.5 The schematic diagram showing the four-component orthogonal dipole logging in fractured formation

垂直裂縫引起的橫波時(shí)差各向異性可以用Schoenberg和Sayers (1995)的理論建模[19]。偏振方向平行和垂直于裂縫平面的橫波速度Vs分別為：

(5)

式中：Vs為橫波速度，m/s；ρ為地層密度，kg/m3；μ是巖石基體(即未破裂的巖石)的剪切模量，Pa；σ為速度減小參數(shù)，無(wú)量綱。

速度減小參數(shù)σ由裂縫的軟化作用引起，計(jì)算公式如下：

σ=μZF/(1+μZF)

(6)

式中：ZF為裂縫的剛度，N/m。ZF描述了在剪切應(yīng)力作用下裂縫變形的難易程度，與裂縫密度、寬度和充填材料性質(zhì)有關(guān)。

可以理解σ是剪切模量為μ的巖石基體破裂程度的量度，很明顯，橫波時(shí)差各向異性的大小由斷裂程度或斷裂強(qiáng)度控制[8]。

可見(jiàn)，橫波時(shí)差各向異性的強(qiáng)弱程度正比于裂隙的發(fā)育度(即裂隙的多少及開(kāi)裂程度)，快橫波的偏振方向在裂隙的平面上。這是利用正交偶極子測(cè)井評(píng)價(jià)裂縫的理論基礎(chǔ)。因此可以通過(guò)從正交偶極子測(cè)井中確定的時(shí)差各向異性的大小來(lái)評(píng)價(jià)裂縫的發(fā)育度，從快橫波偏振方向求取裂縫走向。

利用快橫波的偏振方向求得的裂縫走向，結(jié)合該深度處地層最大水平主應(yīng)力方向，可以判別該裂縫系統(tǒng)的有效性。當(dāng)裂縫系統(tǒng)走向與現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向一致或角度相差較小時(shí)(小于30°)，裂縫能最大程度地發(fā)揮其滲流通道的作用，此時(shí)認(rèn)為裂縫系統(tǒng)的區(qū)域有效性最強(qiáng)；反之，當(dāng)二者斜交角度較大(大于30°)或垂直時(shí)，裂縫的滲流作用大大降低，裂縫的區(qū)域有效性就變?nèi)?，且相差角度越大，裂縫系統(tǒng)有效性就越差[20]。

橫波時(shí)差各向異性ANI計(jì)算公式如下：

(7)

式中：ANI為橫波時(shí)差各向異性，%；s1和s2分別為快、慢橫波的時(shí)差，μs/m。

在實(shí)際測(cè)井過(guò)程中，偶極發(fā)射探頭的偏振方向(X方向)一般不與裂縫面重合，設(shè)X方向與裂縫面有一夾角θ，如圖5所示?；谒姆至繙y(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、采用Alford旋轉(zhuǎn)法[21]或波形反演分析方法[22]，確定該方位角θ。然后，結(jié)合X發(fā)射探頭偏振方向與正北方向的夾角，計(jì)算得到最終的裂縫走向。

圖6為WXX井橫波時(shí)差各向異性與快橫波面方位的裂縫識(shí)別成果圖。從圖中可以看出，2 047～2 064 m深度段各向異性較強(qiáng)，為8%左右，結(jié)合電成像資料得知，該段地層發(fā)育大量高角度天然裂縫。2 064～2 067 m深度段各向異性較弱，為2%左右，結(jié)合電成像資料得知，該段地層發(fā)育少量徑向延伸較短的鉆井誘導(dǎo)裂縫，說(shuō)明橫波時(shí)差各向異性大小與裂縫發(fā)育程度具有很好的相關(guān)性。統(tǒng)計(jì)2 047～2 067 m深度段快橫波面的方位角，發(fā)現(xiàn)該段快橫波面方位角呈現(xiàn)出較好的一致性，為20°～30°，結(jié)合電成像資料得知，裂縫走向大約為30°，說(shuō)明利用快橫波面方位角可以較準(zhǔn)確地確定地層裂縫走向。

圖6 WXX井橫波時(shí)差各向異性與快橫波面方位的裂縫識(shí)別成果圖Fig.6 The results of fracture identification using shear wave slowness anisotropy and fast shear azimuth in Well WXX

需要注意的是，利用各向異性評(píng)價(jià)地層裂縫時(shí)，要特別注意正交裂縫的存在。這是因?yàn)?，?dāng)裂縫面相互垂直，并且發(fā)育強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)，地層各向異性將大大降低[9,23]。同時(shí)，泥質(zhì)充填或方解石充填的高角度裂縫也只有微弱的各向異性[20]。另外，不均衡的地層應(yīng)力、與井眼相交的沉積層理均可產(chǎn)生各向異性[8，24]。因此，結(jié)合其他測(cè)井信息才能解決多解性問(wèn)題，找到各向異性產(chǎn)生的原因。

4.2 快、慢橫波頻譜差異估計(jì)裂縫發(fā)育程度

裂縫型地層中，在與裂縫面平行的方向上偏振的橫波對(duì)應(yīng)的地層彈性模量較高，在裂縫開(kāi)裂方向(即垂直裂縫表面的方向)上偏振的橫波對(duì)應(yīng)的彈性模量較低[18]。而且，在兩個(gè)偏振方向上的橫波傳播的聲衰減性質(zhì)不同，這會(huì)導(dǎo)致快、慢橫波的衰減、能量和頻譜等出現(xiàn)差異。

為了得到更多的地層各向異性參數(shù)，借鑒譜分析技術(shù)，對(duì)快、慢橫波的頻譜(幅度譜)差異進(jìn)行分析[10]，研究其與裂縫發(fā)育強(qiáng)度之間的關(guān)系。我們分別計(jì)算了快、慢橫波頻譜(幅度譜)差譜、能量差、譜相關(guān)系數(shù)和頻率偏移量等參數(shù)。

差譜ΔX(ω)：

ΔX(ω)=abs[XF(ω)-XS(ω)]

(8)

能量差ΔE：

(9)

譜相關(guān)系數(shù)Cp：

Cp=

(10)

頻率偏移量Freq_Offset計(jì)算方法為：首先計(jì)算快、慢橫波頻譜互相關(guān)系數(shù)R(Δω)，然后求得使R(Δω)最大的Δω即為頻率偏移量Freq_Offset。其中，快、慢橫波頻譜互相關(guān)系數(shù)R(Δω)公式為：

(11)

式中：ΔX(ω)為差譜，無(wú)量綱；ΔE為能量差，無(wú)量綱；Cp為譜相關(guān)系數(shù)，無(wú)量綱；Freq_Offset為頻率偏移量，Hz；R(Δω)為快、慢橫波頻譜互相關(guān)系數(shù)，無(wú)量綱；XF(ω)和XS(ω)分別為快橫波、慢橫波的頻譜(幅度譜)，無(wú)量綱；N為頻率采樣點(diǎn)總數(shù)，無(wú)量綱。

圖7為WXX井快慢橫波譜分析裂縫識(shí)別成果圖。第1道為快、慢橫波時(shí)域波形和計(jì)算窗口起始、結(jié)束時(shí)間(僅僅對(duì)時(shí)窗內(nèi)選取的波形進(jìn)行快、慢橫波譜分析，窗長(zhǎng)一般選取波形的2～3個(gè)周期)；第2道為快、慢橫波時(shí)差和平均時(shí)差各向異性、陣列時(shí)差各向異性(刻度范圍為0～40%)；第3道為深度；第4道為差譜二維成像圖(刻度范圍為0～8 kHz)；第5道為能量差和譜相關(guān)系數(shù)；第6道為頻率偏移量；第7道為0°～360°的微電阻率掃描動(dòng)態(tài)圖像?？梢钥闯觯? 996 m深度處差譜信號(hào)較強(qiáng)，譜峰數(shù)目增多，頻率偏移量較大，結(jié)合電成像資料得知，該處發(fā)育一條高角度裂縫。2 000～2 004 m深度段差譜信號(hào)很強(qiáng)，譜峰數(shù)目增多，頻率偏移量很大，結(jié)合電成像資料得知，該處發(fā)育多條高角度裂縫；說(shuō)明差譜信號(hào)強(qiáng)弱，譜峰數(shù)目和頻率偏移量大小與裂縫發(fā)育強(qiáng)度具有很好的相關(guān)性。頻率偏移量越大，差譜信號(hào)越強(qiáng)，譜峰數(shù)目越多，則說(shuō)明裂縫發(fā)育程度越高。

圖7 WXX井快慢橫波譜分析裂縫識(shí)別成果Fig.7 The results of fracture identification using fast and slow shear wave spectrum analysis in Well WXX

5 多種裂縫評(píng)價(jià)方法的綜合應(yīng)用與分析

利用多極子聲波測(cè)井資料提取縱橫波時(shí)差比、井孔模式波聲衰減、斯通利波反射系數(shù)和地層各向異性等信息是目前進(jìn)行裂縫識(shí)別與評(píng)價(jià)的有效方法。表1是本文總結(jié)的不同裂縫評(píng)價(jià)方法作用與干擾因素。從表中可以看出，每一種方法可以估計(jì)一部分裂縫參數(shù)，但在評(píng)價(jià)地層裂縫時(shí)均存在一定的干擾因素，如巖性、井徑、地層界面等；而綜合這幾種裂縫評(píng)價(jià)方法可以獲取裂縫發(fā)育程度、裂縫傾角、走向和有效性等參數(shù)，同時(shí)剔除如儲(chǔ)層含氣性、正交共軛型裂縫等一部分多解性。

表1 不同裂縫評(píng)價(jià)方法作用與干擾因素Table 1 The role of and interference factors to various fracture assessment methods

圖8為BXX井綜合多種方法的裂縫識(shí)別成果圖。可以看出，在1 421～1 424 m深度段，井徑無(wú)明顯變化，縱橫波時(shí)差比明顯減小，橫波衰減明顯增大、縱波和斯通利波衰減增大，斯通利波反射系數(shù)明顯增大，頻率偏移量明顯增大，差譜信號(hào)增強(qiáng)、譜峰數(shù)目增多，各向異性較強(qiáng)、為8%左右，快橫波面方位角為80°左右，遠(yuǎn)單極波形變密度圖上有“V”字形條紋，說(shuō)明該深度段發(fā)育高角度裂縫，走向?yàn)?0°左右，裂縫發(fā)育強(qiáng)度較大，有效性較好。結(jié)合電成像資料得知，該段發(fā)育多條裂縫，裂縫傾角為70°～80°，走向大約為78°，說(shuō)明綜合多種裂縫評(píng)價(jià)方法可以較準(zhǔn)確地識(shí)別地層裂縫，判斷裂縫傾角，確定裂縫走向和評(píng)價(jià)裂縫有效性。1 426 m深度處，井徑明顯增大，后面多種方法的處理曲線也出現(xiàn)了1 421～1 424 m深度段中的現(xiàn)象，但是電成像顯示該處沒(méi)有裂縫發(fā)育，說(shuō)明擴(kuò)徑是各種方法評(píng)價(jià)裂縫時(shí)的干擾因素，結(jié)合井徑曲線可以排除井眼突變的影響。

圖8 BXX井綜合多種方法的裂縫識(shí)別成果圖Fig.8 The results of fracture identification with multiple methods integrated in Well BXX

6 結(jié)論

多極子聲波測(cè)井資料在裂縫評(píng)價(jià)中作用較大，應(yīng)用相關(guān)數(shù)據(jù)處理技術(shù)得到的縱橫波時(shí)差比、井孔模式波聲衰減、斯通利波反射系數(shù)和地層各向異性等信息可以識(shí)別裂縫或估計(jì)裂縫發(fā)育程度，定性或半定量地評(píng)價(jià)地層裂縫。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的多口井的多極子聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的處理可知，縱橫波時(shí)差比可以用于判斷裂縫傾角；井孔模式波聲衰減可以用于判斷裂縫傾角和有效性；斯通利波反射系數(shù)可以用于確定裂縫位置，判斷裂縫有效性；快橫波面方位可以用于確定垂直裂縫走向，結(jié)合該深度處井壁成像資料，可以判別該裂縫系統(tǒng)的有效性。

單一方法只能確定部分裂縫參數(shù)，且存在較多干擾因素，用于識(shí)別裂縫時(shí)存在一定程度的多解性。利用縱橫波時(shí)差比和井孔模式波聲衰減評(píng)價(jià)地層裂縫時(shí)，要考慮巖性、井徑、儲(chǔ)層含氣性等因素的影響。利用斯通利波反射系數(shù)評(píng)價(jià)裂縫時(shí)，要排除井眼突變及聲阻抗差異明顯的地層界面、交錯(cuò)層理等地質(zhì)現(xiàn)象。利用地層各向異性評(píng)價(jià)裂縫時(shí)，要注意不均衡的地層應(yīng)力、與井眼相交的沉積層理、正交共軛裂縫、充填型裂縫、井徑等干擾因素。結(jié)合多種裂縫識(shí)別方法和其它測(cè)井信息，可以在一定程度上排除一些干擾因素，獲取更多的裂縫參數(shù)。因此，在較復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行裂縫識(shí)別與評(píng)價(jià)時(shí)，要綜合多種方法，相互驗(yàn)證，以充分挖掘、提取裂縫信息，并解決單一方法引起的多解性問(wèn)題。同時(shí)，盡可能地結(jié)合其他測(cè)井資料，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地層裂縫較準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。