岳文正,田 斌

(1.油氣資源與探測國家重點實驗室,中國石油大學(xué)(北京),北京102249;2.中國石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司沈陽采油廠測試公司,遼寧新民110316)

隨著油氣勘探的不斷深入和發(fā)展,復(fù)雜儲層已成為研究的重點。在復(fù)雜儲層評價中,測井和地震勘探是兩種關(guān)鍵的地球物理方法,綜合利用測井資料和地震資料可以獲取豐富的地層信息。但是,由于兩種方法的物理機理差異,它們的分辨率和探測范圍明顯不同,故而很難直接將兩種方法的測量結(jié)果進行匹配來識別儲層。因此,研究能夠把測井和地震數(shù)據(jù)結(jié)合起來的成像方法是解決該問題的關(guān)鍵之一。目前,基于陣列聲波測井的反射波成像方法是實現(xiàn)這一目標的主要發(fā)展方向。

反射波成像主要利用輻射到井外的能量,對井周地層進行成像[1-4]。利用信號處理方法提取反射波,結(jié)合偏移成像技術(shù)進行井旁構(gòu)造成像。自20世紀80年代以來,該方法在國內(nèi)外測井領(lǐng)域快速發(fā)展[3-8],并且在裂縫性[7]以及縫洞型[8]碳酸鹽巖儲集層評價中顯示出突出的應(yīng)用效果。其中,以探測井周反射體方位和距離為主要目標的遠探測反射聲波成像研究最為廣泛。

遠探測聲波測井相關(guān)研究起步較早,速度與衰減評價儀器(EVA)是最早的遠探測聲波測井原型機[9]。1989年,HORNBY[1]將反射波從測井全波列數(shù)據(jù)中提取出來,實現(xiàn)了井周探測成像,標志著聲波遠探測技術(shù)的誕生。1998年,在偶極橫波測井儀(DSI)基礎(chǔ)上研發(fā)的反射波成像測井儀(BARS)開啟了聲波遠探測技術(shù)的商業(yè)化,而2006年研制的Sonic Scanner儀器進一步推廣了遠探測聲波測井的應(yīng)用[2,10]。此外,針對多極子陣列聲波測井儀器(XMAC Ⅱ)的聲場特點,開發(fā)了相應(yīng)的成像處理算法[11-12]。2004年,TANG[13]利用四分量交叉偶極數(shù)據(jù)對井下構(gòu)造進行成像,發(fā)現(xiàn)低頻偶極聲源產(chǎn)生的偶極反射波比傳統(tǒng)單極反射波具有更大的探測深度,且具有一定的方位識別能力。

國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研究始于理論分析[14-21]。1998年,王乃星等[14]針對聲波測井的全波列信號研究了反射波的分離與成像處理,并計算反射界面視傾角的影響。2001年,車小花等[15]進行了模擬實驗,以水和PVC板的交界面模擬裂縫,使用中值濾波進行反射波的分離,根據(jù)反射波列計算裂縫傾角。2002年,薛梅等[16]從幾何聲學(xué)出發(fā),探究多種因素對反射波和滑行波接收結(jié)果的影響,為反射聲波測井儀器的研制提供了理論基礎(chǔ)。2003年,李長文等[17]分析了不同裂縫發(fā)育狀態(tài)的測井響應(yīng),據(jù)此開發(fā)針對反射斯通利波、反射縱波的處理解釋方法,并探討了反射波信息的進一步應(yīng)用。2004年,宋立軍等[18]建立柱狀三層介質(zhì)井孔體系物理模型,實現(xiàn)了超長源距聲波測井全波數(shù)值模擬與分析,并得到了遠井界面時間記錄剖面成像圖。2005年,何峰江等[19]利用三維有限差分數(shù)值模擬方法研究了聲反射成像測井的波場特征,基于小波變換來壓制噪聲和提高反射波信噪比,并在反射波信號處理中引入了多尺度相關(guān)法。2012年,WEI等[20]和唐曉明等[21]研究了偶極子聲源的遠場輻射特征,開發(fā)偶極橫波成像方法,認為SH橫波是偶極橫波遠探測成像的最佳信號。除算法外,針對傳統(tǒng)反射聲波測井技術(shù)周向分辨能力不足的問題,喬文孝等[22]研究了聲波換能器的性能,設(shè)計了相控聲波技術(shù),可以實現(xiàn)三維反射聲波的成像。

遠探測聲反射成像測井在很多領(lǐng)域取得了明顯的應(yīng)用效果,這種方法主要探測井周反射體的位置和方位。但是,為了更直觀地顯示井周儲層的巖性、流體、微構(gòu)造和裂縫、溶洞等,需要開發(fā)新的成像方法。近年來,一種基于高分辨率成像的深探測反射波成像方法逐漸發(fā)展起來[23-24],該方法主要對井周巖性、流體分布、微構(gòu)造變化等進行成像,由于其探測深度為數(shù)十米,分辨率為十幾厘米,所以初步實現(xiàn)了測井-地震聯(lián)合成像儲層識別分析。

本文介紹了高分辨率深探測反射波成像新方法及其在井周復(fù)雜儲層反射體、流體分布評價等領(lǐng)域的應(yīng)用。該方法利用Shearlet變換提取陣列聲波測井反射波,基于層析速度成像獲取井周徑向速度剖面,在此基礎(chǔ)上結(jié)合偏移算法對井周地層進行高分辨率多信息成像。利用該方法對我國某油氣區(qū)井數(shù)據(jù)進行處理,開展測井-地震聯(lián)合成像分析,對井周巖性、流體分布等進行成像,并分析壓裂前后地層的改造情況。

1 井周高分辨率深探測成像方法

圖1展示了聲波反射成像測井的基本原理,基于傳統(tǒng)或改進的陣列聲波儀器接收井下地層中的彈性波,其中包括井壁直達波(滑行波)和遠井眼地層反射波。

圖1 聲波反射成像測井原理示意

高分辨率深探測聲波測井成像,主要基于陣列聲波測井數(shù)據(jù),利用井中反射波對井周巖性、流體分布等信息進行成像處理,所以,如果反射波提取效果不理想,那么成像結(jié)果在顯示井周反射體的細節(jié)信息方面會存在不足。因此,該方法的關(guān)鍵在于反射波的提取。

1.1 反射波提取方法

陣列聲波測井數(shù)據(jù)的主要特點是:①儀器接收到的反射波信號幅度相比模式波而言微弱得多,并且在某些源距下,反射波和模式波會相互混疊,常規(guī)的反射波提取方法很難實現(xiàn)波的有效分離;②對反射信號的處理,需要做上、下行反射波的分離。因此,高效和適用性強的反射波提取方法一直是眾多學(xué)者研究的熱點。

F-K濾波法最早被用于從全波列數(shù)據(jù)中提取反射信號[1]。LI等[11]基于VSP處理相關(guān)方法,在波場分離中綜合運用了中值濾波和F-K濾波。TANG[13]為了解決單極聲源激發(fā)無方位識別能力的問題,提出了一種指向性測量方法進行遠探測成像,采用偶極激發(fā)和偶極接收,綜合使用了F-K濾波和中值濾波,以四分量數(shù)據(jù)的反射波進行成像,獲得了構(gòu)造的方位信息。TAO等[25]提出了多尺度相關(guān)法提取反射信號,主要結(jié)合雙樹復(fù)小波(DT-CWT)變換與慢度-時間相關(guān)(STC)方法分離出反射波。范宜仁等[26]針對XMAC實測數(shù)據(jù),運用多尺度相關(guān)法成功分離出了反射波。王兵等[27]將多尺度相關(guān)法與參數(shù)估計法[28]和F-K濾波進行比較,通過對比模擬數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)的應(yīng)用效果,證實了多尺度相關(guān)法的優(yōu)越性。但是,多尺度相關(guān)法存在的問題是參數(shù)控制較為麻煩,無法對整個地層統(tǒng)一處理,某分塊處理的方式影響了該方法的效率和推廣應(yīng)用[29]。劉喜武等[30]和宋建國等[31]推導(dǎo)了基于求解高分辨率Radon變換的稀疏約束共軛梯度算法,并將其用于多次波的壓制。李超等[32]將這一方法引入到反射波的提取中,以阻尼最小二乘解作為初始解進行高分辨率Radon變換的迭代求解,實現(xiàn)了反射波提取。實際數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明,高分辨率Radon變換在反射波分離中的應(yīng)用效果良好[33]。

針對反射波提取,雖然算法較多,但是由于井孔中接收到的信號其滑行波能量強,反射波信號微弱,且具有多種模式[19],故常淹沒在滑行波中難以分離,所以大多數(shù)的方法未能完全解決波的分離問題。非線性濾波方法[34],具有保留指定方向主要數(shù)據(jù)的特性,前人的研究[11,35]主要是針對某一道集進行處理,并沒有指定適用條件,且單一的濾波難以適應(yīng)噪聲嚴重的實際數(shù)據(jù)。針對這些問題,2019年,CHEN等[36]將Shearlet變換引入到陣列聲波測井的波場分離中,選取共接收道集進行Shearlet變換處理。

Shearlet變換[37-39]是一種近似最優(yōu)函數(shù)稀疏表示方法,不同特征的Shearlet函數(shù)則是通過對基函數(shù)進行縮放、剪切及平移等仿射變換處理得到。Shearlet變換與小波變換具有相似性,是小波變換的進一步優(yōu)化后的折變換法。引入Shearlet變換,實現(xiàn)了信號的更高精度多尺度分解。此外,Shearlet變換具有靈活的方向選擇性,能對信號進行稀疏表示并產(chǎn)生最優(yōu)逼近。

深探測反射波提取是基于Shearlet變換利用Meyer小波函數(shù)和沖擊函數(shù)計算母函數(shù),再通過母函數(shù)的膨脹、方位剪切以及時間域平移得到基函數(shù),利用信號和基函數(shù)的內(nèi)積,可以計算得到不同尺度、方位以及平移的變換結(jié)果,將信號轉(zhuǎn)換到剪切波域。定義雙曲尺度矩陣Mp和剪切矩陣Ms為:

(1)

(2)

式中:p為膨脹參數(shù);s為剪切參數(shù)。Shearlet變換的基函數(shù)可以定義為:

(3)

式中:b為平移參數(shù)。如果將基函數(shù)從時間域變換到傅里葉域,就可以得到公式(4)。其中母函數(shù)是由兩個一維函數(shù)之積來計算(公式(5)),函數(shù)ψ1表示Meyer小波,函數(shù)ψ2代表沖擊函數(shù)。

(4)

(5)

這樣,信號f的Shearlet變換可以用公式(6)來表示。

(6)

基于Parseval格架理論,可以得到變換結(jié)果的逆變換,該逆變換可以利用正變換得到的剪切系數(shù)重構(gòu)原信號[40]。觀察陣列聲波測井數(shù)據(jù)的共偏移距道集,可以發(fā)現(xiàn)不同波的到時特征。通常,模式波的到時表現(xiàn)為線性特征,而反射波表現(xiàn)為曲線特征。在Shearlet域,模式波能量將聚集在小尺度的水平扇形區(qū)域,因此只需利用閥值便可以將模式波分離出來。為了驗證該方法的有效性,采用交錯網(wǎng)格有限差分的正演模擬合成聲波測井數(shù)據(jù),考察不同反射波提取方法的應(yīng)用效果,提取結(jié)果如圖2所示。

圖2 各種反射波提取方法的提取結(jié)果a 原始波形數(shù)據(jù); b 理論反射波形; c Shearlet變換提取結(jié)果; d Radon變換提取結(jié)果; e 小波變換提取結(jié)果; f 中值濾波提取結(jié)果

從圖2可以看出,相較于Radon變換、小波變換和中值濾波的提取結(jié)果,Shearlet變換提取的反射波形更加完整,能量損失少,剩余殘差干擾小。為了進一步說明,選出不同方法提取結(jié)果中的同一道反射波數(shù)據(jù)(圖3中標為紅色),與理論反射波形進行對比。圖3中的相關(guān)系數(shù)進一步表明,Shearlet變換方法提取反射波的效果明顯好于其它方法,可以提取高質(zhì)量反射波數(shù)據(jù)。

圖3 理論反射波形與提取的反射波對比(R為波形相關(guān)系數(shù))a Shearlet變換提取結(jié)果; b Radon變換提取結(jié)果; c 小波變換提取結(jié)果; d 中值濾波提取結(jié)果

1.2 井周速度層析成像

在有效提取反射波信號的基礎(chǔ)上,利用偏移算法對井周儲層進行成像處理是深探測聲反射成像的又一關(guān)鍵所在。對于偏移成像方法,影響其成像質(zhì)量的最重要因素是速度模型。一般而言,可以認為某一深度井周地層的速度是均勻的,即井周的地層速度與遠井眼地層速度相同。在很多研究中,地層的速度模型均假設(shè)為某一深度處一致。然而,實際鉆井過程可能會產(chǎn)生裂縫和井周地層的泥漿侵入,這些因素會導(dǎo)致在井眼周圍形成變化的速度剖面。為了得到高質(zhì)量成像結(jié)果,在本研究中利用速度層析成像獲取和分析井周的速度剖面,建立符合井周分布的速度模型,而不是采用常規(guī)的均一層狀速度模型。

在井周速度層析成像方面,早期的方法主要利用折射初至波,采用迭代重建技術(shù)進行層析成像[41-42],但是這種方法計算量大,難以有效應(yīng)用。夏克文等[43]、李昌彪等[44]分別探討了利用反射初至波進行層析成像的方法。WINKLER[45]和BALLAND等[46]

探討了利用超聲波探測重建井周速度場的方法。SMAINE等[47]根據(jù)滑行波到時信息反演了井周二維速度剖面。TANG等[48]提出了基于偶極橫波頻散曲線的橫波速度徑向剖面反演方法。

縱波信號從單極子聲源T發(fā)出,經(jīng)過速度不同的i個侵入層滑行傳播到i個接收器中被接收到。從圖4a 中可以看到,短源距能接收到淺地層的滑行縱波信息,而長源距可以接收到較遠地層的滑行縱波信息。測井記錄下滑行波到達每個接收器的時間,從這i個到時信息中可以反演出井壁附近侵入層的速度和厚度信息。如果每個深度點有M個不同源距的接收器,那么每個深度點就會對應(yīng)M個源距接收到的M個不同到時信息,則假設(shè)每個深度點有M個速度層,利用這些不同接收器組合接收到的到時信息,結(jié)合公式(7)就可以反演出井壁附近M個不同的速度層。

(7a)

(7b)

(7c)

式中:vf為井孔內(nèi)泥漿縱波速度;s為儀器源距;在井壁附近形成i層速度層數(shù),每個層的厚度為Hi,相對應(yīng)的速度表示為vi。圖4給出了某油田井周不同方向的速度變化剖面。

圖4 深探測聲波測井示意以及井周不同方向速度變化剖面a 測井示意; b 北向(N); c 東向(E); d 南向(S); e 西向(W)

圖4b至圖4e給出了某油田井周不同方向的速度變化剖面,橫坐標為距井眼距離。圖中藍色表示速度未發(fā)生變化區(qū)間,紅色部分代表速度變化較大的區(qū)間。圖中結(jié)果顯示,井周不同深度井周速度變化范圍不同。此外,井周不同方向速度變化亦不同,結(jié)合這些速度的變化特征,可以對地層的各向異性進行評價。

1.3 高分辨率偏移成像

偏移的目的是將傾斜反射歸位到真正的位置,并使繞射波收斂,得到真實的地下構(gòu)造圖像。深探測反射聲波測井成像的偏移成像方法一般借鑒較為成熟的地震資料處理方法,并且針對聲波測井數(shù)據(jù)的特殊情況,選用較為合適的疊前偏移方法,再進行參數(shù)調(diào)整,得到最終的偏移成像結(jié)果。

1989年,HORNBY[1]在反射波成像處理中使用了廣義Radon變換,通過共中心點道集疊加壓制噪聲,以提高反射波質(zhì)量,刻畫井旁構(gòu)造信息。其后,BORLAND等[49]、HALDORSEN等[50]和MAIA等[51]采用周向排列的陣列接收器,得到不同方位接收的聲波陣列數(shù)據(jù),然后使用廣義Radon變換偏移方法對深度點所有方位都進行偏移成像,再進行數(shù)據(jù)的方位聚焦,得到相對應(yīng)的裂縫和地層的信息。ESMERSOY等[2]使用疊前Kirchhoff偏移處理反射聲波數(shù)據(jù),計算出井眼軌跡與地層的相對位置關(guān)系,其計算結(jié)果與實際情況吻合較好。在此之后,COATES等[3]、LI等[11]和TANG等[6,33]都使用Kirchhoff積分偏移開展相應(yīng)的成像處理研究,取得了很好的應(yīng)用結(jié)果。

大多數(shù)偏移方法的使用都基于分離后的上下行反射波場數(shù)據(jù),而疊前F-K偏移的一大優(yōu)勢在于僅需進行一次偏移,并且偏移后直接分離出上下行波場的結(jié)果,同時該偏移方法沒有傾角的限制。但是F-K偏移的基礎(chǔ)是三維數(shù)據(jù),因此針對測井數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)需要進行相應(yīng)的改進。ZHENG等[12]根據(jù)反射聲波測井的相關(guān)特點,提出了改進的F-K偏移方法。魏周拓等[52]通過建立的高角度井旁地質(zhì)界面模型,基于模擬數(shù)據(jù)驗證了改進的疊前F-K偏移成像方法的適用性,并針對XMACⅡ儀器的實測數(shù)據(jù),證實了該方法可以有效確定井旁地層界面的相關(guān)信息。

逆時偏移(reverse time migration,RTM)是近年來地面地震主流的偏移成像技術(shù),對復(fù)雜情況下的成像處理效果較好。該方法基于完整的雙程波波動方程,可以有效地對復(fù)雜情況下的接收波場進行有效成像。相較于傳統(tǒng)成像方法,逆時偏移的成像結(jié)果更準確、信噪比更高、對于地質(zhì)構(gòu)造體的刻畫也更加清晰。逆時偏移的首次提出時間比較早,但是由于其要求的計算量和存儲量相當巨大,早期的應(yīng)用受到了很多限制。而隨著近年來計算機計算能力的不斷提升,逆時偏移技術(shù)也得到極大的發(fā)展。眾多學(xué)者對逆時偏移的成像條件、儲存策略及壓制噪聲等方面開展了深入研究,但就其方法對深探測聲波測井井孔環(huán)境的適應(yīng)性上,還需要做進一步的完善[28,53-56]。

2 深探測成像應(yīng)用實例分析

2.1 測井-地震聯(lián)合成像

在我國某探區(qū),其油氣勘探的特點是發(fā)現(xiàn)斷層即發(fā)現(xiàn)儲層。因此,該區(qū)儲層探測主要是以斷層為主要勘探目標。圖5給出該區(qū)某一探測結(jié)果,根據(jù)地震成像結(jié)果(圖5a),可以判斷有2個斷層發(fā)育(紅色曲線標示),為了評價斷層周圍儲層發(fā)育情況,鉆了大斜度井,井眼軌跡用綠色曲線在圖5a中標出,可以看出X738m深度處,井周發(fā)育一孤立反射體。對該井進行了陣列聲波測井,利用聲波測井數(shù)據(jù)提取反射波進行高分辨率深探測成像處理,反射面結(jié)果如圖5b所示,成像范圍為圖5a中矩形框區(qū)域Ⅰ。與地震成像對比可以發(fā)現(xiàn),反射波測井成像結(jié)果顯示孤立反射體的形狀、位置、發(fā)育特征等與地震成像相同,而且,能夠揭示異常體內(nèi)部更小尺度的構(gòu)造。因此,深探測反射波測井成像結(jié)果可以細化地震成像單一同相軸的內(nèi)部小微構(gòu)造信息,利用測井-地震聯(lián)合成像可以給出更高分辨率的儲層評價。除了反射面信息,深探測成像還可以給出巖性變化信息(圖5c),可以看出圖5c 中的巖性變化特征與圖5a和圖5b相一致。

圖5 同一數(shù)據(jù)的不同方法成像結(jié)果a 地震剖面; b 深探測反射成像; c 深探測巖性變化成像

比較圖5a和圖5b發(fā)現(xiàn),深探測方法具有較高的成像質(zhì)量和分辨率,相較于常規(guī)方法在顯示井周18m范圍內(nèi)反射體的細節(jié)信息方面具有優(yōu)勢。因此,這些結(jié)論表明深探測成像方法是一種有效的反射波提取和成像手段。結(jié)合地震剖面,可以分析反射體的細節(jié)信息,從而提高和精化復(fù)雜地層油氣勘探的儲層評價質(zhì)量。

2.2 頁巖水平井地層巖性成像

除了對反射體界面進行成像外,巖性和構(gòu)造成像也是利用測井反射波深探測成像評價儲層的重要研究方向。圖6展示了一個對水平井井周構(gòu)造進行深探測成像應(yīng)用的實例,其中的測井數(shù)據(jù)源自我國西部的典型頁巖氣儲層。圖6a顯示了利用地震成像解釋獲取的該地區(qū)基本地質(zhì)構(gòu)造情況,其中,井眼軌跡標注為紅色光滑曲線。為了更清楚地顯示結(jié)果,選取圖6a 中Ⅰ和Ⅱ兩個矩形框內(nèi)的成像處理結(jié)果放大展示,分別如圖6b和6c所示,圖中不同顏色代表地層巖性。

圖6 水平井井周地層構(gòu)造成像a 地震地質(zhì)解釋結(jié)果; b 圖6a矩形框Ⅰ的深探測成像結(jié)果; c 圖6a矩形框Ⅱ的深探測成像結(jié)果

從圖6中可以得出以下結(jié)論:①相較于圖6a中的地震地質(zhì)解釋結(jié)果,深探測成像的結(jié)果可以提供井周20m范圍內(nèi)小尺度構(gòu)造的更多細節(jié)信息,如圖6b和圖6c所示;②深探測成像方法的地層界面成像結(jié)果與地震地質(zhì)解釋結(jié)果具有一致性,可以直觀觀測和分析地層走向;③地層的局部不整合面和垮塌帶可以從深探測成像結(jié)果中直接進行分析和解釋,如圖6b 中區(qū)域(1)的矩形框內(nèi)數(shù)據(jù)所示;④在圖6b區(qū)域(2)中,發(fā)育一條有限延伸的裂縫,并未完全穿層,因此沒有導(dǎo)致明顯的斷層位移;⑤地震成像中斷層的細節(jié)信息可以由深反射成像結(jié)果直觀顯示,如圖6c中的區(qū)域(3)為斷裂帶,其對應(yīng)于地震成像圖6a中的斷層區(qū)域Ⅱ,此外,圖6c中的區(qū)域(1)和區(qū)域(2)顯示了發(fā)育規(guī)模較小的兩個斷層,其在地震成像結(jié)果圖6a 中未有顯示。顯然,所有結(jié)論表明,深探測成像方法能夠?qū)崿F(xiàn)井周反射體的高質(zhì)量成像,并提供小尺度反射體的直觀細節(jié)信息從而細化地震成像結(jié)果,可以用于頁巖等復(fù)雜儲層評價與識別。

2.3 井周流體分布成像

流體識別和量化一直都是地球物理儲層評價的重點關(guān)注目標之一。深探測成像在提取反射界面信息的同時,進一步對井周的流體分布情況進行成像。該方法在國內(nèi)多個油田以及海外土庫曼斯坦等地區(qū)進行了現(xiàn)場試驗和應(yīng)用,現(xiàn)場應(yīng)用識別氣層有效性突出,計算的氣體產(chǎn)能與單簇射孔結(jié)果吻合度高,最大應(yīng)用井深超過8000m。圖7為我國南部的某氣田井周流體分布成像結(jié)果,其中圖7a 中的氣產(chǎn)能指數(shù)為基于深探測成像提取的氣產(chǎn)能量化參數(shù),數(shù)據(jù)源自于該氣田某一頁巖氣層。圖7b 和圖7c中的數(shù)據(jù)源自該氣田氣層。

圖7 氣產(chǎn)能指數(shù)及井周流體分布成像結(jié)果a 氣產(chǎn)能指數(shù)對比驗證; b 氣產(chǎn)能指數(shù)曲線; c 井周流體分布成像結(jié)果

圖7a第4道中黃色充填曲線為氣產(chǎn)能指數(shù),紅色桿狀數(shù)據(jù)點為單簇射孔氣測產(chǎn)能測試結(jié)果。分析圖7a中的結(jié)果可知,深探測氣產(chǎn)能指數(shù)與單簇射孔測試產(chǎn)能數(shù)據(jù)十分吻合,驗證了產(chǎn)能指數(shù)的可靠性。圖7c為井周流體分布成像結(jié)果,白色為氣體。成像顯示,氣層頂界在X600m附近,主力產(chǎn)氣層頂界在X650m,氣油界面在X810m附近,于X880m處開始,產(chǎn)液量明顯增大。深探測聲波測井成像分析結(jié)果與測試結(jié)果吻合,進一步證實了該方法在儲層含氣層評價方面的適用性。

2.4 地層壓裂效果成像

在頁巖氣等非常規(guī)油氣勘探開發(fā)中,儲層改造技術(shù)(包括壓裂、酸化等)是提高儲層產(chǎn)能的主要方法。但是,如何準確評價儲層改造的效果一直缺少一種直觀的手段。利用深探測成像的高分辨率能力,初步對儲層壓裂效果開展評價研究。圖8顯示了我國西北某氣田一口井的深探測成像結(jié)果,該井分別在裸眼井階段、套管井階段、壓裂完井階段進行陣列聲波測井,基于不同階段測井數(shù)據(jù),利用深探測成像方法獲取井周高分辨率成像,直觀評價儲層改造效果。

圖8 同一口井不同階段深探測成像結(jié)果a 裸眼井階段; b 套管井階段; c 壓裂后階段

圖8a至圖8c分別為裸眼井、套管井和壓裂后井周高分辨率成像結(jié)果。圖中顯示裸眼井成像結(jié)果和套管井成像結(jié)果保持一致,這說明:一方面是該方法具有穩(wěn)定性,如圖中的區(qū)域(3)在圖8a至圖8c中均未發(fā)生明顯改變;另一方面是套管和水泥環(huán)對深探測成像的影響不明顯。從圖8c可以看到,壓裂過程對儲層產(chǎn)生了影響,尤其是區(qū)域(1)和區(qū)域(2),壓裂后的儲層地層特性發(fā)生明顯變化。仔細對比圖8a和圖8c 可以直觀評價壓裂對儲層的改造波及范圍和程度,進而分析壓裂的效果。因此,基于陣列聲波測井的深探測成像方法為直觀評價儲層壓裂改造效果提供了一種有效的手段。

3 結(jié)論

本文介紹了一種深探測反射聲波測井成像技術(shù)及其在儲層識別中的應(yīng)用。該方法利用反射波而不是直達波(折射波)信息,能夠?qū)粤芽p、地質(zhì)構(gòu)造進行成像,為綜合地質(zhì)研究和油氣勘探開發(fā)提供技術(shù)支撐。該方法在準確提取高分辨率反射波的基礎(chǔ)上,通過井周速度層析成像和優(yōu)化偏移算法,有效壓制偽界面的影響,而且極大地改善了垂直于井眼的反射界面成像效果。利用該方法對實際陣列聲波測井資料進行成像處理,建立斷層、裂縫等反射體以及流體分布、巖性變化等識別特征,對井周的地質(zhì)構(gòu)造進行評價,進而識別儲層。結(jié)合前文的討論和分析,雖然該方法具有良好的應(yīng)用效果,但是仍然需要在以下幾個方面開展進一步的研究和探討。

1) 反射方位信息的獲取和成像。深探測反射波成像雖然可以提供高分辨率的多信息成像,但是其結(jié)果多為二維的截面成像,無法提供截面延伸的方位信息。在油氣資源勘探開發(fā)評價中,掌握儲層的縫、洞以及流體分布等發(fā)育方位具有重要意義,尤其對于酸化壓裂等增產(chǎn)措施,可以有效指導(dǎo)壓裂方位的確定。

2) 高分辨率井周三維成像。測井儀器和數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展,已經(jīng)使得獲取井周不同方向傳輸?shù)姆瓷洳ㄐ盘柍蔀榭赡?因此如何充分利用不同方向反射波的豐富信息,對井周儲層進行高分辨率的三維成像是將來研究的重要方向之一。如果結(jié)合深探測反射波成像方法,對井周反射體、巖性和流體分布進行三維分析評價,將更有利于復(fù)雜儲層的精細描述,為深地油氣資源探測和開發(fā)提供有力的新工具。

3) 沿井壁傳播反射波的自適應(yīng)濾除。由于沿井壁傳播的波,在層界面、過井裂縫等位置產(chǎn)生沿井壁傳播的反射波,該信號并未攜帶地層深處的有用信息,并且隨地層速度的不同而發(fā)生變化,對反射波成像產(chǎn)生干擾,因此,開發(fā)基于不同地層波速的自適應(yīng)井壁反射波濾除方法也是需要研究的問題。