崔 琳，孫江濤，趙柳青，孫興燕，楊 寧

（中國(guó)石化勝利石油工程有限公司測(cè)井公司，山東東營(yíng) 257096）

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疏松地層聲波測(cè)井曲線的環(huán)境影響與校正方法探討

崔 琳，孫江濤，趙柳青，孫興燕，楊 寧

（中國(guó)石化勝利石油工程有限公司測(cè)井公司，山東東營(yíng) 257096）

摘 要：聲波速度測(cè)井已成為連接測(cè)井與地震的紐帶，但是測(cè)井環(huán)境對(duì)聲波測(cè)井的的影響因素很大，因此有效消除井眼環(huán)境影響，就顯得尤為重要。從疏松地層的井眼環(huán)境對(duì)聲波測(cè)井的影響入手，介紹環(huán)境影響的校正方法，特別是泥漿浸泡影響校正方法，從而求準(zhǔn)原狀地層聲波速度。

關(guān)鍵詞：疏松地層；聲波測(cè)井；井眼影響；校正方法

通常情況下，常規(guī)測(cè)井解釋只對(duì)儲(chǔ)層做出評(píng)價(jià)，在對(duì)K71區(qū)塊進(jìn)行油藏綜合地球物理研究的過(guò)程中，對(duì)該區(qū)塊50口井的館陶組、東營(yíng)組砂巖和泥巖的聲波時(shí)差測(cè)井資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并換算成聲速信息，以及建立該區(qū)域的地震速度識(shí)別巖性模型。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，50口井中約三分之一的井中泥巖聲速與砂巖聲速接近，約三分之二的井中泥巖速度明顯小于砂巖聲速。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是該區(qū)地層較淺，尤其是淺層泥巖段地層聲波測(cè)井曲線受環(huán)境影響較大，引起測(cè)井信息失真。所以在利用淺層測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)砂泥巖聲速、人工合成地震記錄和進(jìn)行異常地層壓力預(yù)測(cè)時(shí)，必須首先對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行環(huán)境影響校正。

浸泡校正是勝利測(cè)井首創(chuàng)的一種新方法。目前，利用上述校正系數(shù)對(duì)物探方面提供的50口井，在準(zhǔn)確計(jì)算泥質(zhì)含量的基礎(chǔ)上，對(duì)聲波測(cè)井值計(jì)算了浸泡校正后曲線，以提高合成地震記錄精度。

1 疏松地層測(cè)井環(huán)境對(duì)聲波測(cè)井曲線的影響

1.1 淺層測(cè)井環(huán)境的典型特征

勝利油區(qū)中淺層地層較新，屬于第三系、第四系，巖性為砂泥巖互層，欠壓實(shí)、疏松、成巖差。而測(cè)井要等到定深完鉆之后施工，這期間鉆開(kāi)的井筒內(nèi)泥漿循環(huán)持續(xù)進(jìn)行，水基鉆井液浸泡引起的泥巖蝕變和井徑的擴(kuò)大不可避免，甚至有些疏松層段由于成巖作用差也可能發(fā)生局部井眼垮塌。所謂蝕變即地層中的黏土礦物由于吸水而發(fā)生膨脹，當(dāng)泥巖發(fā)生蝕變時(shí)，首先出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象，隨著蝕變加劇及鉆井液的擾動(dòng)，膨脹出來(lái)的部分泥巖會(huì)掉入井筒，發(fā)生井眼垮塌。如果泥巖層段仍繼續(xù)蝕變，可導(dǎo)致兩種結(jié)果：①井眼繼續(xù)垮塌，在測(cè)井時(shí)可記錄到井徑增大現(xiàn)象；②后來(lái)膨脹的泥巖充滿剛剛垮掉的泥巖原來(lái)占據(jù)的那部分空間，并保留下來(lái)，在測(cè)井時(shí)井徑不出現(xiàn)異常，但此時(shí)井筒附近的泥巖已不再是原狀地層泥巖了，而是吸足了水的較為膨松的泥巖。

1.2 淺層測(cè)井環(huán)境對(duì)聲波測(cè)井的影響過(guò)程剖析

水基鉆井液浸泡引起泥巖蝕變和井徑擴(kuò)大的程度是受多種因素控制的，主要與泥巖的類型、鉆井液的失水性和礦化度以及浸泡的時(shí)間有關(guān)。黏土礦物中，蒙脫石類黏土具有最大的吸水能力，它吸水后膨脹也最大，伊利石類型黏土次之，而高嶺石與綠泥石類黏土吸附水的能力最低，因此，泥巖中蒙脫石含量越高，蝕變?cè)絿?yán)重。鉆井液的失水越大，礦化度越低，蝕變?cè)絿?yán)重。蝕變程度與浸泡時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系，即在一定范圍內(nèi)隨浸泡時(shí)間的增加，蝕變程度增大，XX井的時(shí)間間隔測(cè)井充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。另外，現(xiàn)代的高壓噴射快速鉆井工藝也會(huì)造成淺部疏松地層井眼垮塌，從而破壞測(cè)井環(huán)境。

1.3 淺層測(cè)井環(huán)境對(duì)聲波測(cè)井的影響分析

泥巖的蝕變通常發(fā)生在井壁附近，聲波沿井壁傳播，當(dāng)穿過(guò)發(fā)生蝕變的地層時(shí)，聲波能量會(huì)發(fā)生衰減。測(cè)井時(shí)，在第一個(gè)接收器未進(jìn)入蝕變地層，而第二個(gè)接收器已進(jìn)入蝕變地層的情況下，第二個(gè)接收器的首波幅度明顯變小，記錄波后沿所對(duì)應(yīng)的首波相位將明顯的滯后，這就使記錄的地層的聲波時(shí)差增大。蝕變嚴(yán)重的井段，聲波能量嚴(yán)重衰減，當(dāng)聲波的首波衰減到只能觸發(fā)測(cè)井儀第一個(gè)接收器而不能觸發(fā)到第二個(gè)接收器時(shí)，第二個(gè)接收器便可能被第二個(gè)或后續(xù)的波峰所觸發(fā)，造成時(shí)差顯著增大。由于每跳躍一個(gè)波峰，在時(shí)間上造成的誤差正好是一個(gè)周期，聲波中就會(huì)出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象。

另外，井眼幾何形狀的改變對(duì)單發(fā)雙收聲速儀所測(cè)量的聲波時(shí)差有較大的影響，目前使用的雙發(fā)雙收井眼補(bǔ)償測(cè)井儀對(duì)井眼影響有較強(qiáng)的補(bǔ)償作用，在一定范圍內(nèi)，聲波測(cè)井曲線受井眼影響較小[1]，但當(dāng)擴(kuò)徑嚴(yán)重或井壁很不規(guī)則時(shí)，會(huì)使聲波傳播路徑增長(zhǎng)，從而使測(cè)得的聲波時(shí)差值偏大。

2 環(huán)境影響校正方法[2-4]

對(duì)疏松地層聲波測(cè)井曲線的環(huán)境校正包括井眼影響校正和泥巖蝕變影響校正。

2.1 井眼影響校正方法

本文使用的井眼影響校正方法，主要是延用前人提出的逐點(diǎn)檢驗(yàn)近似校正方法[5]和通過(guò)地區(qū)統(tǒng)計(jì)建立井徑與聲波時(shí)差變化量之間的關(guān)系，進(jìn)而進(jìn)行井眼影響校正的方法。

方法一：逐點(diǎn)檢驗(yàn)近似校正法。

首先計(jì)算出目的層段的聲波時(shí)差上限值

式中：Δtsh與Δtp為井壁未垮塌處泥巖與純地層的最大聲波時(shí)差值，是由人工選擇的參數(shù)；Vsh為泥質(zhì)含量參數(shù)。

其次，采取逐點(diǎn)檢驗(yàn)與近似校正的方法來(lái)對(duì)聲波測(cè)井曲線進(jìn)行編輯：當(dāng)實(shí)際測(cè)出的聲波時(shí)差測(cè)井值Δt≤Δtmax時(shí)，則仍取Δt；反之當(dāng)Δt≥Δtmax且井徑與鉆頭直徑之差（d-d0）大于某一規(guī)定值Δdp時(shí)，可認(rèn)為由于井壁發(fā)生垮塌導(dǎo)致測(cè)出的Δt比上限Δtmax還大，這時(shí)就令Δt=Δtmax，作為該地層的聲波時(shí)差近似值。這種近似校正的效果與參數(shù)Δtsh、Δdp的選擇有重要的關(guān)系。

方法二：地區(qū)統(tǒng)計(jì)建模法。

首先選擇工區(qū)內(nèi)一口標(biāo)準(zhǔn)井，統(tǒng)計(jì)泥巖段聲波時(shí)差與標(biāo)準(zhǔn)井聲波曲線的差值（ΔΔt），利用差值與井徑作出散點(diǎn)圖，根據(jù)散點(diǎn)圖擬合出ΔΔt與井徑（CAL）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：

則全井段的井眼校正公式為：

式中：Δt、Δtc為校正前后的聲波時(shí)差測(cè)井值；A、B為校正系數(shù)。

2.2 泥巖蝕變影響校正方法

目前提出的泥巖蝕變影響校正方法比較少，主要有曾文沖提出的利用油基鉆井液取心井作為標(biāo)準(zhǔn)井，回歸出純泥巖段蝕變前后的線形關(guān)系進(jìn)而應(yīng)用到全井段的方法，和朱家俊等提出的以原狀地層下砂巖和泥巖的時(shí)差關(guān)系為基礎(chǔ)，利用校正井內(nèi)的砂巖時(shí)差測(cè)井值為基準(zhǔn)對(duì)泥巖的時(shí)差值進(jìn)行校正的方法。

方法一：用油基鉆井液鉆井時(shí)，地層較好的保持了原狀地層的特性，因此，油基鉆井液聲波時(shí)差曲線（Δto）能較好地代表未受蝕變影響的原狀地層時(shí)差值。用水基鉆井液置換油基鉆井液后，地層發(fā)生蝕變，這時(shí)候測(cè)量的聲波時(shí)差（Δtw）已受到蝕變影響。通過(guò)對(duì)勝利油區(qū)十幾口油基鉆井液取心井測(cè)井資料的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生蝕變前后的泥巖時(shí)差數(shù)值存在近似線性的關(guān)系：即Δto=C+D·Δtw，將該關(guān)系應(yīng)用到全井段時(shí)，引入泥質(zhì)含量參數(shù)Vsh，即認(rèn)為蝕變量與泥質(zhì)含量呈正比例關(guān)系，校正公式如下：

式中：Δt、Δtc為校正前后的聲波時(shí)差測(cè)井值；C、D為校正系數(shù)。

方法二：這種方法基于以下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①對(duì)于同一口井，水基鉆井液條件下的聲波曲線與油基鉆井液條件下的聲波曲線的形態(tài)和趨勢(shì)是基本一致的；②同一地區(qū)原狀地層條件下，各類巖性聲波時(shí)差之間的特性關(guān)系基本穩(wěn)定。在確定該地區(qū)各類巖性聲波時(shí)差之間的特性關(guān)系基礎(chǔ)上，以相對(duì)穩(wěn)定的砂巖時(shí)差為基準(zhǔn)，對(duì)泥巖和砂質(zhì)泥巖進(jìn)行蝕變校正。校正方程如下：

其中：

式中：Δt、Δtc為校正前后的聲波時(shí)差測(cè)井值；C1為純泥巖與純砂巖井眼規(guī)則條件下的聲波時(shí)差最大差值；C2為純砂巖與泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖井眼規(guī)則條件下的聲波時(shí)差最大差值；X1為校正井段內(nèi)泥巖的最大聲波時(shí)差；X2為校正井段內(nèi)砂巖的聲波時(shí)差；X3為校正井段內(nèi)泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖的最小聲波時(shí)差；X4為校正井段內(nèi)泥巖的最大聲波時(shí)差與泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖的最小聲波時(shí)差之和的平均值。

方法三：利用連續(xù)大段取心井，通過(guò)模擬地層環(huán)境的巖心波場(chǎng)實(shí)驗(yàn)值回歸真實(shí)地層聲速，從而對(duì)區(qū)域聲波測(cè)井資料進(jìn)行校正。

3 標(biāo)準(zhǔn)井和標(biāo)準(zhǔn)井段的選擇

標(biāo)準(zhǔn)井是建立環(huán)境校正模型的關(guān)鍵井，它既提供了原狀地層的聲波資料，又提供了經(jīng)過(guò)一段時(shí)間水基鉆井液浸泡的地層聲波資料，有了這兩組數(shù)據(jù)，便可以進(jìn)行回歸從而建立環(huán)境校正方程。環(huán)境影響校正的有利條件是被校正井附近或同區(qū)域有標(biāo)準(zhǔn)井資料，而且被校正井的鉆井液性質(zhì)、浸泡時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)井的鉆井液性質(zhì)、浸泡時(shí)間越接近約好。可以看出，標(biāo)準(zhǔn)井的選取至關(guān)重要。

在上世紀(jì)九十年代之前，我們選取標(biāo)準(zhǔn)井的范圍僅限于油基鉆井液鉆進(jìn)的井，雖著測(cè)井技術(shù)的發(fā)展，VSP測(cè)井與電纜聲波測(cè)井技術(shù)的出現(xiàn)，又提供了更多獲得原狀地層時(shí)差值的途徑。由VSP測(cè)得的原狀地層聲速值轉(zhuǎn)換成時(shí)差值，當(dāng)然，在進(jìn)行換算之前，需要對(duì)速度進(jìn)行頻散校正（VSP測(cè)井與電纜聲波測(cè)井所用頻率有較大的差別）；隨鉆聲波測(cè)井是伴隨著地層的打開(kāi)而幾乎同時(shí)進(jìn)行測(cè)量的，由于浸泡時(shí)間很短，也可以近似的認(rèn)為取得的時(shí)差值反映的是原狀地層信息。雖然油基鉆井液取心井的數(shù)量逐年減少，但隨著VSP和隨鉆測(cè)井技術(shù)的蓬勃發(fā)展，將會(huì)提供越來(lái)越多的淺層原狀地層聲波資料。

在標(biāo)準(zhǔn)井中選取標(biāo)準(zhǔn)井段時(shí)，要遵循兩個(gè)原則：①正確劃分和選取巖性。方法一中應(yīng)選取純泥巖為回歸的標(biāo)準(zhǔn)井段，方法二中按要求選取純泥巖、純砂巖和泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖的讀值；②井眼盡量規(guī)則。因?yàn)榫塾绊懶Ｕ臀g變影響校正是分別進(jìn)行的，所以在此剔除井眼的影響，以免重復(fù)校正。

4 校正實(shí)例

由于油藏地球物理項(xiàng)目地震資料取自J41井區(qū)，且在J41井進(jìn)行了100多米的鉆井取心，在1 430~1 670 m井段內(nèi)進(jìn)行了波場(chǎng)響應(yīng)特征測(cè)量，其中提供的模擬地層泥巖聲速可作為實(shí)際地層聲速參考值。部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 J41井鉆井取心波場(chǎng)響應(yīng)特征測(cè)量

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著聲波測(cè)井技術(shù)的發(fā)展，在測(cè)井過(guò)程中減弱或消除浸泡帶來(lái)的環(huán)境影響已成為可能。陣列聲波測(cè)井儀器在測(cè)量過(guò)程中可以通過(guò)相似相關(guān)法最大限度的消除了井眼幾何形狀變化對(duì)測(cè)量帶來(lái)的影響。理論及實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)采用降低頻率（5~10 kHz），加大源距（10~15 m）和記錄反射波（地震方法，測(cè)井方式）的模式測(cè)量時(shí)，聲波測(cè)井的探測(cè)深度可達(dá)到10~15 m，這種遠(yuǎn)探測(cè)反射波聲波測(cè)井方法將有效的消除蝕變帶來(lái)的環(huán)境影響，真實(shí)地反映地層信息。

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Discussion on the Environment Influence and Correction Method of the Acoustic Logging Curve in Loose Formation

CUI Lin, SUN Jiangtao, ZHAO Liuqing, SUN Xingyan, YANG Ning
（Well Logging Company, Shengli Petroleum Engineeing Corporation Ltd., SINOPEC, Dongying Shandong 257096, China）

Abstract：The acoustic velocity logging has become a link between the log data and the seismic data. It is very important to eliminate effectively the influence of borehole environment because the influence of logging environment on sonic logging is very great. In this paper， the discussion is mainly about the influence of borehole environment on acoustic logging， and the correction method for environmental influence， especially the influence of mud immersion. The purpose to do this is to obtain the acoustic velocity of the undisturbed formation.

Keywords：loose formation； acoustic log； influence of borehole； correction method

中圖分類號(hào)：P631.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.01.070

文章編號(hào)：1008-2336（2016）01-0070-04

收稿日期：2015-11-12；改回日期：2016-01-13

第一作者簡(jiǎn)介：崔琳，女，1981年生，本科，工程師。2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)。主要從事測(cè)井解釋與方法研究工作。E-mail：selina-clin@163.com。