馬修剛,周軍,蔡文淵,王偉,于偉高,曹先軍,孫佩

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710077;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司 華北分公司，河北 任丘 062550;3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 華北油田分公司，河北 任丘 062550)

0 引言

陸相碎屑巖沉積盆地對(duì)我國(guó)石油天然氣行業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn)，隨著國(guó)家對(duì)國(guó)內(nèi)油氣依存度提高，石油缺口近幾年連續(xù)攀升，對(duì)一些埋藏深、斷層裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向變化大等復(fù)雜的油氣勘探力度進(jìn)一步加大。冀中坳陷是我國(guó)潛山油氣勘探的發(fā)祥地，區(qū)內(nèi)潛山型油氣藏為主要油氣藏，占已發(fā)現(xiàn)油氣藏儲(chǔ)量的55%以上[1]。河西務(wù)潛山位于冀中廊固凹陷東部，是由河西務(wù)主斷層控制的呈北東向展布的一個(gè)大型壘塊山。巖性主要為白云巖、灰?guī)r和巖溶角礫巖?；?guī)r和白云巖都是低孔、超低滲儲(chǔ)層，不經(jīng)過(guò)酸化、壓裂等儲(chǔ)層改造，難以獲得工業(yè)產(chǎn)能[2-3]。

隨著碳酸鹽巖油氣藏的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽巖儲(chǔ)層識(shí)別變得越來(lái)越重要。地震勘探橫向上能探測(cè)較大尺度的地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)數(shù)十米裂縫等小型地質(zhì)構(gòu)造以及裂縫延展特征等無(wú)法給出定量參數(shù)描述[4-6]。雖然測(cè)井技術(shù)在不斷進(jìn)步，由于碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，橫向變化大，常規(guī)測(cè)井方法對(duì)裂縫的井外延伸情況以及井旁是否存在隱蔽型儲(chǔ)層難以給出答案。反射波成像技術(shù)[1]通過(guò)對(duì)陣列聲波或遠(yuǎn)探測(cè)聲波測(cè)井中反射波信息提取處理，得到井旁縫、洞等構(gòu)造反射特征，探測(cè)尺度介于地震與常規(guī)測(cè)井方法之間，該方法能評(píng)價(jià)裂縫延伸及發(fā)現(xiàn)井旁隱蔽型縫洞儲(chǔ)層[7-9,1]。反射波成像技術(shù)是基于縱、橫波反射信息提取和偏移成像的處理技術(shù)，其中偶極橫波反射成像利用正交偶極聲波測(cè)井資料處理實(shí)現(xiàn)井旁縫洞成像，提供井眼外數(shù)十米范圍內(nèi)的裂縫走向、傾角和延伸信息，較地震成像精度更高。該技術(shù)能對(duì)早期采集的陣列聲波資料進(jìn)行處理應(yīng)用，提高資料應(yīng)用附加值，實(shí)現(xiàn)降本增效?？v波徑向速度成像利用聲波走時(shí)反演得到近井縱波速度變化剖面，提供儲(chǔ)層及巖石脆性變化信息，結(jié)合反射波成像提供了一項(xiàng)能更有效指示儲(chǔ)層可改造性的評(píng)價(jià)方法。該項(xiàng)技術(shù)適用于砂泥巖、碳酸鹽、頁(yè)巖等多種類型地層，在華北潛山碳酸鹽巖油氣勘探及儲(chǔ)層改造應(yīng)用，取得明顯應(yīng)用效果[10]。

1 縱波徑向速度成像

Brian E于1992年提出了一種利用聲波折射原理,通過(guò)層析成像方法處理多接收聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，可以構(gòu)建出連續(xù)深度上聲波慢度二維圖譜[11]。Zeroug S等人[12]2006年詳細(xì)闡述了要獲取較好的縱波徑向速度剖面，需要相對(duì)長(zhǎng)的源距及更多的接收陣列。該方法能指示鉆井后，井筒徑向地層是否發(fā)生蝕變。同年，Valero H P等人[13]應(yīng)用該技術(shù)評(píng)價(jià)地層，并結(jié)合常規(guī)、電阻率以及MDT等測(cè)井資料，評(píng)價(jià)徑向地層變化以及引起變化的原因，為完井提供指導(dǎo)。

基于縱波折射的徑向速度反演方法流程如圖1。當(dāng)?shù)貙哟嘈暂^高時(shí)，鉆井會(huì)導(dǎo)致井壁附近地層破碎，聲波徑向速度在破碎地層，會(huì)出現(xiàn)速度變化。由此，可通過(guò)聲波徑向速度變化指示儲(chǔ)層可壓裂性。

圖1 縱波徑向速度反演流程Fig.1 Inversion process of P-wave velocity variation

2 偶極源反射波成像技術(shù)

一方面，單極聲源縱波反射波的一般主頻為10 kHz左右，由于頻率相對(duì)較高，在地層中傳播時(shí)，衰減的更快，對(duì)于井旁較遠(yuǎn)處的構(gòu)造，經(jīng)過(guò)構(gòu)造反射回來(lái)的反射波幅度幾乎沒(méi)有或者湮沒(méi)在噪聲里。另一方面，由于井筒尺寸和儀器尺寸的限制，頻率很難降到更低。單極聲源條件下若想獲得井旁反射構(gòu)造的方位信息，需要多個(gè)方位接收站獨(dú)立接收，單方位聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)通常包含多個(gè)接收站數(shù)據(jù)，在加上方位接收測(cè)量，數(shù)據(jù)量會(huì)成倍增加，在相同傳輸速率條件下，會(huì)大幅降低測(cè)井作業(yè)速度，從而提高作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。為此，唐曉明等[14]提出利用正交偶極橫波的新型反射波成像技術(shù)。相對(duì)于單極源反射成像技術(shù)，正交偶極橫波反射具有如下優(yōu)勢(shì)：

圖2 單偶極聲源激發(fā)波形隨傳播距離衰減關(guān)系Fig.2 Attenuation change with propagation distance of Monopole and Dipole source

1)偶極發(fā)射源由兩組位于儀器軸向相同高度，互相垂直的片狀陶瓷片組成，陶瓷片整體組成呈“口”字型，輻射中心頻率為2.5 kHz的彎曲波，相對(duì)單極聲源，偶極聲源激發(fā)頻率更低，衰減更小。故而偶極聲源輻射聲場(chǎng)具有更遠(yuǎn)的徑向傳播距離，能對(duì)井旁更遠(yuǎn)處的構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)。

2)分析井孔中的單、偶極聲源遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特征，與單極聲源相比，偶極聲源在垂直平面內(nèi)具有更寬的角度覆蓋范圍，意味著有更多可能接收到來(lái)自不同方位上構(gòu)造反射回來(lái)的信號(hào)。

3)儀器測(cè)量，由于電纜的扭力，儀器會(huì)在井中旋轉(zhuǎn)，結(jié)合連斜儀器記錄的陣列聲波儀器的X分量方位角，利用正交偶極四分量正交方位接收的特性，通過(guò)對(duì)比不同角度的成像構(gòu)造反射能量，即可確定構(gòu)造反射來(lái)自哪個(gè)方位。

2.1 偶極橫波反射成像處理

偶極橫波反射成像方法為利用正交偶極橫波測(cè)井儀研究井旁地質(zhì)構(gòu)造建立了理論基礎(chǔ)。本文基于該理論基礎(chǔ)，利用LEAD偶極橫波反射成像處理軟件中多方位成像處理與構(gòu)造解釋等特色處理解釋模塊進(jìn)行了應(yīng)用。

2.2 多方位成像處理

多方位成像包括方位合成、直達(dá)波壓振、反射波提取、上下行波合成等步驟。多方位合成基于水平偏振的橫波(SH波)計(jì)算方程：結(jié)合儀器記錄的正北方位即可計(jì)算特定方位的反射波能量:

SH=xx·cos2φ-(xy+yx)·sinφcosφ+yy·sin2φ

其中:xx、yy表示同向分量波形，xy、yx表示交叉分離波形，φ表示成像方位與xx同向分量夾角。

反射波提取采用中值濾波、偏移疊加等多種信號(hào)處理方法將反射波從包含直達(dá)波的全波波列中分離出來(lái)，根據(jù)不同的同向軸，分離得到上行、下行反射波，同時(shí)基于給出的標(biāo)定井段實(shí)現(xiàn)直達(dá)波頭波抑制，減少直達(dá)波的震蕩周期提高反射波信噪比[15]。上下行波合成后，偏移成像在頻率—波數(shù)域?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行偏移處理，再通過(guò)二維傅里葉反變換將偏移后的反射體位置映射到空間域上，將時(shí)間域成像結(jié)果轉(zhuǎn)換到深度域，反映構(gòu)造的徑向位置。

2.3 構(gòu)造解釋

構(gòu)造解釋工具提供深度成像過(guò)井軸切片和井周成像垂直井周切片聯(lián)合分析功能，過(guò)井軸切片提供特定方位成像圖， 通過(guò)該視圖能確定構(gòu)造所在的深度范圍；結(jié)合垂直于井軸切片，提供軸向不同徑向深度能量分布，通過(guò)該視圖能確定反射波能量最強(qiáng)方位，從而確定構(gòu)造傾向。結(jié)合交互分析功能，對(duì)構(gòu)造成像軌跡進(jìn)行勾畫(huà)，提取構(gòu)造的延伸長(zhǎng)度、傾角、傾向等產(chǎn)狀參數(shù)(圖3)。結(jié)合井眼軌跡數(shù)據(jù)，能在三維空間展示構(gòu)造在井周的分布。

圖3 反射構(gòu)造特征提取Fig.3 Occurrence extraction of Structure

3 應(yīng)用實(shí)例

華北油田河西務(wù)潛山成藏條件復(fù)雜，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向變化較大，區(qū)域裂縫分布及走向不清晰，勘探開(kāi)發(fā)難度大。其中AT1X井，第1次完鉆測(cè)井底深度5 100 m，利用偶極橫波反射成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)5 100 m附近裂縫向下仍有延伸，綜合斯通利波反射及微電成像裂縫顯示，5 100 m深度附近儲(chǔ)層裂縫均比較發(fā)育。綜合其他錄井氣層等信息后加深300 m后二次完井，再次應(yīng)用偶極橫波反射成像處理，5 100 m處兩組不同傾角的裂縫組向下延伸40多米，發(fā)現(xiàn)井旁存在大量裂縫組。

針對(duì)完井陣列聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，進(jìn)行縱波徑向速度成像處理，顯示井壁附近均存在縱波速度變化，說(shuō)明鉆井過(guò)程導(dǎo)致井壁巖層破碎，指示儲(chǔ)層脆性較好[16]，有利于儲(chǔ)層改造。5 065.2～5 203 m，酸化壓裂后日產(chǎn)氣40.9萬(wàn)m3，日產(chǎn)油71 m3(圖4)，截至2017年6月，累計(jì)產(chǎn)氣1 993×104m3，產(chǎn)油 6 807.47 m3。

圖5中第五道為縱波徑向速度成像，顏色接近紅色的標(biāo)示縱波速度變化大，接近藍(lán)色標(biāo)示縱波速度變化小。第六道為偶極橫波提取井旁構(gòu)造產(chǎn)狀信息，黑線標(biāo)示裂縫軌跡，與水平線夾角標(biāo)示構(gòu)造傾角，圓圈中主箭頭指示構(gòu)造的方位。

圖4 AT1X一次完井與二次完井井偶極橫波反射成像對(duì)比Fig.4 Contrast of dipole shear wave reflection imaging between first run and the second of well AT1X

圖5 AT1X井2次完井偶極橫波反射與縱波徑向速度成像綜合圖Fig.5 Reflective wave imaging and P-wave velocity variation result of well AT1X

應(yīng)用該方法對(duì)河西務(wù)潛山后續(xù)3口井處理分析(圖6,圖7)：相對(duì)AT1X井，井外裂縫發(fā)育程度相對(duì)較弱，且縱波徑向速度成像指示井壁可改造性也相對(duì)差。

處理分析4口井分別試油產(chǎn)液及綜合偶極橫波反射成像與縱波徑向速度成像處理分析結(jié)論情況如表1。根據(jù)試油統(tǒng)計(jì),產(chǎn)液數(shù)據(jù)與處理結(jié)論有較好的對(duì)應(yīng)性，井旁裂縫發(fā)育且可改造性較強(qiáng)的儲(chǔ)層，獲得了較好的產(chǎn)液。

圖6 AT2X(左)、AT3井(右)偶極橫波反射與縱波徑向速度成像綜合圖Fig.6 Reflective wave imaging and P-wave velocity variation result of well AT2X and AT3

圖7 AT4X井偶極橫波反射與縱波徑向速度成像綜合圖Fig.7 Reflective wave imaging and P-wave velocity variation result of well AT4X

表1 處理結(jié)論及試油數(shù)據(jù)Table 1 Logging interpretation conclusion and oil test data

4 結(jié)論

1)偶極橫波反射成像具有井旁10 m以外裂縫、斷層等構(gòu)造探測(cè)能力，通過(guò)產(chǎn)狀解釋能獲取裂縫的井外延展定量參數(shù)。結(jié)合微電阻率成像測(cè)井結(jié)果，可在井壁裂縫準(zhǔn)確定量描述的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展裂縫在三維空間的延展信息，更全面地評(píng)價(jià)非均質(zhì)性儲(chǔ)層有效性。

2)徑向速度成像能指示井筒近井儲(chǔ)層改造潛力，再結(jié)合橫波反射成像反映的井旁儲(chǔ)層信息，能有效提高儲(chǔ)層勘探開(kāi)發(fā)效果。

3)偶極橫波反射成像技術(shù)能利用已經(jīng)采集的老的陣列聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)測(cè)井方法不能發(fā)現(xiàn)的井旁隱蔽儲(chǔ)層，結(jié)合聲波徑向速度成像提供的儲(chǔ)層可改造性，提高單井利用率，為已經(jīng)關(guān)?；驔](méi)有產(chǎn)量井提供再度產(chǎn)生工業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的可能。