摘　要：為了有效地對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層進(jìn)行測(cè)井評(píng)價(jià)，針對(duì)其非均質(zhì)性強(qiáng)、各向異性大、裂縫發(fā)育、測(cè)井解釋難度大的特點(diǎn)，中國(guó)石油渤海鉆探工程公司測(cè)井公司研發(fā)了基于遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波的成像測(cè)井技術(shù)。該技術(shù)借鑒了物探的采集技術(shù)，用測(cè)井的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)反射波的測(cè)量。在筒述遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波成像測(cè)井基本原理、儀器特點(diǎn)及采集基本信息的基礎(chǔ)上，用參數(shù)估計(jì)法對(duì)所采集的基本信息進(jìn)行分析，能有效地分離反射波和模式波，壓制噪音，并進(jìn)一步把反射波分離為上、下行反射波；還設(shè)計(jì)了典型的地質(zhì)體的模擬實(shí)驗(yàn)，確定了不同地質(zhì)體的上、下行反射波的響應(yīng)特征，從而達(dá)到以實(shí)驗(yàn)響應(yīng)特征為依據(jù)對(duì)實(shí)際測(cè)井資料進(jìn)行解釋的目的，可發(fā)現(xiàn)常規(guī)測(cè)井探測(cè)不到的儲(chǔ)集層。在塔里木盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層的實(shí)際應(yīng)用效果表明，該技術(shù)彌補(bǔ)了以往測(cè)井探測(cè)深度不足的缺陷，探測(cè)深度由原來的3m提升到10m，可以為試油決策提供科學(xué)依據(jù)，從而避免因常規(guī)測(cè)井探測(cè)深度不足而漏失油氣層。

關(guān)鍵詞：PP反射波  響應(yīng)特征  上行反射波  下行反射波  井旁裂縫  溶蝕孔洞  同相軸  塔里木盆地

Logging evaluation of carbonate reservoirs based on reflected waves

Abstract：The logging evaluation of carbonate rcservoirs is challenging due to their strong heterogeneity,significant anisotropy and well developed fractures．A remote acoustic reflection imaging logging technique is developed by the Logging Company of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited．It draws on the experiences of acquisition technologies of geophysical prospecting and realizes the measurement of reflected wave via the logging method．This paper briefly introduces the basic principles of remote acoustic reflection imaging logging，the features of the apparatus，and the basic information acquired．The analysis of the basic information by using the parameter estimation method reveals that the reflected wave and mode wave can be effectively separated，the noises can be eliminated，and the reflected waves can be further divided into downgoing and upgoing reflected waves．A simulation experiment is also designed for the typical geologic body and is used to determine the responses of the upgoing and downgoing reflected waves，so as to interpret the real logging data based on the experimental response characteristics and identify reservoir intervals invisible on conventional logs．The application in the carbonate reservoirs in the Tarim Basin indicates that the measuring depth is increased from 3m to 10m，thus to prevent oil／gas layers bypassing due to the limited measuring depth of conventional logging techniques．

Key words：PP reflection wave，response feature，upgoing reflection wave，downgoing reflection wave，well-side fracttire，dissolution cavern，event，Tarim Basin

碳酸鹽巖儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)、各向異性大，儲(chǔ)集層以基質(zhì)孔隙、溶蝕孔洞、裂縫為主，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。測(cè)井解釋難度大，而目前現(xiàn)有的裂縫識(shí)別測(cè)井方法探測(cè)深度太淺，一般在3m以內(nèi)，這只能定性給出井壁附近地層裂縫發(fā)育情況，難以了解儲(chǔ)層橫向變化或井壁裂縫向外延伸發(fā)育情況，在裂縫性儲(chǔ)集層中測(cè)井評(píng)價(jià)成果常與試油結(jié)果發(fā)生矛盾。針對(duì)這些問題，中同石油渤海鉆探工程公司測(cè)井公司白2001年開始研究遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波成像測(cè)井技術(shù)，利用聲波反射波信息來識(shí)別井旁3～10m范圍內(nèi)的儲(chǔ)層信息，彌補(bǔ)了現(xiàn)有測(cè)井方法探測(cè)深度不足的缺陷。

1　遠(yuǎn)探測(cè)聲波成像測(cè)井儀及其特點(diǎn)

如圖l所示，不論是雙發(fā)雙收的補(bǔ)償聲波、數(shù)字聲波、長(zhǎng)源距聲波還是多級(jí)陣列聲波測(cè)井記錄，都是沿井壁的滑行波，而遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波成像測(cè)井儀是以輻射到井外地層中的聲場(chǎng)能量作為入射波，探測(cè)從井旁裂縫或小構(gòu)造反射回來的反射信息^[1-8]；，通過分析探測(cè)器接收到的全波列信息，提取其中的反射波信息，根據(jù)反射波信息了解井旁儲(chǔ)集層信息。

遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波成像測(cè)井儀由2個(gè)發(fā)射探頭和8組接收探頭組成。兩組低頻、大功率相控陣發(fā)射探頭有助于聲波信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳播；每個(gè)發(fā)射探頭是由4個(gè)發(fā)射環(huán)組成，可以通過調(diào)節(jié)4個(gè)發(fā)射環(huán)的發(fā)射延遲時(shí)間控制發(fā)射角度^[2-3]，滿足不同速度地層的測(cè)井需求。

該儀器主要測(cè)量信息是縱波反射波即通常所說的PP反射波，為了后續(xù)處理及提波方便，希望記錄的PP反射波位于縱波和橫波之間，因此，在儀器設(shè)計(jì)時(shí)把發(fā)射探頭和接收探頭之間的源距設(shè)計(jì)成是可調(diào)解的。通過調(diào)節(jié)儀器的源距來實(shí)現(xiàn)不同巖性、物性、速度的地層測(cè)量的PP反射波始終位于縱波和橫波之間^[4]。

2　PP反射波的波場(chǎng)分離技術(shù)

遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波成像測(cè)井儀器采集的主要是全波信息，依次為縱波、PP反射波、橫波、斯通利波等信息，存長(zhǎng)源距及陣列聲波測(cè)井中主要測(cè)量的是縱波、橫波、斯通利波等信息，而相對(duì)PP反射波米說全波中的模式波就是“噪音”，后續(xù)處理時(shí)要采用相應(yīng)的濾波方法濾掉這個(gè)“噪音”，分離出高質(zhì)量的PP反射波，同時(shí)將上行反射波與下行反射波進(jìn)行分離，對(duì)分離后的上下行反射波進(jìn)行成像^[8-10]。

圖2顯示了傾斜地層與直井相交情況下的測(cè)井。由傾斜地層產(chǎn)生的反射波按照傳播方向可分為上行反射波和下行反射波。設(shè)地層與井的夾角是a，反射波旅行時(shí)表達(dá)式為：

式中Z是聲源到井與地層交點(diǎn)的距離；z是源距；u是地層速度，“-”和“+”分別代表儀器位于傾斜地層下方和上方的情況。

由式(1)可得到反射波的視慢度：

當(dāng)儀器位于地層下方時(shí)，檢波器接收到的反射波是下行波，此時(shí)反射波的視慢度明顯與模式波的慢度(1／u)不同。根據(jù)這種差別利用參數(shù)估計(jì)法算出模式波D，然后從波場(chǎng)數(shù)據(jù)W中減去模式波D，提取出反射波R(下行反射波)。即

式中E是復(fù)數(shù)矩陣，包含模式波傳播的指數(shù)形式，“～”表示共軛。在估算模式波時(shí)，假設(shè)反射波非常小，即‖R‖《‖D‖，因此可以忽略不計(jì)。

當(dāng)儀器位手地層上方時(shí)，檢波器接收到的反射波是上行波，根據(jù)圖3和式(2)，反射波視慢度與模式波慢度之間差異變小，此時(shí)直接用式(3)、式(4)得到的上行波將會(huì)產(chǎn)生扭曲。因此在分離上行波時(shí)采用共檢波器道集，此時(shí)上行波視慢度與模式波慢度之間差異同下行波視慢度與模式波慢度之間差異相同，這樣就可以用式(3)、式(4)來提取上行反射波。對(duì)提取的上下行反射波進(jìn)行成像得到最終的成果圖，根據(jù)上下行波成像圖就可以對(duì)井旁裂縫、孔洞進(jìn)行解釋。

3　測(cè)井評(píng)價(jià)方法

得到成像圖以后，就可以根據(jù)成像圖對(duì)井旁的反射體進(jìn)行解釋。圖像上的不同特征代表什么樣的井旁反射體呢?首先在消聲水池中做了模擬實(shí)驗(yàn)，共計(jì)做了過井壁裂縫模擬、井旁裂縫模擬、井旁溶蝕孔洞(或網(wǎng)狀縫)模擬3大類6小類共計(jì)40種模型實(shí)驗(yàn)^[11]。

實(shí)驗(yàn)過程中用2m×lm×1mm的鋼板模擬裂縫，用2m×lm×0.5m的鐵制網(wǎng)狀籠子裝上大小不等的鵝卵石模擬溶蝕孔洞，把儀器水平放入水中，保持儀器在水中靜止，模型做勻速運(yùn)動(dòng)，記錄一組數(shù)據(jù)，據(jù)此做不同類型的模擬實(shí)驗(yàn)，得到各種響應(yīng)特征。圖3是在消聲水池做的3類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌漤憫?yīng)特征圖。圖中井旁裂縫，鋼板中心位置距儀器3m，與儀器夾角為-20°(逆時(shí)針為負(fù)，順時(shí)針為正)，儀器源距為5.3m，從原始波形圖上看，反射波的傾斜同相軸非常明顯，從模型來分析這種情況只有下行波，不存在上行波，因此，在處理過程中波分離后直接進(jìn)行成像，沒有進(jìn)行上下行波分離，得到一組單邊的條帶狀同相軸，其形狀、走勢(shì)、夾角與模型基本一致，同相軸的中點(diǎn)大約為3m與鋼板距儀器的距離一致；過井壁裂縫，兩塊一樣的鋼板分別放在儀器兩側(cè)與儀器的夾角為20°，兩塊板中點(diǎn)都距儀器3m，從原始波形上看有兩組不同走勢(shì)的反射波，從理論分析這種情況會(huì)出現(xiàn)上下行反射波，對(duì)其進(jìn)行處理并雙邊成像，可以看出在上下行反射波成像圖上各有一組條帶狀的同相軸，且兩組同相軸在一條直線上；孔洞或網(wǎng)狀縫，用三角鐵焊成2m×1×0.5m的長(zhǎng)方形骨架，然后用的鐵絲網(wǎng)把6個(gè)面封好，里面裝上鵝卵石來模擬溶蝕孔洞，放置中心距儀器3m，從理論分析這種模型的反射是雜亂無章的，處理過程中在波分離完直接對(duì)其進(jìn)行了成像沒有進(jìn)行上下行波的分離，從成像圖上看呈雜亂無章的斑點(diǎn)狀。

井旁反射體基本上可以分為井旁裂縫、過井壁裂縫、溶蝕孔洞、網(wǎng)狀縫、斷層幾種情況，其中斷層反射波響應(yīng)特征與井旁裂縫或過井壁裂縫的響應(yīng)特征一致；溶蝕孔洞與網(wǎng)狀裂縫響應(yīng)特征基本一致。為此，遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波的響應(yīng)特征可以歸為3種類型：井旁裂縫、過井壁裂縫、溶蝕孔洞或網(wǎng)狀縫。在實(shí)際測(cè)井資料解釋過程中就可以依據(jù)圖3的響應(yīng)特征進(jìn)行解釋。

4　應(yīng)用效果分析

利用實(shí)驗(yàn)確定了典型地質(zhì)體的響應(yīng)特征，以該響應(yīng)特征為依據(jù)對(duì)實(shí)際井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行解釋，建立一系列的特征圖集或解釋圖版，在后續(xù)生產(chǎn)中可以用圖版對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行解釋^[12-13]。圖4是塔里木油田A井的一段碳酸鹽巖段綜合解釋成果圖。從圖中可以看出XX20～XX30m井段，成像測(cè)井在XX26m解釋一條40cm高的裂縫，孔隙度小于1.8％，電阻率大于1000W·m，綜合評(píng)價(jià)為Ⅲ類儲(chǔ)集層，開井流動(dòng)曲線呈一條直線，關(guān)井壓力恢復(fù)緩慢，壓力歷史曲線反映測(cè)試層為特低滲透性儲(chǔ)集層，僅從常規(guī)分析這類儲(chǔ)集層即使酸化壓裂也不會(huì)獲得工業(yè)油氣流。而對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)探測(cè)成像圖上可以看出在XX20～XX28m距井壁3～10m的地方發(fā)現(xiàn)反射信息比較明顯，為雙邊成像，同相軸幾乎為直線，但兩側(cè)的同相軸延長(zhǎng)線在在一條線上，裂縫角度較高，根據(jù)圖版可以評(píng)價(jià)為高角度井旁裂縫。建議中國(guó)石油塔里木油田公司勘探公司進(jìn)行試油，該建議被采納，酸壓后6mm油嘴日產(chǎn)氣l0多萬立方米、油l0多立方米。從圖5酸壓施工曲線分析，擠膠凝酸注入過程壓力平穩(wěn)上升，人造裂縫正常延伸，沒有溝通儲(chǔ)層縫、洞的跡象；再次擠膠凝酸后，壓力有明顯下降，說明溝通了縫洞系統(tǒng)。從圖6裂縫導(dǎo)流能力曲線圖上分析在裂縫延伸方向8m處遇到溶洞區(qū)，在36m處穿過溶洞區(qū)。證實(shí)遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波成像解釋是正確的。

5　結(jié)束語

遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波成像測(cè)井在徑向探測(cè)深度上是一次飛躍，其他測(cè)井儀器探測(cè)深度都不足3m，而該儀器徑向探測(cè)深度達(dá)到了l0m，能識(shí)別此范圍內(nèi)的裂縫孔洞型儲(chǔ)集層。該技術(shù)先后在塔里木、大港等油田共計(jì)61口上應(yīng)用，井旁縫洞型儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)符合率達(dá)到85.4％，其中在塔里木油田共計(jì)測(cè)井41口，符合率達(dá)到了88.2％，應(yīng)用效果良好。該技術(shù)為試油決策提供了科學(xué)依據(jù)，為油田的增儲(chǔ)上產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。

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本文作者：肖承文  王貴清  吳興能  文得進(jìn)  汪德剛

作者單位：中國(guó)石油塔罩木油田公司勘探開發(fā)研究院

  中國(guó)石油渤海鉆探工程公司測(cè)井公司

  中國(guó)石油塔里木油田公司