斜井偶極子聲波各向異性分析及解釋

王志美，王濤（中國石化勝利石油工程公司測井公司，山東東營　257061）

斜井偶極子聲波各向異性分析及解釋

王志美，王濤
（中國石化勝利石油工程公司測井公司，山東東營257061）

目前石油勘探和采油的趨勢是鉆了越來越多的斜井、大斜度井，甚至水平井，特別是在深水儲層中。隨著勘探開發的需要，越來越多的斜井、甚至大斜度井中都進行了偶極子聲波各向異性測量。由于斜井井眼軌跡既不平行也不垂直于地層沉積面，因此，測量的各向異性是該斜井的視各向異性。本文結合井身結構分析各向異性數據，描述各向異性特征，區分應力等原因產生的各向異性，明確了井斜、方位、層界面等對地層各向異性的影響，在此基礎上可更精確的解釋地層各向異性及其地質環境特征。

斜井；聲波各向異性；井斜方位

現在，石油勘探開發的趨勢是各油田越來越多的采用斜井，甚至水平井鉆井方式，對各種儲集層進行勘探開發。與直井相比，斜井、水平井能夠和更多的垂直裂縫相交，從而可以提高泄油面積，極大的發揮儲層潛力，提高原油采收率，獲取更高的產能。大斜度井和水平井的環境不同于垂直井，主要表現在空間位置、井眼、泥漿侵入、地層的非均質性以及各向異性等方面［1］。同時，各油田期望通過各向異性測量了解更多的地層信息，但是由于斜井、大斜度井各向異性產生的原因及機理與直井有較大的不同，因而對斜井中聲波各向異性的影響因素進行分析及解釋變的尤為重要。

1　測井環境中的各向異性［2］

地球介質中的許多巖石呈現各向異性特征，如常見的沉積巖（如頁巖）各向異性。各向異性的存在使波的傳播問題變得復雜，但大多數情況下，巖石的各向異性可以用最簡單的橫向各向同性模擬。

對于地層中的鉆井來說，最常見的橫向各向同性（TI）情況有兩種：一種是橫向各向同性地層的對稱軸與井軸重合，稱VTI。另一種是環向各向異性，從井軸看出去各不同方向上的介質性質有所不同。VTI地層中的斜井或水平井常見環向各向異性。

1.1地層橫波各向異性的影響因素

造成地層橫波各向異性的原因很多，常見的大致有四類：

1.1.1地層裂縫的影響地層高角度裂縫常常引起地層各向異性，并且隨著裂縫角度的增高，各向異性變強，快橫波方位與裂縫走向一致；低角度裂縫橫波各向異性不明顯；網狀縫的無規律性，使得各向異性互相抵消，表現出較小的各向異性值。

1.1.2地層傾角的影響高傾斜地層（＞40°）一般表現為高各向異性值。低傾斜地層（＜40°）地層各向異性不明顯。

1.1.3溶蝕孔洞的影響若地層以溶蝕孔洞為主，由于互相抵消作用，一般情況下橫波各向異性不強。

1.1.4地層構造應力的影響地應力方向決定地層滲透率的方向性，直接影響油儲的開采。構造應力不均衡使橫波發生分離現象，從而形成較強的各向異性。成像上表現為誘導裂縫、應力釋放縫、井壁崩落等。快橫波方位與地層最大水平主應力方向一致。

1.2裸眼及套管井中裂縫分析［2］

正交偶極子各向異性測井的一個重要應用是對實際狀態下的地層裂縫系統進行評估和分析。井壁外與井平行或與井傾斜相交的裂縫引起井周圍橫波的環向各向異性。各向異性的強弱表明裂縫的發育程度，快橫波偏振方向為裂縫的走向。

套管井中，若套管與地層膠結良好，正交偶極子聲波測井儀可測量該地層的橫波各向異性。水壓致裂造成套管外地層產生很強的各向異性，因此，將套管井水壓致裂前后的測井數據進行比較，可得到水壓致裂的走向及裂縫延伸情況，并由此推斷現場應力場的方向。

需要指出的是，裸眼井中，若地層存在正交裂縫，該測井進行裂縫測量時可能存在一定的局限性，不能有效的進行各向異性識別。

2　斜井各向異性影響因素

斜井井眼軌跡既不平行也不垂直于地層沉積面，因此，測量的各向異性不是真正的地層各向異性，而是該斜井的視各向異性［3］。對斜井進行聲波各向異性數據解釋是相當復雜的［4］。

2.1斜井中的TI各向異性

在地層中，VTI可用Thomsen參數γ，ε和δ描述［5］。γ為橫波各向異性，ε為縱波各向異性，δ控制著VTI介質的波前面形態。入射波可分解為垂直于地層的qSV波和平行于地層的SH波。

利用Thomsen參數，VTI介質中的縱波和橫波速度可表示為以下方程［3］：

在VTI地層中，ε-δ對波的傳播特征影響很大。可分為ε＜δ，ε、δ近似，ε＞δ三種類型。SH、qSV波波速Vsh、VqSV隨井斜角變化關系圖（見圖1）。若ε、δ大小近似，當井斜從0到90°變化時，視各向異性變化不大。當ε＞δ時，各向異性在井斜小于45°時為負值，大于 45°時為正值，約45°時為零。Vsh和VqSV隨井斜角變化的特點可用來在斜井中解釋交叉偶極數據。

圖1　Vsh、VqSV與井斜角關系Figure1 Relationship between and deviation

2.2應力引起的井周各向異性

在斜井、水平井特殊井眼環境下，井眼以一定的角度鉆入地層，因此，必須考慮地層界面對測井數據的影響［6］。

地層巖石在不平衡的應力場中表現為各向異性特征［7，8］。由于砂巖比泥巖對應力敏感，所以應力各向異性一般產生在砂巖地層，泥巖層較少見。如果砂巖的各向異性是由應力引起的，快橫波方位沿最大應力方向。對于大斜度井或水平井，井周最大應力應為上覆巖層應力，且快橫波方位接近垂直或指向井眼高邊；對于大斜度井，泥巖層的快橫波方位與水平面平行。因此，由于各向異性在砂泥巖界面處的這種變化，使得快橫波方位在砂泥巖界面處呈近90°的變化。

2.3井眼方位的影響

對比快橫波方位與井眼方位、井眼高邊的關系，可以確定快橫波方位與SH波還是qSV波一致。處理解釋時，如果參照磁北極，井眼軌跡直接影響快橫波方位；如果參照井眼高邊，則不受影響。參照磁北極的快橫波方位與參照井眼高邊的快橫波方位存在約45°的差異［3］，因此需要了解快橫波方位的參照點。De and Schmitt討論了斜井選擇參照點的方案和條件［9］。

3　實例分析

3.1井斜角變化與各向異性方向的關系

P664C為一口水平井，勘探目的層為石炭系，巖性主要為安山巖和凝灰巖。該井各向異性處理成果圖（見圖2）。第一道為自然伽馬、井斜曲線，井斜范圍40°～60°。第二道為深度道，各向異性玫瑰圖，其中黃色為快橫波方位，藍色為井眼方位。第三道為各向異性大小。第四道為快慢橫波波形。第五道為各向異性成像圖。上部快橫波方位與井眼方位一致，qSV波為快橫波；下部快橫波方位與井眼方位存在約45°的夾角，SH波為快橫波。分析認為，地層構造的各向異性屬于ε＞δ情況，同時說明實測的各向異性很小不能說明地層TI各向異性很小。

3.2巖性界面對各向異性方向的影響

Y72-X1井位于某大斷層上升盤，整體上地層北傾，傾角約30°～40°，主要含油層系為石炭二疊系。該井各向異性處理成果圖（見圖3），井斜約40°。第一道自然伽馬曲線顯示上部為大段砂巖（含灰質），下部為泥巖。第六道為快慢橫波方位。從圖上可以看出，兩種巖性地層的各向異性差別較大，砂巖段各向異性較小，約0.2～2，泥巖段各向異性變大，約4～8.2，同時第五道中在砂巖界面處快、慢橫波方位角發生近90°的明顯變化。

圖3　Y72-X1井各向異性處理成果圖Figure 3 The outcome of anisotropy of Y72-X1

4　結論

（1）斜井中的交叉偶極測量通常受地層的TI特性和環境應力場影響。應力引起的各向異性主要存在于對應力敏感的巖石（如砂巖）中，TI各向異性主要存在于有規則微觀結構/礦物的巖石中（如泥巖），因此，可通過與巖性有關的各向異性的關系區分測量數據中的各向異性成因。

（2）斜井中井斜、巖性、地質環境等會對各向異性大小和快橫波變化產生影響，是各向異性數據解釋的重點。

［1］周燦燦.水平井測井解釋技術綜述［J］.地球物理學進展，2006，21（1）：152-160.

［2］唐曉明，鄭傳漢.定量測井聲學［M］.北京：石油工業出版社，2004：108-144.

［3］Tang，X.M.Acoustic Anisotropy Measurements and Interpretation in Deviated Well.

［4］Patterson，D.，and Tang，X.，2005，Pitfalls in Dipole Logging-Anisotropy：Cause of Discrepancy in Borehole Acoustic Measurement，Paper 17644，OTC annual conference.

［5］Thomsen，L.，1986，Weak elastic anisotropy：Geophysics，Soc. of Expl.Geophys.，51，1954-1966.

［6］耿尊博.大斜度井與水平井孔隙度測井曲線校正技術研究［D］.中國石油大學，2011.

［7］Tang，X.M.，and Patterson，D.，2001，Shear wave anisotropy measurementusingcross-dipoleacousticlogging：An overview：Petrophysics，42，107-117.

［8］Tang，X.M.，and C.H.Cheng，2004，Quantitative borehole acoustic methods，Elsevier Science Publishing，Inc.

［9］De，D.S.，and Schmitt，D.P.，2005，Issues with shear-wave azimuthal anisotropy in highly deviated wells，paper 17647，Offshore Technology Conference，Houston，TX，May，2005.

Acoustic anisotropy analysis and interpretation in deviated wells

WANG Zhimei，WANG Tao
（Well Logging Company，Shengli Petroleum Enginering Co.，Ltd.，SINOPEC，Dongying Shandong 257061，China）

A current trend in petroleum exploration and production is that more and more deviated/high-angle，and even horizontal，wells are drilled，especially for deep water reservoirs. With the need of exploration and development，more and more acoustic anisotropy measurements using cross-dipole tools have been made in deviated/high-angle wells.In a deviated well，the well trajectory is neither perpendicular to，nor parallel with，the formation bedding planes.Consequently，the measured anisotropy is not the true formation anisotropy，but an apparent anisotropy at a given well deviation.In this paper，we analyses the acoustic anisotropy data and described anisotropic characteristics in combination with the well bore configuration.By demarcating the anisotropy is induced by stress or other reasons，we have been clear about the affect of deviation，azimuth and bed interface.Based on this，we can interpret the characterization of formation anisotropy and its geologic environment more accurately.

deviated wells；acoustic anisotropy；azimuth

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.003

TE311

A

1673-5285（2015）01-0009-04

2014－12-03

2014－12-11

國家科技重大專項“渤海灣盆地精細勘探關鍵技術”，項目編號：2011ZX05006-002。

王志美，女（1984-），工程師，碩士，地球探測與信息技術，主要從事測井資料處理解釋方法研究工作，郵箱：jennywenna@126.com。