基于交叉偶極子聲波和固井質量測井評價壓裂縫方法

王　猛 ，楊玉卿，張國棟，張志強，李明濤

(1.中海油田服務股份有限公司,河北燕郊 065201；2.中海石油(中國)有限公司上海分公司)

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基于交叉偶極子聲波和固井質量測井評價壓裂縫方法

王猛1，楊玉卿1，張國棟2，張志強1，李明濤1

(1.中海油田服務股份有限公司,河北燕郊 065201；2.中海石油(中國)有限公司上海分公司)

對壓裂縫高度的評價一直是評價儲層壓裂效果的核心，由于受制于海上施工時間及放射性污染等因素，傳統的井溫測井、同位素測井等評價方法無法在海上油田應用。在評價固井水泥竄層風險基礎上，過套管交叉偶極子聲波和聲波水泥膠結(SBT)固井質量測井技術相互結合，可以準確地評價海上致密儲層壓裂縫高度，從而定量對壓裂施工效果進行指導和評估。通過多口井實際應用，該技術方法效果較好，值得推廣應用。

致密儲層；交叉偶極子聲波；固井質量；壓裂縫

水力壓裂技術是目前世界上油田增產和非常規油氣田開發應用最為廣泛且最為有效的技術措施，確定壓裂后的裂縫高度是評價壓裂效果的核心內容。目前有三種陸上油氣田確定儲層壓裂縫高度的方法：一種是井溫測量方法，施工快捷、經濟、高效，但需人為判斷“拐點”[1]，精度受人員經驗影響，對壓裂縫高度的確定精度較低，對施工要求較高，不適用海上油田；第二種是同位素測井方法，可以準確檢測壓裂縫高度[2-4]，但由于放射性物質對儲層存在一定的污染，且海上油田放噴排出的液體處理困難，海上油田無法應用；第三種是注硼中子壽命檢測方法，可較準確檢測壓裂縫高度[5]，但該方法受儲層本身孔、滲特性和施工時間等因素影響較大，無法在各類型油氣田中準確、高效地評價儲層壓裂縫高度，且注硼中子壽命測井污染原因，不適用海上油田。海上油氣田不同于陸地油氣田，作業及經濟成本極高，環保要求極高，上述生產測井方法基本無法實施。目前海上低孔、滲儲層開發處于學科前沿，尚未形成有效的壓裂縫評價方法。

現有資料中提及的應用橫波測井技術對壓裂縫高度進行判斷的方法[6]，由于沒有考慮到固井水泥竄層等其它影響因素，其判斷結果不全面，具有不確定性，無法準確判斷壓裂縫高度。

本文提出一種以固井質量評價為基礎，基于交叉偶極子陣列聲波測井資料確定壓裂縫高度的技術，實現對壓裂縫高度準確檢測的目標，以滿足海上低孔滲儲層壓裂效果評價和地質油藏研究的需要。

1　過套管交叉偶極子聲波評價壓裂縫

交叉偶極橫波測井儀是由兩組相互正交的偶極發射探頭和接收陣列組成，如圖1所示。當交叉偶極橫波測井儀發射的橫波信號入射到各向異性地層時，會出現快慢橫波分裂現象。利用相關反演技術，對八組陣列接收器的偶極子橫波波形數據進行聯立求解，確定地層快、慢橫波慢度，進行地層的各向異性分析[7]。

橫波各向異性是用各向異性系數來衡量的，而各向異性系數是用快、慢橫波速度來反演計算的[8]，公式定義為：

其中s1為慢橫波慢度，s2為快橫波慢度，△s=s1-s2。

可以看出，各向異性系數值越大，表明地層裂縫或地應力非均質性越強。因此，儲層固井質量好時，套管內測量的橫波信息能較準確地反映地層的真實橫波時差[9-12]，由此可以利用該方法來評價儲層中裂縫的存在與否。當儲層未存在壓裂縫時，快、慢橫波速度一致，即各向異性系數近乎為零，儲層無明顯各向異性。而當儲層被壓裂后，沿井壁形成延伸的壓裂縫，各向異性系數值顯著增大；對比壓裂前、后聲波各向異性系數值的變化，各向異性系數差異明顯段就是裂縫存在的位置，即儲層被壓開后裂縫沿井壁延伸的高度。

圖1　各向異性地層中交叉偶極聲波測井示意圖

2　SBT固井質量測井評價壓裂縫

SBT利用推靠臂把六個滑板(圖2)推靠到套管內壁上，將管外環空向上等分成六個扇區，分別考察每一個扇區的水泥膠結狀況，實現測量的高分辨率360°全方位覆蓋。衰減率測量部分：每個滑板上都安裝一個聲波發射換能器(T)和一個聲波接收換能器(R)。滑板編號為奇數者(1、3、5)比偶數者(2、4、6)高出半個滑板長度，以便建立起螺旋狀的雙發雙收補償式套管波衰減率測量系統。

圖2　SBT固井質量測井儀示意圖

SBT測井技術利用衰減率曲線和水泥膠結圖進行固井質量評價，衰減率值越高，對應的灰度級別就越高，在水泥膠結圖上顏色越深。水泥膠結圖上最高級灰度(顏色最深)代表水泥膠結良好，最低級灰度(白色)代表水泥膠結差。假定壓裂前平均衰減率數值為k1，壓裂測試作業后平均衰減率數值為k2,通過對壓裂前后衰減率數值進行對比，如果k2≥k1，認定水泥固井未發生竄層，此后再對所述水泥固井進行交叉偶極子橫波測井，如發生竄層，不再對所述水泥固井進行交叉偶極子橫波測井。

3　應用實例

東海西湖凹陷某油氣田的A井是1口關鍵探井，在主力目的層(3949～3980m)中部3959～3 969 m射孔，之后進行加砂壓裂DST測試求產。由于壓裂改造層一般在套管中射孔進行，固井質量直接影響了壓裂效果，如固井質量較差，而壓裂規模較大時，壓裂液擊穿膠結質量差的水泥環，導致工程上竄層，對壓裂效果造成較大影響。該井壓裂作業前、后分別進行了交叉偶極子陣列聲波測井和SBT固井質量測井作業。圖3為A井壓裂前后SBT固井質量對比圖。可以看出，該井在射孔層段上下，壓裂后的SBT固井質量明顯變差，通過對比可以發現，其它井段固井質量未發生明顯變差。綜合分析認為本井未出現壓裂竄層，可以應用過套管交叉偶極聲波對壓裂縫進行檢測。

從圖4中可以看出，該井壓裂前主力目的層快、慢橫波基本重合，各向異性系數約為2%，與相鄰地層的各向異性系數無明顯差異，總體表現為地層各向異性弱，地應力不強，表明儲層無裂縫存在。而壓裂后主力目的層附近快、慢橫波分裂明顯，各向異性系數最大達15%。主力目的層段壓裂前、壓后各向異性系數差異明顯，在相同地應力的情況下，由此可以評價該井主力目的層段經壓裂測試作業后，形成了一定規模的壓裂縫，壓裂縫縱向延伸段為3 940～3 985 m，即壓裂縫高度為45 m。可見，經壓裂作業，裂縫自射孔段向上延伸19 m，向下延伸16 m，結合固井質量評價結果，認為本井壓裂作業未出現壓裂竄層，壓裂效果良好。

應用過套管交叉偶極子聲波測井和SBT固井質量測井兩種方法，在評價壓裂前后固井水泥變化的基礎上，對壓裂縫高度進行綜合評價，評價效果好。

4　結論

(1)利用傳統的測井方法評價壓裂縫高度均存在一定限制和缺點，不適合在海上油氣田推廣應用。

圖3　A井壓裂前后SBT固井質量對比

圖4　A井壓裂前后聲波各項異性對比圖

(2)過套管交叉偶極子聲波測井和SBT固井質量測井對地層無任何污染, 且測井時間不受限制，在竄層風險估計基礎上對壓裂縫高度進行綜合評價，判別準確、直觀，滿足了海上油氣田作業需求，應用效果顯著，值得海上油氣田推廣應用。

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編輯：王金旗

1673-8217(2016)05-0088-04

2016-03-23

王猛，工程師，碩士，1982年生，2008年畢業于中國石油大學(北京)石油地質專業，現從事測井及地質資料的綜合解釋評價與研究工作。

中國海油石油總公司“十二五”重大科技專項“中國近海低孔低滲油氣藏勘探開發關鍵技術與實踐(CNOOC-KJ 125 ZDXM 07 LTD)”部分研究成果。該研究成果已被授予國家發明專利“一種確定海上低孔滲儲層壓裂裂縫高度方法，專利號201410026095.4”。

TE357.1

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