交叉偶极子横波测井在杭锦旗地区的应用

交叉偶极子横波测井在杭锦旗地区的应用
赵景
【摘要】交叉偶极子横波测井是目前世界上一种先进的声波测井仪器,能够记录全波列波形和交叉偶极波形,从而得到地层纵横波时差、储层各向异性等信息,结合常
规测井的其它信息,能够更为精确地评价储层性质,为工程应用提供重要参数.本文阐述了交叉偶极子横渡测井的原理和在杭锦旗地区的应用情况,在实际应用中,交叉偶
极子横波测井能够较好地识别裂缝和地应力,在识别气层方面也有较好的效果.
【期刊名称】《工程地球物理学报》
【年(卷),期】2014(011)005
【总页数】4页(P655-658)
【关键词】杭锦旗地区;交叉偶极子横波测井;识别裂缝;识别气层
【作者】赵景
【作者单位】中国石化华北石油工程有限公司测井分公司,河南郑州450000
【正文语种】中文
【中图分类】P
1 引言
杭锦旗地区构造上位于鄂尔多斯盆地伊盟北部隆起带，属于低孔、低渗、低产气藏，构造极不发育，以地层、岩性类圈闭为主，主要为近源特征的冲积扇-河流相沉积
组合，后期成岩作用影响较大，造成储层孔隙结构复杂，非均质性强，有效储层识
别存在较大困难。

受构造幅度、岩性和物性的限制，气水分异程度差，气水层测井响应特征差异不明显，导致储层流体识别困难,气层识别难度大。

本文利用交叉偶
极子横波测井资料，对杭锦旗地区进行储层性质评价和气层识别[1]。

2 交叉偶极子横波测井原理
单极子源一般是圆管型的换能器以轴对称方式沿径向振动(膨胀或缩小)，单极子声源在井孔中激发起以地层纵波为首波、横波和斯通利波的全波列。

但在软地层井眼中单极子声源只能激发起纵波和斯通利波而不能激发起地层横波模式。

地层各向异性的强弱影响横波的传播，当横波在各向异性地层中传播时，会分离成快、慢横波，快横波沿各向异性最大方向传播，各向异性越强，快慢横波的幅度相差越大。

偶极子阵列声波测井仪最显著的不同就在于它所使用的声波探头的振动方式与以往的声波测井仪器的探头的振动方式不同，因而它在井孔中激发的声波模式与对称声源激发的声场不同。

这种探头可以看成一个振动圆管在中间分为声电隔离的两部分，这两部分的振动位相相反，其振动效果相当于一个作弯曲振动的平板[2]。

交叉偶极声波测井声系由发射和接收两大部分构成(图1)，发射部分由一个单极换
能器、两个偏振方向互相正交且位于同一深度的偶极子换能器(分别称为XX偶极
子和YY偶极子)组成。

接收部分由8组接收阵列构成,每组有4个接收器分别为A、B、C、D正交排列，共32个接收器,同一深度接收器共记录96个波形，其中有
32个单极波形和64个偶极波形。

交叉偶极声波仪器有四种工作方式：分别是X发射Y接收；X发射X接收；Y发
射X接收和Y发射Y接收。

偶极子源在软地层井孔中激发起以绕曲波为主的波列，利用绕曲波可以计算软地层横波的速度，解决了横波不能在软地层传播的问题。

图1 正交偶极子声系结构示意Fig.1 The sonic system structure of orthogonal dipole
3 应用实例
利用交叉偶极子横波测井资料对镇泾油田延长组开展应用研究。

3.1 地层各向异性分析
各向异性是指地层物理性质在不同的方位上存在差异。

地层的层界面、裂缝、椭圆井眼、地应力等因素都可能产生各向异性。

各向异性地层中存在相互正交的快横波面和慢横波面, 当一束横波信号入射到各向异性地层时, 就分裂成沿快、慢波面传
播的快、慢横波[3]，快横波沿着各向异性最大的方向传播。

确定快横波的传播方位，就可以地层各向异性的方位，各向异性越强，快慢横波幅度相差越大。

在裂缝不发育的地层，地层的各向异性主要是由地层应力不均衡引起的。

此时，各向异性的大小代表着现今最大、最小水平主应力差的相对大小，各向异性的方向指示地层最大、最小水平主应力的方向[4]。

在裂缝发育地层，速度的各向异性主要是由裂缝系统引起的，此时地层各向异性方向代表裂缝的走向。

利用各向异性地层快慢横波分离特性，可以识别镇泾油田延长组的最大水平地应力方向。

图2为镇泾油田锦X1井交叉偶极子横波测井处理成果图，该井的电成像测井显示在1737.5～1740m处有两条垂直裂缝，在交叉偶极子横波测井处理成果图对应深度处，可以看到，快慢横波在裂缝发育段有明显的分离，同时各向异性也是最强的，在全波列波形上可以看到明显的人字形波纹，这是裂缝发育段声波能量的衰减的结果。

裂缝不发育地层的各向异性主要是由地层应力不均衡引起的。

其中快横波方位代表了最大水平主应力的方向，在1740～1750m处，快横波的方位就代表了该
段最大水平主应力的方向。

该段最大水平主应力方向为北东-南西向。

声电成像资料也可以识别地应力方向，但声电成像主要是利用井眼崩落和诱导缝识别地应力方向，在井眼没有崩落及诱导缝不发育的井段，无法识别地应力方向，而
交叉偶极子横波测井利用地层应力的不均衡就可以识别地应力方向。

因此，交叉偶极子横波测井是识别地应力方向的一种较好的方法。

图2 锦X1井交叉偶极子横波处理成果Fig.2 The processing results of orthogonal dipole of well JinX1
3.2 岩石弹性力学参数计算
岩石弹性力学参数是岩石力学参数的反应，主要包括杨氏模量、泊松比、体积模量、剪切模量、出砂指数、裂缝系数、拉梅系数等，是制定钻井、完井与油气田开发方案和施工措施的重要依据[5]。

在常规测井中，由于很难得到地层的横波信息，难
以准确求出岩石弹性力学参数。

交叉偶极子横波测井利用交叉偶极子源有效的解决了软地层的横波测量问题[6]，能够得到地层中的横波信息，用来计算岩石弹性力
学参数。

主要弹性力学参数计算公式如下：
泊松比：
杨氏模量：
×9.299×107
剪切模量：
体积模量：拉梅系数：
其中：ρ为体积密度，Δtp为纵波时差，Δts为横波时差。

图3为锦X2井1760～1820m段的岩石力学参数成果剖面图。

所选层段岩性为深灰色泥岩、粉砂质泥岩，顶部夹薄煤层。

从图上可以看出，在部分煤层及泥岩段显现出扩径现象，扩径井段的弹性模量、抗压强度、抗张强度及内聚力等参数与未扩径井段相比降低。

该层段静态弹性模量均值为22.883GPa，静态泊松比均值为
0.241，抗压强度均值为159.696MPa。

3.3 识别气层
在其它地层条件相同的条件下，声速的快慢取决于岩石的骨架类型和流体性质及其含量的多少。

当储层孔隙中含气时，纵波速度将会降低，但对横波速度影响很小。

随着含气饱和度的增加，纵横波速度比将会相应的降低[7]。

图3 锦X2井岩石弹性力学参数处理成果Fig.3 The processing results of rock elastic mechanics parameters of well JinX2
泊松比与孔隙度和沉积物固结程度有关。

未固结的、浅互相沉积以及盐水饱和的沉积物一般有较大的泊松比；高孔隙盐水饱和砂岩的泊松比稍小一些；高孔隙气饱和砂岩的泊松比相对较低。

因此，利用纵横波速度比和泊松比可以用来识别气层。

要得到纵横波速度比和泊松比需要提供地层横波速度，由于横波在软地层中不能传播，常规测井无法提供地层横波信息。

交叉偶极子横波测井能够提供提供横波信息，得到地层的纵横波速度比和泊松比。

利用杭锦旗地区的交叉偶极子横波测井资料计算出纵横波速度比和泊松比，建立二者之间的交会图。

锦X3井是杭锦旗区块的一口探井，太原组常规测井资料气层特征不明显，利用纵横波速度比与泊松比交会图对气层进行判别。

从图4可以看到锦X3井纵横波速度比为1.72，泊松比为0.185，数据点落在气区，根据图版判断，该段应解释为气层，测试结果显示该井太原组3163～3170m储层日产气3.2×104m3/d，不产水，为纯气层，测试结果与利用图版解释结论相符。

图4 杭锦旗地区太原组纵横波速度比与泊松比交会Fig.4 The crossplot of VP/VS and Poisson's ratio of Taiyuan formation
4 结语
1)杭锦旗地区为低孔低渗低产气藏，气水分异程度不高，利用常规测井进行储层评价和气层识别难度较大。

交叉偶极子横波测井能够提供地层横波信息和全波列信息，
可以更准确地评价储层和识别气层。

2)横波在各向异性地层会产生快慢分离现象，根据快慢横波分离的方位和幅度可以识别裂缝和地应力，结合其它测井资料能够更好地对储层进行评价。

3)利用纵横波速度比和泊松比交会图版能够很好的识别气层，但是由于目前该区交叉偶极子横波测井资料较少，图版还需要在勘探开发中进一步完善。

4)岩石动静态岩石力学参数存在差异，测井测量的岩石弹性力学参数是动态弹性参数，而岩石的静态弹性力学参数需要岩石力学三轴实验进行测定，目前该区缺少此类试验，无法建立岩石动静态岩石力学参数之间的转换。

参考文献：
[1] 俞军,黄宝华.交叉偶极声波阵列测井在海拉尔油田的应用[J].国外油田工
程,2007,23(9):44～46.
[2] 张峰,张海忠,陈颖杰,等.偶极横波测井原理与应用[J].西部探矿工
程,2011,1(6):64～70.
[3] 赵全胜,交叉偶极子声波成像测井技术及应用[J].应用天地,2008,27(4):48～52.
[4] 李国军,孙灵芬,廖鸿龙,等.正交偶极声波测井在鄂尔多斯盆地变质岩储层中的应用[J].测井技术,2007,4(31):358～360.
[5] 贺顺义,师永民,谢楠,等.根据常规测井资料求取岩石力学参数的方法[J].新疆石油地质,2008,5(29):98～100.
[6] 丁世村.偶极横波资料在低孔低渗储层改造中的应用[J].工程地球物理学
报,2010,7(6):704～709.
[7] 杨双定,赵建武,唐文江,等.低孔隙度低渗透率储层气层识别新方法[J].测井技术,2011,1(12):64～68.。