双侧向测井在水平井与斜井的响应特征与应用

双侧向测井在水平井与斜井的响应特征与应用
作者：姜林甫
来源：《中国科技博览》2014年第06期
摘要在直井中双侧向测井仪所发出的电流面与地层裂缝面之间的夹角，等于地层中裂缝面的倾角。

对于水平井和斜井而言，该夹角不等于地层裂缝倾角。

由于对双侧向测井响应产生影响的是该夹角，不是地层中的裂缝倾角，所以水平井和斜井的双侧向测井响应可能会出现“假象”。

本文得出这两角之间的联系，进而阐明水平井和斜井的双侧向测井曲线响应有时会出现“假象”的原因，并且认为仅根据水平井和斜井的测井响应无法判断裂缝倾角范围，还需要结合其他测井资料。

关键词斜井与水平井双侧向测井裂缝倾角电流面与裂缝面的夹角
中图分类号：TV543+.6
0 引言
对碳酸盐岩等致密脆性地层来说，裂缝不仅是决定油气储集层的关键因素，而且也直接控制着裂缝性油气藏的形成与分布，因而勘探裂缝（尤其是高倾角裂缝）的位置及产状，就成为某些区域勘探裂缝性油气藏的主要方向。

双侧向测井曲线对非均匀各向异性的裂缝性地层有明显的异常，可指示出地层中裂缝倾角的范围。

对于直井和斜度较小的井，有好多文章早已论述过。

如M. A. Sibbit 就研究了裂缝在倾角为 0°和 90°情形时的幅度差值变化，得出了这两种情形下计算单一裂缝张开度的公式；李善军等得出了三类裂缝的角度范围和反演单一碳酸盐岩裂缝性储层的裂缝孔隙度和裂缝倾角的方法；史讠哥等利用对裂缝性地层的双侧向测井进行正演研究，给出双侧向测井响应反演公式和裂缝孔隙度计算公式来估算裂缝倾角。

对于水平井和斜井中裂缝倾角的研究，则很少文章涉及到。

本文针对水平井和斜井等情况，根据FMI 成像测井资料和双侧向测井资料，着重分析在水平井和斜井的情况时测井响应会出现“假象”，并利用两角之间的关系阐明其中原因。

1 基本原理
不同倾角的裂缝引起测井响应差异的基本原因是，双侧向测井仪器采用聚焦电极系测量地层电阻率，垂直于仪器电流线的导电截面的大小影响深浅电阻率测量值的大小。

对于高倾角裂缝，深侧向测井时因为仪器的主电极发出的电流相对高倾角裂缝的导电通道，深侧向测井时的导电截面变小，使测量的深侧向视电阻率增大；而浅侧向，由于有回路电极接受主电极发出电流，使得高倾角裂缝的导电通道对浅侧向测井时的导电截面变大，使
测量的浅侧向视电阻率增大，因而出现“正差异”，即深侧向得到的电阻率大于浅侧向获得的电阻率。

对于低倾角裂缝，深浅侧向仪器的主电极发出电流所形成的视电阻率变化情况正好与上述情况相反，即出现“负差异”。

2 裂缝倾角与裂缝面 - 电流面夹角之间的关系
裂缝面法线 - 仪器轴线夹角δ，根据几何知识满足下列式子：
cos （δ） = cos （θ1） ×cos （θ2） + sin （θ1） ×sin （θ2） ×cos （φ1 - φ2）（1）其中θ，1 、φ1 、θ2 、φ2 分别为裂缝面倾角、裂缝面方位角、井斜、井眼方位角。

⑴当井为直井，即θ2 = 0°时，代入（1）式得δ=θ1 。

所以测得的夹角就是裂缝面的倾角。

⑵当井为水平井，即θ2 = 90°时，cos （δ） = sin（θ1） ×cos （φ1 - φ2），显然确定δ值还需要知道两个方位角φ1 、φ2 的值。

在其他情况下δ，由θ1 、θ2 、φ1 、φ2 及根据公式（1）求出，可见当确定了角度δ，并不能求出裂缝面倾角θ1 。

3 假象分析
在井眼、围岩等一定的前提下，对测井响应影响较大的因素是仪器发出的电流面与地层裂缝面的夹角δ。

对于水平井和斜井而言，该夹角δ不一定等于裂缝倾角α，当α值较大时δ，值较小或当α值较小时δ，值较大。

根据电流面与地层裂缝面夹角等于裂缝面法线与仪器轴线的夹角，所以即使当该法线与仪器轴线的夹角δ确定时，满足该条件的裂缝面法线并不唯一，所以裂缝面倾角不能确定，仅根据测井响应并不能确定裂缝倾角的范围，所以水平井和斜井的双侧向测井响应可能会出现“假象”，即地层裂缝倾角高的测井曲线表现为“负差异”，倾角低的反而表现为“正差异”。

4 实例
4. 1 斜井双侧向测井曲线响应特征分析
斜井成像双侧向测井资料解释图右数第一道表示裂缝倾角。

在裂缝相应处双侧向测井曲线值均减小。

在 3356 - 3358米处，此处裂缝倾角为低角度值，裂缝面 - 电流面夹角约为59°，对应的双侧向曲线呈负差异。

在3360 -3361 米处，裂缝倾角均为低角度值，裂缝面 - 电流面夹角约为 63°，此处双侧向曲线呈正差异。

4. 2 水平井双侧向测井曲线响应特征分析
平井裂缝井段的成像资料解释图在 3857 - 3858 米处的裂缝倾角约为 80°，裂缝面 - 电流面夹角约为 23°，此处双侧向曲线呈负差异。

在 5870 米附近两裂缝倾角约为81°，裂缝面 - 电流面夹角约为 61°，双侧向曲线呈正差异。

可见，当裂缝面 - 电流面夹角大于53°时，斜井中双测向电阻率显示“正差异”；反之，显示“负差异”。

实际灰岩地层的导电通道很复杂，影响灰
岩地层深浅电阻率测量值大小的因素还有储集空间中的流体类型、泥质含量等，所以可能会出现不符合上述例子的情况。

5 仪器倾斜对测量结果的影响
本文认为仪器轴线和井眼轴线一致（或平行），其实仪器倾斜在测量时两者之间存在一个夹角δ，根据几何知识，可计算得：
其中，仪器轴线与井眼轴线夹角为δ，d 为仪器直径， L 为仪器长度， D 为井眼直径。

由实际井眼（分为三种：5. 8in 、6. 0 in 和 8. 5 in）及双侧向测井仪器情况（见文献 3 ，114 页）及公式（2），可得δ值最大约为 1. 866°左右，这远小于通常认为产生正负差异的临界角。

所以在讨论裂缝性地层中双侧向测井电阻率的正负差异时，一般认为测井时仪器轴线与井眼轴线重合。

6 结论
1. 根据水平井和斜井的 FMI 成像测井资料，将其中测得的具有代表性若干个裂缝倾角，通过公式（1）转换为电流面与裂缝面间的夹角，并且对电流面裂缝面夹角与其电阻率差异进行了分析，结果如表 1 所示，该临界角大约为 53°。

在不同的区域，该临界角不同。

2. 决定双侧向电阻率正负差异的是裂缝面与电流面之间的夹角；对于水平井和斜井，利用双侧向测井正负差异来判断裂缝倾角范围具有较大的局限性，应该结合其他测井方法进行分析该问题。

参考文献：
1 ]张庚骥、汪涵明、李季，倾斜裂缝的双侧向测井响应[ C ] ，1994 年西安国际测井技术会议论文集，北京石油工业出版社，124～137
[ 2]张庚骥，电法测井[M] ，石油大学出版社，1996
[ 3]王谦、刘瑞林、胡国山，塔河油田奥陶系水平井成像测井响应特征[J ] ，江汉石油学院学报，2004 ，26 （3）：70～73
[4]仵岳奇等，用正演数值计算方法开展双侧向测井对裂缝的响应研究[J ] ，地球物理学报，2004 ，47 （2）：359～363。