利用阵列声波测井技术精细评价压裂缝高度的方法及应用

利用阵列声波测井技术精细评价压裂缝

高度的方法及应用

摘要：以往，常规压裂监测技术进行压裂效果监测，但在实际应用过程中均

表现出压裂层段定位不准、环境污染等局限性。目前非常规油气勘探主要应用微

地震监测技术进行压裂效果监测，该技术主要通过在邻井中（或地面）布设检波

器来监测压裂井在压裂过程中诱发的微地震波来描述压裂过程中裂缝生长的几何

形状和空间展布，能够实时提供压裂施工过程中产生裂隙的高度、长度和方位角

等信息。然而，由于海上作业成本的限制，微地震技术无法用于海上压裂效果评价。因此，海上压裂裂缝高度的评价主要利用正交偶极子声波各向异性技术，该

技术主要通过对比压裂前、后横波分裂程度来评价裂缝高度。

关键词：阵列声波测井技术；精细评价；压裂缝高度

引言

阵列声波测井技术随着20世纪90年代斯伦贝谢公司推出DSI偶极子横波成

像仪，西方阿特拉斯公司推出MAC多极子声波测井仪开始大规模应用，是进行地

质研究及储层评价的重要手段。阵列声波资料富含丰富的信息，最开始针对阵列

声波测井资料只是对纵、横波时差精确提取方面的应用，到后来斯通利波在裂缝

评价及渗透率分析方面显著作用，交叉偶极横波在地应力分析和裂缝预测方面有

独特的应用，随着研究的深入和技术的进步，人们开始对一些次一级的声波信号

进行开发利用，利用反射波信息对井旁地质体进行成像，声波频谱的信息也被应

用与进行裂缝有效性方面的评价。然而在储层评价方面阵列声波资料应用的程度

还不够深入，本文介绍了近年来开发的纵波频散谱技术、斯通利波能量衰减技术、远探测声波二次成像技术三种阵列声波测井最新的处理技术，并重点探索了这三

种技术在四川盆地缝洞型碳酸盐岩储层解释评价中的应用，为测井评价及油气勘

探开发提供了更多元化的评价技术。

1.声波测井仪器

声波测井仪器一般都由发射声系、接收声系和信号处理系统组成并进行协调

工作。目前为减少测井解释的不确定性，现代仪器多采用多信息融合的方法，并

向大规模复杂阵列化方向发展，极大地增加了声系组装、调试和维修的难度与复

杂度。例如方位远探测反射声波测井仪器，有源发射声系内包含6个单极发射换

能器及8个偶极发射换能器，有源接收声系中含有80个声波接收换能器及相应

的数据采集处理通道，应用传统方法工作难以进行。阵列化声系的有效性和一致

性影响测量的精度和可信度，直接决定测井作业的成败，井下高温高压环境对阵

列化声系的稳定性和可靠性也提出了很高的要求。为了方便测试阵列化声系的性能，提高声系组装调试和维修诊断的科学性和效率，需要研发专门的声系测试设备。

2.我国声学测井技术的主要技术特点

随着我国的信息技术在不断的发展，在我国的声学测井当中越来越多的信息

技术以及信息理论在声学测井当中进行应用。现代化的声学测井技术在下井当中

能够对地层当中的不同波进行多测的测量，有助于对岩层的实际密度、岩层数据

参数等不同的方面进行多样化的数据搜集，更好的对地层当中的元素、特性等进

行广泛的搜集，及时的搜集在矿井当中的不同的参数资料。通过对我国的现代化

的声学测量仪器进行分析可以得知，在测量的过程当中能够及时的对油井当中的

纵波、横波、斯通立波进行更加精确化的技术分析，更好的测量岩石当中的不同

的数据参数，并根据地层当中的主要的信息参数对油井的实际质量进行判断。

3.脆裂指数计算原理

钻井、压裂过程会导致井壁岩石扩容，这时岩石弹性波速（包括纵波和横波）明显降低，应用纵波走时可以对井壁附近的径向速度变化进行层析成像，进而可

以评价近井壁压裂效果，该技术已在致密储层压裂效果评价中取得了一定的应用。近年来，通过进一步研究，可压裂性好的岩石更容易起裂，脆性高的岩石起裂后

产生的裂缝多，造成的波速降低愈明显。因此，可以看出岩石的脆裂性质与井壁

附近波速变化存在良好的对应关系，通过利用纵波走时层析成像技术，求取近井

壁地层波速的径向变化，然后将地层波速沿径向积分，获取岩石的脆裂指数，实

现对岩石脆裂性的定量评价。

4.多极子阵列声波测井技术原理

不同种类的阵列声波测井仪器在结构上具有一定的相似性，但工作方式存在

一定的差别。多极子阵列声波测井仪是我国使用较多的一种阵列声波测井仪，主

要由发射探头、接受探头以及隔声体组成。其中发射探头部分由4个发射源构成，接收探头部分由8个接收探头构成，隔声体即隔离在发射探头与接受探头以及外

壳之间的绝缘体，其存在使得在测井过程中避免了挠曲波的干扰，提高了测井质量。多极子阵列声波测井的模式较多，包括单极子、单极子全波、偶极子以及交

叉发射测量4种模式，针对不同的地质问题可选用对应的测量模式。当仪器采用

单极子模式时，其工作方式和常规测井仪器的工作方式一致，由上部发射探头向

井壁发射信号，下部接受探头接收经过井壁后的声波信号，4个探头可同时工作

并记录4条曲线，主要用于比对。单极子全波工作模式是由下部发射探头向井壁

发射信号，8个接收探头接收经过井壁后的声波信号，接收探头同时工作并记录

8条曲线，主要作用是提取横波、纵波及裂缝识别等。偶极子发射工作模式是:由

X发射探头向井壁发射信号，X方向及其反方向接收经过井壁后的声波信号，8个

接收探头同时工作并记录曲线，主要用于慢速地层中横波的提取。交叉发射测量

工作模式是:X、Y发射探头同时向井壁发射信号，X、Y方向及其反方向接收经过

井壁后的声波信号，8个接收探头同时工作并记录曲线，主要用于分析地应力及

裂缝的识别等。

5.远探测声波二次成像技术

远探测声波技术突破了传统测井技术探测距离的局限，对井旁地质体的探测

有独特的优势。目前针对远探测声波数据的处理最重要的步骤是反射波提取及反

射波偏移成像，反射波提取及反射波偏移成像的处理上包含了大量的数据方法及

处理参数。大量的参数造成了同一个原始数据让不同人处理最终的结果可能有较

大的差别，并且处理人员在面对全新的数据时，只能按照已有的经验对各种方法

进行选择、各种参数进行设置，由于地质体无穷的变化与组合，我们对参数的设

置相当于是“盲”操作，加之远探测声波的思路也是发现“意外”的反射体，所