MPAL多極子陣列聲波測井在二連油田開發(fā)中的應用

朱愛民，熊孝云，叢培棟，田文新，陳金宏

（1.中國石油大學地球資源與信息學院，山東東營257061；2.中國石油集團測井有限公司華北事業(yè)部，河北廊坊065007）

0 引 言

MPAL多極子陣列聲波測井儀經(jīng)過在二連油田4個凹陷4口井6井次的測井，證實儀器性能可靠，測井資料信息豐富。經(jīng)處理提取的縱波、橫波、斯通利波等曲線和參數(shù)，在為二連油田儲層油氣解釋，評價裂縫方向、巖石各向異性、巖石強度特性、壓裂效果以及鉆井、完井施工、采油工藝設(shè)計等方面，發(fā)揮了極其重要的作用。

1 利用MPAL資料進行地質(zhì)分析

通過對MPAL儀器測量的地層單極、偶極子陣列波形數(shù)據(jù)處理，獲取地層縱橫波慢度、斯通利波慢度等信息。通過其單極、偶極子波衰減還可提供地層各向異性及方向性、裂隙密度及排列方向、地層水平主應力方向等其它地層特征參數(shù)。

1.1 測井地質(zhì)概況

二連油田進行MPAL測井4口6井次，井號為A、B、C和D，井位位于二連油田不同區(qū)塊，分別為阿爾凹陷、賽漢塔拉、巴音都蘭和吉爾嘎郎圖，資料具有一定的代表性。其中A和B為裸眼井，A井巖性為砂礫巖，巖石顆粒成分為花崗巖；B井巖性為灰?guī)r，且為小井眼（152mm鉆頭）；C和D為套管井，分別于壓裂前后測量。

1.2 識別地層巖性

根據(jù)聲波時差曲線可以劃分不同的巖性地層。研究表明，不同巖性對橫波速度的影響遠遠大于對縱波速度的影響，測井中往往采用橫縱波比值來區(qū)分巖性。圖1是D井壓裂前MPAL測井提取的橫縱波資料，測量段巖性為砂礫巖、白云質(zhì)粉砂巖和泥巖。從圖1中反映巖性不同，縱橫波比值差異明顯（見表1）。

1.3 識別地層裂縫和含氣層

圖1 MPAL測井巖性識別圖

表1 不同巖性橫縱波比值響應特征

在灰?guī)r等裂縫性地層，當裂縫角度較高時，井眼擴徑不明顯，雙側(cè)向呈正幅度差，縱波慢度反映孔隙度較低，常規(guī)測井曲線要劃分裂縫有效厚度難度很大。在MPAL陣列聲波中，由于斯通利波是沿井壁產(chǎn)生，因地層與井中流體的相互作用引起井壁扭曲形成，能直觀反映地層裂縫的滲透特性。此外，高角度縫對橫波慢度影響較大，MPAL測井可測得地層快慢橫波慢度資料，反映出其各向異性的細小變化。圖2是B井的MPAL測井裂縫識別圖。從圖2明顯看出，快橫波各向異性圖反映的裂縫厚度遠遠大于常規(guī)測井所劃分的裂縫厚度，第1、2和3號層被高角度縫溝通，第1、2和4號層斯通利波能量衰減，反映裂縫發(fā)育較好。

當儲層含氣時，縱波幅度能量衰減、慢度增大或有周波跳躍。圖3為A井的MPAL測井含氣識別圖。圖3反映，60、61、63號層縱波慢度增大、幅度衰減明顯，屬明顯含氣特征；圖3中62號層常規(guī)測井解釋為油水層（含氣），陣列聲波無含氣指示；63號層常規(guī)測井解釋為致密層，陣列聲波反映該層下部含氣，故解釋為致密層（含氣）。

1.4 分析巖石機械特性

通過測量聲波的速度與能量來反求地層的巖石力學特性參數(shù)，評價巖石強度。此外，結(jié)合密度測井等曲線，計算出上覆巖層壓力、徑向壓力、周向壓力、坍塌壓力、巖石破裂壓力、最大最小主應力以及出砂指數(shù)等參數(shù)。利用這些參數(shù)可以進行井壁穩(wěn)定性研究，為鉆井設(shè)計算最佳泥漿比重、壓裂施工方案設(shè)計，以及完井工藝和方法設(shè)計等。如在水平井中，井壁上覆巖層壓力會造成井壁不穩(wěn)定，井壁垮塌，因此水平井裸眼完井時的生產(chǎn)壓差必須控制在巖石抗壓強度的1／3至1／2，才能保證長期生產(chǎn)穩(wěn)定，其抗壓強度資料由MPAL測井可以求得。

圖2 MPAL測井裂縫識別圖

圖4是C井的MPAL測井處理的巖石力學參數(shù)圖。從圖4可以看出，由上往下16號層的體變和切變模量及斯倫貝謝比都增大，反映巖石強度增大，泊松比減小，巖石可塑性變差，預測巖石破裂壓力在18.2～21.2MPa左右。考慮到摩阻等影響，實際破裂壓力一般比計算數(shù)值略大，試油壓裂證實實際破裂壓力為22.1MPa，與推測破裂壓力吻合較好。

圖3 MPAL測井含氣識別圖

圖4 MPAL測井巖石力學參數(shù)成果圖

1.5 MPAL各向異性預測壓裂高度

一般情況下，古地層應力在受到構(gòu)造作用后應力釋放，保留到現(xiàn)今的殘余地層應力往往較小，其各向異性差異也較小。但在射孔壓裂情況下，由于井壁周圍裂縫產(chǎn)生，改變了巖層非均質(zhì)性，各向異性加大。

圖5為D井壓裂前和壓裂后的MPAL測井處理的各向異性對比圖。壓裂井段為1 060.0～1 076.6m，壓裂后與壓裂前對比，快慢橫波慢度和快慢橫波曲線的相位、幅度差異明顯增大，快橫波各向異性成像圖顏色加強，壓裂前后的對比圖像指示，壓裂裂縫延伸井段高度為1 054.6～1 076.8m，裂縫主要向上延伸，其裂縫走向與地應力方位基本一致。該層試油累計產(chǎn)油29.77m3，累計產(chǎn)水106.93m3。

1.6 MPAL各向異性在開發(fā)井網(wǎng)方面應用

前面提到，由于構(gòu)造運動使應力釋放，大多數(shù)油藏非均質(zhì)性較弱，屬近似的各向同性油藏，開發(fā)井網(wǎng)一般采取水平排列布井。然而實際上，油藏巖石各向同性是不可能的，存在一定的非均質(zhì)性，在此情況下，開發(fā)井網(wǎng)必須隨各向異性程度（最大、最小水平主應力大?。┻M行調(diào)整，井網(wǎng)布置一般采用菱形布置，通過坐標變換，將各向異性油藏變?yōu)榈葍r各向同性油藏，才能最大程度的采出油氣。

圖6為C井各向異性成果圖?？鞕M波各向異性成像圖反映地層具有各向異性（即地層具有非均質(zhì)性），其快橫波方位較穩(wěn)定，呈北東東－南西西向，該區(qū)實際最大水平主應力方位255°～265°，與實際結(jié)果基本一致?？紤]到巖石的各向異性特征，該區(qū)塊采用菱形井網(wǎng)布置，最大主應力方向井間距較遠。

2 結(jié) 論

（1）MPAL測井包含信息豐富，可以彌補常規(guī)測井在高角度縫解釋方面的不足。且MPAL在裸眼井和套管井中均能測量，探測深度較普通聲波深，在含氣地層能有效測得地層縱波，能更準確計算地層有效孔隙度，解決普通聲波測井在套管井中不能測量地層聲波時差的問題。

圖5 MPAL測井壓裂前后各向異性對比圖

圖6 MPAL測井各向異性成果圖

（2）MPAL處理的快橫波資料，可進行壓裂效果與壓裂高度分析，以及判定壓裂層位是否竄槽。

（3）MPAL處理的巖石力學參數(shù)，應用貫穿鉆前、鉆井和完井工藝整個流程，幫助鉆前井網(wǎng)設(shè)計、鉆井泥漿設(shè)計、完井射孔壓裂設(shè)計，以及完井工藝，采油時地層出砂分析等。

（4）MPAL測井資料得到的地質(zhì)參數(shù)，在二連油田測井解釋、油田開發(fā)施工設(shè)計等方面發(fā)揮了其獨有的作用，其地質(zhì)應用效果明顯。

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