基于遠(yuǎn)探測(cè)聲波碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能預(yù)測(cè)技術(shù)

王貴清，劉俊東，文得進(jìn)，劉洪波，易勇，龐永香

（中國石油渤海鉆探工程有限公司測(cè)井分公司，天津300280）

0 引 言

遠(yuǎn)探測(cè)聲波成像測(cè)井以輻射到井外地層中的聲場(chǎng)能量作為入射波，探測(cè)從井旁裂縫性儲(chǔ)層反射回來的聲場(chǎng)［1－2］，通過分析探測(cè)器接收到的反射信號(hào)，了解井旁裂縫性儲(chǔ)層發(fā)育情況。該測(cè)井方法自2009年在塔里木油田應(yīng)用第1口井獲得重大地質(zhì)發(fā)現(xiàn)以來，到2012年底在塔里木油田共計(jì)測(cè)井40多口，應(yīng)用效果較好，但只限于利用上下行反射波定性識(shí)別井旁裂縫性儲(chǔ)層，沒有對(duì)其進(jìn)行定量或半定量評(píng)價(jià)。本文基于上述情況研究了產(chǎn)能與反射波能量的關(guān)系，初步確定了利用反射波的能量預(yù)測(cè)碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能的評(píng)價(jià)技術(shù)。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了較好的效果。

1 反射波能量計(jì)算方法

聲反射測(cè)井［3］發(fā)射探頭發(fā)出的彈性波可以認(rèn)為由點(diǎn)聲源發(fā)出，在傳播過程中，引起振幅衰減的因素很多。地面地震勘探中振幅影響的因素：①與地下的地質(zhì)情況有關(guān)的因素，如反射系數(shù)、反射界面形狀、地層吸收、多次反射等；②與近地表?xiàng)l件有關(guān)的因素，如震源強(qiáng)度和耦合情況、檢波器靈敏度和耦合情況等；③與炮檢距有關(guān)的因素，如球面發(fā)散、傳播路徑不同引起的吸收變化等［4］。由于聲反射測(cè)井中不存在檢波器的耦合問題，以及多次反射能量太弱，很難接收到，故聲反射測(cè)井中反射波振幅衰減因素主要為球面發(fā)散和地層的吸收［5］。

1．1 球面發(fā)散

球面發(fā)散的影響很容易根據(jù)彈性波在傳播過程中能量變化的物理機(jī)制推導(dǎo)出它的關(guān)系式。碳酸鹽巖地層一般都為層狀介質(zhì)，在該地層的發(fā)散因子為

式中，Md為球面發(fā)散因子；vrms為均方根速度；v1為層狀介質(zhì)第1層速度。

1．2 地層吸收

地層的吸收效應(yīng)引起彈性波的振幅衰減十分復(fù)雜，彈性波在傳播時(shí)，高頻成分容易損失，主頻向低頻方向移動(dòng)，振幅按指數(shù)規(guī)律衰減。不同的頻率成分被地層吸收的程度不同（見圖1）。

圖1 不同頻率的信號(hào)振幅衰減

根據(jù)褶積模型進(jìn)行推導(dǎo)可得地層吸收作用下的彈性波振幅關(guān)系式

式中，A（t）為衰減后的振幅；A0是初始振幅；ρ為介質(zhì)密度；λ、μ、c為介質(zhì)彈性常數(shù)；α為吸收系數(shù)，m－1，它與介質(zhì)的固有彈性參數(shù)有關(guān)，并與彈性波的頻率成正比。

彈性波在層狀介質(zhì)中傳播時(shí)，總衰減模式為

式中，A（f，0）為t＝0時(shí)的初始振幅；α（f）為吸收系數(shù)，是頻率f的函數(shù)；v（t）是介質(zhì)的速度；v1為層狀介質(zhì)第1層速度；vrms為均方根速度；t為時(shí)間；Ri為層狀介質(zhì)第i層的厚度；Rn為層狀介質(zhì)第n層厚度。

由式（4）可得出，要實(shí)現(xiàn)真正球面發(fā)散和吸收補(bǔ)償，只能在時(shí)頻域進(jìn)行處理，利用小波變換的時(shí)頻特性可以求出吸收能量曲線。

1．3 時(shí)頻域補(bǔ)償

求出吸收能量曲線后，對(duì)相應(yīng)的頻率通道進(jìn)行補(bǔ)償，其公式為

式中，X′f（t）是輸出結(jié)果。

將補(bǔ)償后的各頻率通道統(tǒng)計(jì)求取隨偏移距變化的補(bǔ)償因子，以消除因偏移距不同而引起的頻率吸收變化，然后按公式（5）重建反射波信號(hào)道。這樣就完成了時(shí)頻域的球面發(fā)散和吸收補(bǔ)償。

圖2 消聲水池?cái)?shù)據(jù)振幅補(bǔ)償前后反射波對(duì)比圖

圖3 新墾×井?dāng)?shù)據(jù)振幅補(bǔ)償前后反射波對(duì)比圖

圖2為消聲水池?cái)?shù)據(jù)振幅補(bǔ)償前后反射波對(duì)比圖。從圖2可以看出，水槽試驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)償后，反射信息明顯增強(qiáng)，噪音得到了壓制。圖3是新墾×井?dāng)?shù)據(jù)振幅補(bǔ)償前后反射波對(duì)比圖。從圖3中可以看出A區(qū)非反射波不論是上行波還是下行波，在補(bǔ)償后都得到了有效的壓制，而B區(qū)補(bǔ)償后上下行波信號(hào)明顯增強(qiáng)。圖2、圖3實(shí)例說明采用能量補(bǔ)償方法可行、有效。

1．5 反射波能量計(jì)算

衰減補(bǔ)償后可以利用式（6）計(jì)算補(bǔ)償后的反射波能量

式中，Nz為采樣數(shù)。

圖4為哈×井反射波能量處理結(jié)果圖。圖4中反射波幅度即為反射波能量，紅色為上行反射波能量，綠色為下行反射波能量，藍(lán)色為總反射波能量。

從圖4可見反射波的能量與遠(yuǎn)探測(cè)聲波處理的成像結(jié)果是對(duì)應(yīng)的，成像圖上反射信息強(qiáng)的地方對(duì)應(yīng)計(jì)算的能量也高，計(jì)算的能量曲線與反射波成像強(qiáng)弱的相關(guān)程度很高。

2 反射波能量與產(chǎn)能關(guān)系

根據(jù)聲反射波提取方法，獲得反射波信號(hào)，對(duì)獲得的反射波信號(hào)進(jìn)行能量補(bǔ)償處理。據(jù)此利用多尺度技術(shù)最大程度消除或壓制巖性變化對(duì)反射波的影響，經(jīng)分析研究發(fā)現(xiàn)處理后的反射波能量與含氣（或含油）的特性之間存在相關(guān)關(guān)系，將同一深度段的反射波能量積分獲得隨深度變化的能量曲線，該曲線可以分析地下可能的產(chǎn)層及產(chǎn)量。為研究能量與產(chǎn)能的關(guān)系，挑選了塔里木油田14口試油效果較好的井（見表1），分別進(jìn)行能量計(jì)算，并對(duì)試油數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過能量與產(chǎn)能的交會(huì)圖版尋找兩者之間存在的關(guān)系。

圖4 哈×井反射波能量提取結(jié)果

表1 14口井的油氣產(chǎn)量與反射波能量數(shù)據(jù)關(guān)系表

分別研究了反射波總能量與日產(chǎn)油氣當(dāng)量、反射波總能量與平均日產(chǎn)油氣當(dāng)量、反射波平均能量與日產(chǎn)油氣當(dāng)量、反射波平均能量與平均日產(chǎn)油氣當(dāng)量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)反射波的總能量與日產(chǎn)油氣當(dāng)量相關(guān)關(guān)系較好。圖5是反射波的總能量與日產(chǎn)油氣當(dāng)量相關(guān)關(guān)系圖。從圖5中可以看出除了橢圓中的5口井外，其余井反射波的總能量與日產(chǎn)油氣當(dāng)量呈正相關(guān)關(guān)系，即隨著能量的增大，產(chǎn)量也相應(yīng)增大。結(jié)合表1分析5口井不符合原因，從表1中可知這5口井試油井段相對(duì)較小，針對(duì)井壁發(fā)育儲(chǔ)層試油，但酸化壓裂后溝通了井旁裂縫儲(chǔ)層，產(chǎn)量相應(yīng)增大，而計(jì)算的總能量還是試油段的能量，導(dǎo)致能量與產(chǎn)量不是對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 碳酸鹽巖儲(chǔ)層產(chǎn)能預(yù)測(cè)

分析圖5中5口井不符合原因，去掉這5口井剩下的井相關(guān)性很好，如圖6所示其相關(guān)關(guān)系式為y＝0．0002x－22．637，其中x是反射波的能量，y是指日產(chǎn)油氣當(dāng)量，其相似系數(shù)達(dá)到了0．96，其截距為負(fù)似乎不合理，也就是說反射波總能量達(dá)到113185的時(shí)候產(chǎn)量才為0。主要原因在于在提取反射波時(shí)，濾波不徹底，這些噪音在成像時(shí)被當(dāng)作反射波被成像，因此，反射波的總能量也包括部分噪音能量。盡管如此還是不宜用該關(guān)系式進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)，因?yàn)槁暡ǖ哪芰渴芏嘀匾蛩赜绊?。但是，從多口井?dāng)?shù)據(jù)分析可知，產(chǎn)能隨著能量的增大總體也在增加。

圖6 產(chǎn)能預(yù)測(cè)關(guān)系圖

4 應(yīng)用效果分析

圖7 熱普××井反射波能量計(jì)算成果圖

圖7是熱普××井反射波能量處理成果圖。該井目的層為奧陶系的碳酸鹽巖儲(chǔ)層，從圖7中可以看出計(jì)算的能量曲線和反射波成像圖一一對(duì)應(yīng)。根據(jù)上下行波成像圖和計(jì)算的能量曲線，在7067～7075m、7085～7096m井段解釋為井旁裂縫距井壁6～9m。該井裸眼試油，井段共計(jì)123m，算出123m內(nèi)的總反射能量為481163，其平均日產(chǎn)油氣當(dāng)量為96．47m3；哈××－1井試油井段內(nèi)的反射波總能量為232654，日產(chǎn)油氣當(dāng)量為37．81m3；哈××02井總能量為410053，日產(chǎn)油氣當(dāng)量為44．53m3，把這3口井的數(shù)據(jù)點(diǎn)到圖6上可以看出隨著能量的增大油氣產(chǎn)量增加，說明可以用圖6關(guān)系圖版半定量預(yù)測(cè)產(chǎn)能。

5 結(jié) 論

（1）在能量補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上計(jì)算了反射波的能量。

（2）結(jié)合試油資料分析，試油井段內(nèi)的反射波總能量與日產(chǎn)油氣當(dāng)量基本上呈正相關(guān)關(guān)系。

（3）目前還不能用其相關(guān)關(guān)系式定量預(yù)測(cè)產(chǎn)能，因?yàn)榉瓷洳ǖ哪芰渴軠y(cè)井時(shí)的發(fā)射頻率、泥漿與地層的阻抗差、反射界面的阻抗等諸多因素的影響。

［1］楚澤涵，徐凌堂，尹慶文，等．遠(yuǎn)探測(cè)反射波聲波測(cè)井方法實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展［J］．測(cè)井技術(shù)，2005，29（2）：98－101．

［2］薛梅．遠(yuǎn)探測(cè)反射波聲波測(cè)井方法研究及聲系設(shè)計(jì)［D］．北京：中國石油大學(xué)，2002．

［3］車小花．反射聲波成像測(cè)井基礎(chǔ)研究［D］．北京：中國石油大學(xué)，2003．

［4］陸基孟．地震勘探原理［M］．東營：中國石油大學(xué)出版社，2004．

［5］凌云，高軍，吳琳．時(shí)頻空間域球面發(fā)散與吸收補(bǔ)償［J］．石油地球物理勘探，2005，40（2）：176－182，189．