基于交叉偶极子声波和固井质量测井评价压裂缝方法

2016-10-27杨玉卿张国栋张志强李明涛

石油地质与工程 2016年5期

关键词：偶极子横波固井

王　猛，杨玉卿，张国栋，张志强，李明涛

(1.中海油田服务股份有限公司,河北燕郊 065201；2.中海石油(中国)有限公司上海分公司)

基于交叉偶极子声波和固井质量测井评价压裂缝方法

王猛1，杨玉卿1，张国栋2，张志强1，李明涛1

(1.中海油田服务股份有限公司,河北燕郊 065201；2.中海石油(中国)有限公司上海分公司)

对压裂缝高度的评价一直是评价储层压裂效果的核心，由于受制于海上施工时间及放射性污染等因素，传统的井温测井、同位素测井等评价方法无法在海上油田应用。在评价固井水泥窜层风险基础上，过套管交叉偶极子声波和声波水泥胶结(SBT)固井质量测井技术相互结合，可以准确地评价海上致密储层压裂缝高度，从而定量对压裂施工效果进行指导和评估。通过多口井实际应用，该技术方法效果较好，值得推广应用。

致密储层；交叉偶极子声波；固井质量；压裂缝

水力压裂技术是目前世界上油田增产和非常规油气田开发应用最为广泛且最为有效的技术措施，确定压裂后的裂缝高度是评价压裂效果的核心内容。目前有三种陆上油气田确定储层压裂缝高度的方法：一种是井温测量方法，施工快捷、经济、高效，但需人为判断“拐点”[1]，精度受人员经验影响，对压裂缝高度的确定精度较低，对施工要求较高，不适用海上油田；第二种是同位素测井方法，可以准确检测压裂缝高度[2-4]，但由于放射性物质对储层存在一定的污染，且海上油田放喷排出的液体处理困难，海上油田无法应用；第三种是注硼中子寿命检测方法，可较准确检测压裂缝高度[5]，但该方法受储层本身孔、渗特性和施工时间等因素影响较大，无法在各类型油气田中准确、高效地评价储层压裂缝高度，且注硼中子寿命测井污染原因，不适用海上油田。海上油气田不同于陆地油气田，作业及经济成本极高，环保要求极高，上述生产测井方法基本无法实施。目前海上低孔、渗储层开发处于学科前沿，尚未形成有效的压裂缝评价方法。

现有资料中提及的应用横波测井技术对压裂缝高度进行判断的方法[6]，由于没有考虑到固井水泥窜层等其它影响因素，其判断结果不全面，具有不确定性，无法准确判断压裂缝高度。

本文提出一种以固井质量评价为基础，基于交叉偶极子阵列声波测井资料确定压裂缝高度的技术，实现对压裂缝高度准确检测的目标，以满足海上低孔渗储层压裂效果评价和地质油藏研究的需要。

1　过套管交叉偶极子声波评价压裂缝

交叉偶极横波测井仪是由两组相互正交的偶极发射探头和接收阵列组成，如图1所示。当交叉偶极横波测井仪发射的横波信号入射到各向异性地层时，会出现快慢横波分裂现象。利用相关反演技术，对八组阵列接收器的偶极子横波波形数据进行联立求解，确定地层快、慢横波慢度，进行地层的各向异性分析[7]。

横波各向异性是用各向异性系数来衡量的，而各向异性系数是用快、慢横波速度来反演计算的[8]，公式定义为：

其中s1为慢横波慢度，s2为快横波慢度，△s=s1-s2。

可以看出，各向异性系数值越大，表明地层裂缝或地应力非均质性越强。因此，储层固井质量好时，套管内测量的横波信息能较准确地反映地层的真实横波时差[9-12]，由此可以利用该方法来评价储层中裂缝的存在与否。当储层未存在压裂缝时，快、慢横波速度一致，即各向异性系数近乎为零，储层无明显各向异性。而当储层被压裂后，沿井壁形成延伸的压裂缝，各向异性系数值显著增大；对比压裂前、后声波各向异性系数值的变化，各向异性系数差异明显段就是裂缝存在的位置，即储层被压开后裂缝沿井壁延伸的高度。

图1　各向异性地层中交叉偶极声波测井示意图

2　SBT固井质量测井评价压裂缝

SBT利用推靠臂把六个滑板(图2)推靠到套管内壁上，将管外环空向上等分成六个扇区，分别考察每一个扇区的水泥胶结状况，实现测量的高分辨率360°全方位覆盖。衰减率测量部分：每个滑板上都安装一个声波发射换能器(T)和一个声波接收换能器(R)。滑板编号为奇数者(1、3、5)比偶数者(2、4、6)高出半个滑板长度，以便建立起螺旋状的双发双收补偿式套管波衰减率测量系统。

图2　SBT固井质量测井仪示意图

SBT测井技术利用衰减率曲线和水泥胶结图进行固井质量评价，衰减率值越高，对应的灰度级别就越高，在水泥胶结图上颜色越深。水泥胶结图上最高级灰度(颜色最深)代表水泥胶结良好，最低级灰度(白色)代表水泥胶结差。假定压裂前平均衰减率数值为k1，压裂测试作业后平均衰减率数值为k2,通过对压裂前后衰减率数值进行对比，如果k2≥k1，认定水泥固井未发生窜层，此后再对所述水泥固井进行交叉偶极子横波测井，如发生窜层，不再对所述水泥固井进行交叉偶极子横波测井。

3　应用实例

东海西湖凹陷某油气田的A井是1口关键探井，在主力目的层(3949～3980m)中部3959～3 969 m射孔，之后进行加砂压裂DST测试求产。由于压裂改造层一般在套管中射孔进行，固井质量直接影响了压裂效果，如固井质量较差，而压裂规模较大时，压裂液击穿胶结质量差的水泥环，导致工程上窜层，对压裂效果造成较大影响。该井压裂作业前、后分别进行了交叉偶极子阵列声波测井和SBT固井质量测井作业。图3为A井压裂前后SBT固井质量对比图。可以看出，该井在射孔层段上下，压裂后的SBT固井质量明显变差，通过对比可以发现，其它井段固井质量未发生明显变差。综合分析认为本井未出现压裂窜层，可以应用过套管交叉偶极声波对压裂缝进行检测。

从图4中可以看出，该井压裂前主力目的层快、慢横波基本重合，各向异性系数约为2%，与相邻地层的各向异性系数无明显差异，总体表现为地层各向异性弱，地应力不强，表明储层无裂缝存在。而压裂后主力目的层附近快、慢横波分裂明显，各向异性系数最大达15%。主力目的层段压裂前、压后各向异性系数差异明显，在相同地应力的情况下，由此可以评价该井主力目的层段经压裂测试作业后，形成了一定规模的压裂缝，压裂缝纵向延伸段为3 940～3 985 m，即压裂缝高度为45 m。可见，经压裂作业，裂缝自射孔段向上延伸19 m，向下延伸16 m，结合固井质量评价结果，认为本井压裂作业未出现压裂窜层，压裂效果良好。

应用过套管交叉偶极子声波测井和SBT固井质量测井两种方法，在评价压裂前后固井水泥变化的基础上，对压裂缝高度进行综合评价，评价效果好。