基于斯通利波能量分析的碳酸盐岩储层渗透性评价

2019-12-25牟瑜张蕾罗少成吴有彬崔玮苗秀英牟鸿博

测井技术 2019年4期

牟瑜,张蕾,罗少成,吴有彬,崔玮,苗秀英,牟鸿博

(1.中国石油集团测井有限公司测井应用研究院,陕西西安710077;2.中国石油集团测井有限公司长庆分公司,陕西西安710299)

0 引言

鄂尔多斯盆地靖西地区下古生界碳酸盐岩储层成岩环境及后生作用复杂,裂缝、微裂缝错综发育,基质孔隙度和渗透率低,孔隙空间有较强的非均质性,在有裂缝、孔洞发育的储层段岩心分析渗透率与孔隙度相关性较差,运用常规测井资料难以准确计算储层渗透率[1]。

斯通利波是井下声发射系统在井壁/钻井液界面激发的一种低频散导波,包含着大量的地层信息。Biot理论中,斯通利波可以在充满液体的孔隙介质中传播,渗透性地层对斯通利波会产生2个方面的影响,即能量进一步衰减和传播速度减慢。因此,通过对斯通利波能量参数的提取与处理能够定量和定性反映地层的渗透性大小,为储层物性参数研究提供一种非常有效的方法[2-3]。

目前,斯通利波测井信号的处理方法主要从时域和频域出发,多以时差与频率的变化为切入点[4]。通过模拟实验可知,相比能量信息,时差反演渗透率的方法适用性并不强;而能量信息的提取多依靠频率参数开展,计算方法复杂,干扰因素较多,工业化广泛应用转化困难。因此,本文开展斯通利波能量参数新的提取及表征方法研究,为储层渗透率研究提供一种更有效的方法。

1 利用斯通利波能量计算渗透率的理论基础

Rusenbaum(1974)建立了Biot-Rosenbaum理论。该理论中,有3种波可以在充满液体的孔隙固体中传播,分别为快速纵波、横波和慢速纵波。其中,快速纵波和横波主要与孔隙固体骨架的弹性有关;慢速纵波受孔隙固体骨架弹性的影响较小,主要与孔隙中的流体运动有关。因此,地层渗透率与井中声波的相互作用,是通过地层孔隙流体中的慢速纵波的激发和传播造成的[5-6]。本文主要讨论裸眼井内孔隙介质的地层渗透率对斯通利波传播的影响,适用于Biot-Rosenbaum理论范畴。

斯通利波在孔隙地层中传播时,会在地层中激发各种波动,即纵波、横波和慢速纵波。根据Biot-Rosenbaum理论,地层渗透率会通过慢波传播而对斯通利波产生影响。因此,在所有的单极测井声波模式中,斯通利波对地层的渗透率最敏感[7]。

把斯通利波和孔隙地层的相互作用按快波和慢波分为2个部分处理:①没有慢波时斯通利波与地层的快速纵波以及横波的相互作用。该问题相当于具有等效弹性模量的弹性地层中的测井问题,其解已知。②斯通利波与地层慢波的相互作用。斯通利波的能量主要分布在井内流体中,由于地层的渗透性,井中一部分流体将流向地层,使部分能量以地层慢波的形式被带入孔隙地层,导致斯通利波能量降低、幅度减小;地层渗透率和孔隙度越大、孔隙流体的黏性越小且其可压缩性越大,则从井内流入地层的流体就越多,斯通利波能量衰减越明显。因此,第2部分的作用是地层渗透率对斯通利波能量影响的主因,也是由测井斯通利波能量计算地层渗透率的理论基础[7-9]。

1.1 斯通利波能量表征方法

目前表征斯通利波能量信息的参数主要有3个,分别是通过频谱比法得到的斯通利波能量(Q-1)、斯通利波波形幅度(A)及斯通利波幅度衰减系数(CDE)[10-11]。

(1)通过频谱比法得到的斯通利波能量(Q-1)

(1)

式中,zm、zn分别为m、n号接收探头的振幅谱;X为波的振幅谱;f为频率,kHz;v为波速,m·μs-1;Q-1为要计算的能量;G为几何扩散函数,视为常数。

(2)斯通利波幅度(A)与衰减系数(CDE)。通过幅度衰减提取流程,即输入数据、波形恢复、滤波、计算波形幅度、计算波形衰减,可得到斯通利波幅度与衰减系数[11-12]。

①计算窗口确定。进行目的模式波的幅度计算时,首先要保证开窗位置的正确性。通过式(2)可得到第n个接收器的斯通利波开窗时间(见图1),确定计算窗口tn

图1 幅度计算开窗位置确定方法示意图

tn=twave+Δt×(n-1)×ds+Dwin

(2)

式中,n为接收器标号;twave为第1个接收器的波至时间;Δt为斯通利波时差;ds为接收器间距;Dwin为加入的到时曲线时延参数。

②幅度(A)计算。考虑所有采样点的幅度的贡献,采用公式(3)计算窗内波形的幅度

(3)

式中,M为窗内的采样点数;Wi为第i个采样点的幅度。

③衰减系数(CDE)计算。通过对不同接收器接收的波形幅度进行线性拟合求取波形的衰减。典型的由2道接收器的波形计算衰减系数的方法见式(4)

(4)

式中,An和Am分别为第n个和第m个接收器接收波形的幅度;ds为接收器间距。

图3 Y-2井马家沟组碳酸盐岩储层斯通利波幅度衰减系数处理解释成果图

1.2 参数敏感性测试及优选

图2为理论模型计算的不同数量级渗透率岩样中Q-1、A、CDE正演计算结果。通过对比可见,衰减系数(CDE)对渗透率变化的敏感性更高。相对于其他2种方法,衰减系数对渗透率的评价更具优势。

图2 不同数量级渗透率下Q-1、A、CDE正演计算结果

图3是Y-2井马家沟组碳酸盐岩储层斯通利波幅度衰减系数处理解释成果图,其中第5道为1～8号接收探头的斯通利波幅度计算曲线;第9道为幅度衰减系数计算曲线,该道同时加载岩心物性实验分析渗透率测试结果。从图3中可见,渗透性较好的井段,斯通利波各道幅度与第1道幅度(AMPST1)相比有所减弱,且差值相对较大,能量衰减较明显,幅度衰减系数计算结果也随之较大;渗透性较差的井段,各道幅度差值相对较小,幅度衰减系数也较小。斯通利波幅度衰减系数与岩心分析渗透率结果具有较好的一致性,因此能够较好地反映储层的渗透性。

2 渗透率模型的建立

2.1 衰减系数—渗透率建模

基于鄂尔多斯盆地东部10口井132个岩心样品点的物性分析数据(见表1),进行岩心分析数据归位。同时计算各井的衰减系数曲线并读取对应的数值,采用数学统计方法,建立了MW1+2段储层岩心分析渗透率与衰减系数的解释模型(见图4)。

表1 渗透率建模所用到的物性资料井数及样本点

图4 MW1+2段储层衰减系数渗透率模型

MW1+2段储层衰减系数-渗透率计算模型:

K=0.0522e8.9393CDE(R=0.79)

(5)

式中,K为岩心分析渗透率,mD;CDE为斯通利波衰减系数;R为相关系数。

2.2 精度分析

结合实验分析数据,挑选未参与建模的5口井进行应用效果验证及精度分析,结果如图5所示,对比常规测井曲线建立的AC—DEN—GR多参数渗透率模型,斯通利波衰减系数—渗透率模型可将绝对误差控制在1个数量级以内。因此,斯通利波幅度衰减系数运用于区域储层渗透率计算精度更高,效果较好。

图5 MW1+2段碳酸盐岩储层不同渗透率模型计算精度对比(5口井,58个数据点)

图6 S79井MW1+2段碳酸盐岩储层斯通利波衰减系数渗透率计算成果图

3 应用效果

图7 S79井MW1+2段碳酸盐岩储层电成像处理成果及岩心照片

将衰减系数-渗透率模型运用于实际井处理。S79井2 106.6～2 108.0 m储层段常规曲线计算渗透率0.42 mD(见图6),一次解释为差气层,而该段地层斯通利波衰减系数较大,斯通利波计算渗透率达到2.05 mD,从电成像图像与岩心照片来看,裂缝较为发育(见图7),二次解释为气层。对2 106.0～2 109.0 m储层段进行射孔试气,获日产气3.67×104m3,水0 m3。

由以上实例可见,斯通利波渗透率与岩心分析结果较为一致,且试气结果与解释评价结果符合,验证了该方法的有效性和准确性。