阵列声波测井处理新技术在碳酸盐岩储层评价方面的应用_刘航.pdf

2023 年第 38 卷 第1期2023，38(1):0220-0228地球物理学进展Progress in Geophysicshttp:/wwwprogeophyscnISSN 1004-2903CN 11-2982/P刘航，吴煜宇，贺洪举，等2023 阵列声波测井处理新技术在碳酸盐岩储层评价方面的应用 地球物理学进展，38(1):0220-0228，doi:10 6038/pg2023FF0220LIU Hang，WU YuYu，HE HongJu，et al 2023 Application of new processing technology of array acoustic logging in carbonate reservoir evaluationProgress in Geophysics(in Chinese)，38(1):0220-0228，doi:106038/pg2023FF0220阵列声波测井处理新技术在碳酸盐岩储层评价方面的应用Application of new processing technology of array acoustic logging in carbonatereservoir evaluation刘航1，吴煜宇2，贺洪举1，谢冰2，赖强2，韩红林1LIU Hang1，WU YuYu2，HE HongJu1，XIE Bing2，LAI Qiang2，HAN HongLin1收稿日期2021-06-12;修回日期2022-05-13投稿网址http:/www progeophys cn第一作者简介刘航，男，1988 年生，硕士，工程师，主要从事测井资料处理解释与方法研究工作 E-mail:hangliu_cj cnpc com cn1 中国石油测井有限公司西南分公司，重庆4000202 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，成都6100511 CNPC Logging Company Southwest Branch，Chongqing 400020，China2 Exploration and Development esearch Institute，PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company，Chengdu 610051，China摘要为了更深入的研究阵列声波测井资料在缝洞型碳酸盐岩储层评价中的应用，针对阵列声波中不同探测距离、不同分辨率的信息开发了三种新技术 通过对纵波进行频散分析形成了纵波频散谱的处理方法，并建立了根据频散谱的方差对碳酸盐岩储层非均质性进行评价的方法，对于井周裂缝、溶洞的识别及储层类型划分有指导意义;利用井壁斯通利波传播特性，建立了定量计算斯通利波能量衰减的方法，对于评价过井缝洞有重要作用;利用阵列声波反射波信息形成了全新的声波远探测处理方法，通过对井旁反射信息的定量表征建立了井旁缝洞发育程度的定量评价方法 阐述了这些方法的基本原理及适用条件，拓展了阵列声波测井资料在碳酸盐岩储层评价方面的应用关键词阵列声波测井;碳酸盐岩;储层评价;纵波频散;斯通利波衰减;声波远探测中图分类号P631文献标识码Adoi:10 6038/pg2023FF0220AbstractIn order to further study the application of arrayacoustic logging data in fractured vuggy carbonate reservoirevaluation，three new technologies are developed for theinformation of different detection distance and resolution inarray acoustic wave Through the dispersion analysis of P-wave，theprocessingmethodofP-wavedispersionspectrum is formed，and the heterogeneity of carbonatereservoirisevaluatedaccordingtothevarianceofdispersion spectrum，which has guiding significance for theidentification of fractures and caves around wells and theclassification of reservoir types;Based on the propagationcharacteristics of Stoneley wave in borehole wall，thecalculation method of Stoneley wave energy attenuation isestablished，whichplaysanimportantroleintheevaluation of fractures and cavities;A new acoustic remotedetection processing method is formed by using the arrayacoustic reflection information，through the quantitativecharacterization of the borehole side reflection information，a quantitative evaluation method for the developmentdegree of fractures and cavities is established The basicprinciples and applicable conditions of these methods aredescribed，and the application of array acoustic loggingdata in carbonate reservoir evaluation is expandKeywordsArray acoustic logging;Carbonate;eservoirevaluation;P-wavedispersion;Stoneleywaveenergyattenuation;Acoustic remote detection2023，38(1)刘航，等:阵列声波测井处理新技术在碳酸盐岩储层评价方面的应用(www progeophys cn)0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(薛 梅 等，2000)，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(陶果和邹辉，2000)，到后来斯通利波在裂缝评价及渗透率分析方面显著作用(高坤等，2005;柴细元等，2009;唐军等，2017;车小花等，2020)，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(李长文等，2006)，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(唐晓明和魏周拓，2012)，声波频谱的信息也被应用与进行裂缝有效性方面的评价(张辉等，2009;谢冰等，2017;马霄一等，2018;李民龙等，2020)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纵波频散谱技术利用快慢横波频散信息进行裂缝有效性评价的方法(谢冰等，2017)已经得到广泛的应用，然而并不是所有井都进行了交叉偶极横波资料的采集，本文开发了利用纵波频散信息的纵波频散谱技术对缝洞进行评价进一步对储层有效性进行评价的方法考虑到要针对长井段大数据量的阵列声波数据进行处理，且主要针对纵波速度进行分析，本文采取了处理速度较快的谱域加权相似法进行频散分析(曹正良等，2005)，假设 Dn()是由第 n 个接收器记录的波形，则谱域相关函数可定义为:(，s)=Nn=1D*()exp js(n 1)zNNn=1D*()D()，(1)式中，上标*表示取复共轭在对阵列声波数据进行处理时，选取偶极横波作为输入按照地层声波速度给定范围寻找最大相关函数值，从而快速得到每个深度点的纵波速度频散曲线，利用滑动窗口的方法选取合适的频率域范围可以求出每个深度点对应的“频散谱均值”:mnV(f)=1f(n)f(0)f(n)i=f(0)V(f)i，(2)式中，mnV(f)为频散谱均值，f(n)为某个频率值，V(f)i为某个频率的纵波速度以 STC 算法(陶果和邹辉，2000)提取出来纵波时差 DTC 作为标准，通过调节频散范围改变由频散曲线计算得到的频散谱均值进行深度域上的刻度，当两者之差小于误差范围即可得到最终的频散谱均值:min(erro)=mnV(f)DTC，(3)理论上，在相对致密的层段，时差 DTC 与频散谱均值应该一致，所以我们一般选择致密段进行刻度，将误差控制在 15.24 cm/s如图 1 所示，图中常规测井曲线道中频散谱均值与补偿声波时差值在 4130 4160 m 的致密层段基本一致，满足误差要求 图中频散曲线道分别为红色虚线红色和蓝色虚线对应深度点的频散曲线图，纵波频散谱道为经过刻度后得到的频散谱 频散曲线和纵波频散谱的横坐标为频率范围，纵坐标为时差，颜色越“红”代表时差值越大，时差值大小反应了该深度点非均质性的强弱，在缝洞型碳酸盐岩的评价中反应了孔洞发育的程度即储层发育程度，所以在红色虚线深度处解释为“气层”，在蓝色虚线深度处解释为“差气层”这与录井资料在红色虚线对应深度有一个“井漏”显示也能较好的符合在频散曲线中不同频散的谱峰值代表着地层不同组分的时差，在固定空间内，岩性组分越多，不同频率普峰值的差异就越大代表地层的非均质性更强，相反如果地层完全均质，普峰值就应该完全相同 针对这一特点，我们可以借用方差的概念来计算整个谱的差异程度，普峰值的差异越大代表岩性组分越多，非均质性强，普峰值差异越大;普峰值的差异越小即代表岩性组分相对单一，非均质性弱 我们将其命名为频散度:varV=1nf(n)i=f(0)(mnV(f)V(f)i)(4)图 2 为 HB 井纵波频散谱综合评价图，常规测井资料指示整个井段储层品质几乎一致，没有明显的差别 通过纵波频散谱可以看到在 5660 5700 m122地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)图 1HA 井纵波频散谱处理成果图Fig 1The result map of P-wave dispersion spectrum processing in well HA图 2HB 井纵波频散谱综合评价图Fig 2The evaluation map of P-wave dispersion spectrum processing in well HB2222023，38(1)刘航，等:阵列声波测井处理新技术在碳酸盐岩储层评价方面的应用(www progeophys cn)图 3斯通利波能量衰减井眼校正图版Fig 3Borehole correction chart of Stoneleywave energy attenuation几乎无频散现象，指示储层不发育，5710 5770 m段明显有较强的频散现象，指示为本井段最优质储层，5770 m 以下有一定频散现象但是储层相较 57105770 m 较差纵波频散谱右侧一道为本文所述方法计算的频散度曲线，在 5710 5770 m 频散度曲线明显呈“刺刀状”，而 5770 m 以下的井段呈“厢”状 我们提取两个有代表的深度点 5763 m(红色虚线)和 5791 m(蓝色虚线)进行观察 通过对应的电成像图可知在频散度曲线呈“刺刀状”的井段有明显的溶蚀孔洞及裂缝发育，指示储层非均质性强;而在频散度曲线呈“厢”状的井段裂缝不发育，有一定孤立溶蚀孔洞发育，指示储层非均质性较弱 因此，我们不仅可以通过频散度曲线的数值进行非均质性强弱的评价，可以利用频散曲线的形态通过与电成像资料的相互表征进行储层类型的综合评价2斯通利波能量衰减技术斯通利波能量曲线与碳酸盐岩储层渗透性有着较密切的关系，但同时受多种因素的影响，包括岩性变化、泥质含量、储集空间结构等地层因素的影响，也受不同测井系列、不同测量方式、不同测量环境等非地层因素的影响 为了更好地反应地层的渗透性，首先进行声波能量值的归一化，以消除非地层因素的影响 通过归一化处理后的能量值基本上消除了测井仪器或者测量方式不同造成的能量值的差别，从而将斯通利波能量值统一到 0 1斯通利波能量衰减的计算:AST=(1 AMPST/AMPSTM)(1 AMPST/AMPSTM)*VSH，(5)ASTC=AST 67 683ln(CAL BIT)+476 33，(6)式中:AST 为作归一化和泥质校正后的斯通利波能量衰减;AMPST 为斯通利波能量;AMPSTM 为致密层斯通利波能量衰减;VSH 为泥质含量;ASTC 为作井眼校正后的斯通利波能量衰减(校正图版如图 3所示);CAL 为井径;BIT 为钻头尺寸图 4 为利用斯通利波能量衰减进行 HC 井储层分类评价图，图中第 4 道为斯通利波能量衰减，其与测井及岩心孔隙度有很好的相关性，能够达到定量指示储层发育情况，可以通过斯通利波能量衰减进行储层渗透性级别的划分:4 号气层斯通利波能量衰减最强为类渗透层，3 号气层斯通利波能量衰减稍弱为类渗透层，1、2、5 号差气层斯通利波能量略有衰减为类渗透层对同一个井区同一套储层利用斯通利波进行评价可更加准确对储层级别进行划分，为储层精细评价及后期的产能预测奠定坚实的基础图 5 为 H 井区据所有获工业气和低产以及微气的井的斯通利波能量衰减分布情况，产微气的井的斯通利波能量衰减主要分布在 0 10%之间，所有测试产工业气的井斯通利波能量衰减都在 10%以上，高产井在 20%以上 因此可以根据斯通利波进行储层级别的划分及有效性的评价3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(罗利等，2017)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(李超等，2013)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，所以仅靠经验设置参数的一次成像很难对反射体进行完全有效的成像通过系统总结与分析目前远探测处理技术的问题过后，在目前远探测处理技术的基础上我们提出了远探测声波二次成像(以下简称“二次成像”)技术，二次成像技术的思路是首先采取“全参数”对远322地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)图 4HC 井斯通利波能量衰减分类评价图Fig 4Classification and evaluation map of Stoneley wave energy attenuation in HC well探测声波数据进行一次成像处理，“全参数”的含义是结合远探测声波仪器机械物理性能及地层特征将每个参数设置“满”，即在合理范围内尽量宽的设置参数范围 如图 6 中第三道所示，图中存在较多杂乱无章的信号，非专业解释人员很难从中识别处有效的反射信号 在完成一次成像后我们需要测井解释人员根据一次成像结果对处理段进行一次解释，该次解释的重点并不是要寻找“反射体”，其主要目的是寻找出当前处理段图像中的“致密层”，即解释出该井段在井旁无反射体信号或者极大概率无反射体信号的井段，对于碳酸盐岩地层来说这一步相对容易，因为碳酸盐岩本身较为致密，地层中引起反射信号的“裂缝”、“溶洞”等都是后期通过溶蚀作用或者构造运动形成的 并且该解释结论综合了解释人员4222023，38(1)刘航，等:阵列声波测井处理新技术在碳酸盐岩储层评价方面的应用(www progeophys cn)图 5H 井区储层斯通利波能量衰减频率直方图Fig 5Stoneley wave energy attenuation frequency histogram of reservoir in block H图 6HA 井一次成像及标准层选取后成像效果图Fig 6The map of one-time imaging and results after standard layer selection in well HA522地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)图 7HA 井矢量化图像处理后效果图Fig 7The map of vectorization image processing in well HA对该井地质背景认识、常规测井资料的参考及远探测声波一次成像资料，一般来说可信度相对较高，如图6 中第三道蓝色框所在井段 我们可以将该套“致密层”的处理成果将其看作“标准层”，将其参数作为速度模型的初始参数代入到二次处理中，由于该“标准层”的参数已知，且该“标准层”包含了一次成像处理后直达波及背景噪声的信号，其作为二次成像的初始速度模型就可以较好的去掉在真正有反射体发育的井段的直达波及背景噪声信号，极大突出由反射体反射后形成的真实的地层反射信号 图 6中第四道为选取标准层后成像图，从图中可以看到整个图中井旁杂乱无章的信号极大的被消除，仅保留了较为清晰的井筒信号及井旁反射信号，极大帮助我们对反射体的解释有经验的解释人员已经可以通过该图像进行远探测声波的解释 目前还存在的问题是该图像仍具有较强的“波形属性”，对非专业人员识别不友好，我们将图像处理的相关技术引入到二次成像处理中 主要采取了图像二维滤波、分水岭特征图像拾取以及图像钝化等技术将“波形属性”的图像转化为“矢量图像”图 7 中第 4 道为经过矢量化图像处理后效果图，处理后的图像对“反射体”能够更清晰的识别，一是图像化处理后有了梯度的概念，即一个反射体内的颜色深浅有变化，一般是反射体中间颜色较深而周围颜色较浅，颜色越深代表反射能量越高，与电成像测井成图原理相似 二是形成了类似“包络线”的边界可以对反射体的轮廓进行有效识别，这与真实情况下“洞”和“缝”有一定的几何空间的6222023，38(1)刘航，等:阵列声波测井处理新技术在碳酸盐岩储层评价方面的应用(www progeophys cn)情况也更加符合的 图中最右边一道为通过图像计算出的井旁缝洞反射系数，通过反射系数可知在井段 4160 4180 m 井旁缝洞明显更加发育，电成像资料显示 HA 井在深度 4165 m 附近有明显的裂缝发育，最终该井在该段试油获得高产4发展趋势结合阵列声波测井拥有高精度、多维度及极其丰富的数据优势，根据探测深度由近及远、探测精度由高到低的思路建立了纵波频散谱技术、斯通利波能量衰减技术及远探测声波二次成像技术，解决了缝洞型碳酸盐岩不同尺度裂缝、溶蚀孔洞识别及定量评价的问题，极大拓展了阵列声波资料在储层评价方面的应用 但是阵列声波资料的应用远远不局限于此，在储层评价方面未来发展的趋势主要集中在以下几个方面:(1)阵列声波资料在频率域的应用:目前大多数阵列声波资料的应用都集中在时间域，利用阵列声波信息从几 K 到十几 K 的宽频特征结合目前的低频岩石物理实验方法在储层识别及流体性质评价方面都能够获得新的纬度上的信息(2)阵列声波资料与电成像、核磁等测井资料的深度融合:电成像及核磁等各种成像测井资料的精细处理技术发展迅速，深度结合不同物理场的信息和不同技术的特点进行综合研究将为储层评价带来新的观点 特别是联合远探测声波测井与电成像测井进行多尺度定量缝洞评价方面是碳酸盐岩储层评价的一个重点;核磁 T2 谱结合纵波频散谱进行综合研究也可为储层结构的精细评价提供一种可能性致谢感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持!eferencesCao Z L，Wang K X，Xie H，et al 2005 A comparative study onapplication of three dispersion analysis to array sonic logs ChineseJ Geophys(in Chinese)，48(6):1449-1459Chai X Y，Zhang W，Wang G Q，et al 2009 Application of remoteexploration acoustic reflection imaging logging technique in fracturedreservoir Well Logging Technology(in Chinese)，33(6):539-543Che X H，Zhao T，Qiao W X，et al 2020 Fracture identification andevaluation based on multi-pole acoustic logging Oil and Gas Geology(in Chinese)，41(6):1263-1272Gao K，Tao G，Wang B 2005 Algorithm for formation permeability fromStoneley wavelogsanditsfieldapplicationWellLoggingTechnology(in Chinese)，29(6):507-510Li C，Yue W Z，Jin X L，et al 2013 Progresses of data processingmethods for acoustic reflection imaging loggingWell LoggingTechnology(in Chinese)，37(1):13-20Li C W，Qiang Y M，Li G L，et al 2006 Characteristics of modernacoustic logging technology development Well Logging Technology(in Chinese)，30(2):101-104Li M L，Liu H J，Yang H W，et al 2020 Experimental study on cross-frequency wave velocity and dispersion in rocks Oil GeophysicalProspecting(in Chinese)，55(2):373-378Luo L，Liu H，Liu H J，et al 2017 XMAC-F1 reflected-shear-waveremote detection imaging technology and its application Natural GasIndustry(in Chinese)，37(6):28-33Ma X Y，Wang S X，Zhao J G，et al 2018 Laboratory study of rocks inmulti-frequency band Progress in Geophysics(in Chinese)，33(5):1943-1950，doi:106038/pg2018CC0144Tang J，Zhang C G，Xin Y 2017 A fracture evaluation by acousticlogging technology in oil-based mud:A case from tight sandstonereservoirs in Keshen area of Kuqa depression，Tarim Basin，NWChina Petroleum Exploration and Development(in Chinese)，44(3):389-397，406Tang X M，Wei Z T 2012 Single-well acoustic reflection imaging usingfar-field radiation characteristics of a borehole dipole sourceChinese J Geophys(in Chinese)，55(8):2798-2807，doi:106038/j issn0001-5733 201208031Tao G，Zou H2000A study on methods for processing andinterpretation ofmodernarraysonicloggingdataPetroleumExploration and Development(in Chinese)，27(2):76-78Xie B，Bai L，Zhao A L，et al 2017 Application of Sonic Scannerlogging to fracture effectiveness evaluation of carbonate reservoir:acase from Sinian in Sichuan BasinLithologic eservoirs(inChinese)，29(4):117-123Xue M，Chu Z H，Jiang H 2000 Development and evaluation of theacoustic well logging tools Petroleum Instruments(in Chinese)，14(5):6-10Zhang H，Xiao C W，Hai C 2009 Application of acoustic-electricimaging data to evaluation of fractures in carbonate reservoirXinjiang Petroleum Geology(in Chinese)，30(2):252-254附中文参考文献曹正良，王克协，谢荣华，等 2005 三种阵列声波测井数据频散分析方法的应用与比较 地球物理学报，48(6):1449-1459柴细元，张文瑞，王贵清，等 2009 远探测声波反射波成像测井技术在裂缝性储层评价中的应用 测井技术，33(6):539-543车小花，赵腾，乔文孝，等 2020 多极子声波测井的裂缝识别与评价 石油与天然气地质，41(6):1263-1272高坤，陶果，王兵 2005 利用斯通利波计算地层渗透率的方法及应用 测井技术，29(6):507-510李超，岳文正，金行林，等 2013 声反射成像测井数据处理研究进展 测井技术，37(1):13-20李长文，强毓明，李国利，等 2006 现代声波测井技术发展的若干特点 测井技术，30(2):101-104李民龙，刘浩杰，杨宏伟，等 2020 跨频段岩石波速及频散的实验研究 石油地球物理勘探，55(2):373-378罗利，刘航，刘海军，等 2017 XMAC-F1 反射横波远探测成像技术及其应用 天然气工业，37(6):28-33马霄一，王尚旭，赵建国，等 2018 岩石跨频段实验研究 地球物理学进展，33(5):1943-1950，doi:106038/pg2018CC0144唐军，章成广，信毅 2017 油基钻井液条件下裂缝声波测井评价方法 以塔里木盆地库车坳陷克深地区致密砂岩储集层为例722地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)石油勘探与开发，44(3):389-397，406唐晓明，魏周拓 2012 利用井中偶极声源远场辐射特性的远探测测井 地球物理学报，55(8):2798-2807，doi:10 6038/j issn0001-5733201208 031陶果，邹辉 2000 现代阵列声波测井数据处理和解释方法研究 石油勘探与开发，27(2):76-78谢冰，白利，赵艾琳，等 2017 Sonic Scanner 声波扫描测井在碳酸盐岩储层裂缝有效性评价中的应用 以四川盆地震旦系为例 岩性油气藏，29(4):117-123薛梅，楚泽涵，姜皓 2000 声波测井仪器发展评述 石油仪器，14(5):6-10张辉，肖承文，海川 2009 利用声电成像评价碳酸盐岩储集层裂缝(为庆祝塔里木油田石油会战 20 周年而作)新疆石油地质，30(2):252-254822