利用反射波能量評價儲層有效性

齊寶權，賀洪舉，黃宏，劉航，苗清，羅文

（中國石油集團測井有限公司西南分公司，重慶 400021）

0 引 言

縫洞型儲層具有低孔隙度、低滲透率、非均質性強等特點，裂縫、孔洞的定量評價及表征對該類儲層有效性的評價起到關鍵作用[1-2]。儲層縫洞有效性評價不僅要考慮井筒附近情況，還要考慮井旁裂縫發育情況[3]。由于電成像測井的探測深度淺，因此，電成像測井處理成果只能反映井壁附近裂縫的有效性[4-5]，而對于井旁裂縫發育情況，需要借助遠探測聲波等測井信息做出綜合評價。通過遠探測聲波測井資料，利用井旁反射體偏移成像處理技術和反射體識別、反射體產狀參數計算等測井評價方法以及本文提出的反射波能量計算技術進行井旁縫洞評價，并結合井筒縫洞評價、地震及地質資料，形成碳酸鹽巖儲層縫洞綜合評價技術體系。

1 遠探測聲波井旁縫洞評價方法

利用遠探測聲波測井資料，通過波場分離和反射波提取以及偏移成像識別井旁反射體，確定其延伸長度、距井軸距、傾角、方位等參數，開展井旁裂縫的識別和評價。由于偶極橫波遠探測測量的是地層中存在的聲阻抗界面[6-7]，同時反射波信號容易受井眼環境、地層噪聲的干擾，偶極橫波遠探測的測井解釋一直是難點[8-9]。同時由于缺少正演模擬，不同聲阻抗界面在遠探測聲波上的響應特征難以準確描述。

針對上述情況，在偶極橫波遠探測成像解釋時，結合常規測井、橫波各向異性、成像測井、地震等資料，從反射體的深度、大小、形狀、傾角、走向等方面綜合識別反射體的類型，并標定反射體的產狀，建立過井壁裂縫、井旁裂縫、溶蝕孔洞等井旁縫洞反射體的測井解釋圖版。井旁縫洞反射體的識別主要有2點：①反射體為弱噪音背景下的強反射能量；②以一定角度間隔進行方位成像。反射體的反射信號僅在一定方位范圍內可見，且在不同方位上的反射能量有強弱變化，而噪聲的反射信號在所有方位都可見，反射能量強度基本不變。同時，根據后期生產動態，對偶極橫波遠探測成像解釋的可靠性進行驗證。

如圖1所示，AA井在5 422 ～5 476 m井段的常規測井資料指示儲層孔隙欠發育，電阻率偏高，按照常規解釋評價標準判定該段儲層整體物性較差，但是通過遠探測聲波信息的處理和解釋評價，顯示該段儲層井旁發育有裂縫，綜合評判該段儲層綜合品質較好，本井經過測試，日產氣69.02×104m3。

圖1 AA井遠探測聲波處理成果圖

對于沒有遠探測偶極橫波測井資料的井，通過對縱波信息的提取和識別，同樣可以定性地評價井旁縫洞的發育程度，輔助評價儲層有效性。通過對不同測試井的縱波成像對比分析，由圖2可見，高產井井旁縫洞發育程度明顯高于低產井井旁縫洞發育程度。

圖2 多井縱波井旁縫洞識別成果圖

2 反射波能量定量評價井旁縫洞有效性

井壁裂縫有效性主要通過斯通利波能量的衰減程度來定性評價[6]，但斯通利波存在2個問題：① 徑向探測距離較淺；②不能探測到未切割井壁的裂縫（即井旁裂縫發育情況）。聲波遠探測處理技術解決了井旁裂縫的評價問題，并且其探測距離遠，較之斯通利波評價更有優勢。

2.1 反射波能量提取技術

通過偏移成像技術可以得到井旁裂縫、溶洞等反射體的圖像，通過圖像可以評價反射體的類型、發育井段等內容，在一定程度上可以幫助劃分儲層。但利用該方法定量評價裂縫性儲集層是一個難點，通過反射波信息對反射能量進行提取分析，對碳酸鹽巖裂縫性儲集層的分級劃分、定量評價具有一定的指導性。遠探測聲波測井儀器發射探頭發出的彈性波可以認為由點聲源發出，在傳播過程中，引起振幅衰減的因素很多。

在地面地震勘探中影響振幅的因素：①與地下地質情況有關的因素，如反射系數、反射界面形狀、地層吸收、多次反射等；②與近地表條件有關的因素，如震源強度和耦合情況、檢波器靈敏度和耦合情況等；③ 與炮檢距有關的因素，如球面發散、傳播路徑不同引起的吸收變化等。在遠探測聲波測井中，由于不存在檢波器耦合的問題，多次反射在整個反射過程中很難被檢測到，故遠探測聲波測井中反射能量的主要衰減因素為球面發散和地層吸收[10-12]。

將遠探測聲波測井發射探頭發射能量標準化，再求出反射能量與發出能量的比值，便可得到標準化后的反射能量值，可對同一口井不同深度的以及不同井的反射波能量進行對比研究[8]。

（1）球面發散補償方法。球面發散的影響可通過彈性波在傳播過程中能量變化的物理機制推導出。碳酸鹽巖地層一般為塊狀介質，在該地層的發散因子見式 （1）。

式中，Md為球面發散因子，1/m；vm為地層速度，m/s；v1為第1層反射介質速度，m/s；t為傳播時間，s。

（2）地層吸收補償方法。地層的吸收效應導致彈性波的振幅衰減十分復雜，彈性波在傳播時，高頻成分容易損失，主頻向低頻方向移動，振幅按指數規律衰減[9]。彈性波在塊狀介質中傳播的總衰減模式見式 （2）。

式中，f為頻率，Hz；A（f，0）為t= 0時的初始振幅；α（f）為吸收系數；ν（t）為在t時刻的速度，m/s；Ri為第i層介質的厚度，m；Rn為第n層介質的厚度，m。

井內聲源不僅在井壁附近傳播，還向井眼四周的地層深處輻射縱波和橫波能量。這些向外輻射的能量可以被井旁的聲阻抗不連續界面反射回井筒，或通過模式轉換再折射回井筒并被接收探頭所接收。聲阻抗不連續界面或反射界面可能是由于地下存在的裂縫、溶洞或地層界面等原因引起的。接收并處理這些反射信號，將其進行衰減補償后可計算反射波能量，評價井旁縫洞有效性。根據該理論，可通過式 （3）計算反射波能量[13-17]。

式中，Aref為反射波能量；k為第k個采樣點；j為第j個采樣點；x（j）為第j個采樣點的反射波能量；Nz為采樣數。

2.2 反射波能量評價井旁縫洞有效性方法和標準

通過遠探測聲波處理的反射能量可以反映井旁的裂縫發育情況，聲波反射能量值越大，說明井旁裂縫越發育、徑向連通性越好、滲濾性越好[7]。在龍王廟組和燈影組測試井開展了反射波能量處理，并將反射波能量值與測試結果進行對比，分析表明：高產井的反射波能量明顯高于中低產井的反射波能量，這也說明反射波能量越高反映井旁縫洞越發育，儲層品質越好，測試產量越高（見圖3）。

圖3 反射波能量處理成果圖

結合測試結果，統計分析了不同測試產能井的反射波能量值分布頻率，分類建立反射波能量評價標準：Ⅰ類（反射波能量＞2.5）；Ⅱ類（1.5＜反射波能量≤2.5）；Ⅲ類（反射波能量≤1.5）。在此基礎上，引入分類統計厚度，構建反射波能量系數以表征單井儲層井旁縫洞發育程度，并與測試產能建立關系圖版（見圖4），從反射波能量系數與測試產能關系圖版可以看出，測試產能與反射波能量系數呈冪函數增長的關系，即反射波能量系數越大，測試產能就越高。由此可見，反射波能量參數能為儲層測井綜合評價提供較好的依據。

圖4 反射波能量系數與測試產能關系圖

3 應用實例

在對儲層測井解釋評價時，主要通過常規測井曲線和電成像、元素測井及核磁共振等特殊測井資料進行解釋評價，但是受儀器探測范圍局限性的影響，僅能實現儲層井壁附近的解釋評價，無法開展井旁縫洞評價。通過對遠探測聲波反射波能量的提取和解釋評價，并結合儲層井壁附近的解釋成果，能較好地實現儲層“井壁+井旁”的綜合解釋評價[18]。

圖5為PT101井結合了井壁電成像縫洞定量表征及反射波能量定量計算的儲層綜合評價成果圖，常規解釋評價成果和電成像縫洞參數及斯通利波能量衰減均指示在5 615 ～5 640 m、5 674 ～5 692 m、5 732 ～5 816 m井段儲層基質孔隙發育、縫洞發育、斯通利波能量衰減明顯，表現出優質儲層特征。同時，在5 732 ～5 816 m井段，反射波能量整體呈高值，反射系數均值5.8%，指示該段井旁縫洞發育。

圖5 PT101井測井儲層綜合評價成果圖

綜合井壁附近和井旁儲層測井解釋成果，評價該井為Ⅰ類高產井，經測試獲日產氣220.88×104m3的特高產。

綜合常規測井、電成像、斯通利波能量衰減等井壁縫洞解釋評價成果和反射波能量解釋評價成果，較好地表征了儲層品質，實現了測井對儲層品質的分級評價，為重點探井的測井解釋評價提供了重要技術支撐。

4 結 論

（1）通過反射波信號的提取，利用反射波能量衰減補償計算公式，定量計算反射波能量，建立反射波能量系數評價標準，實現了井旁縫洞發育程度的定量評價。分析表明，反射波能量系數與單井測試產能呈正相關關系，說明利用反射波能量信息，能較好地評價井旁縫洞體發育程度和延伸情況。

（2）在井旁縫洞定量評價的基礎上，結合利用電成像等測井信息評價井壁縫洞發育情況的成果，定量評價非均質碳酸鹽巖儲層縫洞，實現“井壁+井旁”縫洞體綜合評價，可以形成一套碳酸鹽巖縫洞體綜合評價技術體系，利用該技術體系能進一步實現儲層縫洞精細刻畫和有效性的精確評價，提高測井解釋評價的精確度。