利用阵列声波测井技术精细评价压裂缝高度的方法及应用
XMAC测井资料评价水力压裂效果的应用分析
４ ２
国 外 测 井 技 术
就小。
两 个水 平 应力 ， 据 ＮＣＧ ｙ 根 ＿．ａ 等人 的临界 深 度理 论 ：（ 曼 ｓ 临界深 度 以下 ， 水平 应 力 小 于垂 直 应力 。现 已证 实 临界深度 随地 区而异 ， 国约为 ５０ 我 ０ 米左右 ｐ ５０ ０ 米 ， 以下地层 ， 水平 应 力小 于垂 直应 力 ， 小 主应 力 为水 最
向异性 大小 的差异 ， 来评 价 套 管井地层 压 裂效 果和 裂缝 延 伸 范 围。 关键 词 ： 叉 多极 子测 并 ； 层各 向异 性 ； 力压 裂 ； 交 地 水 快横 波 ； 慢横 波 到快 、 主方 向得 到 ： 慢
＝
Ｏ 引 言
目 前各油 田主要采用水力压裂地层的方法 ， 提 高地层 的渗流能力 ， 以达到提高产能和储层采 收率 的 目的 。在进 行 压裂 施工 前 ， 过 相关参 数 设计 ， 通 可 以预测压裂产生裂缝 的高度和程度 ， 但准确评价压 裂 的效果及裂缝在井轴上 的延伸范围较 困难 。本文
。ｔ ＿
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ｌ
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０
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１ 交叉多极子 阵列声波测量地层各 向 异性 的原 理
地层的各 向异性分为横 向各向同性 （ ） Ⅷ 和环 向各 向异 性（Ｔ）前者 的对称 轴与井 轴平 行 或重 ＨＩ ， 合 ； 者 的对 称 轴 与井 轴 有 一定 夹 角 或 垂 直 。 当井 后
这两组波形的极性相 同且波形相似 ， 参考这两 组波形 ， 经过一系列反演可 以确定地层各向异性大 小， 当快、 慢横波速度差异大时 ， 各向异性就大 ， 反之
致， 都为 Ｓｔ。快 、 （ ） 慢横波可以通过将源横波投影
阵列声波在工程压裂中的应用
王海云 ： 阵列声波在工程压裂 中的应用
缝 发 育 。 套 后 压 裂 改 造 后 的 Ｘ Ｃ成 果 显 示 ＭＡ ２ ３． ０ ９Ｏ ０６ ０—２ ５．ｍ井段 地层 各 向异性 较 强 ， 为压 裂产 生 的垂 直或 高角度 裂缝 所造成 。分析 认 为射孔 后压 裂 改 造 造 成 的 垂 直 裂 缝 向 上 延 伸 较 短 至 ２３ ． ０６Ｏ ｍ 处， 裂缝 向下延伸 至 ２ ５． ０ ９ ｍ处 ， ０ 裂缝延伸 高度为
图 １压 裂预 测 成 果 图
作 者简介 ： 王海 云（９ １ ， ，０ ４ １８ ～） 男 ２ ０ 年毕业于成都理 工大学勘 查技 术与工程专业 ， 科、 本 工程 师 现从事测 井资料解释 与研 究 ｒｔ ￣－ ’ ’ ’ ’ ‘ ’ ’ ’ 一
－
，
并 且往 往会 导 致施 工过 程 中上 下 邻近 水层 的 水 串， 响 产能 ； 文介 绍 了应 用 ｅ ｒｓ处 理平 台的 影 本 Ｘｐｅ ｓ 压 力预 测程 序 ， 以得 到 闭合 压 力梯度 、 裂压 力梯 度 、 可 破 闭合 压 力、 射孔 段 的最 小 闭合 压 力、 裂压 破
力， 这几个参数对压裂施工设计具有较 高的参考价值 ， 在选择压裂井段 时， 就可以较好地考虑压裂 井段 上 、 围岩 的破 裂压 力 ， 下 选择 合适 的压 裂压 力 ， 既保 证 能较 好地 改造 油层 ， 同时又不使 上 下地层 破 裂 。在 辽 河油 田实施 的几 口井 中， 裂 高度 以及破 裂 压 力预 测较 为准确 ， 日后 压裂施 工 方案的 压 为
阵列声波测井技术基础和应用
四、阵列声波测井基础
P-波：也就是纵波，它取“Primary”的字首，表示初至波的 意思。（也叫 Compressional Wave） S-波：就是横波，它取“Secondary”的字首，表示次到波的 意思。（也叫 Shear Wave）
四、阵列声波测井基础
斯通利波（Stoneley Wave）：是一种沿井壁传播的、在井 壁和声波探头之间环状空间中的流体（一般是井内泥浆）中 产生的导波，即当声波脉冲与井壁和井内流体的界面相遇时 就会产生斯通利波。斯通利波在全波列上具有波幅相对较 大、频率较低、速度低于井内的流体纵波声速等突出的特 点。斯通利波的相速度一般为纵波速度的0.89-0.96倍，其频 率小于5000Hz，斯通利波在流体和固体交界面处波幅最大， 在流体介质中斯通利波的衰减最快。 应用：利用它的衰减可以进行地层渗透率的评价。
(MIRL 3206)
PA
小探头 ———
——— ———
9.0″ 5.5″
24″
550
井眼居中测量
五、阵列声波测井仪
三大测井公司 1、斯仑贝谢公司：DSI 2、阿特拉斯公司：MAC、XMAC 3、哈里伯顿公司：WaveSonic
六、声波慢度的提取
波形区分方法：
（1）、在声波全波列图上，横波幅度大于纵波幅度； （2）在声波全波列图上，纵波和横波首波相位是相反的，即相位相差180°； （3）从到达时间上区分速度较快的纵波和速度较慢的横波及其它速度更慢的 斯通利波。
增加井内液柱压力，将减小井眼周围的应力集中，当有 效切向应力变为拉伸并达到岩石的抗拉强度时，地层容易 张性破裂，在井壁上产生裂缝。当岩石受最大切向应力 时，θ应为90°，得到地层破裂时
3σ x − σ y − Pm − α Pp = −St
压裂裂缝高度的测井评价方法_罗宁
收稿日期:2008-03-16;修回日期:2008-12-01作者简介:罗宁(1974-),高级工程师,1997年毕业于西南石油学院测井专业,现从事测井现场解释和资料评价工作。
地址:(400021)重庆市江北区大石坝川庆钻探公司测井公司解释中心,电话:(023)67352053,E-m a i l :l u o n i n g 1974@126.c o m开采工艺压裂裂缝高度的测井评价方法罗宁,丁邦春,侯俊乾,张莉萍,范利群(四川石油管理局测井公司解释中心) 罗 宁等.压裂裂缝高度的测井评价方法.钻采工艺,2009,32(1):43-45摘 要:水力压裂技术作为油田的主要增产措施,在油田的开发中得到广泛的应用,但评价压裂效果的重要参数—裂缝的压裂高度却无法直接获取。
通过分析,井温测井、同位素测井、中子寿命测井、过套管阵列声波(交叉偶极)测井在井壁存在压裂裂缝时和井壁不存在压裂裂缝时响应特征有明显差异,从而总结出了压裂裂缝高度的测井评价方法,并给出相应的实例证明这些方法的适用性。
同时,该文也对油公司在选择适当的测井方法判断压裂裂缝高度方面具有指导意义。
关键词:压裂裂缝高度;井温;同位素;中子寿命;交叉偶极;测井评价中图分类号:T E 357.1+4 文献标识码:A 文章编号:1006-768X (2009)01-0043-03 根据井壁存在压裂裂缝时与井壁不存在压裂裂缝时在测井资料上的不同测井响应,通过测井资料可以间接获取裂缝的压裂高度,评价水力压裂的效果。
经过分析,井温测井、同位素测井、注硼中子寿命测井、过套管阵列声波(交叉偶极)测井均对井壁存在压裂裂缝反映敏感,是适合于评价裂缝压裂高度的有效技术。
一、利用井温测井判别压裂裂缝高度压裂前,井筒内液体与其周围处于热平衡状态,相互之间无热传导,因此井温曲线呈正常的地温梯度。
压裂后,低温压裂液携带支撑剂,高速经过井筒流入到压开的垂直裂缝中,破坏了原始的温度平衡系统,由于井筒中的液体温度远低于其周围的地层温度,形成温差,地层中的热量在温差的作用下,不断传入井筒,造成地层温度下降。
利用偶极声波测井进行储层压裂效果评价
手 段之一 。 长庆 油 田是 个典 型的低孔 、 低 渗油 气 田， 几 即横 波分 离现象 （ 图１ ） … 。快 、 慢 横波 之 间的能量差 或
乎 每 口井 都 必须 经过 压 裂 改造 后 才能 获 得一 定 产能 ， 对 油气 层改造 效果评 价 的需求 非 常迫切 。长庆 油 田公
一
项有效的压 裂效果评价方法 ，同时也拓宽 了测井资料在工程检测方面的应用中图分类号 ：Ｐ ６ ３ １ ． ８ ２
文献标识码 ：Ａ
中国石油 今后 面对 的大 部分 油气 藏将 是低 孔 、低 射横 波分 裂成 质 点平 行 和垂直 于裂 缝走 向振 动 、传 播
司总结近 几 年应 用测井新 技术 的特 点 ，利 用偶 极 声波
测 井进行 储 层压 裂效果 评价 ， 取 得 了 良好 的应用效 果 。
●
１ 技术可行性分 析
与常规 声波 测井 相 比 ，偶 极声波 测 井除 了可以 获 得地 层的纵波 之外 ， 还 可获 得横波 、 斯 通利波 ， 这就 极
图 １横波分离示意图
Ｆ ｉ ｇ． １ Ｍ ａ ｐ ｓ ｈｏ ｗｉ ｎｇ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｐ ｌ ｉ ｔ
第一作者 简介：窦伟坦 ，男 ，高级 工程师 ，１ ９ ８ ７ 年 毕业于华东石油大学石油地质 专业，从事油 气勘探 与管理工作 ，现任长庆油 田分公司 勘探部经理 。 收稿 日期 ；２ Ｏ ｏ ６ 一Ｏ ８ 一ｌ ｌ ｌ修改 日期 ：２ ０ ０ ７ －０ ３ －１ ２ ｅ ＤＣ Ｓ处理相 关资料 ，Ｓ ｃ ｈ ｌ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｇ ｅ ｒ内部资料 ，２ ０ ０ ５ 。
5700测井技术介绍—阵列声波测井原理及地质应用
5700测井技术介绍——阵列声波测井原理及地质应用目录一、前言 (2)二、阵列声波测井原理 (2)1、多极子阵列声波仪器的测量原理 (2)2、交叉偶极子阵列声波仪器的测量原理 (3)3、阵列声波的测量方式 (4)4、阵列声波测井波形分析 (4)三、阵列声波的处理 (6)1、提取纵波、横波及斯通利波 (6)2、数据处理STC算法 (6)3、全波列分析处理程序 (7)四、阵列声波的基本地质应用 (8)1、利用纵波、横波及斯通利波识别裂缝 (8)2、鉴别岩性和识别气层 (9)3、在计算岩石机械特性中的应用 (10)4、压裂施工分析 (11)5、利用时滞频移识别裂缝带 (13)6、判断地层各向异性 (14)7、计算地层应力和确定应力方位 (16)五、总结及建议 (17)一、前言阵列声波仪器能够测量地层的纵波、横波、斯通利波，通过一定的数学计算方法便能提取这些波的首波传播时间，计算频散特性，从而分析出岩石的声学特性，再结合密度、泥质含量、孔隙度等曲线能够计算地层弹性力学参数、机械特性参数、泥浆参数、地层渗透率等参数，并且能够计算各向异性地层的各向异性大小和方位。
利用这些参数能够评价井眼的稳定性，评价裂缝的发育带，确定应力大小及方位，为压裂施工提供压力参数，为钻井泥浆的配制提供泥浆参数，并能判断岩石裂缝的有效性。
由于这些特点，目前阵列声波测井已得到了广泛的应用。
尤其在解决复杂的地质问题，为油田增产、增效服务方面，起到了非常重要的作用。
二、阵列声波测井原理1、多极子阵列声波仪器的测量原理多极子阵列声波测井仪器（MAC）将单极子阵列和偶极子阵列进行有效地组合，两个阵列的配置是完全独立的（如图2-1）。
该仪器的声系包括1个单极子声系和1个偶极子声系。
单极子声系包括2个单极子发射换能器T1、T2和8个接收换能器，发射换能器带宽为2KHz-15KHz，中心频率为8KHz，可以激发地层纵波、斯通利波，在地层中激发转换横波。
阵列声波测井技术的研究与应用[1]
![阵列声波测井技术的研究与应用[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/5edf2aef856a561252d36ffb.png)
摘要：本文以阿特拉斯公司和哈里伯顿公司的新一代交叉偶极子阵列声波测井仪器
近年来随着阵列声波测井技术的发展，阿特拉斯公司和哈里伯顿公司先后推出了新一代 的交叉偶极子阵列声波测井仪（ＸＭＡＣ—ＩＩ和ＷＡＶＥＳＯＮＩＣ）。从交叉偶极子阵列声波测井
资料中可以准确的提取出纵波时差、横波时差和斯通利波时差曲线，并可利用斯通利波的时
中值滤波处理，就得到了在到达时间上相差不大的直达斯通利波，而以“Ｖ”字型出现的反
射斯通利波将被滤除。把中值滤波前后的波形相减，可以得到反射斯通利波。由于仪器在裂 缝上、下方时均存在反射斯通利波，对于同一条裂缝，求出的反射系数曲线将出现上、下两
处峰值。另外，在裂缝间隔较小的情况下，各条裂缝产生的反射斯通利波之间将出现重叠现
道为上行斯通利渡．第五道为下行斯通利波。
一
７
０
、
●Ｉ
～？
利用得到的直达斯通利波、上行反射斯 通利波和下行反射斯通利波。计算斯通利波
反射系数的公式如下： ｙ（＿【ｃ＿）一Ｒ（ｗ）／Ｄ（ｗ）
）
ｊ
圈１波场分离示意图
式中Ｄ（训）——直达斯通利波的频谱； Ｒ（叫）——反射斯通利波的频谱。
由于反射系数是反射斯通利波与直达斯
这种现象，采用全毕奥特弹性理论，用一种
多参数反演方法计算储层渗透率。 计算理论斯通利波的时滞和频移的参数 的表达式，弹性地层被同类型的非零渗透性 地层替代时出现的幅度衰减可以表示为：
筹孑２吲“ｐ（／ｋ棚
式中＾。——弹性斯通利波的渡数；
＾。——渗透性斯通利波的渡数｝
…、ｌ
Ｌ
图２反射系数判断裂缝示意圉
卜传播的距离。
彰 闩 —Ｈ
∥ 闩 —Ｕ
流体流动影响
一
利用阵列声波测井资料预测静态压裂参数
权平均方法计算
ｎ
∑ Ｋｓｍａ ＝
（ＫｓＬＴＨｉ ×ＶＬＴＨｉ）
ｉ＝１
（９）
式中，ＫｓＬＴＨｉ 和 ＶＬＴＨｉ 分 别 为 岩 石 中 不 同 岩 性 骨 架
· ２７２ ·
测 井 技 术 ２０１１ 年
的静态体积模量和体积百分含量。
在 贝 克 阿 特 拉 斯 ｅＸｐｒｅｓｓ 平 台 下，在 原 有 ＭＥＣＨＰＲＯＰ 模 块 基 础 上，设 计 了 ＭＥＣＨ－ ＰＲＯＰ２００９模块，增加了静态模量的计算和输 出，流 程 图 见 图 ２。
（１）静 态 闭 合 压 力
［ ］ ｐｃｓ ＝１０－３ １ν－ｓνｓ（ρ０ｇｄ －αｓＧｐｐｄ）＋Ｇｐｐｄ
（１０）
式中，ｐｃｓ为静态闭合压 力，ＭＰａ；ρｏ 为 上 覆 地 层 密 度 （缺省 值 ２．３），ｇ／ｃｍ３；ｇ 为 重 力 加 速 度 （缺 省 值 为
９．８），Ｎ／ｋｇ；ｄ 为 岩 石 埋 深，ｍ；αｓ 为 静 态 Ｂｏｉｔ压 缩
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利用阵列声波测井技术精细评价压裂缝
高度的方法及应用
摘要：以往，常规压裂监测技术进行压裂效果监测，但在实际应用过程中均
表现出压裂层段定位不准、环境污染等局限性。
目前非常规油气勘探主要应用微
地震监测技术进行压裂效果监测，该技术主要通过在邻井中（或地面）布设检波
器来监测压裂井在压裂过程中诱发的微地震波来描述压裂过程中裂缝生长的几何
形状和空间展布，能够实时提供压裂施工过程中产生裂隙的高度、长度和方位角
等信息。
然而，由于海上作业成本的限制，微地震技术无法用于海上压裂效果评价。
因此，海上压裂裂缝高度的评价主要利用正交偶极子声波各向异性技术，该
技术主要通过对比压裂前、后横波分裂程度来评价裂缝高度。
关键词：阵列声波测井技术；精细评价；压裂缝高度
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，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，到后来斯通利波在裂缝
评价及渗透率分析方面显著作用，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，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，声波频谱的信息也被应
用与进行裂缝有效性方面的评价。
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.声波测井仪器
声波测井仪器一般都由发射声系、接收声系和信号处理系统组成并进行协调
工作。
目前为减少测井解释的不确定性，现代仪器多采用多信息融合的方法，并
向大规模复杂阵列化方向发展，极大地增加了声系组装、调试和维修的难度与复
杂度。
例如方位远探测反射声波测井仪器，有源发射声系内包含6个单极发射换
能器及8个偶极发射换能器，有源接收声系中含有80个声波接收换能器及相应
的数据采集处理通道，应用传统方法工作难以进行。
阵列化声系的有效性和一致
性影响测量的精度和可信度，直接决定测井作业的成败，井下高温高压环境对阵
列化声系的稳定性和可靠性也提出了很高的要求。
为了方便测试阵列化声系的性能，提高声系组装调试和维修诊断的科学性和效率，需要研发专门的声系测试设备。
2.我国声学测井技术的主要技术特点
随着我国的信息技术在不断的发展，在我国的声学测井当中越来越多的信息
技术以及信息理论在声学测井当中进行应用。
现代化的声学测井技术在下井当中
能够对地层当中的不同波进行多测的测量，有助于对岩层的实际密度、岩层数据
参数等不同的方面进行多样化的数据搜集，更好的对地层当中的元素、特性等进
行广泛的搜集，及时的搜集在矿井当中的不同的参数资料。
通过对我国的现代化
的声学测量仪器进行分析可以得知，在测量的过程当中能够及时的对油井当中的
纵波、横波、斯通立波进行更加精确化的技术分析，更好的测量岩石当中的不同
的数据参数，并根据地层当中的主要的信息参数对油井的实际质量进行判断。
3.脆裂指数计算原理
钻井、压裂过程会导致井壁岩石扩容，这时岩石弹性波速（包括纵波和横波）明显降低，应用纵波走时可以对井壁附近的径向速度变化进行层析成像，进而可
以评价近井壁压裂效果，该技术已在致密储层压裂效果评价中取得了一定的应用。
近年来，通过进一步研究，可压裂性好的岩石更容易起裂，脆性高的岩石起裂后
产生的裂缝多，造成的波速降低愈明显。
因此，可以看出岩石的脆裂性质与井壁
附近波速变化存在良好的对应关系，通过利用纵波走时层析成像技术，求取近井
壁地层波速的径向变化，然后将地层波速沿径向积分，获取岩石的脆裂指数，实
现对岩石脆裂性的定量评价。
4.多极子阵列声波测井技术原理
不同种类的阵列声波测井仪器在结构上具有一定的相似性，但工作方式存在
一定的差别。
多极子阵列声波测井仪是我国使用较多的一种阵列声波测井仪，主
要由发射探头、接受探头以及隔声体组成。
其中发射探头部分由4个发射源构成，接收探头部分由8个接收探头构成，隔声体即隔离在发射探头与接受探头以及外
壳之间的绝缘体，其存在使得在测井过程中避免了挠曲波的干扰，提高了测井质量。
多极子阵列声波测井的模式较多，包括单极子、单极子全波、偶极子以及交
叉发射测量4种模式，针对不同的地质问题可选用对应的测量模式。
当仪器采用
单极子模式时，其工作方式和常规测井仪器的工作方式一致，由上部发射探头向
井壁发射信号，下部接受探头接收经过井壁后的声波信号，4个探头可同时工作
并记录4条曲线，主要用于比对。
单极子全波工作模式是由下部发射探头向井壁
发射信号，8个接收探头接收经过井壁后的声波信号，接收探头同时工作并记录
8条曲线，主要作用是提取横波、纵波及裂缝识别等。
偶极子发射工作模式是:由
X发射探头向井壁发射信号，X方向及其反方向接收经过井壁后的声波信号，8个
接收探头同时工作并记录曲线，主要用于慢速地层中横波的提取。
交叉发射测量
工作模式是:X、Y发射探头同时向井壁发射信号，X、Y方向及其反方向接收经过
井壁后的声波信号，8个接收探头同时工作并记录曲线，主要用于分析地应力及
裂缝的识别等。
5.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。
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。
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。
结束语
1）由于海上作业环境的特殊性，压裂效果评价难以参考陆地油田相关技术进行作业。
本文提出一种利用声波横波幅度与纵波走时层析成像技术综合评价压裂缝高度的方法，创新性地将横波幅度与脆裂指数两个参数结合起来，建立了压裂缝高度评价图版。
通过将压裂前、后的声波横波幅度之差、脆裂指数之差投影至该图版中，即可获得相应井段的压裂情况，同时获得压裂缝高度。
2）通过采用上述方法处理实际资料，验证了该方法的正确性和有效性，最终为海上储层压裂效果评价提供了一项有效的工具。
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