偶极横波远探测技术在X油田的验证及应用

武卫锋,刘树巩

(1.中海油能源发展股份有限公司,北京100027;2.中国海洋石油国际有限公司,北京100027)

0 引 言

国外进行了大量声波成像[1-5]研究工作,Schlumberger和Baker Hughes公司开发了反射波成像测井仪和相应的处理软件。因为单极子声源无方向性,无法反映反射体的方位,唐晓明[6]第1次将偶极子声源引入远探测声波成像技术中。偶极子声源由于使用比单极子声源频率低的2～5 kHz频率,因此,偶极子横波法与单极子纵波法相比有较深的横向探测深度。另外,采用四分量的偶极发射和接收,还可以确定反射体的方位。2009年,唐晓明等利用四分量偶极数据对井旁裂缝和盐丘内部构造进行了成像,取得了显著的应用效果。中国测井工作者为探测井旁地层界面、断层、裂缝、孔洞等地质特征,进行了大量的远探测声波成像研究[7-10]工作。中海油田服务有限公司研制了偶极横波远探测测井仪器[11-14]和相应的处理软件,可以探测井旁的断层、裂缝、孔洞等地质现象。

X油田生产中面临的主要问题是地层产水量增加导致油井停喷关井。确定X油田的出水原因从而控水成为解决问题的关键。岩心资料显示该油田裂缝发育,发育的裂缝是否能引起C油组及以下地层的水上窜至其上部地层没有定论。在X-24井尝试用偶极横波远探测等测井资料、岩心资料、地质录井资料认识X油田裂缝、孔洞的发育情况获得成功,证明了A、B、C等3个油组裂缝或孔洞都比较发育,3个油组之间是连通的,后续完钻X-26井C油组及以下地层的流体上窜证实了连通通道的存在。

通过偶极横波远探测等测井资料、岩心资料、地质录井资料的相互验证解决了X油田的问题,也证实了偶极横波远探测技术在探测地层裂缝、孔洞方面的能力。

1 偶极横波远探测技术

1.1 偶极横波远探测测井成像原理

偶极横波远探测测井技术采用偶极子声源在井中向井外发射横波,探测从井旁的裂缝、孔洞、断层等地质体反射回井中的横波,并对井周的这些地质构造进行声波成像,虽然反射信号比沿井传播的声波要小很多,但经过专门的数字信号处理,可以提取其中的微弱反射波信号并得到井旁反射体的位形。

单极声源频率一般在10 kHz左右,较高频率造成其探测范围有限,约为几米到十几米的范围,而且单极子声源无方向性,因而不能确定反射体的方位。偶极声源由于频率较低(约为2～5 kHz)、波的能量衰减弱,该方法有较深的横向探测距探测距离(可达70 m)。由于偶极子声源具有方向性,采用多分量四分量的偶极发射器和接收器,偶极子声源的这些优良特性使得偶极横波法不但能确定反射体距井筒的距离,还能确定其方位。

1.2 偶极横波远探测测井解释模型

采用正反演相结合的方式建立了典型地质体反射体解释模型。根据实际井中出现的反射现象,分析建立可能的地质模型,然后依据地质模型进行正演模拟,得到理论的反射特征。如果理论反射特征与井的反射现象相一致,证明建立的地质体模型可靠,把成像图上出现的反射现象建立为地质解释模型,这样就建立了一些典型地质构造体的解释模型,这些解释模型为以后的远探测解释提供了一种模式,即可以通过正演模拟验证的方法为解释远探测反射现象提供依据。图1为典型地质体解释模型示例。

图1 典型地质体的解释模型

2 偶极横波远探测测井技术X油田的应用

X油田开发的目的层为第三系地层,由上至下分为A、B、C等3个油组,各个油组之间分布广泛的泥岩,B和C油组之间的泥岩厚度6～30 m左右,因为没有泥岩不能作为隔层的证据,X油田定为层状边水构造油藏。X油田为欠饱和油藏,泡点压力2 450 psi[注]非法定计量单位,1 psi=6 894.76 Pa,下同,原始地层压力为4 730 psi,气油比为103,油层主要分布在A和B这2个油组,C油组只在构造高部位有油层发育。该油田1976年开始生产,射孔井段主要为A油组和B油组的上部,个别井射孔段包括B油组的下部油层。

2010年重新研究发现一些生产井的生产数据不符合层状边水构造油藏的特点,而是符合底水油藏的出水规律,为解决该油田这一油藏特征的问题,在X-24井进行完井测井时采集了偶极横波远探测测井资料,资料采集及处理由中海油田服务有限公司完成,并在A油组及B油组上部井段进行连续取心,通过研究认为X油田地层存在裂缝为块状油藏。

2.1 X-24井偶极横波远探测测井成果的验证

2.1.1 硬石膏段偶极横波远探测测井成果验证

偶极横波远探测资料显示硬石膏段存在裂缝,通常认为硬石膏为理想的盖层,裂缝不应该发育。但是气测录井资料显示在对应的硬石膏存在裂缝的井段有气测异常,即有气体从该井段流出(见图2),硬石膏为化学沉积形成的岩石,没有原始孔隙,只有硬石膏地层存在裂缝的情况下油气才能运移进地层,钻入该地层时则形成气测异常,所以硬石膏井段气测异常可以证明偶极横波远探测的裂缝显示可信。

图2 硬石膏段偶极横波远探测裂缝发育和气测异常对照图

硬石膏段为该区的盖层,之上地层为异常高压,之下地层则为正常压力,钻井时要求用饱和盐水的重钻井液钻入硬石膏段1～2 m即下套管封住高压段,改用1.2 g/cm3左右的钻井液继续钻进,以防出现因为没有控制好钻入硬石膏段深度造成井报废的情况。

从偶极横波远探测资料看硬石膏段顶部有5 m左右裂缝不发育(见图2),这5 m左右及上次下套管前钻穿的硬石膏为上下2个压力系统的分割层,其上为高压系统,其下的裂缝发育段和油层段为正常的压力系统,上述井报废是因为用重钻井液钻入正常压力的硬石膏裂缝发育段地层造成的,这一现象是该段地层存在裂缝的又一个证据。该研究前只知道钻进该硬石膏段需要尽快调整钻井液密度,通过研究知道了需要尽快调整钻井液密度的原因。

2.1.2 A油组井段偶极横波远探测测井成果验证

A油组的地层主要为白云岩,偶极横波远探测资料显示A油组井段地层发育裂缝和孔洞,缝洞发育情况与典型地质体解释模型中“孔洞+裂缝群”的特征近似,上部裂缝和孔洞比下部发育。

岩心取自井眼位置对应的地层,偶极横波远探测测井探测的是井壁以外的地层,因为岩心与测井探测的地层距离较近,地层的特点较为接近,可以用岩心裂缝及孔洞的发育情况验证偶极横波远探测测井资料。

该井段连续取心段,岩心观察到的裂缝和孔洞发育情况与偶极横波远探测资料显示基本一致,岩心中发育大量的裂缝和孔洞(见图3),岩心中的裂缝规模较小,裂缝长度在25 cm内,裂缝产状以高角度裂缝为主;岩心薄片资料显示裂缝宽度大多数为0.02～0.07 mm,孔洞直径通常小于10 mm,所以,岩心资料验证了A油组地层偶极横波远探测测井资料显示的裂缝和孔洞发育情况。

图3 A油组偶极横波远探测和岩心裂缝、孔洞对比图

2.1.3 B油组井段偶极横波远探测测井成果验证

图4 B油组偶极横波远探测和岩心裂缝、孔洞对比图

B油组的地层主要为灰岩,顶部和底部有少量砂泥岩地层,偶极横波远探测资料显示B油组井段地层也存在裂缝和孔洞,缝洞发育情况与典型地质体解释模型中“孔洞+裂缝群”的特征近似,上部裂缝和孔洞比下部略发育,高孔隙度的灰岩和砂岩井段裂缝和孔洞发育较差。在该层段的上部进行了钻井取心,岩心观察到的裂缝和孔洞发育情况与偶极横波远探测资料显示基本一致(见图4)。

B油组岩心中发育了1条长度85 cm的裂缝,其他裂缝长度则在30 cm内,裂缝产状以高角度裂缝为主;岩心薄片资料显示裂缝宽度大多数为0.02～0.08 mm,孔洞直径通常小于8 mm,所以岩心资料验证了B油组地层偶极横波远探测测井资料显示的裂缝和孔洞发育情况。

2.2 偶极横波远探测测井成果应用

硬石膏井段偶极横波远探测资料显示的裂缝用气测异常得到了验证,A油组和B油组偶极横波远探测资料显示的裂缝和孔洞通过岩心资料得到了验证,即可认为偶极横波远探测资料可以反映了地层的真实情况。

上面论述证明了该井的偶极横波远探测结果是可信的,则偶极横波远探测资料显示C油组泥岩段发育的裂缝和孔洞同样可信(见图5),缝洞发育情况与典型地质体解释模型中“孔洞+裂缝群”的特征近似,X-24井偶极横波远探测资料显示的裂缝和孔洞形成了A、B、C等3个油组之间的流体流动通道,从而证明该油藏是块状油藏。

图5 测量井段偶极横波远探测裂缝、孔洞发育情况图

2.3 偶极横波远探测测井成果验证

X-24井偶极横波远探测资料显示的裂缝和孔洞形成了A、B、C等3个油组之间的流体流动通道,证明该油藏是块状油藏。为了进一步验证上述结论,在油藏高部位X-1井附近钻了1口新井,新钻的X-26井C油组对应X-1井油层的海拔深度的储层变为水层(水淹)(见图6),因为该油田的C油组没有射孔生产,C油组的油只能通过A、B、C等3个油组之间的流体流动通道流到A、B油组产出,从而获得了C油组的油通过C油组泥岩段流动的证据,则进一步验证C油组泥岩段发育有裂缝和孔洞,A、B、C等3个油组之间是连通的,所以该油田是块状油藏。

图6 投产前后油水层的变化情况图*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m; 1 mD=9.87×10-4 μm2;下同

3 结束语

(1)偶极横波远探测测井是一项全新的技术,该技术在X油田的检验性应用在解决油田问题的

同时又证明了该技术解决地层裂缝和孔洞问题的能力,利用偶极横波远探测测井技术探测地层的裂缝和孔洞发育情况是可行的。

(2)偶极横波远探测测井技术可以在低孔隙度、低渗透率储层的裂缝评价中发挥较好的作用。今后应在储层评价特别是低孔隙度、低渗透率储层、页岩气的评价中广泛应用

(3)X油田A、B、C等3个油组发育的裂缝和孔洞形成了3个油组之间流体的流动通道。该油田是块状油藏,C油组发育裂缝、孔洞的泥岩和硬石膏裂缝段也是储层。该油田的储量大于之前按层状边水油藏评价的结果。

(4)从C油组的泥岩裂缝获得一点启示,在测井资料处理程序中有个泥岩截止值SHCT参数,当泥质含量大于SHCT时,该层就作为非储层处理并被忽视了,这样就可能漏掉了一些裂缝性泥岩油气层。在油田内寻找漏掉的裂缝性泥岩油气层可作为油田挖潜的一种手段。偶极横波远探测测井技术的应用可以避免漏掉的裂缝性泥岩油气层。