MPAL多极子阵列声波测井在二连油田开发中的应用

朱爱民，熊孝云，丛培栋，田文新，陈金宏

（1.中国石油大学地球资源与信息学院，山东东营257061；2.中国石油集团测井有限公司华北事业部，河北廊坊065007）

0 引 言

MPAL多极子阵列声波测井仪经过在二连油田4个凹陷4口井6井次的测井，证实仪器性能可靠，测井资料信息丰富。经处理提取的纵波、横波、斯通利波等曲线和参数，在为二连油田储层油气解释，评价裂缝方向、岩石各向异性、岩石强度特性、压裂效果以及钻井、完井施工、采油工艺设计等方面，发挥了极其重要的作用。

1 利用MPAL资料进行地质分析

通过对MPAL仪器测量的地层单极、偶极子阵列波形数据处理，获取地层纵横波慢度、斯通利波慢度等信息。通过其单极、偶极子波衰减还可提供地层各向异性及方向性、裂隙密度及排列方向、地层水平主应力方向等其它地层特征参数。

1.1 测井地质概况

二连油田进行MPAL测井4口6井次，井号为A、B、C和D，井位位于二连油田不同区块，分别为阿尔凹陷、赛汉塔拉、巴音都兰和吉尔嘎郎图，资料具有一定的代表性。其中A和B为裸眼井，A井岩性为砂砾岩，岩石颗粒成分为花岗岩；B井岩性为灰岩，且为小井眼（152mm钻头）；C和D为套管井，分别于压裂前后测量。

1.2 识别地层岩性

根据声波时差曲线可以划分不同的岩性地层。研究表明，不同岩性对横波速度的影响远远大于对纵波速度的影响，测井中往往采用横纵波比值来区分岩性。图1是D井压裂前MPAL测井提取的横纵波资料，测量段岩性为砂砾岩、白云质粉砂岩和泥岩。从图1中反映岩性不同，纵横波比值差异明显（见表1）。

1.3 识别地层裂缝和含气层

图1 MPAL测井岩性识别图

表1 不同岩性横纵波比值响应特征

在灰岩等裂缝性地层，当裂缝角度较高时，井眼扩径不明显，双侧向呈正幅度差，纵波慢度反映孔隙度较低，常规测井曲线要划分裂缝有效厚度难度很大。在MPAL阵列声波中，由于斯通利波是沿井壁产生，因地层与井中流体的相互作用引起井壁扭曲形成，能直观反映地层裂缝的渗透特性。此外，高角度缝对横波慢度影响较大，MPAL测井可测得地层快慢横波慢度资料，反映出其各向异性的细小变化。图2是B井的MPAL测井裂缝识别图。从图2明显看出，快横波各向异性图反映的裂缝厚度远远大于常规测井所划分的裂缝厚度，第1、2和3号层被高角度缝沟通，第1、2和4号层斯通利波能量衰减，反映裂缝发育较好。

当储层含气时，纵波幅度能量衰减、慢度增大或有周波跳跃。图3为A井的MPAL测井含气识别图。图3反映，60、61、63号层纵波慢度增大、幅度衰减明显，属明显含气特征；图3中62号层常规测井解释为油水层（含气），阵列声波无含气指示；63号层常规测井解释为致密层，阵列声波反映该层下部含气，故解释为致密层（含气）。

1.4 分析岩石机械特性

通过测量声波的速度与能量来反求地层的岩石力学特性参数，评价岩石强度。此外，结合密度测井等曲线，计算出上覆岩层压力、径向压力、周向压力、坍塌压力、岩石破裂压力、最大最小主应力以及出砂指数等参数。利用这些参数可以进行井壁稳定性研究，为钻井设计算最佳泥浆比重、压裂施工方案设计，以及完井工艺和方法设计等。如在水平井中，井壁上覆岩层压力会造成井壁不稳定，井壁垮塌，因此水平井裸眼完井时的生产压差必须控制在岩石抗压强度的1／3至1／2，才能保证长期生产稳定，其抗压强度资料由MPAL测井可以求得。

图2 MPAL测井裂缝识别图

图4是C井的MPAL测井处理的岩石力学参数图。从图4可以看出，由上往下16号层的体变和切变模量及斯伦贝谢比都增大，反映岩石强度增大，泊松比减小，岩石可塑性变差，预测岩石破裂压力在18.2～21.2MPa左右。考虑到摩阻等影响，实际破裂压力一般比计算数值略大，试油压裂证实实际破裂压力为22.1MPa，与推测破裂压力吻合较好。

图3 MPAL测井含气识别图

图4 MPAL测井岩石力学参数成果图

1.5 MPAL各向异性预测压裂高度

一般情况下，古地层应力在受到构造作用后应力释放，保留到现今的残余地层应力往往较小，其各向异性差异也较小。但在射孔压裂情况下，由于井壁周围裂缝产生，改变了岩层非均质性，各向异性加大。

图5为D井压裂前和压裂后的MPAL测井处理的各向异性对比图。压裂井段为1 060.0～1 076.6m，压裂后与压裂前对比，快慢横波慢度和快慢横波曲线的相位、幅度差异明显增大，快横波各向异性成像图颜色加强，压裂前后的对比图像指示，压裂裂缝延伸井段高度为1 054.6～1 076.8m，裂缝主要向上延伸，其裂缝走向与地应力方位基本一致。该层试油累计产油29.77m3，累计产水106.93m3。

1.6 MPAL各向异性在开发井网方面应用

前面提到，由于构造运动使应力释放，大多数油藏非均质性较弱，属近似的各向同性油藏，开发井网一般采取水平排列布井。然而实际上，油藏岩石各向同性是不可能的，存在一定的非均质性，在此情况下，开发井网必须随各向异性程度（最大、最小水平主应力大小）进行调整，井网布置一般采用菱形布置，通过坐标变换，将各向异性油藏变为等价各向同性油藏，才能最大程度的采出油气。

图6为C井各向异性成果图。快横波各向异性成像图反映地层具有各向异性（即地层具有非均质性），其快横波方位较稳定，呈北东东－南西西向，该区实际最大水平主应力方位255°～265°，与实际结果基本一致。考虑到岩石的各向异性特征，该区块采用菱形井网布置，最大主应力方向井间距较远。

2 结 论

（1）MPAL测井包含信息丰富，可以弥补常规测井在高角度缝解释方面的不足。且MPAL在裸眼井和套管井中均能测量，探测深度较普通声波深，在含气地层能有效测得地层纵波，能更准确计算地层有效孔隙度，解决普通声波测井在套管井中不能测量地层声波时差的问题。

图5 MPAL测井压裂前后各向异性对比图

图6 MPAL测井各向异性成果图

（2）MPAL处理的快横波资料，可进行压裂效果与压裂高度分析，以及判定压裂层位是否窜槽。

（3）MPAL处理的岩石力学参数，应用贯穿钻前、钻井和完井工艺整个流程，帮助钻前井网设计、钻井泥浆设计、完井射孔压裂设计，以及完井工艺，采油时地层出砂分析等。

（4）MPAL测井资料得到的地质参数，在二连油田测井解释、油田开发施工设计等方面发挥了其独有的作用，其地质应用效果明显。

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