基于远探测声波碳酸盐岩储层产能预测技术

王贵清，刘俊东，文得进，刘洪波，易勇，庞永香

（中国石油渤海钻探工程有限公司测井分公司，天津300280）

0 引 言

远探测声波成像测井以辐射到井外地层中的声场能量作为入射波，探测从井旁裂缝性储层反射回来的声场［1－2］，通过分析探测器接收到的反射信号，了解井旁裂缝性储层发育情况。该测井方法自2009年在塔里木油田应用第1口井获得重大地质发现以来，到2012年底在塔里木油田共计测井40多口，应用效果较好，但只限于利用上下行反射波定性识别井旁裂缝性储层，没有对其进行定量或半定量评价。本文基于上述情况研究了产能与反射波能量的关系，初步确定了利用反射波的能量预测碳酸盐岩储层产能的评价技术。在现场应用中取得了较好的效果。

1 反射波能量计算方法

声反射测井［3］发射探头发出的弹性波可以认为由点声源发出，在传播过程中，引起振幅衰减的因素很多。地面地震勘探中振幅影响的因素：①与地下的地质情况有关的因素，如反射系数、反射界面形状、地层吸收、多次反射等；②与近地表条件有关的因素，如震源强度和耦合情况、检波器灵敏度和耦合情况等；③与炮检距有关的因素，如球面发散、传播路径不同引起的吸收变化等［4］。由于声反射测井中不存在检波器的耦合问题，以及多次反射能量太弱，很难接收到，故声反射测井中反射波振幅衰减因素主要为球面发散和地层的吸收［5］。

1．1 球面发散

球面发散的影响很容易根据弹性波在传播过程中能量变化的物理机制推导出它的关系式。碳酸盐岩地层一般都为层状介质，在该地层的发散因子为

式中，Md为球面发散因子；vrms为均方根速度；v1为层状介质第1层速度。

1．2 地层吸收

地层的吸收效应引起弹性波的振幅衰减十分复杂，弹性波在传播时，高频成分容易损失，主频向低频方向移动，振幅按指数规律衰减。不同的频率成分被地层吸收的程度不同（见图1）。

图1 不同频率的信号振幅衰减

根据褶积模型进行推导可得地层吸收作用下的弹性波振幅关系式

式中，A（t）为衰减后的振幅；A0是初始振幅；ρ为介质密度；λ、μ、c为介质弹性常数；α为吸收系数，m－1，它与介质的固有弹性参数有关，并与弹性波的频率成正比。

弹性波在层状介质中传播时，总衰减模式为

式中，A（f，0）为t＝0时的初始振幅；α（f）为吸收系数，是频率f的函数；v（t）是介质的速度；v1为层状介质第1层速度；vrms为均方根速度；t为时间；Ri为层状介质第i层的厚度；Rn为层状介质第n层厚度。

由式（4）可得出，要实现真正球面发散和吸收补偿，只能在时频域进行处理，利用小波变换的时频特性可以求出吸收能量曲线。

1．3 时频域补偿

求出吸收能量曲线后，对相应的频率通道进行补偿，其公式为

式中，X′f（t）是输出结果。

将补偿后的各频率通道统计求取随偏移距变化的补偿因子，以消除因偏移距不同而引起的频率吸收变化，然后按公式（5）重建反射波信号道。这样就完成了时频域的球面发散和吸收补偿。

图2 消声水池数据振幅补偿前后反射波对比图

图3 新垦×井数据振幅补偿前后反射波对比图

图2为消声水池数据振幅补偿前后反射波对比图。从图2可以看出，水槽试验数据补偿后，反射信息明显增强，噪音得到了压制。图3是新垦×井数据振幅补偿前后反射波对比图。从图3中可以看出A区非反射波不论是上行波还是下行波，在补偿后都得到了有效的压制，而B区补偿后上下行波信号明显增强。图2、图3实例说明采用能量补偿方法可行、有效。

1．5 反射波能量计算

衰减补偿后可以利用式（6）计算补偿后的反射波能量

式中，Nz为采样数。

图4为哈×井反射波能量处理结果图。图4中反射波幅度即为反射波能量，红色为上行反射波能量，绿色为下行反射波能量，蓝色为总反射波能量。

从图4可见反射波的能量与远探测声波处理的成像结果是对应的，成像图上反射信息强的地方对应计算的能量也高，计算的能量曲线与反射波成像强弱的相关程度很高。

2 反射波能量与产能关系

根据声反射波提取方法，获得反射波信号，对获得的反射波信号进行能量补偿处理。据此利用多尺度技术最大程度消除或压制岩性变化对反射波的影响，经分析研究发现处理后的反射波能量与含气（或含油）的特性之间存在相关关系，将同一深度段的反射波能量积分获得随深度变化的能量曲线，该曲线可以分析地下可能的产层及产量。为研究能量与产能的关系，挑选了塔里木油田14口试油效果较好的井（见表1），分别进行能量计算，并对试油数据进行统计，通过能量与产能的交会图版寻找两者之间存在的关系。

图4 哈×井反射波能量提取结果

表1 14口井的油气产量与反射波能量数据关系表

分别研究了反射波总能量与日产油气当量、反射波总能量与平均日产油气当量、反射波平均能量与日产油气当量、反射波平均能量与平均日产油气当量的关系，发现反射波的总能量与日产油气当量相关关系较好。图5是反射波的总能量与日产油气当量相关关系图。从图5中可以看出除了椭圆中的5口井外，其余井反射波的总能量与日产油气当量呈正相关关系，即随着能量的增大，产量也相应增大。结合表1分析5口井不符合原因，从表1中可知这5口井试油井段相对较小，针对井壁发育储层试油，但酸化压裂后沟通了井旁裂缝储层，产量相应增大，而计算的总能量还是试油段的能量，导致能量与产量不是对应关系。

3 碳酸盐岩储层产能预测

分析图5中5口井不符合原因，去掉这5口井剩下的井相关性很好，如图6所示其相关关系式为y＝0．0002x－22．637，其中x是反射波的能量，y是指日产油气当量，其相似系数达到了0．96，其截距为负似乎不合理，也就是说反射波总能量达到113185的时候产量才为0。主要原因在于在提取反射波时，滤波不彻底，这些噪音在成像时被当作反射波被成像，因此，反射波的总能量也包括部分噪音能量。尽管如此还是不宜用该关系式进行产能预测，因为声波的能量受多重因素影响。但是，从多口井数据分析可知，产能随着能量的增大总体也在增加。

图6 产能预测关系图

4 应用效果分析

图7 热普××井反射波能量计算成果图

图7是热普××井反射波能量处理成果图。该井目的层为奥陶系的碳酸盐岩储层，从图7中可以看出计算的能量曲线和反射波成像图一一对应。根据上下行波成像图和计算的能量曲线，在7067～7075m、7085～7096m井段解释为井旁裂缝距井壁6～9m。该井裸眼试油，井段共计123m，算出123m内的总反射能量为481163，其平均日产油气当量为96．47m3；哈××－1井试油井段内的反射波总能量为232654，日产油气当量为37．81m3；哈××02井总能量为410053，日产油气当量为44．53m3，把这3口井的数据点到图6上可以看出随着能量的增大油气产量增加，说明可以用图6关系图版半定量预测产能。

5 结 论

（1）在能量补偿的基础上计算了反射波的能量。

（2）结合试油资料分析，试油井段内的反射波总能量与日产油气当量基本上呈正相关关系。

（3）目前还不能用其相关关系式定量预测产能，因为反射波的能量受测井时的发射频率、泥浆与地层的阻抗差、反射界面的阻抗等诸多因素的影响。

［1］楚泽涵，徐凌堂，尹庆文，等．远探测反射波声波测井方法实验研究进展［J］．测井技术，2005，29（2）：98－101．

［2］薛梅．远探测反射波声波测井方法研究及声系设计［D］．北京：中国石油大学，2002．

［3］车小花．反射声波成像测井基础研究［D］．北京：中国石油大学，2003．

［4］陆基孟．地震勘探原理［M］．东营：中国石油大学出版社，2004．

［5］凌云，高军，吴琳．时频空间域球面发散与吸收补偿［J］．石油地球物理勘探，2005，40（2）：176－182，189．