勘探地球物理进展.pdf

第 3 O 卷第 1 期 2 0 0 7年 2月 勘探地球物理进展 Pr o g r e s s i n Ex p l o r a t i o n Ge o p h y s i c s Vo 1 3 O No 1 Fe b 2 0 0 7 文章编号 1 6 7 1 8 5 8 5 2 0 0 7 0 1 0 0 4 3 0 4 基 于 C B I L回波 时间图像识别地应 力方 向 闫建平 首祥云 李尊芝 康晓泉 1 中国石油大学 华东 山东东营 2 5 7 0 6 1 2 中油测井技术股份有限责任公 司 北京 1 0 0 7 2 4 摘要 常规测井资料在地应力的计算中已发挥了重要的作用 但难于准确地确定地应力的方向 井周声波成像 测井 C B I L 回波时间图像能够直观地反映储层应力作用下的井壁表现如井眼崩落 裂缝等 根据这些应力响应 特征可以判断储层的应力方向 回波时间最长的方向为最小地应力方向 最大地应力方向与之垂直 采用最小 二乘法回归井径与回波时间的线性刻度系数 通过回波时间图像刻度成井径图像确定井眼崩落的方位 从而确 定最小地应力的方位 结果表 明 该方 法能够 有效地识别地应力 的方 向 关键词 地应力 井周声波成像测井 C B I L 回波时间 裂缝 井眼崩落 中图分类号 P 6 1 8 文献标识码 A 在石油勘探和开发中 地应力E 1 3 起着越来越 重要 的作用 地应力研究是当前 国际上的一个前 缘性课题 许多的理论 方法和应用正在探索之 中 地应力是油气运移 聚集的动力之一 地应力作用 形成的储层裂缝 断层及构造等是油气运移 的通道 和储集场所之一 4 古应力场 影响和控制古代油 气的运移和聚集 而现代应力场影响和控制着油气 田开发过程 中的油 气 水的动态变化 以往 只用 常规测井资料研究地应力时 难于准确地确定地应 力的方向 5 井周声波成像测井 C B I L 具有 高分 辨率 高精度和全井 眼覆盖等特点 且提供 了大量 的井下地质信息 使得人们不仅能够容易地发现有 效储层 还能用于研究井眼崩落和裂缝 的产状 准 确地确定井眼崩落方位和裂缝的走向 而后两者又 与地应力 的方 向密 切 相关l 6 本文 研 究 了利用 C B I L回波时间图像刻度成井径图像 确定地 应力 方 向的方法 结果表明 该方法能够有效地识别现 今最小地应力的方位 为进一步研究地应力的精度 提供了保障 1 C B I L回波时间测量原理 C B I L采用一个 以脉 冲反 射方式工 作 的声 传 感器 在井 中作 3 6 0 的旋 转 对 井 壁 四周 进 行 扫 描 7 当脉冲信号传播遇到某种 障碍物 如井壁 反射回来时 被同一个超声换能器接收并在示波管 上形成 回波 回波的幅度与多种因素有关 但主要 决定于井壁 的性质 示波管 回波 与始波之间的距 离就是超声脉冲的传播时间即回波时间 它取决于 介质声速和换能器到障碍物的距离 当由地应力引起井眼崩落时 在 C B I L回波时 间图像上可观察到成对 出现在井 眼径 向相对两侧 的暗色或黑色条带 显示在崩落方 向有井径扩大 理论和试验都可以证明 井眼崩落方位和井眼地层 最小水平主应力方向相一致 而和最大水平主应力 方 向相垂直l 6 因此 将 回波时间刻度成井径 那 么回波时间最长的方 向即为最小地应力方 向 2 井眼崩落分析 由于地壳 内存在水平差应力 从而在钻孔壁形 成应力集 中 当井孔周围水平最大主应力 与最 小主应力 z 之差大于地层 中岩石抗压强度时 井 眼就会产生崩落掉块 形成井壁崩 落椭 圆 其长轴 方向与最小主应力方 向平行 8 这种 由于地应力 引起的井眼崩落现象称 为就地应力崩落 9 井 眼 崩落的方向总是指示最小水平 主应力 的方 向 在 C B I L回波幅度和 回波 时间图像上 同时表示为呈 1 8 0 对称的暗色或黑色条带或块 即幅度图像显示 声波衰减 时间图像显示在崩落方 向有井径扩大 分析四川油 田某井的 C B I L数据可知 在 4 4 1 8 4 4 2 0 m 井段存在井眼崩落 如图 1所示 井壁应力崩落 的特征表现为 它总是在最小水 平主应力方 向上崩落 而在最大应力方 向上不 崩 落 因此井径总是呈椭 圆形 其长轴与最小水平 主 应力方向一致 其崩落宽度及深度取决于岩石 的内 摩擦角地应力 的非平衡性 碳酸盐岩地层中 在孔 收稿 日期 2 0 0 6 0 5 1 2 改回日期 2 0 0 6 0 9 2 8 第一作者简介 闫建平 1 9 8 O 一 男 中国石油大学 华东 在读研究 生 主要从事成像测井资料处理与模式识别的研究 基金项 目 中国石油大学 华东 研究生创新基金项 目 编号 2 0 0 5 5 0 资助 维普资讯 卷 一 一 I 一 I f 9 1 l L r 1 I I 一 I 闭 I 回波 对 可 B HI I 与 池幅 崖 f BHI A 显 示井 叭崩 落 隙 裂 缝较发育的储集层段 井壁一般币崩落且呈 厕 数 密 岩层段 经 常 发生 怖 周 彤的 井 肇 崩 藩 即在个方向上崩潜 井径明显增大 而在垂 直的另一个打1 1 基本 崩落 井住接近于钻头 直径 仵泥岩层段井擘常里圆形崩落扩大 存 岩 盐 石膏段也常呈圆形溶蚀性崩落 大 在整 个 裸眼蚌剖面巾 致街岩层段件壁崩落的打f I 壤车 一致 但遇有断层面 则崩落 方向要发 舰佧性 的改 童 3 B H T T 图像的 J l 径 刻度 已有研 究表明 人们利用 烈井径 曲线 及其 疗位 曲践来确 定地 应力 的 I 卓有 成效 随 着 油气田勘探开发难度的逐步JJ RI 大 涉及的地质条件 坐得越来越 复杂 给删 井解 释带 束 r更大的 用难 由于井辈垮 塌的种 类较 多 有时 易识 刚 可能 导 致识别自 地 应 力方向有 误 而对 于井 未发生 垮 塌的井段 则无法确定其地应力的方向 C B I 很 好地锵 决 了这问 题 C B I或 傅 捌 蚌资 料可 通 过将回波时I 图像刻艇成井径 车文采用最小 乘 法回归 井径 回 波时 间n 线性 刻 度系 数 通 过回波时 J 图像剿度成井径斟像确定井限崩落 的 方位 3 1 线性最 小二鼐拟 台法 没随机变避 与 之问 有幽数 关系 一n一 J l u 是 c h v 的 个耻测 对 每个 l 1 i J r 与真 实的 之 间的误 差 雅 从期望值 为零 标准 差为 的 正态 分布 求 E 1 6使 z 一 1 ff 达到最 小 采用这种方法 取井跟规刚 尤崩落 井段 的井径 回波时间 数据 表 1 进 行拟 台 得 到 如 下关系式 u 1 8 9 1 7 2 4上 l 0 I t 1 2 2 l r 1 式 巾 m1 I 波 时 n l 刻度 的 井稚 f t c l 为回 波时 s 表 I 蚌艰执刚无嗬落井艋 井桎与回j 庋删间数据 表 04 胛 4 0 4 5t i t l f 1 4 2 4 4 T o 4 J t S 7 盯 W 维普资讯 垃 丧 注I i I l Rm 3 2 回波时 间的井径 刻度与地 应力方 向的识别 CB I L成 像测 井资 料 可通 过将 回 波时 刻睦 成井 侄确定 井壁 崩落 的片 向 需 要注 意的 是 划睦 过程 中 应该 选 择无 崩落 斗 殷 我 J l 知道 HHTT 睦线 沿井服 一周 为 2 if 个数据 可知 刻度 成 的 什 侄 在某 深 度 沿井 眼 一 周 也 是 2 i 0 1 数据 由公式 1 将 同被叫 间刻 度成井 径 井 壁崩 薄的 h向总 是指 示 最 小 水 平主 虚 句 的方 l i 妇图 2 和 图 3所 示 统计最 大 井径 在 2 5 C 个数 据 中的 位 置基 本为 5 5 左 右 由式 2 j 即 计算 出 井跟 崩落 的 位 5 5 250 360 一 7 g 2 2 J 图2 统计昂太井径位氍敞点闭 l 4u bu一7 o u H u r m l 圈 统 L l 景大 井 位置 方罔 由 式 2 可知 统计最大什径的方位即井服崩 落的疗位为N偏E 7 9 2 从而得知现今最小水平 主出 J 方向 为 N偏 E 7 9 2 如图 4所示 图 1 回波H I 成像剖 度 成 蚌径 像 0 维普资讯 4 6 勘探 地球 物理进展 第 3 O 卷 4 结束语 地应力方 向识别是地应力研究 中的关键 准 确地识别地应力的方 向对油气 的勘探 与开发起到 重要的作用 应用最小二乘法将 回波时间图像刻 度成井径图像 能够有效地识别地应力的方向 另 外 由于 C B I L采用 2 5 0 k Hz的低工作频 率 改进 了在大井眼及重泥浆中测井的效果 同时泥浆类型 对 C B I L的影 响也较小 因此 C B I L相对于 F MI 和 E MI 来讲 识别地应力的方向更具优势 参考文献 1 欧阳健 测井地应力分析与油气藏 J 勘探家 1 9 9 9 4 1 3 8 4 3 2 欧阳健 王贵文 电测井地应力分析及评价 J 石油勘 探与开发 2 0 0 1 2 8 3 9 2 9 4 3 赵军 彭文 李进福等 前陆冲断构造带地应力响应特 征及其对油气分布的影响 J 中国地质大学学报 地 球科 学 2 0 0 5 3 0 4 4 6 7 4 7 1 4 Du r h u u s J Aa d n o y B S I n s i t u s t r e s s f r o m i n v e r s i o n o f f r a c t u r i n g d a t a f r o m 0 订 we l l s a n d b o r e h o l e i ma g e l o g s J J o u r n a l o f P e t r o l e u m S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g 2 0 0 3 3 8 3 1 2 1 1 3 0 5 刘之的 夏宏泉 汤小燕等 成像测井资料在地应力计算 中的应用 J 西南石油学院学报 2 0 0 5 2 7 4 9 1 2 6 张守谦 顾纯学 曹广华编著 成像测井技术及应用 M 北京 石油工业出版社 1 9 9 7 2 1 0 7 李能根 陆大卫 刘凤亮等编著 实用英汉石油测井技 术词汇 M 北京 地质出版社 1 9 9 9 3 0 5 8 张景和 孙宗颀 地应力 裂缝测试技术在石油勘探开 发中的应用 M 北京 石油工业出版社 2 0 0 1 1 3 0 9 赵良孝 用测井资料分析压裂漏失及井壁应力崩落的 机理和特征 J 钻井液与完井液 1 9 9 5 1 2 1 1 4 2 1 1 O 刘之 的 碳 酸盐 岩 地 层 井壁 稳 定性 测 井评 价方 法 研 究 学位论文 D 四川成都 西南石油学院 2 0 0 4 1 1 马建海 孙建盂 用测井资料计算地应力 J 测井技 术 2 0 0 2 2 6 4 3 4 7 3 5 1 1 2 何光渝编著 Vi s u a l c 常用数值算法集 M 北京 科学 出版社 2 0 0 2 8 5 7 e 上接 第 2 4页 4 0 P e r r o n G Ea t o n D W El l i o t B e t a 1 Ap p l i c a t i o n o f d o wn h o l e s e i s m i c i ma g i n g t o ma p n e a r v e r t i c a l s t r u e t u r e s No r me t a l Ab i t i b i Gr e e n s t o n e Be l t Qu e b e c A I n E a t o n D W Mi l k e r e i t B S a l i s b u r y M H e d s Ha r d r o c k S e i s mi c E x p l o r a t i o n C Tu l s a S o c i e t y o f Ex p l o r a t i o n Ge o p h y s i c i s t s 2 0 0 3 1 9 4 2 0 6 4 1 Co s ma C He i k k i n e n P Ke s k i n e n J M u l t i a z i mu t h VS P f o r r o c k c h a r a c t e r i z a t i o n o f d e e p n u c l e a r wa s t e d i s p o s a l s i t e s i n F i n l a n d A I n E a t o n D W Mi l k e r e i t B Sal i s b u r y M H e d s Ha r d r o c k S e i s mi c E x p l o r a t io n C Tu l s a So c i e t y o f Ex p l o r a t i o n Ge o p h y s i c i s t s 2 0 0 3 2O 7 2 25 4 2 P r e t o r i u s C C Tr e wi c k W F Fo u r i c A e t a 1 Ap p l i c a t i o n o f 3 D s e i s mi c s t o mi n e p l a n n i n g a t Va a l Re e f s g o l d mi n e n u mb e r 1 0 s h a f t Re p u b l i c o f So u t h Af r i c a J Geop h y s i c s 2 0 0 0 6 5 6 1 8 6 2 1 8 7 0 4 3 Gr e e n h a l g h S A Ma s o n L M S i n a d i n o v s k i C I n mi n e s e i s mi c d e l i n e a t i o n o f mi n e r a l i z a t i 0 n a n d r o c k s t r u c t u r e L J G e o p h y s i c s 2 0 0 0 6 5 6 1 9 0 8 1 9 1 9 4 4 Ad a m E Mi l k e r e i t B Sal mo n B 3 D s e i s mi c e x p l o r a t i o n i n t h e Va l d Or mi n i n g c a mp Qu e b e c J E x p a n d e d Ab s t r a c t s o f t h e 6 8 An n u a l I n t e r n a t S E G M e e t i n g g 1 9 9 8 6 3 8 6 4 1 4 5 曾校丰 许维进 何文能 隐伏矿床的地震波动力学信 息探测 J 矿床地质 2 0 0 2 2 1 1 9 1 9 6 4 6 Z h a o