摘　要：為了有效地對碳酸鹽巖儲層進行測井評價，針對其非均質性強、各向異性大、裂縫發育、測井解釋難度大的特點，中國石油渤海鉆探工程公司測井公司研發了基于遠探測聲波反射波的成像測井技術。該技術借鑒了物探的采集技術，用測井的方法實現了對反射波的測量。在筒述遠探測聲波反射波成像測井基本原理、儀器特點及采集基本信息的基礎上，用參數估計法對所采集的基本信息進行分析，能有效地分離反射波和模式波，壓制噪音，并進一步把反射波分離為上、下行反射波；還設計了典型的地質體的模擬實驗，確定了不同地質體的上、下行反射波的響應特征，從而達到以實驗響應特征為依據對實際測井資料進行解釋的目的，可發現常規測井探測不到的儲集層。在塔里木盆地碳酸鹽巖儲層的實際應用效果表明，該技術彌補了以往測井探測深度不足的缺陷，探測深度由原來的3m提升到10m，可以為試油決策提供科學依據，從而避免因常規測井探測深度不足而漏失油氣層。

關鍵詞：PP反射波  響應特征  上行反射波  下行反射波  井旁裂縫  溶蝕孔洞  同相軸  塔里木盆地

Logging evaluation of carbonate reservoirs based on reflected waves

Abstract：The logging evaluation of carbonate rcservoirs is challenging due to their strong heterogeneity,significant anisotropy and well developed fractures．A remote acoustic reflection imaging logging technique is developed by the Logging Company of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited．It draws on the experiences of acquisition technologies of geophysical prospecting and realizes the measurement of reflected wave via the logging method．This paper briefly introduces the basic principles of remote acoustic reflection imaging logging，the features of the apparatus，and the basic information acquired．The analysis of the basic information by using the parameter estimation method reveals that the reflected wave and mode wave can be effectively separated，the noises can be eliminated，and the reflected waves can be further divided into downgoing and upgoing reflected waves．A simulation experiment is also designed for the typical geologic body and is used to determine the responses of the upgoing and downgoing reflected waves，so as to interpret the real logging data based on the experimental response characteristics and identify reservoir intervals invisible on conventional logs．The application in the carbonate reservoirs in the Tarim Basin indicates that the measuring depth is increased from 3m to 10m，thus to prevent oil／gas layers bypassing due to the limited measuring depth of conventional logging techniques．

Key words：PP reflection wave，response feature，upgoing reflection wave，downgoing reflection wave，well-side fracttire，dissolution cavern，event，Tarim Basin

碳酸鹽巖儲集層非均質性強、各向異性大，儲集層以基質孔隙、溶蝕孔洞、裂縫為主，結構復雜。測井解釋難度大，而目前現有的裂縫識別測井方法探測深度太淺，一般在3m以內，這只能定性給出井壁附近地層裂縫發育情況，難以了解儲層橫向變化或井壁裂縫向外延伸發育情況，在裂縫性儲集層中測井評價成果常與試油結果發生矛盾。針對這些問題，中同石油渤海鉆探工程公司測井公司白2001年開始研究遠探測聲波反射波成像測井技術，利用聲波反射波信息來識別井旁3～10m范圍內的儲層信息，彌補了現有測井方法探測深度不足的缺陷。

1　遠探測聲波成像測井儀及其特點

如圖l所示，不論是雙發雙收的補償聲波、數字聲波、長源距聲波還是多級陣列聲波測井記錄，都是沿井壁的滑行波，而遠探測聲波反射波成像測井儀是以輻射到井外地層中的聲場能量作為入射波，探測從井旁裂縫或小構造反射回來的反射信息^[1-8]；，通過分析探測器接收到的全波列信息，提取其中的反射波信息，根據反射波信息了解井旁儲集層信息。

遠探測聲波反射波成像測井儀由2個發射探頭和8組接收探頭組成。兩組低頻、大功率相控陣發射探頭有助于聲波信號的遠距離傳播；每個發射探頭是由4個發射環組成，可以通過調節4個發射環的發射延遲時間控制發射角度^[2-3]，滿足不同速度地層的測井需求。

該儀器主要測量信息是縱波反射波即通常所說的PP反射波，為了后續處理及提波方便，希望記錄的PP反射波位于縱波和橫波之間，因此，在儀器設計時把發射探頭和接收探頭之間的源距設計成是可調解的。通過調節儀器的源距來實現不同巖性、物性、速度的地層測量的PP反射波始終位于縱波和橫波之間^[4]。

2　PP反射波的波場分離技術

遠探測聲波反射波成像測井儀器采集的主要是全波信息，依次為縱波、PP反射波、橫波、斯通利波等信息，存長源距及陣列聲波測井中主要測量的是縱波、橫波、斯通利波等信息，而相對PP反射波米說全波中的模式波就是“噪音”，后續處理時要采用相應的濾波方法濾掉這個“噪音”，分離出高質量的PP反射波，同時將上行反射波與下行反射波進行分離，對分離后的上下行反射波進行成像^[8-10]。

圖2顯示了傾斜地層與直井相交情況下的測井。由傾斜地層產生的反射波按照傳播方向可分為上行反射波和下行反射波。設地層與井的夾角是a，反射波旅行時表達式為：

式中Z是聲源到井與地層交點的距離；z是源距；u是地層速度，“-”和“+”分別代表儀器位于傾斜地層下方和上方的情況。

由式(1)可得到反射波的視慢度：

當儀器位于地層下方時，檢波器接收到的反射波是下行波，此時反射波的視慢度明顯與模式波的慢度(1／u)不同。根據這種差別利用參數估計法算出模式波D，然后從波場數據W中減去模式波D，提取出反射波R(下行反射波)。即

式中E是復數矩陣，包含模式波傳播的指數形式，“～”表示共軛。在估算模式波時，假設反射波非常小，即‖R‖《‖D‖，因此可以忽略不計。

當儀器位手地層上方時，檢波器接收到的反射波是上行波，根據圖3和式(2)，反射波視慢度與模式波慢度之間差異變小，此時直接用式(3)、式(4)得到的上行波將會產生扭曲。因此在分離上行波時采用共檢波器道集，此時上行波視慢度與模式波慢度之間差異同下行波視慢度與模式波慢度之間差異相同，這樣就可以用式(3)、式(4)來提取上行反射波。對提取的上下行反射波進行成像得到最終的成果圖，根據上下行波成像圖就可以對井旁裂縫、孔洞進行解釋。

3　測井評價方法

得到成像圖以后，就可以根據成像圖對井旁的反射體進行解釋。圖像上的不同特征代表什么樣的井旁反射體呢?首先在消聲水池中做了模擬實驗，共計做了過井壁裂縫模擬、井旁裂縫模擬、井旁溶蝕孔洞(或網狀縫)模擬3大類6小類共計40種模型實驗^[11]。

實驗過程中用2m×lm×1mm的鋼板模擬裂縫，用2m×lm×0.5m的鐵制網狀籠子裝上大小不等的鵝卵石模擬溶蝕孔洞，把儀器水平放入水中，保持儀器在水中靜止，模型做勻速運動，記錄一組數據，據此做不同類型的模擬實驗，得到各種響應特征。圖3是在消聲水池做的3類實驗模型及其響應特征圖。圖中井旁裂縫，鋼板中心位置距儀器3m，與儀器夾角為-20°(逆時針為負，順時針為正)，儀器源距為5.3m，從原始波形圖上看，反射波的傾斜同相軸非常明顯，從模型來分析這種情況只有下行波，不存在上行波，因此，在處理過程中波分離后直接進行成像，沒有進行上下行波分離，得到一組單邊的條帶狀同相軸，其形狀、走勢、夾角與模型基本一致，同相軸的中點大約為3m與鋼板距儀器的距離一致；過井壁裂縫，兩塊一樣的鋼板分別放在儀器兩側與儀器的夾角為20°，兩塊板中點都距儀器3m，從原始波形上看有兩組不同走勢的反射波，從理論分析這種情況會出現上下行反射波，對其進行處理并雙邊成像，可以看出在上下行反射波成像圖上各有一組條帶狀的同相軸，且兩組同相軸在一條直線上；孔洞或網狀縫，用三角鐵焊成2m×1×0.5m的長方形骨架，然后用的鐵絲網把6個面封好，里面裝上鵝卵石來模擬溶蝕孔洞，放置中心距儀器3m，從理論分析這種模型的反射是雜亂無章的，處理過程中在波分離完直接對其進行了成像沒有進行上下行波的分離，從成像圖上看呈雜亂無章的斑點狀。

井旁反射體基本上可以分為井旁裂縫、過井壁裂縫、溶蝕孔洞、網狀縫、斷層幾種情況，其中斷層反射波響應特征與井旁裂縫或過井壁裂縫的響應特征一致；溶蝕孔洞與網狀裂縫響應特征基本一致。為此，遠探測聲波反射波的響應特征可以歸為3種類型：井旁裂縫、過井壁裂縫、溶蝕孔洞或網狀縫。在實際測井資料解釋過程中就可以依據圖3的響應特征進行解釋。

4　應用效果分析

利用實驗確定了典型地質體的響應特征，以該響應特征為依據對實際井數據進行解釋，建立一系列的特征圖集或解釋圖版，在后續生產中可以用圖版對測井資料進行解釋^[12-13]。圖4是塔里木油田A井的一段碳酸鹽巖段綜合解釋成果圖。從圖中可以看出XX20～XX30m井段，成像測井在XX26m解釋一條40cm高的裂縫，孔隙度小于1.8％，電阻率大于1000W·m，綜合評價為Ⅲ類儲集層，開井流動曲線呈一條直線，關井壓力恢復緩慢，壓力歷史曲線反映測試層為特低滲透性儲集層，僅從常規分析這類儲集層即使酸化壓裂也不會獲得工業油氣流。而對應遠探測成像圖上可以看出在XX20～XX28m距井壁3～10m的地方發現反射信息比較明顯，為雙邊成像，同相軸幾乎為直線，但兩側的同相軸延長線在在一條線上，裂縫角度較高，根據圖版可以評價為高角度井旁裂縫。建議中國石油塔里木油田公司勘探公司進行試油，該建議被采納，酸壓后6mm油嘴日產氣l0多萬立方米、油l0多立方米。從圖5酸壓施工曲線分析，擠膠凝酸注入過程壓力平穩上升，人造裂縫正常延伸，沒有溝通儲層縫、洞的跡象；再次擠膠凝酸后，壓力有明顯下降，說明溝通了縫洞系統。從圖6裂縫導流能力曲線圖上分析在裂縫延伸方向8m處遇到溶洞區，在36m處穿過溶洞區。證實遠探測聲波反射波成像解釋是正確的。

5　結束語

遠探測聲波反射波成像測井在徑向探測深度上是一次飛躍，其他測井儀器探測深度都不足3m，而該儀器徑向探測深度達到了l0m，能識別此范圍內的裂縫孔洞型儲集層。該技術先后在塔里木、大港等油田共計61口上應用，井旁縫洞型儲層有效性評價符合率達到85.4％，其中在塔里木油田共計測井41口，符合率達到了88.2％，應用效果良好。該技術為試油決策提供了科學依據，為油田的增儲上產提供了技術支撐。

參考文獻

[1]陸基孟．地震勘探原理[M]．東營：石油大學出版社，2004．

LU Jimeng．Seismic prospecting principle[M]．Dongying：China University of Petroleum Press，2004．

[2]楚澤涵，徐凌堂，尹慶文，等．遠探測反射波聲波測井方法實驗研究進展[J]．測井技術，2005，29(2)：98-101．

MENG Zehan，XU Lingtang，YIN Qingwen，et al．The experimental study development of remote detection acoustic reflection logging[J]．Well Logging Technology，2005，29(2)：98-101．

[3]QIAO W X，CHEN X L，DU G S，et al．Laboratory simulation on acoustic well-logging with phased array transmitter[J]．Acta Acustica，2003，22(4)：329-338．

[4]薛梅．遠探測反射波聲波測井方法研究及聲系設計[D]．北京：石油大學，2002．

XUE Mei．The remote detection acoustic reflection logging method research and acoustic design[D]．Beijing：China University of Petroleum，2002．

[5]喬文孝．聲波測井相控圓弧陣及其輻射指向性[J]．地球物理學報，2008，51(3)：939-946．

QIAO Wenxiao．Acoustic logging phased arc array and radiation directivity[J]．Chinese Journal of Geophysics，2008，51(3)：939-946．

[6]李連鎖．遠探測聲波成像測井儀器與應用[C]∥中俄測井年會，莫斯科：[出版者不詳]，2008：118-124．

LI Liansuo．The remote detection acoustic reflection logging instrument and application[C]//China and Moscow logging Symposium，Moscow：[s．1．]，2008：118-124．

[7]車小花．反射聲波成像測井基礎研究[D]．北京：石油大學，2003．

CHE Xiaohua．The basic research of the remote detection acoustic reflection logging[D]．Beijing：China University of Petroleum，2003．

[8]TANG X M，CHENG C H，Toksoz M N．Stonely-wave propagation in a fluid-filled borehole with a vertical fracture[J]．SEG Technical Expanded Abstracts，l989：30-32．

[9]XIAO Mingtang．Method for processing acoustic logging data to image near borehole geological structures：US Patent 7492664[P]．2009-02-17．

[10]車小花，喬文孝．效相控接收陣及其在聲波測井波形處理中的應用[J]．測井技術，2003，27(1)：23-26．

CHE Xiaohua，QIAO Wenxiao．The application of the equivalent phased receiving array in waveform processing[J]．well Logging Technology，2003，27(1)：23-26．

[11]杜旭東，莊維，尤征．伸展構造背景下傾角資料的構造解釋[J]．西南石油大學學報：自然科學版，2012，34(6)：59-65．

DU Xudong，ZHUANG Wei，YOU Zheng．Dip data interpretation under extensive structure[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science＆，Technology Edition，2012，34(6)：59-65．

[12]柴細元．遠探測聲波反射波測井技術在裂縫性儲層評價中的應用[J]．測井技術，2009，33(6)：539-543．

CHAl Xiyuan．The application of the remote detection acoustic reflection logging in evaluation of fractured reservoir[J]．Well Logging Technology，2009，33(6)：539-543．

[13]張筠，吳見萌．測井資料劃分川東北元壩地區長必組有利相帶[J]．天然氣工業，2011，3l(7)：24-27．

ZHANG Yun，WU Jianmeng．Recognition of favorable facies belts in the Changqing Formation of the Yuanba area in the northeastern Sichuan Basin|through logging data[J]．Natural Gas Industry，2011，31(7)：24-27．

本文作者：肖承文  王貴清  吳興能  文得進  汪德剛

作者單位：中國石油塔罩木油田公司勘探開發研究院

  中國石油渤海鉆探工程公司測井公司

  中國石油塔里木油田公司