井眼地震测量：超越垂直剖面.docx

国外测井技术WORLDWELLLOGGINGTECHNOLOGY井眼地震测量:超越垂直剖面当前的井眼地震技术为研究井眼钻穿的地层提供了新的机会从建井与三维盐下成像到增产措施监测和高温、高压采集，井眼地震测破都可以帮助作业公司降低作业风险，提高采收率CJohnBlackbum康菲石油英国有限公司苏格兰阿伯丁JohnDaniels美国俄克拉何马州俄克拉何马城ScottDingwall苏格兰阿伯丁GeofreyHampden-Smith壳牌勘探与生产公司苏格兰阿伯丁ScottLeaneyJoelLeCalvezLesNutt美国得克萨斯州休斯敦HenryMenkiti英国伦敦AdrianSanchez墨西哥塔瓦斯科VillahermosaMarcoSchinelli巴西石油公司巴西里约热内卢在编写本文过程中得列以下人员的帮助，谨表i射意：美国路易斯安那州HrileChass,.的ReginaldBurl.EdFerguson和WilliamPhebus;休斯敦的AllanCampbell,MikCraven.KogdioHuBno和Bi)]UnderhiD:阿曼Muscat的JohnEdwards；加伞大纽芬兰SiJohn的AlanFournier;路易斯安那折Larosa的KevinGalliano;休斯敦Hess公nj的JohnGraves;阿伯】的CarolineKinghom,DaveMilne,GaryRogrrs和ThiloScharf,以及日本Fuchinol)e的ColmWilson©seismicVISlON,SlimXtrrmc.StimMAP.VSl(通用地震成像仪)和Xlreme等是斯伦贝洲公司的商标。

井眼地震测量是当前油田所有井下测童技术中功能最多的技术之一以前,这些测量技术（也称垂直地震剖面（VSP））的主要用途是将时基地面地震图像和深基测井数据关联在一起c而现在,井眼地震测最的功能已经不限于简单的时深关联，现在，各种各样的震能都可以记录下来，而且井眼地震测量可以提供各种观测系统，二者相结合可以获得一些原先无法获得的结果勘探与生产公司可以根据这些资料获取油藏深度、范围及非均质性等重要信息，同时，也可以获得流体含最、岩石力学性质、孔隙压力、强化采油进度、弹性各向异性、诱导裂缝几何形状及天然裂缝方位和密度等信息最初的VSP由部署在垂直井眼中的一些检波器组成，检波器的用途是记录来自地面震源的基本信号利用改进后的采集仪器，新型VSP技术可以记录更多的信息并扩大观测系统范围C本文对可以被记录下来的井眼地震波类型以及记录此类地震波的仪器进行了描述然后对可以采集的多种测量类型以及这些测量:获得的信息进行了简单分类随后通过实例研究详细描述了井眼地震测量新进展，包括三维VSP及随钻VSP、水力压裂优化、射孔作业监测以及高温、高压环境下的VSP采集地震波的类型井眼地震测量过程中产生和记录的地震波主要是来自点源或扫频源的体波，体波由纵波（P波）和横波（S波）组成⑴。

这些地震波从地面附近的人工震源向地下深处的井眼检波器传播对于海上VSP及将气枪部署在泥浆池中的陆上VSP来说,通常只产生P波但是如果S波是通过反射的P波反演而成的，那么P波和S波都有可能被记录下来，这主要取决于检波器排列情况及地层特性（图1）在震源与地面直接相连的陆上VSP中,这两种地震波都将产生，而且都可能被记录下来⑴井眼检波器所记录的信号与输入波类型、观测系统及检波器类型有关当前,大多数VSP井底记录硬件都包含一些固定、经过校正的三分量（3C）检波器，这些检波器可以记录包括SV波和SH波在内的所有P波和S波组分的传播动态斯伦贝谢井眼地震仪器If枚该井水平井段后部相交（图21）o先前增产作业引起的低应力区域可能更容易使裂缝延伸，这样可能使其难以完成该水平井前端的压裂增产作业包括两个阶段，第一个阶段的目标是最接近水平井前部的五个射孔段la阶段中的微地震现象清楚表明：裂缝并没有向水平段前部附近的高应力层段延伸，而是朝着水平段后部的低应力层段延伸，从而导致水平段前部无法得到压裂（图22）第二阶段是转向阶段，好试图将下一次压裂作业作用在远处的射孔段中对lb阶段的地震活动实施监测后表明水平段前部仍然未受到压裂°因此，再次泵入多级转向流体以使流楠向离开吸液层段。

微震图研究结果表明地震现象发生在前两个射孔段附近，但并未起出这一范围为了了解第二和第三个射孔段之间是否有障碍物存在从而妨碍了裂缝的形成，在该井中下入了连续油管最后工程人员断定该井段的一个砂堵阻碍了增产作业清除砂堵之后，成功地在lc阶段完成了水平井段前部的增产图22水力压裂作业过程中绘制的微地震活动图la阶段（上）完成了水平井段后部附近区域的压裂增产，但位于水平井段前部的大部分区域未受压裂下一个措施是利用转向流体对水平井段前部的射孔段实施增产lb阶段（第二幅圈）也未能完成水平井段前部的增产，并表明在井的第二和第三个射孔段之间存在阻碍在lc阶段（第三幅图）将一砂堵清除之后成功完成了水平井段前部剩余900英尺长井段的增产作业将所有阶段的微质活动图综合后（下）可以看到第二阶段对该井后部进行了压裂作业，并且立即检测到该部分井段的微地震活动只要实时监测到微地震活动停止，就需要实施新的转向措施，在未使用大拭耗图21Bamett页岩地层中评估的水力压裂裂缝网络及一口水平井钻入Barnett页岩的直井（圆圈）在增产作业区域（用阴影区域近似衰示）中生产（左）作业公司为了开采未泄油区域钻了一口水平井（黑线）o井眼轨迹（右）在井后部向下倾斜，随后又在水平段之间超过2000英尺（610米）部位上升了30英尺。

位于井前部的五个射孔段（红色和绿色）代哀第一阶段水力压裂作业的进入点蓝色点代表第二阶段的进入点提供了水力诱发裂缝网络形态及延伸方面的实时信息所提供的实时结果允许作业公司及时做出决策,改变裂缝的最终形态,降低或预防产水、重复作业、流体损失及不经济抽泵之类的不利情况改变优化增产作业效果的能力取决于当前问题如果裂缝延伸到计划层段以外，那么就可以决定停止作业；如果增产作业未触及目标层段，就可以调整泵入液,以便封堵相关层段;转向技术可以有效地桥接裂缝系统，从而形成一些新的复杂裂缝某作业公司利用StimMAP水力压裂增产诊断方法对Barnett页岩一口水平井多级压裂作业的进程进行了追踪该地层位于得克萨斯州中北部的Fort-Worth盆地，是美国最活跃的天然气远景区Bamett页岩层是一个天然裂缝密集分布的超低渗储层,要想使其得以经济有效开采，必须对其进行增产作业,形成一个较大的水力压裂面时的桥塞和射孔措施的前提下,作业者对水平井段前部900英尺（274米）长的井段实施了增产随后又在水平井段后部实施了增产作业，该作业也是通过微震现为了促进横向水力裂缝的形成,沿着最小主应力方向钻了一口水平加密井邻近几口经过水力压裂作业的直井的裂缝网络与图23利用井眼地覆检波器监测TCP作业。

通过连续油管将射孔枪下入到井筒底部一段时间后点火下入造斜器之后,通过钻杆下入VSI仪器，并将其固定在造斜器上方100英尺处射孔枪引爆引起的地覆值号通过检波器进行记录图24射孔放炮和其他作业的地震记录该图所展示的是一个连续ii始,第二条线是第一条线的延续，以此类推每条线上的纵轴代表信€炮信号在04：44：22时以明显波至的形式出现,几秒钟之后记录系统I被信号所饱和在04：44：30时记录恢复到背景唉声的水平,但在此象进行制图的射孔作业监测壳牌勘探与生产公司计划对在英国北海Cormorant油田钻的一些生产井通过油管传送射孔（TCP）枪进行射孔作业在考虑了多种确认TCP作业的技术之后,壳牌公司决定尝试利用井眼地震仪器对射孔作业实施监测在电缆传送射孔作业中，电缆张力发生产变化表明射孔枪已经放炮，这点可以在检测起出地面的射孔枪时得到验证在油管传送射孔作业中，射孔枪可能将一直留在井中在没有明确表明射孔已经放炮的情况下，唯一能够证明作业成功的依据是拉动油管，起出射孔枪,但对作业公司而言,这一过程成本过大尽管VSI仪器的设计是用来记录井眼地震测量，但利用检波器也能检测井眼附近干扰所产生的信号毫无疑问，如果将其置于同一口井中，该仪器可以检测到与用于射孔的降能射孔弹具有同等威力的震源的信号。

与其他井眼地震仪器不同，VSI仪器可以采集任何时间段的记录一般井眼地震测量的记录长度为5000毫秒左右，受控震源被激活的那一刻就是起点但是，出于射孔放炮的监测需要，将记录系统的起点设置为仪器到位的那一刻，而且会持续记录直到地震现场工程人员停止记录为止C井是主井眼和一个分支井组成的多分支井一般情况下，完成主井眼的钻井和下套管作业之后，会在储层中置入长度超过3000英尺（910米）的TCP枪，TCP枪将会留在井下，随时等待触发延时系统的激发然后将造孤立的噪声脉冲串斜器（用于离开套管井开始侧钻）置入主井眼待射孔段的上部在造斜器上方100英尺（33米）处置入一个VSI梭用于监测射孔枪的引爆（图23）在完成射孔枪点火及分支井的钻井、完井、射孔及清洗作业之后,对造斜器实施射孔以使被主井眼钻穿的储层开始产液VSI仪器检测到了射孔放炮过程中明显的信号波至（图24）该仪器紧靠造斜器,信号的振幅超出了记录系统的动态量程范围尽管从记录数据中无法读出振幅数据，但是信号频率的增加可以在信号波至后的几秒钟之内检测到信号波至大约8秒之后，信号恢复到背景噪声水平地震信号证实了射孔枪点火成功实现主要目标之后，壳牌公司的工程人员为了获得新的信息，对地震数据进行了审查。

射孔枪点火之后，枪内充潢了液体地震信号水平恢复到背景噪声水平表明该部分井段中的流体不再流动地震记录中信号的总持续时间可以解释为填满射孔枪空余体积所需的时间，该数据可以与向井流动动态相结合考虑到造斜器之下的井筒是一个封闭系统并且射孔枪（相当于大气压下的一个容器）的体积已知，壳牌公司的工程人员利用射孔枪填充所需时间来计算一个近似的绝对敞喷值这一射孔放炮地震监测过程中获得的新信息为壳牌公司工程人员了解油藏动态提供了帮助高压、高温测量尽管大多数井中的井眼地震测量都可以采用VSI仪器，但高压、高温（HPHT）井还有一些特殊要求o为SlimXtreme小井眼高压高温测井平台而开发的地震采集仪器将高性能的包装与模拟记录相结合，降低了易碎电子原件的使用（图25）与Xtreme系列中的其他仪器相同，这个直径为3-3/8英寸的仪器可适应30000psi（207MPa）的压力和500°F（260%：）的温度设计了一个较短的轻型探头，该探头与一个三分量检波器组结合后可以实施检验炮观测，但现在该探头也被应用于HPHT井中整体VSP图像的采集图25恶劣环境下的井眼地覆采集仪SlimXtreme小井眼高压、高温测井平台可以在30000psi的压力和500。

F的温度条件下作业o作业公司已在238°C基于多种考虑，康菲石油（英国）有限公司在北海中部一口较为复杂的HPHT井中下入了一个小型地震模拟仪器首先,是为了在井数据和目标层时基三维海上地震数据之间建立准确的时深关系虽然白垩层底部的反射可以在地震剖面上获得清楚的解释，但要采集油藏顶部更深的反射比较困难VSP、测井和地面地震数据之间的的相互关系将提高油腕围解喻倾度其次，康菲石油公司希望采集目标储层段及井总深度以下地层的深基VSP图像在地面地震数据中，彳顷斜储层受多次波噪声的影响，其中多次波以水平折射的形式干扰储层信号由于VSP既可以记录上行波，又可以记录下行波，而且又具有多分量处理的特征，因此VSP图像可能包含更少的多次波，并可获得更准确的油藏构造成像将成像范围扩展到井以下，就有可能。