從井中彈性波速的徑向變化獲取地層巖石脆裂性質(zhì)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從井中彈性波速的徑向變化獲取地層巖石脆裂性質(zhì)的方法，包括以下步驟：在深度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行測井分別得到深度區(qū)間內(nèi)單極子和偶極子激發(fā)時(shí)的全波數(shù)據(jù)以及地層密度曲線；得到地層的縱波速度vp和地層橫波速度vs；得到縱波速度計(jì)算N個(gè)接收器上波的走時(shí)；提取隨深度變化的縱波到時(shí)曲線，并將其定義為實(shí)測的縱波走時(shí)曲線；得到地層縱波速度的徑向剖面；通過將目標(biāo)函數(shù)極小化得到橫波徑向速度的變化：獲得深度區(qū)間連續(xù)變化的地層橫波速度的徑向剖面；通過求取井壁巖石縱波和橫波速度的徑向變化，利用速度對徑向距離的積分得到地層的脆裂指數(shù)，對比該指數(shù)的變化指示巖石的脆性與可裂性。本發(fā)明可以解決有效評價(jià)巖石可壓裂性的現(xiàn)狀等技術(shù)問題。
【專利說明】從井中彈性波速的徑向變化獲取地層巖石脆裂性質(zhì)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理測井及其在石油、天然氣壓裂開采中應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一 種巖石物理理論及聲波測井處理方法，特別涉及一種提取測井波速徑向變化的技術(shù)并將其 用于評估與壓裂開采有關(guān)的地層巖石脆、裂性質(zhì)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 非常規(guī)油氣的壓裂開采的實(shí)踐證明，地層巖石的脆性和可裂性是控制壓裂效果的 關(guān)鍵因素。在脆性好的負(fù)載巖石中，當(dāng)外加載荷超過巖石的破裂強(qiáng)度時(shí)，巖石隨即起裂且裂 縫的擴(kuò)展不需要外加能量。相對而言，脆性差的巖石則發(fā)生塑性屈服，裂縫起裂需要繼續(xù)從 外吸收能量。因此，巖石的脆性是一個(gè)重要的參數(shù)。但是，巖石的脆性并不等于巖石的可裂 性。很多脆性很高的巖石，如花崗巖、白云巖等等，其脆性非常地好，但這些巖石的強(qiáng)度很 高，不易壓裂。由此可見，巖石的脆性和可裂性決定了要產(chǎn)生一定的壓裂效果所需的載荷的 大小和能量的多少。這兩個(gè)參數(shù)的獲取是目前油氣勘探開采的重要研究內(nèi)容。
[0003] 對巖石脆性的估計(jì)，常采用礦物成分分析和彈性參數(shù)測量這兩種方法。在礦物分 析法中，需要確定巖石中脆性礦物，如石英、長石和方解石所占的成分，該脆性礦物成分與 所有礦物之比給出了巖石脆性指標(biāo)。彈性參數(shù)法則通過測量地層巖石的楊氏模量和泊松 比來定義巖石的脆性指標(biāo)（Rickman R 等，A practical use of shale petrophysics for stimulation design optimization:All shale plays are not clones of the Barnett Shale. SPEj 2008)：

【權(quán)利要求】
1. 一種從井中彈性波速的徑向變化獲取地層巖石脆裂性質(zhì)的方法，包括以下步驟： 步驟一、在深度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行陣列聲波測井、偶極橫波測井、井徑測井和地層密度測井， 分別得到深度區(qū)間內(nèi)單極子和偶極子激發(fā)時(shí)的陣列波形數(shù)據(jù)以及地層密度曲線； 步驟二、獲得處理深度位置處的陣列波形數(shù)據(jù)，利用慢度-時(shí)間相關(guān)法，即（3)式所示， 處理得到地層的縱波速度vp和地層橫波速度vs ;
其中，Xjt)是N個(gè)聲波接收換能器陣列中的第m個(gè)接收換能器，聲波接收換能器之間 的間隔為d。時(shí)間窗Tw的位置T及速度區(qū)間中的某一速度值V。對整個(gè)波形或者波形中的 某一時(shí)段以及給定的速度區(qū)間按（3)式計(jì)算出二維相關(guān)函數(shù)C〇rr(V，T)，當(dāng)相關(guān)函數(shù)取極 大值時(shí)對應(yīng)的v值，便求出了縱波速度vp和橫波速度vs ; 步驟三、根據(jù)步驟二得到的縱波速度計(jì)算N個(gè)接收器上波的走時(shí)，并將其定義為參考 走時(shí)TTMf，見⑷式所示
式中vp(z)是步驟二提取的地層的縱波速度曲線，積分上下限分別是源s和第i個(gè)接 收器A的深度位置，TTf為波在井中流體的傳播時(shí)間； 步驟四、根據(jù)實(shí)際記錄的N個(gè)接收器上的全波波形，提取隨深度變化的縱波到時(shí)曲線， 并將其定義為實(shí)測的縱波走時(shí)曲線； 步驟五、根據(jù)不同源距下N個(gè)接收器實(shí)測的縱波走時(shí)和參考走時(shí)的差異反演得到徑向 上不同深度的縱波速度，進(jìn)而得到地層縱波速度的徑向剖面vp(r); 步驟六、選取偶極測井的陣列波形數(shù)據(jù)，利用加權(quán)頻譜相干法得到實(shí)測彎曲波的頻散 曲線vsd(?)，然后通過將以下目標(biāo)函數(shù)極小化得到橫波徑向速度的變化： E(Avs，Ar) =E￡2[vs 〇，Avs，Ar) -vsd 〇) ] 2+ 入E￡2，[vs 〇，Avs，Ar) -vh 〇) ]2 (5) 其中vs〇,Avs,Ar)是由橫波徑向速度剖面計(jì)算的理論頻散曲線，其中AvJPAr分 別是橫波速度變化量和變化區(qū)域的大小，而vh(?)是由貼井壁地層橫波速度計(jì)算的均勻地 層的頻散曲線，Q為測井中使用的頻段，是選取的測井頻段中的高頻段，A為權(quán)重因 子； 步驟七、利用步驟六得到的AVs，Ar，對每個(gè)深度點(diǎn)采用（6)式獲得深度區(qū)間連續(xù)變化 的地層橫波速度的徑向剖面；
其中vs(r)為地層徑向上r位置（從井軸算起）的橫波速度，&為井眼半徑，vs(l是原 狀地層的橫波速度； 步驟八、通過求取井壁巖石縱波和橫波速度的徑向變化vp(r)、vs(r)，利用速度對徑向 距離的積分得到地層的脆裂指數(shù)，對比該指數(shù)的變化指示巖石的脆性與可裂性； (1) 速度隨徑向距離的變化曲線 由步驟五與步驟七得到井壁巖石縱波和橫波速度隨徑向距離的變化曲線vp(r)、vs(r)， 反映了某一深度點(diǎn)處地層巖石的聲速徑向變化特征； (2) 對速度隨徑向距離的變化積分得到巖石的脆裂指數(shù)BF
其中，A為井眼半徑，ri為速度變化深度半徑，地層徑向變化深度Ar=ri-r(l ;Av(r) =Vq-Vi為地層徑向縱波（橫波）速度變化AVp (r)(或AVs (r))，Vq為原狀地層速度，Vl為 井壁速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從井中彈性波速的徑向變化獲取地層巖石脆裂性質(zhì)的 方法，所述步驟六，測井中使用的頻段Q取2kHz?8kHz，選取的測井頻段中的高頻段Q' 取8kHz?10kHz，權(quán)重因子入取2。
【文檔編號】G01V1/40GK104407381SQ201410787319
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】唐曉明, 陳雪蓮, 許松, 莊春喜, 蘇遠(yuǎn)大 申請人:中國石油大學(xué)(華東)