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，希望能够帮助到您
。

研究表明，纵波与横波联合使用形成的声波波形能够很好地揭示储层裂缝发育程度 ，其中横波变化范围比纵波宽
，发挥了巨大作用。

声波波形测量仪器的原理比较简单，其中的声波反射器与接收器的距离为3m ，每0.3m记录一次发射到岩层再反射回来的声波波形
，并以真振幅记录 。在数据处理时，对每一个波形进行振幅归一化（不是对全井段的波形进行归一化） ，这样纵波
、横波、斯通利波全以初至波的形式反映出来
，但是存在裂缝时，这3种波达到的时间有所差异 ，而且纵波和横波的振幅降低
。

从理论上讲，纵波主要受垂直裂缝的影响
，横波主要受水平裂缝的影响，斯通利波（管波）沿井壁传播 ，主要受地层渗透率影响（当存在裂缝时
，主要受裂缝发育程度影响）。由于横波不易在流体中传播，所以当存在储集性裂缝带时 ，横波的衰减比纵波和斯通利波快许多
，也就是说，发现横波迅速衰减现象 ，可以定性或定量地判断裂缝的存在 。

全波声波波形可以4种模式出现：①纵波 、横波都不存在的情况；②纵波
、横波振幅都很低的情况；③纵波振幅低、横波振幅中等的情况；④纵波 、横波振幅均为中到高的情况（图4-7）
。为了定量描述裂缝发育程度
，需要计算横波初至波开始的200微秒窗长范围内的横波振幅，横波初至波是手工拾取 ，再进行数字化的（图4-7的第一道）。对这个时窗内的横波振幅进行均方根计算（对纵波也作此计算）
，得到图4-7的第二道 。为了在同一研究井段识别出不同级别的储集空间，需要对横波进行归一化：以振幅在0.1～1.0cm之间的取为0 ，以最高振幅（图4-7为10～100cm）取为100，归一化结果见图4-7的第三道
。归一化的横波振幅表征了裂缝发育的强度（就像用自然伽马计算泥质体积的方法一致）
，我们可以用25%分段度量裂缝发育程度（表4-2）。

表4-2 研究井段中归一化横波振幅预测裂缝发育程度

基岩裂缝或碳酸盐岩裂缝-溶洞的识别与评价

6. 3. 1 阵列声波测井

20 世纪 80 ～ 90 年代，国外各大测井公司分别推出了更大源距
、多个接收探头的阵列声波测井仪器和成像测井仪器 。就其原理而言 ，阵列声波测井仪与长源距声波测井仪器没有本质区别
，其发射和接收探头仍旧采用对称振动模式，即单极子振动模式 ，只是各种性能得到了进一步改善; 但是不能用来测量软地层横波速度
。成像测井仪器中的声波测井仪器的物理原理则有所改进
，它有全波列测井仪器的优点，还能在软地层中获得横波速度。代表性的仪器有 ，斯伦贝谢公司于1990 年推出的 MAXIS －500 系统中的偶极子声波成像测井仪 ( DSI
，Dipole Shear Sonic Imager) ; 阿特拉斯公司于 1992 年推出的 ECLIPS － 2000 系统中的多极子阵列声波测井仪 ( MAC，Multiple Array Acoustilog) 、正交多极子阵列声波测井仪 ( XMAC ，Cross Multipole Array Acoustilog) ; 哈里伯顿公司推出的低频偶极子横波测井仪 、正交偶极子阵列声波测井仪 。这些仪器的测量原理大同小异
，下面以 DSI 为例予以介绍。

6. 3. 1. 1 单极子与多极子源

( 1) 单极子源

传统的声波测井仪器使用的声波换能器是对称声源，即单极子源
。单极子源可看作是点状声源或柱状声源 ，向各个方向发射声波，或接收各个方向传来的声波。单极子源在井中激发的声波依次为纵波
、横波、斯通利波
，如图 6. 3. 1 ( a) ; 但是在软地层中只能激发纵波和斯通利波，如图 6. 3. 1 ( b) 所示 。

图 6. 3. 1 单极子声源激发的声波波形

( 2) 多极子源

多极子源是非对称声源 ，目前有两种
，即偶极子源 、四极子源
。目前，偶极子声波测井技术比较完善 ，四极子源的技术还不具备商业用途
，所以常说的多极子声波测井即指偶极子或交叉偶极子声波测井。

偶极子换能器是采用压电材料制成的双压电晶片，当它发射声波时 ，可以看成一个振动的圆管
，以其中心面为界隔离为两部分，这两部分的振动相位相反 ，其振动效果相当于一个做弯曲振动的平板 。偶极子源可以看作是两个相距很近
、强度相同、相位相反的点生源组合
。偶极子源在软地层中能激发以挠曲波为主的波列
，如图所示 ( 图 6. 3. 2) 。

图 6. 3. 2 偶极子声源声场 、振动模式

6. 3. 1. 2 DSI 仪器结构与测量原理

偶极子声波成像测井仪 ( DSI) 主要由发射器、接收器
、隔声体、电子线路短节四部分组成，如图 6. 3. 3 所示 。

图 6. 3. 3 DSI 仪器结构示意图

发射器由三个发射器单元组成 ，一个单极子压电陶瓷换能器，两个相互垂直 、相距 6in ( 15. 2cm) 的偶极子换能器
。接收器包括八个接收器组
，每组有两对偶极子换能器，一对与上偶极子发射器在同一直线上 ，接收来自上偶极子的信号; 另一对与下偶极子发射器在同一直线上
，接收来自下偶极子的信号。单极子换能器工作时，对每个接收器组的四个接收器的输出结果求和得到单极子等效信号 。使用低频脉冲激励单极子发射器产生斯通利波 ，使用高频脉冲激励单极子发射器产生纵波
、横波
。使用低频脉冲激励偶极子发射器产生纵波、横波。在大井眼 、非常低速地层中
，常使用小于 1kHz 的脉冲激励偶极子以获取横波 。

隔声体的作用是阻止从发射器来的声波直接沿着仪器上传至接收器，保证接收器的输入声波信号来自井眼周围的地层。

电子线路短节部分可以并行采集同时数字化 8 个独立波形 ( 图 6. 3. 4)  ，能把多次发射产生的波形叠加起来进行自动增益控制
，并把信号传输到地面系统，同时还记录每条波形的幅度 ，检测纵波首波
，得出声波时差
。

DSI 有多种工作方式，它们可以进行任意组合。

图 6. 3. 4 偶极子声波成像仪接收的声波波列

( 1) 下偶极子方式

下偶极子发射器发射时 ，采集和处理相应接收器接收到的偶极子波形数据及挠曲波的慢度，从而获取有关横波数据 。

( 2) 上偶极子方式

上偶极发射器发射时
，采集和处理相应接收器接收到的偶极子波形数据及挠曲波的慢度，从而获取有关横波数据
。

( 3) 斯通利波方式

当用低频脉冲激励单极子发射器发射声波时 ，采集和处理相应接收器接收到的声波数据
，从而得出斯通利波的时差。

( 4) 纵波和横波方式

用高频脉冲激励单极子发射器发射声波时，采集和处理相应接收器接收到的声波数据 ，从而得出纵波和横波的时差 。

( 5) 首波检测方式

用高频脉冲激励单极子发射器发射声波时
，采集和处理相应接收器接收到的声波数据
、阈值的交叉数据，从而测得纵波的时差
。

偶极子声波成像测井仪可与大部分测井仪进行组合测量。

6. 3. 1. 3 阵列声波测井的应用

阵列声波测井除了常规声波测井的用途以外 ，还有下列几方面的应用:

(1)鉴别岩性和划分气层

实验室和现场经验表明
，利用纵波速度与横波速度比(vP/vS)可以鉴别岩性 。例如白云岩的vP/vS=1.8，石灰岩的vP/vS=1.86 ，纯砂岩或含气砂岩的vP/vS=1.58
。

一般情况下
，当地层孔隙中含有天然气时，其纵波速度会降低 ，横波速度基本不受影响;因此，在岩石孔隙度一定的情况下
，随着含气饱和度增大，vP/vS会降低。偶极子横波测井能得到准确的纵、横波速度(vP ，vS)
，因此可以用来划分气层(图6.3.5) 。

图6.3.5偶极子声波成像测井识别气层

另外，纵 、横波速度比(vP/vS)与声波时差(Δt)交会图也可以用来识别气层
、岩性
。白云岩的vP/vS=1.8 ，石灰岩的vP/vS=1.86
，在vP/vS－Δt交会图中二者几乎是一条与横轴平行的直线;纯砂岩的vP/vS=1.58，也近似于一条直线。利用vP/vS－Δt交会图的这些特点 ，即可鉴别岩性 。

此外
，利用准确的纵波和横波数据计算出的泊松比也可以识别与气有关的异常。通常泊松比会随孔隙度的降低、沉积物固结程度的提高而降低，因此 ，未固结的 、浅湖相沉积物以及盐水饱和的沉积物有较大的泊松比(>0.4)
，高孔隙度盐水饱和的砂岩同样具有较高的泊松比(0.3～0.4)，但高孔隙度气饱和的砂岩则具有低的泊松比
。

(2)指示渗透层

斯通利波是由井眼诱导产生的一种压力脉冲。地层骨架及其开启裂缝影响斯通利波的传播 ，使流体向地层移动，导致斯通利波的能量减小
，其能量减小程度取决于地层的有效渗透率 。利用阵列声波测井测量的高质量的斯通利波数据，并结合现代的数字记录
、滤波及数字处理技术 ，可计算出斯通利波的能量和传播速度
，继而计算渗透率，指示渗透层
。

(3)划分裂缝带

当斯通利波在井眼中遇到与井眼相交的开口裂缝时 ，由于裂缝引起的较大声阻抗反差致使斯通利波的部分能量被反射。对采集到的斯通利波波形进行处理并计算出反射系数
，然后用反射系数确定出裂缝的开度 。用单极子斯通利波数据评价裂缝，是阵列声波测井的一个重要的应用
。

(4)岩石机械特性分析

根据测得的纵、横波时差及地层密度 ，可以计算地层岩石的机械特性
，如泊松比(σ) 、杨氏弹性模量(E)、切变模量(μ)
、体积模量(K)及拉梅常数(λ)等参数。这些参数是确定岩石强度的重要数据，能为岩石机械特性分析提供重要信息 。

岩石强度是指岩石承受各种压力的特性
。根据岩石的强度特性 ，可以预计油井生产中是否出砂
，估计酸化压裂所需的压力，研究水驱过程中岩石的膨胀情况。在钻井工程中 ，需要根据岩石的弹性参数对井眼稳定性进行评价，设计或选用合适的钻头
，并确定合适的钻井液柱压力及钻井液密度来保证安全钻井，选择准确的套管下深 。

(5)地震勘探中的应用

阵列声波测井在地震勘探中的用途 ，包括横波地震相关对比、横波合成地震道 、VSP解释以及用于建立对非零偏移距VSP数据进行分析的模型等
。

含气层的泊松比与含其他流体地层的泊松比有较大区别
，这种差异会使地震数据产生异常的AVO响应。在正常的地下地层界面处，由于入射角的变化而引起的反射波幅度的变化 ，是为AVO 。使用DSI测量的纵
、横波速度以及地层体积密度
，可以计算出AVO模型。

(6)确定地层各向异性

岩石的各向异性通常有两种类型，即水平各向异性和垂直各向异性
。在最简单的水平各向异性地层中 ，弹性参数在纵向上发生变化
，而在水平方向不变化。地层垂直各向异性主要对应于在纵向上出现断裂或裂缝，以及水平应力不对称引起的地层各向异性 。这两种类型的各向异性都可以由阵列声波测井探测出来
。

6.3.2 阵列感应成像测井

阵列感应成像测井技术是基于20世纪40年代道尔(H.Doll)提出的感应测井几何因子理论发展起来的 ，在20世纪80年代由BPB公司首推
，其后Schlumberger公司和Atlas公司相继推出阵列感应测井仪。该类型测井仪克服了普通感应仪器的不足，不但提高了纵向分辨率 ，增强了对地层径向非均质侵入特性的定量描述，而且简化了线圈系制作工艺
，扩大了仪器的动态范围，提高了测井数据采集时效 。

阵列感应成像测井采用先进的电子技术、计算机技术及处理等方法 ，通过多路遥测短节
，把采集的大量数据送到地面，再经计算机进行处理 ，得出具有不同径向探测深度和不同纵向分辨率的电阻率曲线
。与双感－浅聚焦测井不同
，阵列感应成像测井除了得到原状地层和侵入带的电阻率外，还可研究侵入带的变化 ，确定过渡带的范围。根据获得的基本数据可以进行二维电阻率径向成像和侵入剖面的径向成像 。

图6.3.6 阵列感应测井原理图

6.3.2.1 阵列感应测井原理

1989年
，Schlumberger公司的阵列感应测井仪(AIT)采用一个发射线圈和多个接收线圈对，构成一系列多线圈距的三线圈系
。该仪器具有一个发射线圈和8组接收线圈对 ，实际上相当于具有8种线圈距的三线圈系
，接收线圈对中包括一个主接收线圈和一个辅助接收线圈，后者的主要作用是补偿直耦信号 ，如图6.3.6(a)。阵列感应测井主线圈距有8个，分别为6in 、9in
、12in、15in 、21in
、27in、39in 、72in
，采用3种工作频率(6.325kHz，56.65kHz ，105.3kHz) 。通常8组线圈采用同一频率
，其中6组探测范围的线圈系同时还采用较高的频率
。这样，8组线圈系实际上有14种探测深度的线圈距 ，每组线圈系测量同相信号(R信号
，也称有用信号)和90°相位信号(X信号，也称无用信号) ，并测出28个原始信号。对原始信号进行井眼校正后
，再经“软件聚焦 ”处理，可得出三种纵向分辨率(1ft ，2ft
，4ft)
、每一种纵向分辨率又有5种探测深度(10in，20in ，30in，60in
，90in)的电阻率曲线 。

1992年，Atlas开始研究一种新型多频的阵列测井系统———HDIL(High Definition Induction Log)。HDIL是一种新的全数字化、全谱感应测井仪器 ，它由7个单侧布置的子阵列组成
，见图6.4.1(b)
。其主接收线圈间距从0.15～2.39m，按指数布置 ，所有子阵列同时接收8个工作频率(10kHz 、30kHz、50kHz
、70kHz、90kHz 、110kHz
、130kHz和150kHz)的实部和虚部信号
，即每一测量深度有112个信号。HDIL提供6种探测深度(10in、20in 、30in
、60in、90in和120in)的真分辨率曲线和3组分辨率匹配曲线(1ft 、2ft和4ft)，传统双感应的合成曲线 ，具有地层倾斜校正功能 。与Schlumberger的AIT相比
，HDIL有更多的工作频率，提供了更丰富的井下信息(AIT每一测量深度只有28个信号);这种数据采集技术开辟了实时数据完整性检测和诊断的新领域
。

此外 ，哈里伯顿公司也推出了高分辨率阵列感应测井仪器(HRAI)
，俄罗斯石油仪器公司推出了高频感应(ВИКИЗ)，这些仪器结构大同小异 ，其共同点为能够提供不同分辨率和不同探测深度的测井数据，便于研究其径向侵入关系和流体评价。

6.3.2.2 高分辨率阵列感应测井处理解释方法

以高分辨率阵列感应(HDIL)测井为例来讲述其处理解释方法
，其处理过程主要由两个处理模块来实现，一是高分辨率阵列感应优化合成处理 ，二是高分辨率阵列感应的一维反演 。

(1)优化合成处理

优化合成处理主要包括趋肤效应校正
、井眼环境校正、背景电导率计算 、真分辨率合成
、垂直分辨率匹配等
，经处理提供纵向分辨率分别为1ft、2ft 、4ft的三组电阻率曲线，其径向探测深度从10in、20in
、30in、60in 、90in
、120in依次递增 ，为储层评价提供不同径向探测深度、纵向分辨率
，特别是高分辨率的电阻率曲线
。

1)趋肤效应校正。阵列感应测井属交流电测井，测井时交变发射电流在周围介质中建立的场是一个交变电磁场 ，当电磁场以波动方式向远处传播时
，相位就会发生位移，而且其幅度随传播距离和传播常数的增加而按指数规律衰减 ，这种现象称为趋肤效应 。趋肤效应是感应型测井仪器的重要误差来源之一
。Atlas公司的HDIL型阵列感应测井仪器有7个子阵列
，8个工作频率，共采集实部和虚部112个信号。由于虚部信号影响因素复杂 ，因此在实际处理时只采用了实部信号 。

2)井眼环境校正
。阵列感应测井仪由于采用了简单的三线圈系作为基本的测量单元，因此其原始测量值受井眼影响比常规聚焦型感应测井仪器更严重。如图6.3.7为井眼校正模型
，它由井眼和地层组成，仪器可能居中 ，也可能偏心
，此时，影响测量信号的因素有井中泥浆电导率σm 、地层电导率σt
、井眼半径rh、仪器偏心recc 、和仪器直径dt 。设测量信号用σt表示 ，则它与这些参数的关系可用函数表示为:

σa=f(σm
，rh，recc ，σt
，dt)

目前使用的是基于几何因子的井眼校正方法。为了进行井眼环境校正，对每个反映井眼环境特征的参数在很宽范围内进行阵列感应响应的大量数值模拟 ，将这些计算结果进行多项式拟合
，得到一种快速校正算法
。在测井过程中，进行快速反演 ，即采用最小二乘技术，将不同的模型数据与短源距阵列测得的信号进行适配
，得到一个最佳的模型值，由此求得井眼影响信号 ，最后在测井信号中减去井眼影响信号
，实现井眼校正。

图6.3.7 井眼校正模型示意图

3)背景电导率计算 。在对阵列感应测井资料处理过程中，通常根据背景电导率来选择合适的滤波器对测量信号进行处理 ，因此背景电导率计算是解释处理技术中关键步骤之一
。为了在测量信号处理时快速计算背景电导率
，必须先设计好计算背景电导率的滤波器库。其设计思想为，先将测量范围内的电导率分段 ，然后设计每个端点对应的高斯函数滤波器
，用三层模型模拟测试，不断调整滤波器 ，使这些滤波器与地层测量信号褶积的值与测量信号对应的背景电导率一致
，这些滤波器就作为滤波器库 。

4)真分辨率合成
。真分辨率合成原理可用如下数学公式描述:

地球物理测井教程

式中:σp(ρk，z)为深度z处对应第k个径向探测深度ρk的电导率 ，k=1，2
，…，K ，K是合成径向探测深度数目;σja(z)为第j个子阵列在z点的测量值
，j=1，2 ，…
，J，J为子阵列个数;wkj(z ，σ)为合成第k个探测深度时
，第j个子阵列的滤波器;z=Zmin－Zmax是合成处理信号的窗口范围;wkj(z，σ)称为真分辨率合成滤波器;σ是地层的电导率 ，它说明滤波器wkj(z
，σ)是地层电导率的函数。

上式说明，对于任一电导率为σ的地层 ，通过调整滤波器wkj(z，σ)
，可以用范围为z=Zmin－Zmax的所有子阵列的测量值合成同一纵向分辨率
、不同径向探测深度的新的测量值 。真分辨率合成处理的质量取决于滤波器的设计，可以将真分辨率合成滤波器的设计归结为求解带约束最小二乘最优化问题
。

5)垂直分辨率匹配。经过真分辨率合成后得到6条不同径向探测深度的曲线 ，这些曲线分别对应6种纵向分辨率
，利用分辨率匹配技术就可以使不同径向探测深度曲线具有相同的纵向分辨率(通常设定为3种纵向分辨率，分别为1ft、2ft和4ft) 。首先是滤波出相邻两条曲线的差值信息 ，然后根据所需的分辨率
，将差值信息加到相应的曲线上
。

(2)侵入剖面的一维反演

侵入剖面的一维反演主要是通过对纵向分辨率相匹配的测井曲线进行径向反褶积，进而详细描述地层电阻率径向变化情况 ，处理成果包括侵入半径和原状地层电阻率 、冲洗带电阻率
、电阻率径向变化彩色图像及井眼图像。

具体实现时先利用分辨率匹配后的2ft数据作为测量值
，预先计算好聚焦的径向积分几何因子库和分辨率匹配的纵向几何因子库，根据6个探测深度曲线之间的关系和大小初值猜测 ，采用求导数阻尼最小二乘非线性反演方法进行反演 。侵入模型设计中采用连续侵入模型
，使过渡带变化更接近实际。

6.3.2.3 阵列感应测井的应用

阵列感应测井提供有3种纵向分辨率和5种探测深度的曲线，利用这些丰富的测井信息 ，可以根据侵入特征进行流体识别，可以划分薄地层
，求取原状地层电阻率Rt和侵入带电阻率Rxo，并可研究侵入带的变化 ，得出过渡带的内外半径
。

6.3.2.3.1 划分薄地层

由于阵列感应测井能提供1ft(30.48cm)纵向分辨率的曲线
，可用来划分薄地层。高分辨率感应与伽马曲线具有很好的相关性，可以准确地测量出薄层电阻率 ，有效识别层内的非均质性 。图6.3.8是一口井的阵列感应测井曲线图
，图中第一道是自然电位曲线，第二道为纵向分辨率为1ft的曲线 ，在1ft分辨率曲线上
，3349.5～3350.5m显示高电阻峰值
。用地层测试器取样，证实为一薄气层。

图6.3.8 用高分辨率阵列感应划分薄层(据谢关宝 ，2005)1ft≈30.48cm
，1in≈2.54cm

地球物理测井教程

6.3.2.3.2 确定侵入带电阻率和原状地层电阻率

阵列感应测井给出6种探测深度的曲线 ，因此可用四参数模型进行反演 。在反演中双感应－浅聚焦测井使用台阶状模型，而阵列感应使用具有过渡带的模型
，这更符合于实际状况
。过渡带的内径r1(相当于冲洗带的半径)和外径r2之间的电阻率是变化的，利用这种模型可进行四参数(Rt ，Rxo
，r1，r2)反演 ，从而得出Rt、Rxo 、r1、r2。图中除有五条阵列感应测井曲线外
，还有反演得出的Rt和Rxo曲线(如图6.4.4) 。

6.3.2.3.3 流体识别

在淡水泥浆中，一般情况下油层表现为低侵特征 ，水层表现为高侵特征
。

水层或含油水层:不同径向探测深度曲线为负差异变化
，如图6.4.4，29号层呈明显的负差异变化 ，与常规测井资料相比
，高分辨率阵列感应测井资料更直观可靠。

油水同层 。不同径向探测深度曲线正负交替变化或小幅度的负差异变化
。如图，28号层下部 ，反演得到的原状地层电阻率和冲洗带电阻率，在油水同层部位呈明显的正负差异交替变化
，30号层的油水同层则呈小的负差异特征。

油层 。不同径向探测深度电阻率为正差异变化或呈基本无差异，由6条电阻率曲线反演的原状地层电阻率大于冲洗带电阻率。如图 ，27号层基本无差异
，反演得到的原状地层电阻率和冲洗带电阻率基本重合，而28号层的油层部位 ，呈小的正差异特征
。

6.3.2.3.4 阵列感应二维成像显示

根据阵列感应测井曲线
，可以得出电阻率
、视地层水电阻率和含油气饱和度二维成像显示，这种显示更为直观。图6.3.9是一口井的二维成像显示 ，图的右边是电阻率的成像显示 。

阵列感应测井给出了3种纵向分辨率和6种探测深度的测井曲线
，扩大了应用范围，可以研究钻井液高侵(Rxo>Rt)地层 ，也可以研究钻井液低侵地层(Rxo<Rt)
，能更好地研究侵入剖面的径向变化
。在高矿化度钻井液中，阵列感应测井仍然受到限制 ，这时最好与双侧向测井同时应用，或者选用双侧向测井。阵列感应测井是一种新的测井方法
，仍有不足之处，如处理方法中权函数的选择等 ，但这些问题会在进一步的发展中得到解决
，使其更加完善 。

偶极横波成像测井的应用

开启性裂缝在微电阻率成像成果图上十分明显，但是需注意区分其他裂缝和断层面、层界面 、缝合线
、泥质条带的成像差别
。

（一）裂缝与条状地质现象的区别

1.裂缝与层界面的区别

层界面往往是一组相互平行或接近平行的高电导率异常 ，异常的宽度小且均匀。在碳酸盐岩中裂缝常与溶洞相伴生
，因此高电导率异常既不平行，又不规则 。

2.裂缝与缝合线的区别

缝合线在碳酸盐岩中十分发育 ，它是压溶作用的结果
，一般平行于层面分布，但是两端常有接近垂直的小幅高电导率异常
。裂缝则没有这些特点。

3.裂缝与断层面的区别

断层两旁的地层具有明显的差别 ，很容易与裂缝区分开 。

4 裂缝与泥质条带的区别

泥质条带或硅质条带均为高电导率异常
，它们一般平行于层面分布，其厚度变化不大 ，但是有时候出现柔性变形
。而裂缝具有溶蚀现象，所以常常电导率异常的宽度变化很大。

（二）钻井工程产生裂缝的识别

在钻井过程中对岩石产生巨大破坏力
，会使井眼周围岩石产生多种裂缝 。如何区分人工诱导裂缝与天然裂缝，是我们正确评价基岩储集空间的基础。钻井工程产生的裂缝基本有3种情况
。需要通过FMI和ARI两种图像综合识别。

1.钻具振动形成的裂缝

这种裂缝规模小、延伸很短 ，它们在FMI图像上为高电导异常（图4-1）
，但是在ARI图像上却没有异常，因此容易识别它们 。

2.泥浆与地应力不平衡造成的压裂缝

这种裂缝径向长度不大 ，但是张开度和向岩石纵深方向延伸较远
。它们在FMI和ARI图像均有反映。①它们总是以180°或180°左右的差值对称地出现在井壁上；②以一条高角度张性裂缝为主
，两侧有羽状小剪切裂缝（图4-2） 。

3.应力释放裂缝

在裂缝发育段，古构造应力早已被释放 ，现代构造应力在充满流体的裂缝段也大大衰减
，因此裂缝段的地应力较弱，钻井过程造成的非平衡作用也不至于产生新的裂缝
。而在致密层段仍然存在巨大的地应力 ，一旦被钻开
，则地应力释放，产生一系列裂缝。这种裂缝既可以出现在岩心中（常会当作真裂缝被描述） ，又可以出现在井壁上（在FMI图像上通常为一组平行的高角度裂缝，其裂缝面十分规则（图4-3）） 。这种裂缝是无效裂缝
，通常没有泥浆侵入的痕迹
。

（三）裂缝发育空间的解释参数

裂缝或裂缝-溶洞型储层的非均质性很强烈，井壁上的特征很难代表井壁以外储层的特征 ，必须正确使用成像测井资料来解释储集空间的真实发育情况。

1.裂缝径向延伸情况的预测

由于FMI探测深度不大
，不能用于预测裂缝的延伸情况，而ARI的径向探测深度大 ，所以通常先用FMI图像搞清楚裂缝的产状及组合特征
，进而用浅侧向 、深侧向
、ARI电阻率及其比值大小预测裂缝径向延伸状况 。

2.裂缝渗透率的确定

裂缝渗透率是裂缝张开度、径向延伸长度 、三维空间连通程度等的综合反映，是评价裂缝储集性能的有效指标
。目前评价裂缝渗透率的最好方法是用斯通利波传导特征来进行：①根据斯通利波能量衰减程度判断裂缝渗透率 ，能量衰减越大
，渗透率越高。应用中要注意泥饼的影响，因为泥饼也会使斯通利波衰减 ，而且泥饼厚度与裂缝结构关系密切 。②根据斯通利波波形干涉特征判断渗透率高低。任何有效裂缝都是地层中的一个反射界面
，并造成斯通利波在裂缝面的反射和干涉
。需要注意的是，层界面
、泥质条带也是声阻抗界面。③根据斯通利波传播速度判断渗透率高低 。由于地层渗透率直接影响着岩石弹性模量 ，弹性模量又影响着斯通利波速度，所以可以用其计算地层渗透率
。该方法不受泥饼的干扰。

图4-3 地应力释放成生的裂缝成像特征

基岩潜山油气藏储集空间分布规律和评价方法

图4-1 钻具振动形成的诱导裂缝成像图特征

图4-4 天然裂缝与钻井诱导裂缝的成像区别特征

（四）碳酸盐岩裂缝的分布和连通性评价

裂缝连通性评价的主要问题是区分天然裂缝和钻井诱导裂缝 。后者是钻井之后井壁周围应力场减小而形成的
，其延伸长度是地应力和岩石强度的函数，质地较纯的碳酸盐岩诱导裂缝一般比泥质碳酸盐岩要多
。诱导裂缝分为应力释放型和张性裂缝两种。应力释放型裂缝一般较浅 ，位于塑性岩层中
，仅在微电阻率图像FMI上能够见到 。张性裂缝要深一些，可穿透到弹性岩层 ，但是裂开度较小
，只能在FMI图像上看到
。天然裂缝则能在FMI和ARI上同时看到（图4-4）。

图4-4为墨西哥湾北部一口产气井的ARI和FMI图像，这段剖面为白云质泥灰岩和钙质砂岩 ，井深690～710m处的FMI和ARI图像上均可见到一条溶蚀张开的裂缝（呈正弦波形态） 。钻井诱导裂缝很发育（见FMI图像
，在ARI上没有显示），主要为应力释放产生的
。

埕北30井区基岩储层段（碳酸盐岩和变质岩）为裂缝-溶洞和裂缝发育带 ，古应力早已释放
，钻井过程中诱导裂缝不易产生，所以在ARI和FMI图像上显示的裂缝几乎全为天然裂缝（图4-5） ，而且多为低角度（10°～30°）裂缝（图4-6右），倾角在50°～70°的裂缝也不像诱导裂缝
，可能为天然的裂缝-溶洞。该井区裂缝走向主要有两个：北10°～20°和北100°～110°（图4-6左） 。埕北30潜山基岩裂缝的产状基本上反映了泰山群和下古生界演化特征。FMI和ARI图像显示的埕北38井裂缝开度较大、径向速度大，说明它们具有良好的连通性
。

缝合线是碳酸盐岩中常见的储集空间 ，它们在FMI图像上常以3种形式出现：①呈波浪状或不规则面出现
，由暗色导电物质（可能是粘土）充填；②缝合线周围有亮色物质（高阻方解石）伴生带；③缝合线周围发育大量裂缝，而且溶蚀现象明显（裂缝与缝合线交接处开度很大）。

用FMI图像作裂缝解释时应当注意：①裂缝充填的流体性质不同 ，计算的裂缝开度也不同
，水层计算的裂缝开度可能比油气层计算的裂缝开度要偏大一些，在裂缝型油藏开发过程中 ，第一次测量时裂缝开度较小（原来充注油气的裂缝）
，后来测量时裂缝开度较大（水侵入），就可以估计水驱油效果；②FMI是探测较浅的一种仪器 ，可能难以区分天然裂缝和诱导裂缝
，前者是油气储集空间具有产油气能力，后者无油气地质意义；③ARI探测深度大 ，但是分辨率较低，图像提供的裂缝数量少
，而且不能确定裂缝的深度和开度，只能利用这两个参数得到某些线索 。

图4-5 埕北38井微电阻率扫描成像测井图

图4-6 埕北38井裂缝方向与倾角解释成果图

优质储层的定性识别及划分

偶极横波成像测井除一般纵波的应用外 ，主要还有下列几方面的应用
。

（一）鉴别岩性和划分气层

实验室和现场实际经验表明
，利用纵波速度与横波速度比（vP/vS）可以鉴别岩性，在vP与vS与纵波时差Δtc的交会图（图5-36）中 ，白云岩的vP/vS=1.8
，石灰岩的vP/vS=1.86，二者几乎是一条与横轴平行的直线。同样对于纯砂岩或含气砂岩的vP/vS=1.58 ，而且vP/vS与Δtc的关系也近似于一条直线 。利用这些特点即可由vP/vS与Δtc交会图中鉴别岩性
。对于含水砂岩来说
，随着孔隙度的增大和压实程度的降低，vP/vS增大 ，如图中的实线所示
，呈一斜线状。图中断点斜线是泥岩的趋势线，这也表明随着沉积物压实程度的降低 ，vP/vS比值增大 。

利用vP/vS与Δtc的交会图能更有效地划分气层
。众所周知，孔隙中含天然气时使纵波速度降低
，但对横波速度影响很小。因此，从交会图中可以看出 ，在地层孔隙度一定的条件下
，随着含气饱和度的增大，交会点向右下方移动 ，如图中的箭头所示
，图中的孔隙度线上还标出了含水饱和度SXO 。因此有了偶极横波成像测井，取得了准确的vP和vS ，利用交会图能准确地划分出含天然气地层
。

图5-36 用于鉴别岩性和划分气层的vP/vS-Δtc交会图

（二）划分裂缝带

当斯通利波遭遇张开裂缝时
，由于裂缝处声阻抗大，故使斯通利波的能量被反射。通过对斯通利波波形的处理 ，可提取反射系数（反射能量与入射能量之比）
，从而判别裂缝带 。图5-37是一硬地层的实例，图中显示出第一个接收器记录的斯通利波的变密度图（第三道）和计算的反射系数（第二道） ，在605 ft 、781 ft
、784 ft、811 ft和840 ft的深度处有明显的反射波，同时相应的反射系数也增大
，地层微电阻率扫描测井证实在650 ft 、807 ft、811 ft和840 ft处存在裂缝，而在781 ft和784 ft深度处的裂缝难以确定。由于裂缝的反射系数大 ，表明这些裂缝是张开的
，但该图无法评价裂缝的张开度
。

（三）岩石机械特性分析

根据测得的纵
、横波时差及地层密度，可以计算地层岩石的物性 ，如泊松比（σ）、杨氏弹性模量（E） 、切变模量（μ）
、体积模量（k）及拉梅常数（λ）等。利用这些岩石的机械特性
，可以评价井眼稳定性以及预测水力压裂效果等 。

偶极横波成像测井是一种新的测井技术，在其解释方法和应用方面尚需进一步研究开发
。

图5-37 用斯通利波反射波划分裂缝带

实践证明 ，除了火山灰凝灰岩外
，各中类型的火山岩都可以成为有效储层。火山岩储层通常为裂缝、孔隙双重介质的储层，储层的定性划分一般分为基质和裂缝评价两部分 。

图3－2 白X井储层类型划分综合图

常规测井资料 ，微电阻率扫描成像测井资料与核磁共振测井资料结合可以较好的完成基质物性的定性分析
，常规测井资料结合微电阻率扫描成像测井和多极子声波测井资料可以较好的完成有效裂缝的识别 、裂缝发育程度的定性评价
。

1. 基质物性的定性评价

基质物性评价是只补包括宏观裂缝的基岩物性评价。基岩中的孔隙空间类型主要包括原生气孔
、剩余气孔、碎屑间孔和次生熔孔和微裂缝 。研究发现，碎屑间孔在火山岩中较为少见 ，常见的是气孔和溶蚀孔
。

(1) 孔隙结构的评价

压汞资料表明，火山岩孔隙大小差别较大
，既有微孔隙，又有孔径较大的孔隙 ，且各向异性较强。影响火山岩储层基质物性的控制因素经常是较大孔隙的发育程度 。

核磁共振测井不仅能够直接地获得储层的孔隙度和渗透率
，而且可以定性地反映储层的孔隙结构，因而在碎屑岩储层评价中发挥了重要的作用
。由于基性火山岩铁镁矿物等铁磁矿物的含量较高 ，核磁共振测井在中 、基性火山岩中的应用受到限制。

(2) 常规测井孔洞孔隙度的评价

火山岩基质孔隙空间主要以气孔和溶蚀孔为主
，碎屑间孔极为少见，即使发育其孔隙尺寸也相对较小 。这就为常规测井的方法按孔隙度的分段计算提供了可能。

体积密度测井可以有效地反映全部频谱段不同直径的孔隙空间 ，因而它计算的是总有效孔隙度
。而声波测井由于其滑行波首波测井的特点
，在基岩声速较大的情况下，它能有效反映的仅仅是那些孔隙相对较小且分布均匀的孔隙空间。这样 ，用密度孔隙度减去声波孔隙度就可以得到孔隙度直径相对较大的孔隙空间的孔隙度 。由于受各种因素的影响
，声波测井所能反映的孔隙直径的上限及反映程度有一定的变化
。因此，这种方法反映的孔洞孔隙度的大小是定性的 ，有一定的不确定性。

(3) 火山岩蚀变及孔隙充填程度的评价

火山岩蚀变后形成不同类型的黏土矿物，有的存在于岩石的骨架
，有的充填于孔隙空间 。这种类型的火山岩在孔洞未被充填的情况下，物性较好 ，而在被充填的情况下则物性较差
。有效识别火山岩的蚀变和孔隙充填程度是火山岩储层评价的一项重要工作。

岩石物理研究表明
，对于蚀变和孔隙黏土矿物充填的火山岩，中子测井反应敏感 ，且蚀变程度越高
，孔隙充填程度越高，中子测井值越大 。应用岩石物理特征 ，可以有效识别火山岩的蚀变程度和孔隙充填程度
。

2. 裂缝的识别和定性评价

成像测井为裂缝识别提供了最为直观
、最为直接的手段
，应用成像测井可以划分裂缝的类型，准确地确定裂缝的产状 ，提供相应的裂缝参数。尽管如此
，成像测井识别裂缝也有一定的不确定性，有时很难识别裂缝的类型和性质 。

1) 通常钻井液电阻率比井壁环型地层剖面的电阻率低得多 ，由于钻井液的侵入，开口缝一般表现为低阻黑色
。充填缝在充填高阻矿物时一般表现为高阻白色
，半充填缝充填部分表现为高阻白色，开口部分表现为低阻黑色。但充填缝在充填低阻矿物、特别是高含水的低阻矿物时则较难识别 ，很容易判断为开口缝 。

2) 在地应力各向异性较强 、地层破裂压力较低的情况下
，会产生一定数量的钻井诱导缝。在诱导高度较小的情况下相对较易识别;在诱导高度较大时，其特征几乎与直劈裂缝的形态完全一致 ，识别极为困难
。

3) 当火山岩的流面倾角较大时
，极易和裂缝混淆，特别是裂缝的倾角和流面的倾角差别不大时更是如此。

4) 火山集块岩的集块边缘和自碎的火山熔岩的碎块边缘在呈相测井图上与网状裂缝的特征几乎完全一致 ，极易与网状裂缝混淆 。

综合应用多极子声波测井可以较好地排除上述裂缝识别不确定性
。纵波
、横波和斯通利波对裂缝的反应极为敏感
，其响应特征受裂缝倾角的影响较大，裂缝的倾角不同 ，其影响特征也有多不同。多极子声波测井仪在火山岩地层、特别是块状的火山岩地层可提供高质量的体波和斯通利波信息
，为火山岩地层的裂缝识别提供了极为有利的条件 。

声波纵波 、横波对裂缝有敏感的反应，这是由声波传播的固有特点所决定的
。在声波的传播途径上 ，任何各向异性或非连续性，只要尺寸与信号的波长相比不可忽略均会在声波测量结果上产生影响。另外
，流体和固体的弹性特征有着极大差异，所以 ，如果不连续介质为流体时将对声波的传播产生巨大的影响 。这种情况下就是开后裂缝的情况
。裂缝对纵、横波的影响可归纳为:①各种波相时差增大;②各种波相出现程度不同的能量衰减
，波形的幅度减小;③模式转换引起杂乱显示;④出现反射现象。

实验和研究证明，在低角度裂缝和网状裂缝发育阶段 ，纵
、横波能量均有较大的衰减
，在直劈裂缝发育段纵、横波能量均有衰减，横波衰减尤为严重 。切入井壁较浅的诱导缝 ，由于声波测井的探测深度较大
，对纵 、横波的能量衰减影响不大，用能量衰减基本上可以划分出此类裂缝
。

与纵波
、横波不同 ，斯通利波不是体波
，而是一种导波，在低频率的情况下 ，近似为管波。该导波在井筒内沿井壁表面传播，其能量从井壁开始向两侧呈指数衰减 。井壁上由于裂缝的存在会导致斯通利波传播速度的变化
，产生反射，导致斯通利波的能量衰减。

在裂缝宽度恒定的情况下 ，斯通利波的能量衰减随裂缝倾角的增加而增加
。裂缝对斯通利波的影响可归纳为:①斯通利波的能量减小
，时差增大;②出现斯通利波的反射，斯通利波出现人字形图 ，人字出头的位置为裂缝的发育位置;③出现斯通利波的模式转化。

裂缝对斯通利波的影响是由流体阻碍裂缝中的流动引起的 。因此
，斯通利波识别的仅仅是开口裂缝，且对各种倾角的裂缝均有影响 ，倾角越大影响越大
。

综上所述
，微电阻率扫描成像测井和多极子声波测井联测是识别裂缝最为有效的方法。用微电阻率扫描成像测井可以直观地识别裂缝，准确描述裂缝的产状 ，进行裂缝的分类
，提供完整的裂缝参数 。用多极子声波可以有效识别排除诱导缝及各种充填缝，直观观察裂缝的渗透性 ，有效识别裂缝发育井段
。

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