声波全波列测井的数值模拟及响应规律

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声波测井是地球物理勘探方法中重要的一员,利用声波测井探测储层地质状态是当今能源开发领域不可或缺的研究部分。裂隙性地质体作为重要的储层介质,一直是地球物理勘探领域研究的重点对象之一。然而,裂隙性地质体结构复杂,包裹体种类繁多,裂隙分布与排列关系多种多样,这都提高了研究人员研究分析裂隙储层的困难,尤其是对于声波测井方法而言,因为井场的分布特征多变,将裂隙储层在井场数值化可以方便于井场裂隙介质的分析。在测井勘探工作过程中,水层的存在往往会影响测井结果,对油层的勘探造成一定的干扰;有时井径的非预期性变化或者不同钻孔不同井径的存在也会对测井数据产生不可忽略的影响。为了能够较好地在井场裂隙介质中区分油层和水层,评价不同井径对声波探测结果产生的影响规律,本文对不同裂隙储层以及不同井径条件下的井场响应规律做出模拟分析。本文基于弹性地层理论,横向各向同性介质理论以及Hudson裂隙理论,数值模拟了不同地层状况下的井场接收波列等数据,得到了裂隙性介质中油层、水层条件下的测井全波列曲线;同时分析了不同井径状态下,不同裂隙参数(裂隙角度,裂隙数密度,裂隙纵横比)状态下声波全波列中各个组分的波动的变化规律。通过对比模拟结果发现:1.纵、横波波速在裂隙角度从0°到90°递增时随之增加,其中,纵波波速上升程度更加明显,横波波速上升趋势相对平缓。2.纵波波速随裂隙纵横比的增大而衰减,尤其当裂隙纵横比增大到0.001之后,纵波波速的衰减速度有所加快,但是当纵横比大于0.01后,波速衰减程度开始变缓。3.对于纵波、横波以及斯通利波波幅而言,在裂隙纵横比从0.1增大到0.9的过程中,波幅都产生了明显的衰减现象。4.就整体波列而言,在裂隙数密度从0递增到0.1区间段中,弹性波能量衰减较明显,但是当裂隙数密度继续增大,弹性波能量衰减程度却变得较为平缓,这说明弹性波对稀疏的裂隙分布状态比较敏感。5.水层中,纵波波速随着裂隙角度的增大而呈线性增长。而在油层中,纵波波速的增长趋势呈一种阶梯型递进式增长。纵波的速度在高角度裂隙下的油层中增长速率较高,而在低角度裂隙环境下的油层中增长速率较低。油层中的纵波波速对于高角度裂隙环境下的裂隙参数更加敏感。6.裂隙数密度递增时,纵波波速的衰减程度在油层中较水层中低。油层中波速的下降拐点出现的较水层中晚。就横波而言,当裂隙数密度从0.07增至0.13时,水层中的横波波速下降趋势呈线性状态,而油层中的横波波速下降趋势中含有一个拐点。并且,速度的下降比率在水层中较大。在裂隙纵横比从0.0增长至0.03的过程中,纵、横波的速度都产生了较大的衰减现象。并且,衰减程度在油层中较明显。7.纵波波速灵敏度在水层中随着裂隙角度从0°到90°的增大而呈单调上升。油层中,中、低角度裂隙环境下纵波波速灵敏度较低。当裂隙角度从50°增加到90°时,纵波波速灵敏度最开始显著上升,在裂隙角度65°左右达到最大值。当裂隙角度继续增大,此灵敏度开始下降并趋于零。水层中,低角度裂隙情况下,横波的波速灵敏度比纵波略小。当裂隙角度大于50°后,横波波速灵敏度开始上升并在裂隙角度60°处达到最大。当裂隙角度继续增大,横波速度灵敏度开始下降。横波的速度灵敏度在油、水层中的变化趋势类似,垂直裂隙环境下,横波波速灵敏度在油层中较水层中低。8.水层中,灵敏度在裂隙数密度范围为0-0.05的区间内较高,当裂隙数密度大于0.05后,灵敏度开始大幅下降并趋于零。在油层中,纵波波速灵敏度在裂隙数密度介于区间0-0.1时较高。油层中的灵敏度最大值只有水层中灵敏度最大值的一半。当裂隙数密度大于0.1后,灵敏度大幅下降并趋于零。横波波速灵敏度在油层和水层中的变化趋势相似:灵敏度随着裂隙数密度从0.0到0.1的增长而变大;都存在一个最大值;当裂隙数密度大于0.1后灵敏度下降;下降比例在油层中高于在水层中。当裂隙纵横比在区间0至0.05时,波速灵敏度较高。当裂隙纵横比大于0.05后,波速灵敏度大幅单调下降并趋于零。其中,横波速度灵敏度大于纵波。9.波动幅度在水层中要明显大于在油层中。这种差距对于斯通利波幅度而言尤为明显。横波幅度和伪瑞利波幅度在油层中则大于在水层中。10.油、水层中的二维谱相比较而言,油层的谱值较高,油层中的最大激发强度大于水层。11.油层中小井径范围内纵波幅度的下降量小于水层。油层中纵波幅度的变化在较大井径的情况下才比较敏感。水层中的斯通利波波幅要远远大于油层,同时,波动幅度随井径变化时,不同裂隙参数下所对应的波幅值得差距在水层中要大于油层。当波动在高角度裂隙或低密度裂隙环境中传播时,纵波和斯通利波的能量变化对井径的变化比较敏感。同时,它们的能量变化在水层中对井径的变化要比在油层中敏感。水层中裂隙数密度越大,斯通利波能量衰减灵敏度曲线的拐点出现的越晚。12.井孔半径较小时,二维谱中几乎没有模式波动存在。水层中的纵波和横波的谱值在小井径范围时都高于油层。通过分析结果可知裂隙性储层中不同的包裹体,裂隙参数以及井径大小都对其中传播的声波各组分产生了规律性的影响,通过本文的理论研究得到的结果可以为实地测井勘察工作提供预见性的指导辅助。
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