ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТА АНИЗОТРОПИИ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ КРОСС-ДИПОЛЬНОГО АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА И АНАЛИЗ ПРИЧИН ЕЁ НАЛИЧИЯ (ESTIMATE OF ANIZOTROPY BASED ON DATA OF ACOUSTIC DIPOLE LOGGING AND THE ANALYSIS OF THE REASONS FOR ITS AVAILABILITY) Михеев М.Л., Саттаров А.И. Научно-Техническое Управление ООО «ТНГ-Групп» Изгибные волны, возбуждаемые дипольными источниками, распространяются в скважине, вызывая волну сжатия, перпендикулярно стенкам скважины и распространяются дальше через стенки скважины. Стенка скважины затем испытывает поперечное смещение как показано на Рис. 1, которое пропорционально скорости поперечного смещения породы или скорости поперечной волны в породе. Одно из главных применений кросс-дипольного АК является оценка анизотропии горных пород. Анизотропия может возникать из-за внутренних структурных эффектов, таких как трещиноватость и тонкослоистость пород, неравномерной напряженности внутри породы. Эти эффекты оказывают влияние на различные упругие свойства горных пород и если эти особенности находятся в прискважинной зоне на расстоянии меньше длины волны, то параметры акустических волн можно использовать для оценки анизотропии. Акустические волны распространяются быстрее, когда направление движения частиц (поляризация) совпадает с направлением жесткости материала. Движение частиц поперечных волн перпендикулярно плоскости распространения волны. И если порода анизотропна в этой плоскости, т.е. одно направление жестче, чем другое, тогда поляризация поперечной волны, направленная вдоль жесткого направления будет распространяться быстрее, чем в другом более эластичном. В результате поперечная волна разделяется на две компоненты, быструю – поляризованную вдоль жесткой породы и медленную – поляризованную вдоль эластичной (менее жесткой) породы, поляризованные вдоль X и Y направлений в породе. Когда они распространяются вдоль скважины, быстрая волна будет поляризована вдоль направления параллельно направлению трещиноватости, а медленная волна в направлении перпендикулярном к направлению трещиноватости. С двумя ортогонально расположенными дипольными излучателями и несколькими парами приемников, расположенных в ортогональном направлении, приборы кросс-дипольного АК могут измерять компоненты интервального времени поперечной волны в любом направлении в плоскости перпендикулярной оси скважины (Рис.1). Измерения включают запись волновых картин приемниками в направлениях параллельных и 218 перпендикулярных каждому источнику вдоль осей X и Y прибора. В итоге 4 набора волновых картин записывается на каждой глубине для одного уровня приемников. Эти измерения обычно именуются XX, YY, XY, YX. Первое направление ссылается на направление источника и второе – приемника. Направление и скорость быстрой и медленной поперечной волны могут быть определены математическим вращением измеренных волновых картин через азимутальный угол, так что они выравниваются по двум осям X и Y. Рисунок 1 – Схема регистрации кросс-дипольного режима аппаратуры АК. В дополнение к скоростям быстрой и медленной поперечной волны, определяемым по методу когерентности после вращения волновых пакетов,как правило, рассчитываются 3 параметра анизотропии. Это анизотропия энергии, интервального времени и времени. Анизотропия интервального времени – это разница между интервальным временем быстрой и медленной поперечной волны, рассчитанной методом когерентности на повернутых волновых пакетах. Это позволяет проводить количественную оценку анизотропии интервального времени и иметь лучшее вертикальное разрешение около 1,5 м по расстоянию между приемниками. Такая оценка может быть сравнена напрямую с сейсмическими измерениями анизотропии. Анизотропия времени – это разница между временами прихода быстрой и медленной волны в приемники. Она получается из кросскорреляции между приходом быстрой и медленной поперечной волны по каждому приемнику. Интервал времени рассчитывается по каждому приемнику и соответствует максимальному смещению приемника, затем осредняется по набору приемников. Время быстрой поперечной волны делится на время медленной поперечной волны и вычисляется относительная разница в процентах. Анизотропия времени прихода показывает жесткость и имеет вертикальное разрешение, соответствующее среднему расстоянию от 219 источника до приемников. Анизотропия интервального времени и времени прихода идентична в породах с однородными пластами более 4 м. Анизотропия энергии – энергия пересечения компонент волновых пакетов, рассчитанная как процент энергии ко всем 4-м компонентам. В изотропной среде анизотропия энергии равна нулю. В анизотропной среде значение будет зависеть от степени анизотропии. Обычно рассчитывается 2 кривые из волновых пакетов: минимальная и максимальная кросс-энергия. Минимальная кросс-энергия – это энергия сигнала, когда измерения на оси прибора выровнены с осью анизотропии. Значение ее равно нулю в идеальных породах с отсутствием анизотропии. Эта кривая является хорошей оценкой предполагаемой модели анизотропии в реальных породах. Максимальная энергия – измерение количества или мощности анизотропии. В отличие от анизотропии интервальных времен и времени, анизотропия энергии – это оценка совокупности различий быстрой и медленной поперечной волны, как по амплитудам, так и по времени. Большие различия между максимальными и минимальными значениями, особенно когда минимальная энергия мала, показывают зоны существенной анизотропии. Анизотропия энергии, хотя и является качественной оценкой и зависит от методов обработки, вместе с тем является основным измерением анизотропии. В данной работе анализируются данные кросс-дипольного акустического каротажа, зарегистрированные приборами MPAL (CPL), АВАК-11 (Нефтегазгеофизика), ВАК-32 (ТНГ-Групп). Технические характеристики приборов приведены в таблице 1. Интерпретация материалов основана на методиках обработки и интерпретации волновых сигналов в различных программных комплексах, таких как LEAD (CPL), Соната (ФХС-ПНГ) и DirAK (К(П)ФУ, ТНГ-Групп). Приводится возможность анализа причин акустической анизотропии, основываясь на анализе расширенного комплекса ГИС. Таблица 1. Технические характеристики кросс-дипольных приборов. Название аппаратуры Производитель Количество групп приемников Количество приёмников в каждой группе Рабочая частота интегрального зонда, кГц Рабочая частота Multi-Pole Array Acoustic Logging Tool (MPAL) АВАК-11 ВАК-32 CPL, Китай ООО «Нефтегазгеофизи ка» ООО «ТНГГрупп» 8 2 8 4 4 4 2-11 20 5-20 3.5-4 2.5 4.5-6.5 220 дипольного зонда, кГц Диаметр прибора, мм Длина прибора, мм Масса, кг Диаметры исследуемых скважин, мм Максимальная температура, оС Максимальное давление, МПа Скорость каротажа, м/ч 99 8610 320 90 6000 120 105 7850 150 114-533 125-300 125-300 155 150 105 100 100 60 250 260 250 Помимо определения скоростей горных пород в рассмотренных интервалах скважин, большое внимание уделяется оценке коэффициента анизотропии и анализу причин её возникновения. Так как помимо трещиноватости горных пород, причиной высокой анизотропии могут служить и другие факторы, такие как: тонкослоистость пластов, стрессовое состояние горных пород, глинистость пород, наличие солей в разрезе, наклонно-направленное залегание пластов, кавернозность пород и др. – то и анализ должен быть комплексным. Поэтому для полноценного анализа по выявлению причин анизотропии необходимо так же использовать данные стандартного каротажа и расширенного комплекса ГИС: методы радиоактивного каротажа и определения диаметра скважины, спец. методы: спектрометрический гамма-каротаж, ядерно-магнитный каротаж, электрическое микросканирование. Аппаратура MPAL позволяет проводить исследования, используя два монопольных и два дипольных режима. Для примера была взята скважина №15 Сидоровского месторождения (данные изменены). В интервале записи 3090-3190 м есть интервале с повышенным коэффициентом анизотропии (Рис. 2). 221 Рисунок 2 – Планшет MPAL по скважине №17 Сидоровского месторождения. Изменение коэффициента анизотропии, а также расхождение поперечных волн при расщеплении их на «быструю» и «медленную», наблюдается в интервалах: 3105.6-3119, 3119-3122.3, 3134.3-3147.1, 31493166, 3171.4-3174.5, 3175.3-3204.5 м. В интервале 3105.6-3119 м увеличение коэффициента связано с трещиноватостью горных пород, что подтверждается данными электрического микросканирования прибором MSCI в данном интервале. Интервал 3119-3122.3 м характеризуется наличием вывалов в стенках скважины, согласно кривой каверномера. В интервалах 3134.3-3147 м и 3149-3166 м изменение коэффициента также связано с трещиноватостью пород. 3171.4-3174.5 м – вывалы стенок скважины, кривая DS. Наличие литологической изменчивости пород в интервале 3175.3-3190 м так же отразилось на коэффициенте анизотропии. В следующей скважине №7 Ивановского месторождения проводились исследования при помощи аппаратуры АВАК-11. В интервале записи 4610-4735 имеются зоны, с увеличенным коэффициентом анизотропии (Рис. 3). 222 Рисунок 3 –Планшет АВАК-11 по скважине №7 Ивановского месторождения. Изменение анизотропии в интервале 4622.9-4639 вызвано рядом причин: во-первых, присутствует тонкослоистость пород, во-вторых, по данным электрического микросканирования в данном интервале также наклоннонаправленное залегание пластов, и в-третьих, происходила смена литологического состава с известняков на доломиты. В интервалах 4645.44657.2 м и 4676.4-4680.1 м изменение коэффициента связано с наличием трещиноватости горных пород. А вот в интервалах 4706.4-4716 м и 4718.94721.4 м анизотропия вызвана наличием тонкослоистости и наклоннонаправленного залегания пластов. Интервал 4727.7-4735 м характеризуется стрессовым состоянием пород, что подтверждается овализацией скважины, согласно каверномеру, наклоннонаправленным залеганием пород и сменой литологического состава по микроэлектрическому иммиджеру. В скважине №123 Петровского месторождения кросс-дипольные исследования проводились аппаратурой ВАК-32. На планшете (Рис. 4) выделены интервалы анизотропии, выше граничного значения с коэффициентом анизотропии в диапазоне (ANI=5-20%): 675.1-676.3, 683.2714.2, 727.4-732.1 м. 223 Рисунок 4 – Планшет ВАК-32 по скважине №123 Петровского месторождения. Изменение анизотропии в данных интервалах связана с овализацией скважины в направлении Север-Юг на протяжении всего интервала записи. Овализация фиксируется по данным кавернометрии и является фактором наличия стрессового состояния горных пород в интервале исследований. Выводы: 1. По известным методикам оценки коэффициента анизотропии выявляются интервалы с повышенным значением анизотропии, в общем при превышении порога 3-5%. При условии наличия инклинометрии оценивается направление анизотропии, которое при условии наличия вертикальной трещиноватости совпадает с направлением развития последней. 224 2. При наличии расширенного комплекса ГИС удается проводить дополнительную оценку причин, вызывающих увеличение коэффициента анизотропии. В большей степени при анализе учитываются показания кавернометрии, ГКС и микропластовых иммиждеров. 3. Уточнение представленных сведений позволяет выделить эффективную компоненту анизотропии, связанную с коллекторскими свойствам разреза и суб-вертикальной трещиноватостью. Эта информация представляет наибольший интерес для заказчика при проведении расширенного комплекса ГИС. 225
