Page 89 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 钱玉萍等： 弹性波速径向变化在非常规储层可压性评价中的应用 587

层声速计算的均匀地层的阵列波形。声波波形是利
0 引言 用实轴积分和快速傅里叶变换方法计算得到的，其

中，对于径向变化地层，径向上层与层之间的波场
脆性评价既是储层岩石力学特性分析的重要
由汤姆森 -哈斯克传播矩阵来连接 [13] 。图 1 的计算
内容，也是压裂选层的重要依据 [1−2] 。脆性好的岩
模型是在充液井孔与原状地层之间存在一个 1.5 m
石更加容易起裂和扩展裂缝，而脆性差的岩石起裂
厚的 4 层声速渐变的变化带，其地层纵横波速度与
需要更多的外加能量 [3] 。因此，岩石的脆性是评价
径向距离的对应关系(即计算模型的速度剖面分布)
岩石可压性的一个重要指标。对于岩石脆性的评价
见表 1。理论模拟所用的声源主频为 8 kHz，源距为
主要有 3 种方法。一种是利用岩石中脆性矿物含量
0.5 m，接收间距为0.1 m。从波形图中可以看出，不
占总矿物含量的百分比来表示岩石的脆性 [4−6] 。另
同源距的均匀地层 (黑线) 和变化地层 (红线) 的单
一种是采用杨氏模量和泊松比计算得到，是测井上
极纵波均有明显的差异，主要表现在以原状地层声
最常用的计算脆性的方法 [7−9] 。还有一种是采用应
速模拟的均匀地层纵波到时均比变化地层纵波到
力应变曲线，它反映的是岩石变形破坏过程的特征，
达早，这种纵波到时差异实际上反映了地层中的速
是室内脆性评价的重要方法。对于岩石可压性的评
度变化信息，也就是说可以利用纵波走时反演地层
价，许多学者也做了一些工作。袁俊亮等 [10] 、孙建
纵波速度的径向变化大小和深度。进一步从不同源
孟等 [11] 主要从岩石的脆性指数、断裂韧性、岩石力
距波形中提取出两者的首波到时曲线，如图 1(b) 所
学特性这３个方面开展岩石可压裂性的研究，但是
示，图中黑线是均匀地层中不同源距的纵波到时曲
岩石断裂韧性的获取主要是借助岩石力学实验测
线，红线是变化地层中纵波到时曲线。从两者的差
试得到，或建立实验室结果与力学参数之间的定量
异可看出，长源距的到时差异比短源距明显。这说
转换关系，前者比较耗时费力，后者统计关系有区域
明用纵波到时差异反演地层纵波速度变化时长源
局限性。唐晓明等 [3] 提出利用钻井过程导致的井壁
距的灵敏度更高。
附近岩石波速变化来综合评估岩石脆裂性的方法，
其基本原理是钻井过程会造成井壁附近岩石破碎， 表 1 地层模型参数
也就是在井壁附近产生了大量的微裂隙，微裂隙的 Table 1 Formation model parameters
出现会直接导致井壁附近地层速度的降低，且岩石
纵波速度 横波速度 密度 内半径 外半径
可压性越好，钻井过程导致的速度降低现象就越明 /(m·s −1 ) /(m·s −1 ) /(kg·m −3 ) /m /m

显。目前，径向速度剖面成像主要有两种方法，一是 泥浆 1500 1000 0 0.1
利用单极纵波首波到时实现地层纵波速度剖面反 变化地层 1 2500 1000 2500 0.1 0.2
演 [3] ，二是利用偶极子弯曲波的频散进行地层横波 变化地层 2 2600 1050 2500 0.2 0.4
径向速度剖面反演 [12] 。这两种方法在实际应用中 变化地层 3 2750 1100 2500 0.4 0.8
均取得了不错的效果，但第一种方法在噪声信号淹 变化地层 4 2850 1150 2500 0.8 1.6
没实际波形时会导致走时提取不准确，第二种方法 原状地层 3000 1200 2500 1.6 ∞
在遇到高频信息缺失的情况时会产生误差。
再进一步分析用慢度 -时间相关法计算的两个
本文主要是基于纵波速度的径向变化来评价
相邻接收器的地层纵波速度与源距的关系，图 1(c)
储层脆性，并分析此方法对非常规储层可压性评
给出了两种地层中不同源距时计算的纵波速度，横
价的效果，为正确评估非常规储层可压性提供指导
坐标是源距，纵坐标是提取得到的纵波速度，图中
意见。
黑色小圆圈是均匀地层情况，红色小方块是变化地

1 单极子纵波模拟及分析结果 层情况。从图 1(c) 中可看出，均匀地层不同源距下
计算的速度均为原状地层纵波速度；而变化地层情
图 1(a) 给出了电缆单极子在变化地层和均匀 况下计算的速度与源距有关，源距较小时，测量速
地层情况下的理论波形对比。其中红线是变化地层 度与表 1 中地层 1 的速度接近，随源距增大，速度逐
中不同源距的测井阵列计算波形，黑线是由原状地 渐接近表 1 中地层 2 速度、地层 3 速度、地层 4 速度、