Petrophysics 2022年第6期论文摘要翻译

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斜井光纤VSP数据的全波形反演

Olga Podgornova, Pierre Bettinelli, Lin Liang, Joël Le Calvez, Scott Leaney, Marco Perez,and Ahmed Soliman

分布式光纤传感（DAS）技术可以测量由于地震波传播引起的井中光纤的应变或应变率。在垂直地震剖面（VSP）采集中，地震波于地表激发并由井中接收器测量，DAS可作为传统地震检波器阵列观测的快速替代方案。与传统的多分量VSP速度测量一样，DAS-VSP数据包含了地下属性的信息，这些信息蕴含于地震同相轴和属性中，如纵、横直达波、反射波、转换波、多次波及振幅和相位变化。这些地震数据可用于获得地层的弹性属性及储层特征描述。

全波形反演（FWI）通过最小化实际测量和模型波场之间的残差，从地震波场中获取地层的弹性参数。文中采用有限差分法以准确地模拟真实波形的物理现象。对于传统的检波器传感器，FWI是针对质点振动速度场制定的。在本文中，我们提出了一种专门针对DAS测量的建模和反演的表述，即沿光纤方向的平均应变。该算法不需要将数据转换为速度。构建残差函数的梯度的伴随公式是由正传波场和反传残差场做时间域互相关。对于传统的传感器，残差由应力项给定，但对于DAS数据，残差首先在空间域求平均后作为矩张量给定，其分布由井斜决定。

对于多偏移距的、偏离观测平面的VSP采集，弹性介质参数的二维分布反演及三维（3D）井斜效应目前已有开发完成的二维（2D）算法。本文将介绍将该反演法应用于斜井实际观测的多偏移距、高度偏离观测平面的光纤VSP数据。模拟结果证实，井轨迹对数据振幅有相当大的影响，因此在建模和反演中务必需要包含这项因素以还原振幅变化。反演获得的纵横波速度与基于声波数据的参考模型很一致。另一个真实的数据例子是一个多方位的walk-above VSP采集，目标区域位于井的偏斜部分的下方。本文反演结果与与反射同相轴匹配，并最终获得目标区域成像。【译者：宗晶晶，电子科技大学】

无源随钻声波测井：概念的现场测试

Alexei Bolshakov, Kris Walker, Andee Marksamer, Lorelea Samano, and Andrew Reynolds

地震纵波速度和横波速度对地球的弹性特别敏感，被用来估计石油勘探、储层开发和生产工作中的包括岩性、孔隙度、饱和度、力学特性、裂缝、主应力、孔隙压力和地层损伤等各种性质。当无法进行电缆声波测井或需要基于声学进行实时决策时，可以使用随钻声波测井方式。现代随钻测井声波仪器采用强大的声波发射器，可提供与电缆测井相同质量的声波数据。然而仪器设计的不同会使得随钻测井声波数据的质量存在很大差异。同时由于随钻声波测井是整个钻井管柱中最复杂、最长的部分，让作业者做出随钻声波测井的的决策并非易事。在本文中，我们介绍了一种“无源”随钻声波的现场测试结果，该方案使用钻头产生的地震能量作为声源，而无需专用发射器，实现了地层弹性参数的实时测量。【译者：王华，电子科技大学】

超深随钻方位电磁波测井的过去、现在与未来：以在挪威大陆架的应用为例

Supriya Sinha , Arthur Walmsley , Nigel Clegg, Brígido Vicuña , Hsu-Hsiang (Mark) Wu , Andrew McGill , Téo Paiva dos Reis , Marianne Therese Nygård , Gunn Åshild Ulfsnes , Monica Vik Constable , Frank Antonsen , and Berit Ensted Danielsen

自上世纪超深随钻方位电磁波测井(UDAR)仪器问世以来，油气工业进入地层边界实时成像阶段，将井旁探测范围由数米推至数十米。该创新使得电阻率边界提前识别、主动地质导向和井眼轨迹最优化成为可能。同时，利用UDAR提供的未钻遇的地层边界和次要目标，可优化侧钻井、分支井和后续井等的钻井设计。利用仪器和电磁场对测量位置前方地层的敏感性，现有的仪器设计和反演算法实现了油藏结构尺度电阻率成像。近年来，相关技术不断进步也改变了井轨迹设计、钻井、完井及油藏模型更新等工作方式。

本文系统总结了近十年来UDAR的测量方法和反演算法最新进展，涵盖了从钻前规划、服务设计、1D/3D反演到水平井前视探测的未来等全流程。钻前模拟的可为强非均质性地层实时仪器响应的预测提供参考和指导。该步骤可确认距离井轨迹多远时一维反演方能对井眼上/下方的主要地层边界进行成像。当井底存在断层时，亦能利用UDAR以确保避免钻出目标储层。对于复杂地质结构，标准的1D反演存在过度简化的问题。那么，进而研究了井周和发射天线前方地层的三维反演方法，并证明其带来的提升效果，如断层存在时指导地质钻停和对更为一般化油藏的认识。

成功的地质导向需要训练能够处理复杂环境的人员。地质导向训练模拟器（GTS）是训练相关解释人员的有效工具。解释人员通过反演结果可区别地层真实情况与实际三维模型的差异、最大化利用UDAR技术和反演结果，确保解释结果不超过可接受的不确定度范围。同时，在未来要解决如何实时更新对反演不确定性认识。未来UDAR技术和1D-3D技术在前视和环视应用的不断成功主要取决于对反演不确定性的管理，这对避免错误决策和潜在减少井效益具有重要意义。【译者：王磊，中国石油大学（华东）】

天然裂缝性碳酸盐岩储层特征——以匈牙利成熟高倾点油田为例

Muhammad Nur Ali Akbar, István Nemes, Zsolt Bihari, Helga Soltész, Ágnes Bárány, László Tóth, Szabolcs Borka, and György Ferincz

对匈牙利西部的一个油田开发项目进行了综合技术研究。该研究为碳酸盐岩天然裂缝性储层三维静态和动态模型的纵向和横向岩石物性和裂缝相估计提供了较好的解决方案。

为了建立可靠的静态和动态模型，他们使用了30多口井，这些井有40年的生产历史。在三维储层建模中，裂缝类型/相在岩石物性的空间分布中起着至关重要的作用。它是通过集成常规测井、图像测井、钻井参数和生产或试井数据来定义的。将三种裂缝相定义为宏观裂缝(包括渗透亚地震断层)、微裂缝和寄主岩。随后，结合断层和损伤带的地质概念，以断层似然地震属性指导裂缝类型的空间分布。

因此，通过静态和动态地下数据验证了沿井建立的裂缝类别。在地下数据有限的情况下，利用球面自组织图(SOM)预测裂缝的开放位置。裂缝横向分布遵循断核断裂带、高损伤区、低损伤区和寄主岩的分布规律。断层位移越大，损伤区越宽，形成的断层核越宽。大裂缝和微裂缝常出现在断层核心和高损伤区附近。微裂缝主要分布在低损伤区，未裂缝主要分布在含岩区。此外，由于岩石的力学性质和裂缝数量受到岩石成分的强烈控制，因此在划分裂缝类别时考虑了岩性因素。一旦确定了裂缝类型，孔隙度、渗透率和含水饱和度就可以在三维地胞模型中进行建模。最后，该裂缝类型还可作为储层模拟的岩石类型。通过初始化、历史匹配过程和20口井的产量预测，利用裂缝类型分布建立了饱和高度模型。

作为一项创新，该研究提供了对裂缝分布的更好理解，并加快了历史匹配过程，从而获得了更有信心的产量预测结果。在缺乏图像测井和生产测井(PLT)测量等先进技术的情况下，该研究仍然有效地帮助我们在井深段和三维空间空间中识别裂缝的存在及其质量，并成功地指导我们有信心地提出了新加密钻井，并实现了预期结果的高端。【译者：王思慧 朱冰倩，校稿：肖文联，西南石油大学】

综合远探测声波与地应力分析的裂缝描述

Xiao-Ming Tang, Pei-Chun Wang, Shengqing Li, Lei Xiong, and Hanlin Zhang

储层的裂缝导流能力评价对油气生产具有重要意义，尤其是对于以裂缝为主要运移通道的致密储层。近年来，偶极反射横波远探测成像技术已有效应用于近井地层裂缝的识别和走向确定，但裂缝的导流能力评价仍然是一项具有挑战性的课题。本文提出了一种将偶极远探测成像与地质力学分析相结合的方法，以确定断裂面上的应力状态。 由远探测反射成像得到裂缝方位和倾角，结合地应力条件，使用三维 (3D) Mohr圆对断裂表面进行有效应力状态分析，通过与 Mohr-Coulomb准则相比，确定断裂是否处于临界应力状态，借此判断裂缝是否具有流体传导性。 最重要的是，我们的分析表明，交叉偶极横波成像中存在的 180°方位不确定性不会影响莫尔图分析中裂缝表面应力状态的确定，因此这两种不同的方法可以 有效结合，形成一种新的评估裂缝导流的方法。 裂缝性油藏的应用实例证实了新方法的有效性，其结果可为油田开发和生产规划提供有用信息。【译者：李盛清，中国石油大学（华东）】

矿物与储层/压裂液界面相互作用的定量研究

Isa Silveira de Araujo and Zoya Heidari

压裂过程中注入流体与矿物之间的化学相互作用会影响流体的流动和产量。然而，地球化学对岩石—流体界面相互作用的影响，以及这些相互作用如何影响富含有机质泥岩的岩石润湿性和流体流动，仍有待进一步研究。本文通过吸附计算对矿物—流体的亲和力进行了定量分析。分子动力学模拟的目的是：（1）量化压裂液在矿物表面的吸附情况；（2）研究压裂液的成分和储层温度在吸附方面的敏感度分析；（3）分析水和化学物在矿物表面的空间分布情况。

评价矿物为伊利石、方解石，压裂液成分为甲醇、柠檬酸、氯化钠和水。最初，我们分别评估每种化学品的效果。我们生成的系统组成的矿物表面接触水，盐和每一个化学品。最后，对含水、含盐和各种添加剂的完整体系进行了分析。在330K的标准(NVT)系综中进行分子动力学模型MDS，以评价压裂液的吸附作用。为了量化储层温度的影响，我们在360K的温度下进行了MDS。

结果表明，甲醇对伊利石、方解石表面的水吸附和离子空间分布影响不大。我们发现柠檬酸倾向于形成聚集体，一些阳离子存在于溶液中，特别是钠参与这些柠檬酸聚集体。当甲醇或柠檬酸加入到盐水溶液中时，我们观察到钠和水的流动性都降低了。当溶液中存在柠檬酸时，对钠离子迁移率的影响更为强烈。研究了各种添加剂对伊利石与压裂液亲和力的影响。我们发现，当有添加剂时，伊利石与流体之间的氢键数目没有变化，但是我们观察到，当甲醇或柠檬酸在溶液中时，水分子之间的氢键数目减少。

分子尺度上的吸附量化提供了在储层条件下岩石表面与压裂/储层流体之间的电化学相互作用的基础理解，从而可以改进不同储层类型压裂液组成的设计。这些信息也可以用来量化注入流体和储层流体对岩石润湿性的影响。【译者：王婷 朱冰倩，校稿：肖文联，西南石油大学】

利用数字岩石物理技术评估新型冲击枪核心的质量

Dmitry Lakshtanov,Yuliana Zapata, Dave Saucier, Jennie Cook, Robin Eve, Mark Lancaster, Nathan Lane,Glen Gettemy,Kevan Sincock,Elizabeth Liu,Rosemarie Geetan,Ian Draper, and Tim Gill

本文详细介绍了使用数字岩石物理场（DRP）评估各种冲击侧壁岩心（PSWC）采集方法有效性的基准测试和验证工作流程。该工作流程包括获取数字岩石特性和参考材料图像，以便与从实验室敲击侧壁采集中获得的材料进行比较，包括新颖的设计。该工作流程可以深入了解PSWC技术以及潜在的其他岩石取样技术的采集过程和潜在损伤源，并提供机会来评估其作为地下岩石样品采集方法的适用性。

测试计划使用了来自六个已知特性的露头砂岩地层的样品立方体，以覆盖各种特别低和中等的无侧限抗压强度（UCS）。从每个砂岩地层中切割多个对照旋转塞样品。然后将样品立方体用作PSWC子弹各种设计的实验室测试的母材料。PSWC子弹，包括新颖的设计，是在模拟的井下环境中射击的。对照旋转塞样品和PSWC测试岩心样品均采用高分辨率X射线显微计算机断层扫描（micro-CT）以2至11 μm的分辨率成像，并对所有样品进行数字岩石分析。使用测试前和测试后的图像，可以识别损伤，并确定岩石物理特性，包括孔隙度和渗透率，并直接与对照样品的DRP结果和可用的常规岩心分析（RCA）结果进行比较。

DRP提供了独特的见解，以评估和量化受PSWC采集的样品材料的变化（或缺乏变化）。测试样品中遇到的损坏包括颗粒破碎和压实，这会降低储存和运输性能，以及局部增强运输性能的膨胀区。这些区域的存在、频率和分布取决于实验参数。在所有情况下，每个样品中都可以鉴定出未受干扰的岩结构，并通过与参考物质的比较来验证完整的纹理。

目前开发了一种新颖有效的方法来获取和评估地下样品并进行了基准测试。实验室结果表明，该方法同样适用于中低程UCS岩石。这种方法可实现具有成本效益的油藏表征策略。通过优化PSWC子弹设计，并将其与成熟的基于图像的数字岩石技术相结合，表明该方法获得的样品和结果具有代表性，并且对储存和运输性能的控制具有较好的认识。【译者：张义杰 朱冰倩，校稿：肖文联，西南石油大学】

高流速井中的拉曼、布里渊、及瑞雷分布式温度测量之比较

Brian C. Seabrook, Andreas Ellmauthaler, Michel LeBlanc, Mikko Jaaskelainen, John L. Maida, and Glenn A. Wilson

随着光纤传感技术的成熟和需求在过去几年中在多个盆地稳步增长，油气运营商正寻求光纤传感解决方案，以解决与海底开发现场监测寿命相关的技术挑战。单端部署的分布式温度传感（DTS）测量已经进行了几十年，这一技术通常使用运行在多模光纤上的拉曼光时域反射技术（OTDR）。然而，在海底完井顶部的检测上，拉曼DTS表现不佳。这是因为可用的光功率预算不高，以及包括光海底基础设施的多个连接器和拼接处的光衰减的潜在波长依赖性。当信号通过连接器、接头和光学馈通系统时，任何与波长相关的衰减都会在测量的拉曼DTS温度分布中产生阶跃变化。布里渊OTDR可以提供能克服上述挑战，可在单模光纤上运行的DTS替代方案，。布里渊OTDR在大动态范围内测量斯托克斯/反斯托克斯分量的波长（频率）偏移，这一偏移与应变和温度成正比。由于井下电缆是用悬挂在凝胶中的光纤并保留了适当的额外光纤长度（EFL）制造的，因此任何光纤应变都会松弛，导致布里渊波长偏移是绝对温度测量值。DFOS还应用于悬浮在凝胶中的光纤，并具有适当的额外光纤长度（EFL），任何光纤应变都会松弛，布里渊波长偏移是绝对温度测量。这里还探讨了另一种选择。我们通常将相干瑞利OTDR与单模光纤上的分布式声传感（DAS）联系起来，但其低频信号也包含相对的温度的依赖性。因此，对DAS数据的低通滤波可以用作具有适当数据处理的Rayleigh DTS的形式。在本文中，我们对比了在同一口高产率生产井、注入井中同时采集的拉曼、布里渊和瑞利DTS测量。我们验证了，通过适当的光缆设计，布里渊DTS可以与DAS在同一根单模光纤上同时工作，并且可以提供适合生产分析的绝对温度测量值。我们还使用实验室实验表明，Rayleigh DTS提供了与传统热电偶精度相当的温度变化的精确测量。最后，我们讨论了用于海底完井传感的DAS-DTS解决方案的实施。【译者：周殷泽，校稿：王华，电子科技大学】

超深随钻方位电磁波测井的过去、现在与未来：以操作者的经验和角度看超深电阻率仪器在应用中的挑战和机遇

John Bergeron, Michael Rabinovich, Murad Murtuzaliyev, Andy Ronald, and Elnur Binyatov

超深随钻电磁波测井仪器在主动地质导向、着陆、地质钻停、地质结构成像和前视探测的应用越来越普遍。在非常特别和少数的非大斜度井和水平井(HAHZ)中，该类所测信息的价值严重超过了其服务费用。在过去，UDAR技术最早仅用于价值高的海上水平井的地质导向，以增大净收益。随着时间的推进，UDAR的应用已由原有的仅限于HAHZ井发展到了目前的地质结构成像和前视地质钻停等方面。

从操作者的角度而言，UDAR的高昂费用面临仪器提供信息不确定性的挑战，更具挑战的是如何基于仪器提供的实测信息作出合理的操作。UDAR服务公司似乎在处于探测深度(DOD)的竞争中。然而，操作者真正需要的是对不确定性更深的理解，以期为地质导向决策提供更好的支持。解决该问题的思路之一在于建立明确的基于关键性能指示(KPI)的价格策略，首先测试供应商钻前设计，并在钻进过程、钻后及完井各个环节加以验证。另一个导致UDAR服务未能充分利用和操作人员风险增加的原因是目前操作人员在通过正演对钻前分析验证、实时反演和钻后解释时仍存在不稳定性。对UDAR仪器而言，正演仿真尤为重要，其反演计算量和数学复杂度远远超过人类直觉范围。

我们坚信拥有准确的应用和价格策略时，UDAR会克服以往高价值/高费用的问题，并将成为井下钻具组合的典型组成部分。在本文中，我们将讨论UDAR发展历史，包括以往的一些应用和现有挑战。同时，我们将给出一些最新的进展，包括标准化。我们期待业界接收UDAR的应用在未来在质量和数量方面的成长。 【译者：王磊，中国石油大学（华东）】

基于深度学习的多井自动测井校正

Vanessa Simoes, Hiren Maniar, Aria Abubakar, and Tao Zhao

研究人员致力于机器学习技术实现测井数据的大范围自动解释的大量应用。自动测井资料处理的关键前提是确保多口井的测井特征合理一致。手动更正测井资料以确保一致性，既费力又主观，而且容易出错。对于一些井筒测井，如伽马测井和中子孔隙度测井，井眼影响和错误刻度可能会导致系统的不一致或误差，这些误差即使在应用井筒和环境校正后也可能存在。

测井中有偏差或持续不准确的数据可能会使机器学习方法发生混淆，使其学习错误的关系，导致错误的解释，如错误的岩性预测、储层估计和错误的地层标记。

为了克服这种障碍，我们开发了一种深度学习方法，通过多井自动测井校正（MALC）工作，为石油物理学家提供一组一致的测井数据。目前，我们的校正目标是标准测井（特别是伽马测井和中子测井）的系统误差、随机噪声，以及在较小程度上由于冲刷导致的局部地层性质误读。

我们将所提出的方法应用于全球范围内包含不同挑战的多个区域。在本文中，我们将结果包括在两个例子中。第一个示例包括对添加到现场数据中的合成相干噪声的校正，第二个示例包括应用于原始测量数据的校正。【译者：吴毓琼，校稿：王华，电子科技大学】

随机动态时间规整在自动测井相关中的不确定度

Mustafa A.AI Ibrahim

测井相关性被广泛用于从稀疏的井数据中生成地下截面，而这通常由相关的专家完成，例如地层学家和勘探地球物理学家。有几种效果不同的方法可以实现上述过程的自动化。动态时间规整(DTW)是一种信号处理技术，其中一个信号被局部拉伸和压缩，以最大限度地提高与第二个参考信号之间的相似度。这是通过计算相似度代价矩阵以最小化累积距离来实现的。该技术在被应用到井间相关问题中时可以得到合理的结果。然而，该方法产生的相关是确定性的，因此，它不允许研究相关的不确定性。本研究是对传统动态时间规整方法的一种扩展，允许产生多种相关的可行解。为了得到多种可行解，代价矩阵被确定性遍历或者基于局部相关矩阵的概率性方式遍历，例如，局部相关系数。结果表明，在有相关标记的情况下，相似信号，的可行解会比较稳定而不相似的信号的可行解则不稳定。将该方法应用于两个相邻的井，使用多种测井类型(伽马射线、声波和电阻率)来构建两口井之间的相似代价矩阵。代价矩阵被遍历多次，以产生多个可行解。得到的可行解在地质学上是可以接受的。通过产生大量的可行解，解的不确定度得到了量化。此处介绍的应用涉及的是测井相关性，但提出的随机动态时间规整方法可以应用于其他类型的信号和数据，例如地震、化学地层学数据和实时钻井测量。【译者：杨耿骁，校稿：王华，电子科技大学】

超深方位电磁波测井应用10年以来的重大进展及下一步发展

Frank Antonsen, Berit Ensted Danielsen, Kåre Røsvik Jensen, Marta Prymak-Moyle, Jon Kåre Lotsberg, Maria Emilia Teixeira De Oliveira, and Monica Vik Constable

近十年来，挪威国家石油公司在超深方位电磁波测井UDAR（包括前视和环视）仪器测试和发展方面发挥了重要作用。目前，UDAR技术在挪威国家石油公司大斜度井/水平井中的应用率已超过70%。

  在本文中，笔者回顾了10年以来UDAR在挪威国家石油公司应用亮点：包括反演解释结果的成功利用和实时挑战。UDAR技术和反演算法是地质导向和地质钻停的有效工具。然而，我们很久未意识到以下事实：即需要对油藏有充分的认识以便于解释和评价反演结果的不确定性。实时设置时的第一个误判在于将一个具体的层解释为电阻率对比度的存在（例如顶部油藏）。即使当测量到的对比度增加时，我们远离该对比段且可能钻穿多层，坚持了相同的解释结论。当仪器位于储层上方时，UDAR实时应用的另一挑战在于基于反演结果预测储层内电阻率和储层厚度的不确定性。实际中常见的第三个误判在一维反演结果的详细解释，即使当存在其它二维和三维油藏复杂性的指示。

  挪威国家石油公司和其它操作人员推动了越来越先进的反演解决方案，将UDAR的三维成像能力推广至更复杂的油藏。近年来，UDAR的进展对挪威国家石油公司的未来规划具有重要意义。然而，如果反演结果的不确定不能准确的控制，1D到3D的反演结果同样可能导致错误的决定。因此，有必要研究如果基于可接受的不确定性拓展现有假设的前提下，准确最大化利用UDAR技术和反演结果。更好的处理地质导向决策的不确定性将对具有小目标体、复杂地质结构和变化的扫描效率等情况的油井经济性愈发重要。如何实时控制反演的不确定性以避免不正确的决策和破坏油井经济性的潜力？在未来，如果UDAR技术要延续其在井眼轨迹最优化的重要做作用，上述问题必须得到解决。【译者：王磊，中国石油大学（华东）】