天然气水合物储层井附近的随钻测井声衰减规律及成像方法研究

The reservoir assessment and safe drilling are very important for gas hydrate resource development. We propose an approach to determine hydrate quality and borehole stability using acoustic measurement. The change of formation pressure and temperature will inevitably lead to the hydrate decomposition surrounding a borehole in the process of drilling, which makes borehole instability. We propose to develop an LWD acoustic technology to identify concentrated gas hydrate formation and guide the wellbore stability analysis. Based on the phenomenon that acoustic attenuation is sensitive to hydrate content in logging frequency band, and the hydrate dissociation makes its radial distribution of saturation near borehole, our approach maps the acoustic attenuation variation near borehole in the drilling environment. We analyze the characteristics of waveform and attenuation relationship in terms of hydrate content by fluid-filled borehole theory with radially layered porous media. What’s more, after iterative inversion of ray radial distribution, we combine median frequency shift method and rise time principle (pulse broadening) to achieve acoustic attenuation tomography by iterative inversion. This gives the near-borehole acoustic attenuation and hydrate content structure from the LWD data and guides optimization and safe drilling of concentrated gas hydrate reservoir.

天然气水合物的储层评价和安全钻采至关重要，这里提出一种用声学方法分析水合物品质和井壁稳定性的研究思想。钻井时，井孔温压变化导致井附近天然气水合物分解，造成井孔失稳。本项目基于测井频段内声衰减对水合物含量有敏感性以及水合物分解使含气饱和度在井壁附近径向变化这一现象，提出一种用随钻声波测井反演井附近地层平均声衰减及径向声衰减变化的方法，来指导天然气水合物地层评价和井壁稳定性分析。根据径向分层多孔介质的井孔声场理论，研究井内波形响应特征，分析声衰减与水合物饱和度分布响应规律。更重要的是，在迭代反演井附近射线径向分布基础上，将统计特性的中值频移法与上升时间（脉冲增宽）原理结合，研究联合迭代反演的声衰减径向层析成像方法。将上述反演方法用来处理随钻声波现场数据，获得井壁附近地层声衰减轴向变化和钻井引起的径向变化，以表征井壁附近轴向和径向水合物含气饱和度分布，指导高富集度天然气水合物储层优选和安全钻采。

天然气水合物的研究具有能源潜力、环境效应和海底稳定性的意义，目前是非常规能源研究的热点。本课题从数值模拟、实验室物理模拟、测井数据处理新方法和现场测井资料应用等四个方面开展研究，明确了水合物的微观赋存形态及其四种声衰减机制，分别提出了高频和低频的声衰减处理方法，实现了现场资料的应用。.首先，针对气、水、水合物、固体骨架等多组分、多组合状态的问题，构建多赋存模式的天然气水合物岩石物理模型，分析水合物的微观赋存形态和四种声衰减机制，分析了亚微尺度挤喷流、微尺度挤喷流、气泡阻尼以及“Biot型”流体整体流动这四种声衰减机制的对水合物储层声衰减的影响规律，为声衰减联合电阻率测井识别水合物储层的赋存状态提供量化图版。.其次，针对变化地层井孔声学物理模拟问题，制作了简易测量声系进行实验，进行了1:1天然岩石实验模型井实验测量，证实声波速度和衰减不仅对井眼轴向地层岩性变化敏感，还对井孔径向岩性变化敏感。.最后，针对阵列声波测井资料及井中地震资料的水合物储层联合评价问题，研究中值频移、幅比法等声衰减的计算方法，开发一套实际资料的数据处理方法和软件模块，实现水合物储层的声衰减剖面及声速剖面成像。核心算法已通过校企合作，应用于致密储层压裂效果评价和随钻阵列声波固井质量评价。此外，在本课题资助下，开展声波远探测成像处理和资料解释，提出了四分量数据几何属性快速处理方法，将远探测技术应用于深海油气和科学钻探中，首次实现了大洋钻探井的井周构造成像。