题目 Using distributed acoustic sensing to characterize unconventional reservoirs via perforation-shot triggered P waves
第一作者与通讯作者信息
第一作者其他三篇代表性著作
Li, P., and Jin, G., 2024. Using distributed acoustic sensing to characterize unconventional reservoirs via perforation-shot triggered P waves . Geophysics, 89(2): P11–P19.
Li, P., Jin, G., and Lellouch, A., 2023. Guided-wave dispersion inversion for shale reservoir properties using DAS-recorded perforation shots . SEG Technical Program Expanded Abstracts, 342–346.
Li, P., Jin, G., 2022. P-wave dispersion analysis of DAS-recorded perforation shots for lateral heterogeneity detection in horizontal wells . Unconventional Resources Technology Conference (URTeC), 2341–2350.
摘要 非常规储层横向非均质性认识不足常对钻井、完井效率及产量产生负面影响，而现有测井与地震调查手段在刻画此类非均性方面能力有限。我们提出一种替代地球物理方法：利用分布式声波传感（DAS）记录射孔弹激发P波，以刻画非常规储层。在实测数据中，DAS记录的射孔弹产生强P波信号，其波形呈现明显频散。通过对相邻射孔弹信号进行平均，可可靠测量沿水平井的相速度变化。我们观测到一段低相速度异常区，其与测井曲线及三维地震体均方根振幅在空间上吻合。数值模拟验证了P波频散行为的合理性。与建模结果及其他测量对比表明，该方法对非常规储层刻画具有合理探测半径，并可通过对比压裂前后相速度差异推断压裂效果。数据采集可与射孔作业同步进行，成本低且适合现场推广。
相关研究的重要性
研究方向
重要性
前人研究
不足
非常规储层横向非均质性 直接影响水平井靶窗选择、压裂设计与产量
NguyenLe & Shin (2019) 指出厚度变化影响产能；Maus et al. (2020) 提出断层导致导向失误
测井探测半径<1 m，地震分辨率>25 m，均无法匹配储层厚度（7–12 m）
射孔弹信号利用 利用现有作业源，无需额外震源
Zhang et al. (2019) 用井中检波器记录射孔弹研究各向异性；Lellouch et al. (2019) 用DAS记录导波
检波器数量稀疏（11级），空间采样不足；未定量提取相速度
DAS高频P波分析 DAS具1 m空间采样、10 kHz采样率，可捕捉短波长
Jin & Roy (2017) 用DAS低频应变研究裂缝；Byerley et al. (2018) 用DAS-VSP监测压裂
多聚焦微震或低频应变，忽视射孔弹P波频散信息
波导频散反演 频散曲线可反演层速度、厚度
Luo et al. (2021) 用导波频散反演页岩属性
仅研究导波，未利用体波P波；缺乏现场验证
本文使用的数据
数据类型
来源
特点
DAS原始炮集 美国DJ盆地Codell砂岩水平井，永久光纤外置
76段压裂，>300次射孔弹，10 kHz采样，~1 m道距，2500 m水平段
辅助资料 邻井声波时差测井、伽马测井、声幅成像测井
厚度7–12 m，速度约3800–4500 m/s
三维地震 地表3D地震体
提取Codell层均方根振幅，垂向分辨率~25 m
采用的方法
步骤
方法
说明
信号提取 带通滤波（50–1000 Hz）+ 时空软掩模
去除强管波，保留P波
频散分析 多道面波分析（MASW）
将炮集T(t,x)→频率-相速度域D(f,V)，拾取局部最大脊线
空间平均 100 m滑动窗
每窗≥3次射孔弹测量，计算均值与标准误
数值验证 Devito 2D 有限差分
建立高-低-高速波导模型，重复观测系统，复现频散与高阶模态
压裂前后对比 heel-ward（压裂前）vs toe-ward（压裂后）
计算相速度差ΔVp，评估压裂诱导变化
获得的结果
评估维度
主要结果
频散特征 P波呈明显正频散：频率↑ 相速度↓；异常区内仅基阶模态，外区出现一阶高阶模态
异常区一致性 低相速度区（1000–2300 m）与低伽马、高裂缝密度、低地震振幅吻合，空间范围介于测井与地震之间
数值验证 模拟复现频散曲线形态与高阶模态激发条件，证实波导陷阱效应
压裂前后差异 平均ΔVp ≈ −26 m/s（↓0.7%），局部最大↓200 m/s（↓5%），显著大于测量不确定度（±33 m/s）
创新之处与贡献
类别
具体内容
理论创新 首次提出“射孔弹P波频散+ DAS” 刻画非常规储层横向非均质性，填补测井与地震之间的尺度空白（探测半径50–200 m，空间分辨率100 m）
方法创新 开发“软掩模-MASW-局部脊线拾取” 流程，实现>300次射孔弹自动频散提取；引入heel/toe双向采样 策略，天然获得压裂前后对比
工程贡献 无需额外震源与作业停顿，“光纤随射孔” 成本低；可实时指导后续段簇间距、液量调整
数据贡献 公开DJ盆地完整DAS射孔弹炮集及配套测井，为社区提供新的基准数据集
不足与未来方向
不足
具体描述
未来工作
一维速度模型 仅用垂直速度剖面，未考虑横向速度变化
2D/3D反演，联合拾取频散与振幅
高阶模态利用不足 仅拾取基阶，未反演厚度与高阶联合
多模态联合反演，提高厚度分辨率
缺乏定量岩石物理 仅对比伽马、裂缝计数，未直接输出孔隙度、脆性指数
建立相速度-岩石物性 转换关系，耦合测井校准
永久光纤成本高 目前依赖永久光缆
推广钢丝光缆DAS ，开发实时自动处理模块
未考虑各向异性 忽略页岩TI/HTI影响
引入各向异性频散理论，联合S波偏振分析