測井曲線自動分層解釋方法研究

彭 智 樊官民

(中海油服油田技術事業(yè)部 河北燕郊)

測井曲線自動分層解釋方法研究

彭 智 樊官民

(中海油服油田技術事業(yè)部 河北燕郊)

文章通過對測井曲線幅值和形態(tài)特征的分析,在求取測井曲線一階、二階導數(shù)的基礎上,提出了利用測井曲線拐點自動劃分地層界面和利用極值提取層內測井特征值的方法。在準確劃分出地層界面的基礎上,利用層內測井曲線特征值(電阻率、孔隙度、含水飽和度等)確定測井解釋結論。通過對實際資料的處理,結果表明,該方法分層界面合理準確,效果明顯,且簡便實用,具有較高的應用價值。

測井曲線;曲線拐點;一階二階導數(shù);自動分層

0 引 言

在測井解釋中,首要的一項工作就是劃層。長期以來,測井解釋工作者在對地層界面的確定問題上,主要靠肉眼識別測井曲線半幅點的方法來劃分地層界面。所謂半幅點,指曲線異常的最高值點與最低值點的1/2處。當?shù)貙虞^厚時,可以用半幅點劃分地層界限。但隨著地層變薄,曲線的讀數(shù)受圍巖影響,半幅點向圍巖移動,不代表實際地層的界限,即地層較薄時,按半幅點確定的厚度,稍大于實際厚度,此時巖層界面可定于曲線高幅度的1/3～1/2處。這種比較原始的人工分層方法,不僅浪費大量的人力和時間,而且由于分層過程中過多地依賴測井分析人員的經驗知識和熟練程度,使分層取值結果差異較大。隨著數(shù)字化測井和測井解釋技術的不斷發(fā)展與提高,以及計算機技術尤其是工作站的廣泛應用,測井解釋朝著自動化、精細化的方向發(fā)展,手工分層必將被自動分層所取代。

因此,本文提出一種新的測井解釋自動分層方法。眾所周知,測井曲線的值是深度的函數(shù),測井曲線的一階導數(shù)表示了曲線變化的趨勢和變化的快慢,在某一范圍內,當一階導數(shù)呈現(xiàn)符號轉換時,相應深度點的測井值即為該范圍內極大(極小)值;測井曲線的二階導數(shù)表示曲線的凹凸性,在某一范圍內,當二階導數(shù)呈現(xiàn)符號轉換時,相應深度點代表了測井曲線的拐點,即反映曲線凹凸性變化的轉折點,亦即地層的分界面。基于以上特點,利用測井曲線拐點來實現(xiàn)地層界面的自動劃分。

1 利用測井曲線劃分地層界面原理

測井曲線反映了沉積地層的變化情況,測井曲線的值是深度的函數(shù)[1],其一階導數(shù)表示曲線變化的趨勢和變化的快慢。在沒有斷層或倒轉的層系中,任何測井曲線的深度軸都是地質時代的某種單調函數(shù)。因此,測井曲線可表示為:

式中:X(di)為深度di處的測井響應,di為第i點的深度值。

測井數(shù)據(jù)記錄間隔為Δd(一般取0.125m),則第i點一階導數(shù)計算公式為式(2),二階導數(shù)的計算公式為式(3),三階導數(shù)的計算公式為式(4):

其中,X′(di)、X″(di)和X″′(di)分別為測井曲線在深度di處的一階、二階和三階導數(shù)。測井曲線在某深度點的一階導數(shù)為0而二階導數(shù)不等于0的點(或一階導數(shù)正負值的轉換點)指示該深度點讀取的測井值為曲線的極大(波峰)或極小(波谷)值點,一階導數(shù)由正變負表示極大值(波峰)的出現(xiàn),一階導數(shù)由負變正表示極小值(波谷)的出現(xiàn)。二階導數(shù)為0而三階導數(shù)不等于0的點(或二階導數(shù)正負的轉換點)即曲線的拐點,拐點是反映曲線凹凸性變化的轉折點,拐點位置一定程度上代表了地層界面位置[2],二階導數(shù)由負變正表示某層下界面位置,二階導數(shù)由正變負表示同一層上界面位置。因此,利用一階、二階和三階導數(shù)可得到測井曲線的拐點、波峰、波谷、分層及上下界面。

2 軟件實現(xiàn)方法

1)濾波處理

利用測井曲線(一般用自然伽馬、自然電位或電阻率曲線)劃分地層界面時,首先需要對測井曲線做平滑濾波處理。比如自然伽馬測井,一般情況下,地層中自然放射性是比較低的,由于核衰變的隨機性質,導致自然伽馬測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計漲落,特別對于低放射性計數(shù)率,這種統(tǒng)計起伏的影響就更為突出。或者由于某種原因會使測井曲線上出現(xiàn)與地層性質無關的毛刺干擾。這種帶有統(tǒng)計起伏與毛刺干擾的測井曲線具有兩種成分:短周期的干擾信號,它具有隨機性質,與地層性質無關;較長周期的有用信號,它是反映地層性質的趨勢成分[3]。我們的目的是要有效地抑制或消除這些毛刺干擾,同時又能很好地保持和分離出代表地層性質的有用信號。為此,需要對用來劃分地層界面的測井曲線進行濾波處理。

2)求曲線拐點

分別應用公式(2)、(3)求得測井曲線的一階、二階導數(shù)。再根據(jù)相鄰兩點二階導數(shù)的乘積來判斷二階導數(shù)的符號。如果其乘積大于0,說明相鄰兩點二階導數(shù)同號;如果其乘積小于0,說明相鄰兩點二階導數(shù)異號,即二階導數(shù)由負變正或者由正變負,此處即為曲線拐點。可以利用指示曲線(＊＊ZS)對曲線拐點進行標示,二階導數(shù)同號則＊＊ZS為0,二階導數(shù)異號則＊＊ZS為1。

3)確定地層有效界面

層內非均質性以及其他因素的影響使測井曲線的顯示復雜化,一個砂層或一段泥巖層都可能包含多個峰和谷的變化,這時就需要合層。可以通過選定閾值的辦法來達到合層的目的。設定泥質含量截止值SHMX和SHMN,如泥質含量VSH大于SHMX或小于SHMN時,則＊＊ZS為0。因此,設定閾值可以對拐點進行選擇,選出有效界面,去掉無用界面或合并超薄層。

4)層內特征值提取

一般選用的分層曲線像自然伽馬、自然電位和感應電阻率曲線的形狀是對稱型的。它們對于一個處在泥巖地層中的均質的砂層來說,在地層中部出現(xiàn)最大值或者最小值[4],也對應著曲線一階導數(shù)為零值,此時受圍巖影響是最小的。因此,利用分層曲線在層內最大值或者最小值對應深度點所對應的測井曲線數(shù)值作為層內特征值。

5)生成測井解釋結論

利用以上的方法劃分出層界面以后,根據(jù)層內特征值(電阻率、孔隙度和含水飽和度等)數(shù)值大小結合油(氣)水層的解釋標準自動生成測井解釋結論[3]。

3 實際應用效果

根據(jù)上述方法對實際測井資料進行了多口井處理,應用效果非常明顯,處理成果如圖1和圖2所示。

圖1 A井測井解釋自動分層處理成果圖

圖2 B井測井解釋自動分層處理成果圖

圖1,A井選用的是自然電位SP作為分層曲線,圖中SPZS代表自然電位分層的指示曲線。圖2,B井選用的是自然伽馬GR作為分層曲線,圖中GRZS代表自然伽馬分層的指示曲線。從圖中可以看出,生成的指示曲線(見自動分層欄)能準確地指示出地層界面,且界面位置準確合理,較好地代表了實際地層界面;根據(jù)提取的層內特征值生成的測井解釋結論(見解釋結論欄)合理可靠,與實際儲層情況吻合較好。

4 結 論

通過本文研究及對實際測井資料的處理,可以得出以下結論:

1)測井曲線的一階導數(shù)和二階導數(shù)很好地代表了測井曲線的形態(tài)特征和變化趨勢。

2)測井曲線的拐點較好地代表了地層界面,利用該方法進行地層界面劃分準確合理,而且簡單方便,具有較大的應用價值。

3)利用測井曲線極值法提取層內測井特征值僅適用于均質地層,生成的測井解釋結論只能作為初步結論,因為往往實際地質情況比較復雜,需要解釋人員綜合分析才能正確進行油(氣)水層判別。

[1] 李新虎,祁云望.測井曲線形態(tài)的自動識別方法研究[J].大慶石油地質與開發(fā),2006,25(5)

[2] 王貴文,郭榮坤.測井地質學[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000

[3] 雍世和,張超謨.測井數(shù)據(jù)處理與綜合解釋[M].東營:石油大學出版社,1996

[4] 杜士興.具有自動分層能力的綜合性測井解釋程序[J].測井技術,1996,20(2)

Study on well logging curve auto-subdivide formation method.

Peng Zhi and Fan guanmin.

On the basis of researching of well-logging curves amplitude and shape characters,and solving the first and second derivatives of logging curve,this article puts forward a method to auto-subdivide formation by using the inflexion of welllogging curve and pick formation eigenvalue by using the extremum of well-logging curve.After auto-subdividing formation accurately,logging interpretation result can be built automatically by utilizing of the formation eigenvalues such as porosity,saturation and resistivity.According to the above method,data processing has been implemented to practical well-logging data.Analysis of the examples shows that formation interface acquired according to the method is logical and exact,and that the method is very simple and convenient.

well-logging curve;inflexion of curve;first and second derivatives;auto-subdivide

P631.8+4

B

1004-9134(2011)03-0043-02

彭 智,女,1978年生,2000年畢業(yè)于石油大學(華東)地球探測與信息技術專業(yè),現(xiàn)在河北省燕郊開發(fā)區(qū)中海油服油田技術事業(yè)部研究院,主要從事測井方法研究工作。郵編:065201

2010-12-31編輯高紅霞)

PI,2011,25(3):43～44,48

·方法研究·