（地球探测与信息技术专业论文）利用阵列声波测井资料进行储层评价.pdf

摘要 本文主要研究利用阵列声波测井资料进行储层评价的问题，即对地层 进行分层，识别其岩性，计算泥质含量、孔隙度、渗透率、含水饱和度 等储层参数。在w i n d o w s9 8 系统下利用f o r t r a n9 0 编制了储层评价软 件，并用该软件：处理了实际的声波测井资料，处理结果与国外软件的处 理结果相吻合。 处理的阵列声波测井数据是x t f 文件格式。x t f 文件是阿特拉斯公司 e c l i p s5 7 0 0 数控测井系统和e x p r e s s 解释软件所使用的数据格式，根据 x t f 文件中数据的存储特点进行了读写数据的编程。阵列声波测井波形处 理中采用面积比法求取波至点，用n 次根堆栈法提取声波时差，利用插 值法提高时差的计算精度。 储层评价软件首先读取x t f 文件中的测井数据，利用这些数据进行储 层评价。用层内差异法对地层进行分层，它的优点是采用数学处理方法， 排除了人为因素的影响；利用耻圳交会图识别地层骨架的岩性，m 和n 是三孔隙度测井：密度、中子和声波) 两两交会的皓线的斜率；利用从阵 列声波测井资料中提取的纵波和横波时差并辅以泥质指示曲线，定量的 计算泥质含量、孔隙度、渗透率、含水饱和度等储层参数。该软件在理 论研究与实际应用中都具有一定价值。 关键词：储层评价，阵列声波测井，声波时差，泥质含量，孔隙度 r e s e r v o i re v a l u a t i o n u s i n g f u hw a v e - t r a i n a c o u s t i cl o g g i n gd a t a a b s t r a c t t h i sa r t i c l em a i n l yc o b c e r n sw i t ht h ep r o b l e mo fr e s e r v o i re v a l u a t i o n t a k i n ga d v a n t a g eo ff u l l w a v e - t r a i na c o u s t i cl o g g i n gd a t a t h a ti st os a y , c o m p a r t m e n t a l i z i n gf o r m a t i o nz o n e ，i d e n t i f y i n gr o c kc o m p o n e n t ，c a l c u l a t i n g t h cr e s e r v o i rp a r a m e t e r s ，f o re x a m p l e ，s h a l ec o n t e n t ，p o r o s i t y , p e r m e a b i l i t y , s a t u r a t i o ne t c t h es o f t w a r eo fr e s e r v o i re v a l u a t i o ni s d e v e l o p e d w i t h f o r t r a n9 0u n d e rt h ew i n d o w s9 8s y s t e m t h ea c t u a la c o u s t i cl o g g i n g d a t aa r ch a n d l e dw i t ht h es o f t w a r e h a n d l e dr e s u l t sa r ec l o s et ot h o s ef r o mt h e f o r e i g ns o r w a r c t h eh a n d l e dd a t ao f f u l lw a v e - t r a i na c o u s t i cl o g g i n ga r ex t ff i l ef o r m a t t h ef i l ef o r m a ti su s e db ya t l a s se c l i p s5 7 0 0w e l ll o g g i n gs y s t e ma n d e x p r e s si n t e r p r e t a t i o ns o r w a r e r e a d i n ga n dw n t i n gd a t a a r ep r o g r a m m e do n t h eb a s eo ft h ec h a r a c t e ro fd a t as t o r ei nt h e 跚f i l e w a v ea r r i v a lc a nb e o b t a i n e dt h r o u g ha r e a - r a t i om c t h o d a c o u s t i cs l o w n e s sc a nb ee x l r a c t e d t h r o u g hn t h - r o o ts t a c km e t h o d i n t e r p o l a t i o nm e t h o di s u s e di no r d e rt o i m p r o v e t h ep r e c i s i o no f s l o w n e s s n l er e s e r v o ke v a l u a t i o ns o r w a r ef i r s t l yr e a d st h el o g g i n gc u r v ed a t a f m mt h ex t ff i l e t h e s ed a t aa r cu s e dt oe v a l u a t er e s e r v o i r c o m p a r l m e n t a l i z i n gf o r m a t i o nz o n ei sm a d et h r o u g hl a y e rd i s c r e p a n c y i t s a d v a n t a g ei se l i m i n a t i o no f m a n u a li n t e r f e r e n c ew i t hm a t h e m a t i c a lh a n d l i n g m e t h o d r o c km a t r i xc k r t _ b ei d e n t i f i e db ym - n c r o s s - p l o tg r a p h ma n d na r e t h ec u r v es l o p e so ft h r e e - p o r o s i t yl o g g i n g ( d e n s i t y , n e u t r o na n da c o u s t i c ) 1 1 c r o s s - p l o te a c ho t h e r f o r m a t i o np a r a m e t e r s , s u c h a ss h a l ec o n t e n t ，p o r o s i t y , p e r m e a b i l i t y , s a t t n 甚t i o n e t c ，c a r l b e q u m a t i t a t i v e l y c a l c u l a t e d u s i n g t h e s l o w n e s so f c o m p r e s s i o n a lw a v e a n ds h e a rw a v ew h i c hi se x t r a c t e df r o mt h e f u l lw a v e - t r a i na e o l t s f i el o g g i n gd a t aa n dc h y l o g g i n g c u f v c t h i ss o f = 【、= v a r eh a s v i r t u a lv a l u e si nt h e o r e t i c a ls t u d ya n d p r a c t i c a l u f t l i z a t i o n k e yw o r d s ：r e s e r v o i re v a l u a t i o n ，f l a i lw a v e - l l - a i na c o u s t i cl o g g i n gd a t a ， a c o u s t i cs l o w n e s s ，s h a l ec o n t e n t ，p o r o s i t y 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得石油大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：姜丝基 之口口3 年f 月8 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保密、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借 阅：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名 导师签名 2 0 口3 年孓月8 日 稆年f 月彰日 石油大学( 华东) 硕士论文 前言 第1 章前言 研究目的 从阵列声波测井中提取到的各种波动模式( 例如纵波、横波、斯通 利波等) 的时差依赖于地层以及岩石的性质，不同岩石的声波时差有着 明显的差别。目前国内外在声波时差的提取上主要是采用互相关法、 相似法、直接相位法、n 次根堆栈法等数字信号处理方法。本论文主要 研究以下几方面的内容：读取x t f 文件中相关的测井数据，进行波形 处理( 求出首波波至点，提取纵、横波的时差) ；根据测井曲线对地层 进行划分，分析井周围地层的性质岩性；然后根据所提取的纵波、 横波时差，并借助于其它测井曲线( 电阻率、密度、自然伽马等) 定量 地计算出地层的泥质含量、孔隙度、渗透率、含水饱和度、泊松比及 弹性模量等参数；最后把处理结果写回到x t f 文件中，完成储层评价 的研究任务。 技术路线 本文基于声波测井理论、测井资料数据处理与综合解释方法、x t f 数据文件存储的格式，进行了储层评价的研究。在计算机w i n d o w s9 8 系 统下使用f o r t r a n9 0 语言开发设计了利用阵列声波测井资料进行储层 评价的软件，该软件可以实现阵列声波测并波形处理、数据格式之间 的转换( x t f 格式与十进制格式) 、划分地层层段、地层岩性的识别和储 层参数的计算等功能。 研究意义 利用阵列声波测井资料进行储层评价是测井评价中较难的问题。 石油大学( 华东) 硕士论文 前言 文中对x t f 数据文件存储格式，提取阵列声波测井中的纵、横波时差， 对地层进行分层，定性识别地层的岩性，利用时差及有关测井数据定 量的计算储层参数等问题进行了研究。这些研究在储层评价中具有非 常重要的意义，利用研究所得到的结果可以判断地层是否含有油气， 划分油、气、水层，利用泊松比确定地层是否发育有裂缝等方面具有 一定的应用价值，为储层的进一步评价奠定了基础。 国内外研究现状 声波测井首先应用于石油地球物理勘探，随后迅速推广到煤田地 质和工程地质。七十年代末，长源距声波全波列测井仪得到了发展。 八十年代初期，阵列数字( 长源距) 声波测井仪投入商业服务。但是， 由于长源距测井仪采用单极子对称声源难以克服其自身的缺点，人们 在试图利用常规资料间接计算横波慢度的同时，发展了新一代( 多极子) 非对称声源测井仪器。 井孔中各种波动模式的声速、衰减是石油勘探和开发中极其重要的 参数。对于硬地层来说，传统的单极声波测井仪可以通过对波形资料的 分析、处理，获得纵、横波波速，但在软地层中无法获得横波速度。多 极声波测井仪器可以克服这一困难，它既可以在裸眼井、又可以在套管 井中测井，进而对地层进行评价，还可以对地层的各向异性、水平最大 和最小主应力、垂直裂缝分布等地层特性进行评价。 在信息与计算机技术的推动下，利用测井资料进行储层评价有了更 长足的发展，从测井资料的人工整理、人工解释发展到计算机自动整理、 自动处理解释与解释成果的自动直观显示；从定性解释发展到定量解 2 石油大学( 华东) 硕士论文前言 释：从个别层段人工解释到全井段连续自动解释以及人机交互联作；从 简单纯地层模型到较完善的复杂地层模型，直到大量应用数理统计、多 元分析、最优化、模糊数学、神经网络、人工智能以及数据库、计算机 图形与图像处理技术等：从而提高了解释精度，扩大了解释成果的应用 范围，促进了解释理论和方法的发展，推动了测井数据处理与解释软件 的蓬勃发展。现代测井技术正朝着测井方法系列化、井下仪器组合化、 信息采集和传输自动化、测井记录数字化、现场操作程控化、资料处理 解释自动化和人机联作方向发展。 我国五十年代的测井方法基本上都是电法测井，没有岩性孔隙度测 井，当时的解释基本上是定性解释，定性判断地层的岩性、孔隙性、 渗透性和含油性，戈j 分油、气、水层。到六十年代有了声波速度测井 作为岩性孔隙度测井，就可采用纯岩石解释模型，用声波时差计算孔 隙度，用阿尔奇公式计算含水饱和度，这种解释方法是半定量的，因 为这种纯岩石模型只反映储集层主要的方面，没有考虑泥质含量和油 气密度等因素影响，使计算的准确性受到限制。七十年代有了更完善 的测井系列和计算机处理测井资料以后，就可以采用比较复杂的泥质 单矿物岩石和泥质双矿物岩石模型，运用交会图和迭代法等数字处理 技术，对混质和油气密度影响进行校正，定量计算地层的泥质含量、 孔隙度、渗透率和油气饱和度等储层参数，使测井解释达到自动定量 解释和自动显示解释成果的现代化水平。 论文工作量 本文在充分研究相关理论的基础上，利用计算机编制了储层评价 3 石油大学( 华东) 硕士论文 软件。首先调试了全波列波形处理软件，在此基础上增加了利用阵列 声波测井资料进行储层评价部分的软件设计，并且用开发设计的储层 评价软件处理了6 口井2 6 3 5 m 井段的阵列声波测井资料，储层评价结 果与国外软件处理结果相吻合。主要进行了以下几方面的研究：( 1 ) 读 出x t f 格式文件中相关的测井数据：( 2 ) 从阵列声波铡井中提取声波的 首波波至点和计算阵列声波的时差：( 3 ) 对储层进行分层：( 4 ) 识别地 层的岩性；( 5 ) 定量的计算储层参数( 泥质含量、孔隙度、含水饱和度、 泊松比等) ：( 6 ) 把所有的处理结果写回原来的x t f 文件。 本文共分六章进行编写，第一章主要介绍研究目的与内容、技术 路线、研究意义、国内外研究现状等：第二章是阵列声波测井波形处 理部分，研究了确定首波的波至点和计算声波时差的理论方法；第三 章介绍了储层评价理论，即对地层进行分层，识别地层岩性以及储层 参数的计算方法；第四章介绍了储层评价软件的开发设计与实现，数 据格式之间的相互转换；第五章是储层评价软件的实际应用结果及分 析：第六章是结论部分，对储层评价软件进行了总结。 由于本人水平有限和时间仓促，文中出现不妥之处在所难免，恳 请各位专家和读者给予批评和指正，提出宝贵意见。 4 石油大学( 华东) 硕士论文阵列声波测井波形处理 第2 章阵列声波测井波形处理 2 1 阵列声波测并仪器简介 m a c 多极阵列声波澳4 并仪是阵列声波狈4 井仪器中应用较多的一种。 它是a t l a s 公司9 0 年代生产的阵列声波测井仪器。它是将单极阵列声波 仪与偶极阵列声波仪组合在一起形成的新仪器，单极和偶极阵列各自独 立工作，每个阵列的发射器是不同的，以确保在测井中采集纵波和横波。 m a c 仪器使用两种接收系列，单极接收系列由8 个圆柱状压电陶瓷 器件组成，与常规声波测井仪相似，探测纵横波和斯通利波：偶极接收 系列由8 个固有对称位移的接收器组成，如图2 - 1 所示。 图2 - 1m a c 多极阵列声波测井仪 1 6 6 8 型m a c 多极阵列声波测井仪包括四个主要部分：1 6 6 8 m a 接 收声系( 长3 3 6 m ) ，1 6 6 8 p a 隔声体( 长1 5 2 m ) ，1 6 6 8 b a 发射声系( 长2 1 1 m ) ， 5 石油大学( 华东) 硕士论文 阵列声波测井波形处理 1 6 6 8 e a 发射电子线路( 长1 3 l m ) 。 阵列声波测井仪的最小源距( 即发射器与最近接收器之间的距离) 是 2 4 3 8 4 米，相邻两个接收器之间的距离是o 6 0 9 6 米，时间采样间隔是8 微秒。 2 2 确定首波波至点 阵列声波测井所得到的波形中包含纵波、横波、斯通利波和伪瑞利 波等各组分波，如何提取各组分波的信息是波形处理中的关键问题。波 形特点是：在整个波列中纵波波至最早：横波波至处于纵波和斯通利波 之间；斯通利波模式的波至最晚。 阵列声波测井声波波形处理技术主要是对全波波列中各种不同模式 波的时差进行提取，而对于声波时差的提取又集中在首波波至点的提取 上。本文是采用面积比法确定首波波至点。如图2 - 2 所示，在同一个波列 上同时开两个首尾相连的时窗，当两个时窗在波列上的一段范围内移动 时，不断地求出后窗与前窗的面积比，找到比值的最大点，此时对应的 后窗起始点就是首波波至点。 6 石油大学( 华东) 硕士论文阵列声波测井波形处理 图2 - 2 面积比法提取纵波波至点图 2 ，3 时差的计算 计算声波时差的方法较多，如时域的相似相关法1 1 【2 】、频域的直接相 位法 3 1 、n 次根堆栈法嘲、基于现代谱分析的最大似然法【5 】以及p r d 聊法 嘲等。直接相位法实际上是相似相关法在频率域的表现形式，它通过计算 两道波形信号的互频谱相位谱盘线，利用零相位时的剩余时差得到较高 精度的时差。这种方法计算速度相对较慢，对波形的信噪比要求较高。 谱分析法的主要优点是信号分辨率好、计算精度高，其缺陷是对弱信号 计算效果较差，当各道信号幅度变化剧烈或主频发生漂移时其分辨率也 会显著下降。园此，相似相关法使用较多。 ( 1 ) 相似相关法： 设z ( i ) 、厶( f ) 是用于相关对比的两道波形信号，采样长度为h ，则 其相关系数为： 7 石油大学( 华东) 硕士论文阵列声波测井波形处理 h 【石( f ) + 五( f + 朋2 r ( f = 一 ( 2 1 ) 2 m 2 ( j ) + 疗( f + 川 使r 最大的- ，即为两道波形信号之间的时间偏移量，除以接收器间距即 为声波时差。这种方法的特点是计算速度快，可靠性高，但精度相对较 低。时窗选取是关键，对比窗的宽度一般取为信号周期的1 5 倍较合适。 ( 2 ) 次根堆栈法： 次根堆栈法是一种适用于多道信号的非线性滤波方法，堆栈方程 为： i = 月“ ( 2 2 ) ( 2 3 ) 其中，x 。为第_ ，通道的第f 个采样点数据，i i w ，l ，s k ，历，为 各通道信号的长度( 窗长) ，k 为总通道数，为任一正整数( 一般取 n 4 ) ，g j 是第- ，通道的增益，g 是对所有通道数据的增益，w 为加权 因子，r 为一维滤波输出数组。 对于声波测井波形处理，可取堆栈方程为： r = r i 置l “1 ( 2 4 ) 弘嘉渺，l k 8 ( 2 5 ) r堕q丑刚。一 士弘 石油大学( 华东) 硕士论文阵列声波测井波形处理 类似于相似法，定义归一化的相似度 s ：l ”i g o 。兰孰，小( 2 - 6 ) g d s = ：h 一， j = l 产1 其中g d 为归一化因子。当各通道的信号完全相同时令s 。= 1 ，此时 g d = k - 1 ，s 。的数值在0 - 1 之间，s 。越接近于l ，表明各通道的信号 越接近。 用次根堆栈法可以提取声全波测井波形的纵波、横波和斯通利波 的时差。设波形i ( w f l ) 和波形2 ( w f 2 ) 分别为远波和近波，我们以从 w f l 和w f 2 中提取纵波时差为例介绍处理步骤： ( 1 ) 在w f 2 中取起始点序号为n s t ，窗长为f 矿的数据序列2 ： ( 2 ) a 在w f l 中取起始点序号为只汀( f s t 船r ) ，窗长为研的 数据序列w 1 ： b 计算w 2 和1 的r i 和s 。； c f s l = 彤，+ 1 ，重复a ，b 的计算 ( 3 ) 寻找鼠的极大值，它所对应的序号f s t m 即为远波时窗的最佳起 始位置； ( 4 ) 所求的纵波时差为： d t ：( f s t m - n s t ) x d s i n ( 2 - 7 ) 其中，d s i n 为阵列声波波形的采样时间间隔，s p 为接收探头之间的距 离，同理可以计：尊出横波和斯通利波的时差。 2 4 用插值法提高声波时差精度 在阵列声波测井中，通过各种信号处理的方法提取声波时差，这些 9 石油大学( 华东) 硕士论文阵列声波测井波形处理 方法中对时差计算的误差都是一个时间采样间隔d t ，该误差有时会导 致时差的较大误差。阵列声波测井仪的发展过程中，时间采样间隔变大、 接收探头间距变小，由信号处理引起的时差测量误差变大，为此采用时 域和频域插值的方法提取两个相似信号的时延，可以提高时差的精度。 插值有两种方法【7 】，( 1 ) 时域插值法：在互相关系数序列中每两个采 样点之间插入肼个点，使时间采样闻黼变为d t e ，d t e = d t f 】+ 肼) ， 插值点越多则等效的时间采样间隔d t e 越小，所得时差的测量精度越高。 ( 2 ) 频域插值法：在得到hq ) 、y 。如) 互功谱c ：。向) 后不是立即做逆傅 里叶变换求c 2 ( 胛) ，而是在c 2 ( o j ) 的中心处补，2 | 个零( i n = o ，1 ， 3 ，7 ) ，使互功谱序列长度变为( i n + 1 ) x 2 n ，仍保持互功谱的对称性， 再做逆傅里叶变换求得互相关系数序列c ( 聍) ，c ( 丹) 的长度为 ( 肼+ 1 ) 2 n 。这种运算相当于在时域每两个采样点之间插入州个点， 使等效的时间采样间隔d t e = d r ( 1 + 2 n ) 。i n 越大员j d 死越小，所得 时差的测量精度越i 岛。 2 5 时差的井眼补偿原理 对声波时差进行井眼补偿的目的是为了消除井眼变化给声波时差测 量结果带来的影响。许多声波测井仪器，均采用下发上收声系，相当于 一发多收声系，阵列声波测井仪器更是如此。这种声系的特点是时差的 测量受并艰直径的变化所影响。为了消除这种影响，综合利用如图2 - 3 所示的测井仪器在：不同位置上测量的波形资料来提取目的层的时差嗍。 组合测井仪器在九个位置上的测量结果，按下面公式可以实现时差 的井眼补偿： 1 0 石油大学( 华东) 硕士论文阵列声波测井波形处理 拈志 。8 - f 1 ) + 叮8 明) ( 2 - 8 ) 其中，元丽是接收器r l 与r 8 之间的距离；t 8 指图2 - 3 中最左侧仪 器t 发射r 8 接收时所用的时间：t l 指图2 - 3 中最左侧仪器t 发射r 1 接 收时所用的时间；t 8 指图2 - 3 中左起第二个仪器t 发射r 8 接收时所用的 时间；t 1 指图2 - - 3 中最右侧仪器t 发射r 1 接收时所用的时间。 ”| i 卜 = = l = l ：l = f 篙| _ l ”甜寥 t 【曼i 一一l 一 图2 - 3 时差的井眼补偿原理图 2 6 小结 阵列声波钡4 井波形处理主要研究了m a c 多极陴歹 j 声波测井仪的组 成原理、采用面积比法确定首波波至点、利用相似相关法和次根堆栈 法相结合提取阵列声波测井的时差、采用插值法提高时差的计算精度、 利用测井仪器在不同位置上测量的波形资料进行时差的井眼补偿。 1 t 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 第3 章储层评价理论研究 3 ，1 概述 石油和天然气是储存在地下具有孔隙、孔洞或裂缝的岩石中的。自 然界的岩石种类虽然很多，但并不是所有岩石都能储存石油和天然气。 能够储存石油和天然气的岩石必须具备两个条件：一是具有储存油气的 孔隙、孔洞和裂缝等空间场所；二是孔隙、孔洞和裂缝之间必须互相连 通，在一定压差下链够形成油气流动的通道，具备这两个条件的岩层称 为储集层。储集层的基本参数包括评价储集物性的孔隙度和渗透率，评 价储集层含油性的含油气饱和度、含水饱和度和束缚水饱和度，储集层 的厚度等。用测井资料进行储集层评价就是通过测井资料数据处理来确 定这些储集层参数，对储集层的性质给以综合评价。储集层岩石储集流 体的能力称为孑l 隙性，而它在一定压差下允许流体渗透的能力称为渗透 性，两者合成储油物性。根据测井资料可定性判断地层的孔隙性和渗透 性，也可以计算反映地层孔隙性和渗透性的有关参数。 3 2 储层分层 3 2 1 常见的地层划分方法 地层划分是把地层整理出上、下顺序，划分出不同等级的地层单位， 即把一个地区的地层从纵向上进行划分。现有的计算机自动分层方法大 致分为两类：统计分层法和非统计分层法。前者主要利用方差、判别分 析和聚类分析等统计分析理论，对测井曲线离散数值进行处理，从而达 到分层的目的；而后者则是利用非统计数学模型( 如马尔柯夫转移概率、 活度函数分析、信号分析、中值滤波等数学模型) ，模式识别和人工智 1 2 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 能技术进行地层划分的方法。测井曲线自动分层的方法有多种，如层内 差异法、拐点法、活度法、组合分层法等等。根据地层的定义和许多著 名专家的见解，可归纳出地层划分的三条基本原贝i j ： ( 1 ) 地层的划分应使地层单位内部( 简称段内) 具有相当程度的同一 性，而相邻地层单位间又具有较明显的差异； ( 2 ) 地层的划分要使地层单位的上下界限尽可能明确、易于识别、并 且较稳定； ( 3 ) 岩石地层单位要具有一定规模的空间分布，具有横向可追索性。 3 2 2 测井曲线分层理论和方法 ( 1 ) 测井曲线活度分层法 当地层的物理性质变化剧烈时，测井越线急剧地向左、右移动( 测 井值增大或减小) 而当物理性质变化缓慢时，则曲线移动也缓慢：物 理性质不变时，测并曲线为平行于井轴的直线。由此可见，测井曲线具 有可动性。为了表示测井曲线的这种动态性质，有人提出了测井曲线“活 度”的概念，即测井衄线的活度定义为某深度范围内各点测井值与平均 值之差的平方和。 活度分析是对测并曲线的一种差分，表明了实测曲线的活跃程度。 根据定义，活度变换函数为： e ( h o ) = ：尊x ( 目) 一i ( 目) 2 矗野 c a - 1 ) 式中e ( 饥) 深度为日。处的测井曲线活度： 工计算活度时所取的测井曲线长度，一般称为窗长； x ( h ) 测井曲线值； 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 牙( 日) 测井曲线在z 如上t - 名- 2 范围内的平均值，即 珊) = 圭麟郴) 荫( 3 - 2 ) 对于数字记录的测井曲线，只要对上述两个方程的形式做简单的改 动即可： e ( h o ) = 置( 日) 一x ( 日) 】2 ( 3 3 ) 飘耻专磊h o + n 予i 2 ( 脚4 ) 当窗长一定时，测井曲线的斜率越大，活度越大；反之，测井曲线 平缓、斜率小时，活度明显降低。在岩性不同的缝层分界面上，物理性 质的变化最为明显，测井曲线表现为急剧的变化，反映在活度上，就会 出现相对的极值，可以利用这种性质进行测井曲线的自动分层。 利用此法分层时，基于这样的假设，即认为由物性变化所引起的测 井曲线上的极值一般大于随机干扰所引起的极值。由于测并信号包括噪 声，按( 3 一1 ) 或( 3 3 ) 式计算的话度，势必受到噪声的影响。如果选择一 个合适的活度截止值，就可以压制噪声，并能克服活度曲线过灵敏的影 响。具体做法是：给定一个窗长和活度的阈值，依次逐点计算活度，得 到测井曲线的活度曲线。当某点活度大于阚值对，即认为该点对应一个 有效的层界面。活度法实际上是将测井曲线变化的极值点( 地层性质变 化剧烈的地方) 定义为一个岩性层界面。 ( 2 ) 用层内差异法划分储层 层内差异法i 9 1 的依据是同一地层内的测井值相对稳定。其层内测井 1 4 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 值的变化不超过某个允许误差( 由非当前地层因素引起的测井值误差) ， 并认为每一层内采样值的均值代表该层的真实测并值。若某相邻的采样 值与该均值的差异在允许误差范围内，则认为该采样点属于这一层，否 则，属于下一个小层。其分层过程是先选择具有较强纵向分辨率的测井 曲线进行分层，然后在兼顾其它测井曲线的特点，把分层结果应用到其 它测井曲线上。现以一条测井曲线来说明这种分层方法。 假设我们已确定相邻的h 个采样点测井值工。( _ ，= 1 ，”) 均属 于第f 层，该层的允许误差为e ( ) ，均值为x ，方差为仃即： 一- i 1 酗n 5 ) 击荟n 嘞一一x f ) 2 ( 3 - 6 ) 现要确定随后的第”十1 个采样值x 。是否同属于第i 层，可用如下 规则来判断： 若k + 。一i 卜e ( 一) ，则认为岩性无突变，工。应属于第f 层，并重 新计算出这n + 1 个采样点的测井均值，方差及允许误差，再进行下一 个采样点的处理。 若b 。一习 e ( z 。) ，则认为岩性变化大，x 。不属于第i 层，该层 划分结束，并把前h 个采样点的各测井值作为该层的测井值输出。然后， 从x 。点开始进行下一层的划分，如此继续进行下去，逐点判断，直到 处理完整个井段的全部采样点数据为止。可见此法的关键是确定允许误 差函数e ( x 。) ，这里根据误差理论和概率理论相结合建立这个函数。 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 从概率统计的角度来看，可以认为测井值是一个具有有限方差的随 机变量。同一层段内各采样点的测井值x 与其均值x ，之差主要反映了由 非地层因素( 如环境因素) 所引起的随机误差，因此可以认为z 或者 0 一x ，) 是服从正态分布的随机变量，即 x n ( _ ，o - ) 或o 一工。) n ( o ，1 ) 。由概率论知，随机变量善落在以其数 学期望m e = a 为中心的对称区间的概率为： p ( 悟一口l o - ) = 0 6 8 2 7 ；p 日孝一口i 1 9 6 0 - ) = 0 9 5 ； p ( 皓一日j 2 盯) = 0 9 5 4 5 ；p ( 1 孝- i 3 = 0 9 9 7 3 由此，可确定第f 层的允许误差e ( x ) e ( x 。) = b q( 3 - 7 ) o - i 2 莎x y - - x i ) 2 ( 3 - 8 ) 式中占为待定的系数。 显然，当b 一- 1 9 6 0 - , ，落在【- 一1 9 6 0 i ，i + 1 9 6 0 ，】区间内的 概率为9 5 ，属于很可能发生的大概率事件，故可认为该工。是同属于第 f 层；同理，当x 。落在 x 。一1 9 6 0 ，x ，+ 1 9 6 q 】区间之外的概率仅为5 ， 属于不大可能发生的小概率事件。因此，可认为落在该区间之外的采样 点h 是由于地层性质变化引起的测井值的变化。故它不属于第i 层，而 应属于下一层。有关b 值的选取，应根据实际所需分层的详细程度来确 定，b 值越小，允许误差e ( x ，) 越小，所分的层越细：反之，所分的层 就越粗。b 值一般取为1 - 3 。 确定了允许误：差函数后，便可对测井曲线进行自动分层了。对于 1 6 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 n + 1 个采样点测井值： 若k 。一i l ：e ( x ，) ，则把x 。划分为第f 层，算出这h + 1 个点的均 方差，允许误差，继续进行下一个采样值的处理； 若h 。一一i ：，e ( ) ，则认为h + 1 不属于第f 层，该层划分结束，再 从x 。点开始进行下一层的划分。 开发的储层评价软件就是采用层内差异法对储层进行分层的，用户 可以自主地选择一种地层界面显示较好的曲线( 如自然伽马曲线) 用于 分层，并结合其它测井曲线的特点，通过调整采样点数，并通过改变误 差系数b 的大小，得到精度不同的地层界面，自动完成地层层段的划分。 对储层进行分层的几点说明： 1 界面划分不确定问题：层内差异法分层时，由于误差系数选择 不同，界面划分就有所不同； 2 薄层识别问题：利用层内差异法分层可以划分出些薄层，即 它可以较好的反映出薄层的响应，但同时要求解释人员根据实际 情况进行合理的取舍： 3 划分地层时数学运算量较大，再由于采样点数的选取，某些层 段可能出现一些误差。 3 3 地层岩性识别 在鉴别地层岩性时，主要应用自然伽马、声波、中子、密度和岩性 一密度测井，并结合其它测井方法综合解释。微电极视电阻率测井和自 然电位测井对淡：水泥浆砂泥岩剖面很有用，自然伽马和中子伽马测井对 1 7 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 碳酸盐岩剖面或盐水泥浆砂泥岩剖面很有用。一般来说，除地层含有特 殊放射性矿物外，：j 云论在淡水或盐水泥浆井中，自然伽马曲线在鉴别岩 性方面，超过自然电位曲线，自然伽马是一种很好的泥质指示法。电阻 率和井径曲线只作参考。自然伽马能谱测井能够区分高放射性矿物、确 定粘土的性质。本文利用m _ _ n 交会图技术计算出每一个采样点的m 、n 值，根据m 、n 值所属的范围判断岩石的类型，从而获得地层岩性。 3 3 1 纵横波速度比判断岩性 对不同岩性的地层，其泊松比有不同的数值，而泊松比的数值可由 岩石的纵波和横波速度算出，其计算公式为： 昙( 竖) = 一l y ：三l ( 3 9 ) ( 生) z i v 5 式中v 。岩石纵波的速度； v 岩石横波的速度。 由此式可见，对泊松比不同的矿物和岩石，其纵波和横波速度的比 值各不相同。 对常见的砂岩、石灰岩和白云岩，纵波和横波速度的比值为 1 5 8 一1 7 8 ( 砂岩) 、1 8 ( 石灰岩) 、1 9 ( 白云岩) 。 根据纵波和横波速度比。首先可以区别砂泥质碎屑岩及碳酸盐岩。 通常，作为石油储集层的砂岩，纵波和横波速度比值为1 6 3 1 7 8 ，而 作为石油储集层的石灰岩，纵波和横波速度比值为1 8 ，白云岩为1 9 。 从现有的资料可以说明：在碳酸盐岩剖面上，白云岩化程度升高时，纵 1 8 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 波和横波速度比值增大；在砂泥岩剖面上，随着泥质含量的增加，纵波 和横波速度比值增大。 3 3 2 忙n 交会图识别岩性 交会图是用于表示地层的测井参数或其它参数之间关系的图形。在 测井解释与数据处理中，常用的交会图有交会图图版、频率交会图与z 值图、直方图等。利用它们可以检验测井曲线质量、进行曲线校正、鉴 别地层矿物成分、确定地层的岩性组合、分析孔隙流体性质、选择解释 模型和解释参数、计算地层的地质参数、检验解释成果和评价地层等， 它的用途十分广泛。 中子一密度确定岩性和孔隙度的交会图，只能给出矿物组合类型的 可能趋势，而不能给出唯的岩性解释。在岩性或矿物都已知时才能计 算矿物的含量，：芹求准孔隙度。这一缺陷促使人们发展了骨架岩性识别 技术。目前用的最多的是卜n 交会图技术，m 与n 两个参数只与骨 架有关而与孔隙度无关，它利用的是三孔隙度测井两两交会的曲线的斜 率，如图3 一l 、3 _ 2 所示。在中子密度交会图上，岩性线的骨架点 ( = 0 ) 和流体点( 庐= 1 0 0 ) 连线，对应的直线斜率与岩性是一一对应的 关系，此斜率就：是n 。同理，密度声波交会图上岩性线的斜率即是 m 。利用i 卜n 交会可用来识别骨架的岩性。实际应用时用下面两式来定 义m 和n ： m ：些兰生。0 0 1 ：竺二生0 0 1 ( 3 - 1 0 1 p m 。一p fp b p f ：墨丛生：竺生二生 ( 3 1 1 ) 尸。一p p b p f 1 9 石油大学( 华东) 硕士论文 储层评价理论研究 式中a t ，孔隙流体的声波时差( 膨研) ； f 。岩石骨架的声波时差( 声，m ) ； & 地层的声波时差( 雄积) ： p ，。岩石骨架的密度； p ，孔隙流体的密度； 见密度测井值； o 。孔隙流体的含氢指数： m m 。岩：石骨架的含氢指数； o 。地层的含氢指数。 0 0 1 是人为增加的因数，以平衡物理量纲不同引起的m 、n 数值不相当，这样处理便于作图分析。 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 1 乱 和o 嚣o 亡o 密度( 克，立方厘米) 图3 1m 的定义 密度( 克，立方厘米) 图3 2n 的定义 通过岩石的m 、n 值，由此作成交会图可判断岩性。具体解释原理 2 l 鐾 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 是：任何两种单矿物的连线代表这两种矿物构成的过渡岩性，任三种单 矿物构成的岩性三角形，代表这三种矿物组成的混合岩性，绝大多数情 况下可解释为石英、方解石和白云石组成的混合岩性，但也可能是石英、 方解石和硬石膏组成的混合岩性。这需要根据地质上的可能性进行进一 步的判断。当资料点靠近某种矿物点时，就解释为该种矿物。 知道了m 、n 的值后，利用m _ - n 交会图解释图版【1 2 】，根据实际资料 点在解释图版上的位置可以直接解释岩性。解释时需注意特殊岩性、天 然气、扩径的影响。类似地，可直接采用骨架的时差和密度作成交会图 进行骨架岩性的解释，这样作成的交会图称为骨架岩性识别图( m i d ) 。 其应用与m n 交 图类似。 3 4 储层参数的计算 3 4 1 计算地层泥质含量 泥质含量是岩石中颗粒很细的细粉砂( 小于0 1 m m ) 和湿粘土的体积 占岩石体积的百分数，用符号表示。在评价含泥质地层、特别是评 价泥质砂岩时，地层的泥质含量是一个重要的地质参数。泥质含量 不仅能反映地层的岩性，而且地层的有效孔隙度允、渗透率k 、含水 饱和度s 。和束缚水饱和度s 。等储集层参数，均与泥质含量有密切的关 系。同时，几乎所有测井方法都在不同程度上要受到泥质的影响，在应 用测井资料计算地层孔隙度，渗透率k 、含水饱和度s 。以及束缚水 饱和度s 。等参数时，均要用地层泥质含量。因此，准确地计算地层的 泥质含量是测井地层评价中不可缺少的重要方面。 用测并资料计算泥质含量的方法，除相对值法以外，还可应用卵 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 法、电阻率法、自然伽马能谱法以及孔隙度测井( 声波、密度、中子) 交会法。在应用时，可根据本地区地质条件选择适当的方法，或参考上 述方法建立本地区的计算泥质含量的模型。一般来说，各种方法计算的 都是泥质含量的上限值。当用数种方法计算泥质含量时，可选其中 最小值作为最终泥质含量值【1 3 】。 确定泥质含量的方法： 1 相对值法 各种测井方法的测量参数都受到泥质含量的影响，原则上讲都可以 用来确定泥质含量。相对值法的基本原理是认为泥岩的测井读数 ( g m a x ) 代表泥质含量为1 0 0 的测量结果，面纯岩石测井读数( g m i n ) 代表泥质含量为0 时的测量结果，把两者差值作为泥质含量为1 0 0 时 引起的测井读数变化。而每一资料点的测并值s h l g 与g m l n 的差值代 表由这一资料点的泥质含量引起的测井读数变化。大多数测井读数都可 按相对值法计算泥质含量，但应用最好的是自然伽马。 计算方法如下； 相对值 s h , ：坠型堕( i ：l ，2 ，3 )( 3 1 2 ) g m a x g m i n 。 1 、 7, 泥质含量 粗略地说，相对值就可作为泥质含量，但为了与本地的地质参数有 更好的对应关系，也可引入一个经验系数g c u r ，按下式将s h 转换成 ： 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 。：2 g 丽c u r 丽 s h - - - l ( 3 - 1 3 ) n z 2 _ 面丽= 广 式中s h l e 解释层段内第i 条曲线的测井值： g m i n ，第i 条曲线在纯砂岩处的测井值； g m a x ，第i 条曲线在纯泥岩处的测井值： s h ，第i 条曲线泥质相对值； g c u r 地区经验系数，对第三纪地层为3 7 ；对老地层为2 ； 它也可以由本地区的实际资料统计获得。 ，由第f 条曲线求出泥质含量： f 表示任一条铡井曲线，可以是g r 、s p 、r t 、c n l 等。 上述经验公式是a t l a s 公司在美国海湾地区用自然伽马相对值确定 泥质含量的经验关系，后来又推广应用于其它测井方法。泥质含量与自 然伽马相对值之间存在一种指数关系，不同的地层这莉指数关系不一 样，形成指数关系的原因在于：泥质含量相当高时，泥质中除了粘土以 外，细粉砂成分增多。而粘土比细粉砂具有高得多的放射性元素，因此 泥质含量低时，自然伽马相对值变化剧烈，而泥质含量相当高时，自然 伽马相对值增加减缓，结果形成了指数曲线。 2 某些特殊计算方法 ( 1 ) 自然电位法 ( i s p s s p )( 3 - 1 4 ) 式中s p 资料点的自然电位异常； s s p 含水纯岩石的静自然电位，或者是解释井段内纯水层晟 大的自然电位异常。上式说明地层泥质含量愈大则其自然电位异常越 2 4 石油大学( 华东) 硕士论文储层评价理论研究 小，反之则越大。这是关于自然电位异常大小的最一般的概念。 ( 2 ) 电阻率法 v ，