常規(guī)測井資料質(zhì)量自動(dòng)驗(yàn)收方法研究與軟件應(yīng)用

摘 要

摘要：當(dāng)前的測井資料質(zhì)量驗(yàn)收完全靠人工完成，為了實(shí)現(xiàn)驗(yàn)收工作的自動(dòng)化，開展了相關(guān)的研究工作：①利用相關(guān)分析法計(jì)算主曲線和重復(fù)曲線的深度差和相關(guān)系數(shù)，校深后逐點(diǎn)計(jì)算重復(fù)誤差
摘要：當(dāng)前的測井資料質(zhì)量驗(yàn)收完全靠人工完成，為了實(shí)現(xiàn)驗(yàn)收工作的自動(dòng)化，開展了相關(guān)的研究工作：①利用相關(guān)分析法計(jì)算主曲線和重復(fù)曲線的深度差和相關(guān)系數(shù)，校深后逐點(diǎn)計(jì)算重復(fù)誤差來判斷曲線的重復(fù)性；②將曲線逐段擬合成直線，計(jì)算原曲線與擬合直線的相對均方差，從而判斷曲線中是否存在平直現(xiàn)象；③將曲線的跳動(dòng)異?？醋饕粋€(gè)劇烈的幅度變化與另一個(gè)、反向的劇烈幅度變化的組合，在曲線上逐點(diǎn)求差，通過判斷是否存在兩個(gè)相鄰且反向的劇烈變化來判斷曲線是否存在跳動(dòng)異常；④利用活度法進(jìn)行層段劃分，挑選有代表的層段，計(jì)算層段上曲線之間的相關(guān)系數(shù)，判斷曲線間的對應(yīng)性。在自動(dòng)驗(yàn)收方法研究的基礎(chǔ)上，編制了相應(yīng)的自動(dòng)驗(yàn)收軟件，在實(shí)際應(yīng)用中，軟件驗(yàn)收效率高，驗(yàn)收結(jié)果準(zhǔn)確客觀，有推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：測井資料；質(zhì)量；自動(dòng)驗(yàn)收；曲線；異常；計(jì)算機(jī)軟件；應(yīng)用
0 引言
    測井資料質(zhì)量驗(yàn)收是石油天然氣測井質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。原始資料的質(zhì)量直接影響測井?dāng)?shù)據(jù)處理與解釋的精度，進(jìn)而關(guān)系到地區(qū)的勘探部署[2～3]。當(dāng)前的測井資料質(zhì)量驗(yàn)收工作主要由測井現(xiàn)場監(jiān)督和室內(nèi)資料驗(yàn)收員憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，一方面對驗(yàn)收人員的業(yè)務(wù)能力要求較高，另一方面由于質(zhì)量驗(yàn)收需要繁復(fù)的數(shù)值計(jì)算，即使是富有經(jīng)驗(yàn)的驗(yàn)收員，也很難保證驗(yàn)收工作的準(zhǔn)確和高效[1，4～5]。為了降低驗(yàn)收工作對驗(yàn)收員能力的要求，提高工作效率和準(zhǔn)確性，對測井資料質(zhì)量驗(yàn)收中最關(guān)鍵的重復(fù)性、曲線幅度異常、曲線對應(yīng)性3個(gè)方面的自動(dòng)驗(yàn)收方法進(jìn)行了研究，并編制了相應(yīng)的軟件。
1 測井資料質(zhì)量自動(dòng)驗(yàn)收原理
1.1 重復(fù)性檢查
    重復(fù)性是指在相同的設(shè)備、相同的儀器操作人員、相同的環(huán)境下，同一井段兩次測量的吻合程度，它反映測量工作的穩(wěn)定性[1，4]。石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5132—2003《測井原始資料質(zhì)量要求》中規(guī)定了各個(gè)測井項(xiàng)目的曲線重復(fù)性質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[6]。以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對測井曲線重復(fù)性進(jìn)行驗(yàn)收。
1.1.1曲線校深
    計(jì)算主曲線和重復(fù)曲線的深度差，依據(jù)深度差進(jìn)行深度匹配，使主曲線與重復(fù)曲線深度一致。
設(shè)重復(fù)曲線段上有N個(gè)采樣點(diǎn)，表示為xn(n=1，2，…，N)，在主曲線上取同深度的N個(gè)采樣點(diǎn)表示為yn(n=1，2，…，N)，則xn與yn相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式如下：
 
由于主曲線與重復(fù)曲線測量的是同一井段，因此在深度對麻正確的情況下，兩者之間府該有最好的相關(guān)性。為了得到正確的深度差，需將yn相對xn移動(dòng)，尋找最大的相關(guān)系數(shù)。將yn相對xn移動(dòng)M個(gè)采樣點(diǎn)后，則xn與yn的相關(guān)系數(shù)為：
 
   M是Yn相對于Xn的深度差(采樣點(diǎn)數(shù)差)，式(2)在M＜＜N時(shí)適用。以M為變量，在適當(dāng)?shù)乃阉鞔伴L內(nèi)變化，則當(dāng)M正好為yn相對于xn的實(shí)際深度差時(shí)，計(jì)算得到的γxy應(yīng)為最大。以此反推，在搜索窗長范圍內(nèi)，當(dāng)計(jì)算的相關(guān)系數(shù)最大時(shí)，M即為yn相對于xn的實(shí)際深度差(采樣點(diǎn)數(shù)差)。
1.1.2計(jì)算重復(fù)誤差
   根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在各個(gè)幅度范圍內(nèi)逐點(diǎn)計(jì)算校深后的主曲線與重復(fù)曲線誤差(絕對誤差或相對誤差)，與標(biāo)準(zhǔn)中允許的誤差范圍比較，判斷是否合格。
2 曲線幅度異常檢查
   測井值是地層參數(shù)對測井儀器的物理響應(yīng)，正常的測井過程測得的測井曲線應(yīng)幅度變化適中，不存在與地層條件無關(guān)的平直或跳動(dòng)等異常[1，7]。
    為了對不同幅度范圍的曲線建立統(tǒng)一的平直、跳動(dòng)判斷規(guī)則，在進(jìn)行驗(yàn)收前先對測井曲線做歸一化處理(電阻率曲線取對數(shù)后歸一化)。
2.1 曲線擬合法檢查曲線平直
2.1.1曲線擬合
   測井曲線“平直”現(xiàn)象在曲線圖上的形態(tài)如圖1中RLLD曲線所示，為一段豎直線。因此可將曲線擬合為：
    yn=a   (n=1，2，…，N)    (3)
式中：yn為歸一化后的測井曲線值；a為常數(shù)。
   根據(jù)最小二乘法原理，令實(shí)際曲線與擬合曲線誤差平方和最小，解得：
 
2.1.2平直判別
    由于擬合后的函數(shù)形態(tài)為豎直線段(自變量對應(yīng)變量無影響力)，無法計(jì)算測定系數(shù)[4]，因此利用相對均方差來表示實(shí)際曲線相對于擬合曲線的分布情況。即
 
    相對均方差越小，說明擬合的曲線越接近實(shí)際曲線的形態(tài)。因此可根據(jù)相對均方差的值來判斷曲線是否接近平直。
2.2 逐差法檢查曲線跳動(dòng)
2.2.1求逐差曲線
測井曲線“跳動(dòng)”現(xiàn)象在曲線圖上的形態(tài)如圖1中DT曲線所示，為一段正常幅度變化的曲線包含一個(gè)位于曲線中部的跳動(dòng)尖峰。為了弱化曲線正常的幅度變化、強(qiáng)化相對劇烈的曲線跳動(dòng)，對曲線相鄰兩點(diǎn)求差，并作以下處理得到逐差曲線。即
 
其中：△y=yn-yn-1(n=2，3，…，N)；ε為固定值(經(jīng)驗(yàn)值)。
2.2.2跳動(dòng)判別
    測井曲線“跳動(dòng)”現(xiàn)象可定義為：曲線在某點(diǎn)幅度值相對前一點(diǎn)發(fā)生較大變化，在一定的搜索范圍內(nèi)又發(fā)生較大的反向變化(相對前一變化)。因此檢查曲線在某點(diǎn)是否存在“跳動(dòng)”時(shí)，首先判斷在該點(diǎn)附近(前后m各點(diǎn))是否發(fā)生了較大變化，然后判斷是否也存在較大的反向變化。
    可用以下兩個(gè)條件判斷曲線是否在第九個(gè)點(diǎn)(前后各搜索點(diǎn))發(fā)生了“跳動(dòng)”。即
 
    式(7)說明在第n個(gè)點(diǎn)附近存在較大變化，在滿足式(7)的同時(shí)滿足式(8)說明在該點(diǎn)附近也存在較大的反向變化，可判斷為“跳動(dòng)”。
2.3 曲線對應(yīng)性檢查
    曲線對應(yīng)性檢查是在巖性特征明顯層段檢查各種測井響應(yīng)是否具有正確的響應(yīng)，通過計(jì)算特定層段曲線之間的相關(guān)系數(shù)來檢查其對應(yīng)性[1]。
2.3.1劃分層段
    活度能反應(yīng)曲線的變化率，進(jìn)而指示地層界面，因此采用活度法劃分層段。
    選擇一條能較好反映巖性界面的曲線(通常為伽馬曲線)，記為yn(n=1，2，…，N)，并用下式來計(jì)算其活度：
 
    按照下式對活度曲線進(jìn)行處理，得到活度曲線上各段的變化類型：
 
其中：△an=an+a-an
    如果相鄰兩段的曲線變化類型相同，則將其合并為一段，變化類型依然用式(10)判斷，直到任意相鄰兩段變化類型都不相同。根據(jù)各段曲線變化類型，可以找到活度曲線的峰值位置(曲線變化類型up-down或up-zero-down)，進(jìn)而得到層段界面，相鄰兩個(gè)層段界面之間的深度段，即為劃分得到的層段。
2.3.2選擇層段
    在劃分得到的層段中，選擇層段界面明顯(表現(xiàn)為活度峰值大)、層段內(nèi)曲線值變化較小(表現(xiàn)為層段內(nèi)曲線均方差小)、厚度較大的層段。
2.3.3計(jì)算相關(guān)系數(shù)
    在選擇的層段內(nèi)，利用式(2)計(jì)算曲線之間相關(guān)系數(shù)，與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或用戶設(shè)定范圍比較，判斷曲線質(zhì)量。
3 軟件應(yīng)用
    在對測井資料質(zhì)量自動(dòng)驗(yàn)收方法進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，編制了相應(yīng)的軟件，在油田的實(shí)際應(yīng)用中，提高了驗(yàn)收工作的效率和準(zhǔn)確性。以青海油田某井原始資料的實(shí)際驗(yàn)收情況為例說明軟件的有效性。
    圖2為資料中深度校正后的總自然伽馬(SGR)、鉀含量(K)曲線的主曲線和重復(fù)曲線圖，石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5132—2003《測井原始資料質(zhì)量要求》中對自然伽馬能譜測井重復(fù)性的要求為：重復(fù)曲線與主曲線形狀基本相同，總自然伽馬重復(fù)測量值相對誤差應(yīng)小于5%，鉀的重復(fù)測量值相對誤差應(yīng)小于10%。結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，約定重復(fù)誤差符合標(biāo)準(zhǔn)的井段總長度不得少于45m(常規(guī)測井重復(fù)曲線至少測50m，50m時(shí)90%要符合標(biāo)準(zhǔn)，即50×90%=45m)。軟件經(jīng)計(jì)算得：曲線SGR重復(fù)曲線與主曲線相關(guān)系數(shù)為0.983，曲線校深后，重復(fù)誤差符合標(biāo)準(zhǔn)的井段總長度為53.5m；曲線K重復(fù)曲線與主曲線相關(guān)系數(shù)為0.765，校深后，重復(fù)誤差符合標(biāo)準(zhǔn)的井段總長度為36.5m。因此，軟件得到重復(fù)性檢查結(jié)論：曲線SGR合格，曲線K不合格。
 
    圖3為資料中感應(yīng)電阻率曲線(RILD)及同次測井帶測的張力曲線(TEN)、速度曲線(SPD)。軟件利用曲線擬合法檢查出1888.11～1889.21m為平直段(幅度值均為0.2Ω·m，該段相對均方差為0)，同時(shí)張力曲線和速度曲線在相應(yīng)的深度段沒有明顯異常，說明并不是因?yàn)閮x器遇卡現(xiàn)象引起的平直段.因此軟件判斷1888.11～1889.21m為平直異常。
 
    圖4是資料中伽馬曲線(GR)、密度曲線(DEN)、中子曲線(CN)。以GR曲線為基準(zhǔn)曲線劃分層段并挑選層段，1736.81～1750.61m和1768.01～1777.51m(圖中紅框標(biāo)示)是軟件挑選的兩個(gè)層段，在兩個(gè)層段DEN曲線和CN曲線的相關(guān)系數(shù)分別為-0.75和-0.74，與預(yù)先設(shè)置的規(guī)則(負(fù)相關(guān)、最小相關(guān)系數(shù)0.7，依據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置)相比，軟件判斷DEN曲線和CN曲線的對應(yīng)性合格。
 
4 結(jié)論
   1) 對測井資料質(zhì)量自動(dòng)驗(yàn)收方法進(jìn)行深入研究，將相關(guān)分析方法應(yīng)用到重復(fù)性檢查，解決了計(jì)算主曲線與重復(fù)曲線深度差和相關(guān)系數(shù)的問題；利用曲線擬合法和逐差法分別實(shí)現(xiàn)了曲線平直和跳動(dòng)異常的檢查；將活度法用于曲線對應(yīng)性檢查，提出了對應(yīng)性自動(dòng)驗(yàn)收的有效流程。
    2) 在方法研究的基礎(chǔ)上，編制了相應(yīng)的自動(dòng)驗(yàn)收軟件，在實(shí)際應(yīng)用中，軟件驗(yàn)收效率高，驗(yàn)收結(jié)果準(zhǔn)確客觀，有推廣價(jià)值。
    3) 目前自動(dòng)驗(yàn)收軟件作為驗(yàn)收工作的輔助工具，能夠幫助驗(yàn)收人員進(jìn)行部分項(xiàng)目的驗(yàn)收工作，但它在功能上有一定的局限性，比如質(zhì)量控制中極為重要的刻度驗(yàn)收，由于各個(gè)測井儀器生產(chǎn)廠家對刻度文件格式嚴(yán)格保密，軟件無法讀取正確的刻度信息，因此對刻度驗(yàn)收無能為力。如何使驗(yàn)收工作最大限度的自動(dòng)化，是今后的研究方向。
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(本文作者：張軍 李洪奇 中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)