色彩交會圖在致密砂巖孔隙組分計算中的應用

張晉言，邢強，王紅

（中國石化勝利石油管理局測井公司，山東 東營 257096）

0 引 言

測井解釋原始信息傳統的表征方式是將多種測井信息按對應深度，以各自的數值比例繪制在平行的繪圖道中，具體表現為一條條的測井曲線。多條測井曲線的羅列不但要求測井解釋人員具備較高的識別復雜測井曲線組合及審視曲線隨深度變化的能力，而且要求解釋人員的思維活動應異常敏捷并具有較豐富的經驗。為了方便解釋，設計了各種交會圖以簡化圖形識別工作。但這類交會圖最大的缺陷是丟掉了大部分原始測井曲線中的深度信息。

為解決該問題，Briggs等[1－3]提出了以色彩顯示測井信息的理論基礎——著色信息理論，將多條原始測井曲線的數值變換為RGB色彩空間坐標上的色彩點，從而將傳統的曲線表征轉變為彩色圖像表征。

本文在D-T地區的致密砂巖四孔隙組分計算中，基于著色信息理論，提出了通過建立色彩與孔隙度物性數值變化相吻合的二維色彩交會圖，進行測井信息表征的方法。首先將經典著色信息理論推廣到更符合人視覺特性的HSV色彩空間，再建立對應四孔隙組分的HSV一維色彩空間坐標骨架，形成色彩交會圖，最后基于顏色漸變原理，以色調之間的過渡表征孔隙度值的變化。

1 研究進展

1985年，Briggs等基于著色信息理論，引入了彩色立方體[1－3]。經典著色信息理論模型建立在基于笛卡爾坐標系統的RGB色彩空間上，使用紅、綠、藍3種基色（見圖1）。彩色立方體是一個三維交會圖的坐標骨架，涵蓋了一維、二維和三維的色彩空間坐標變換。本文采用了更符合人視覺特性的HSV色彩空間模型[4]，其對應于圓柱坐標系中的一個圓錐形子集（見圖2）。HSV色彩空間用色調、色飽和度和亮度描述色彩。

2 確定致密砂巖孔隙組分的原理與算法

相對于高孔滲油藏，利用測井信息分析油層孔隙組分建立新油層劃分標準以及對油層進行層內模式細分，評價油層的有效性至關重要。本文利用常規測井資料結合核磁共振測井資料計算低孔隙度低滲透率砂巖儲層黏土束縛水孔隙、束縛流體孔隙、有效小孔隙、有效大孔隙等4種孔隙組分。圖3為四孔隙組分與總孔隙、有效孔隙和束縛水孔隙的關系。

圖3 四孔隙組分與總孔隙、有效孔隙和束縛水孔隙的關系

2.1 確定致密砂巖孔隙組分原理

根據致密泥質砂巖油氣層體積模型（見圖4），利用核磁共振測井與常規測井資料[5]計算四孔隙組分及總孔隙。核磁共振測井中巖石的不同類型孔隙中流體具有不同的弛豫時間。儲層巖石通常含有大小不一的孔隙系統，各種孔隙具有不同的比表面積，因而具有不同的核磁共振弛豫速率（T1和T2），由此構成觀測回波串多指數衰減規律的主要來源。所以，采用多指數反演方法將原始回波數據轉化得到的T2分布代表了具有不同橫向弛豫速率（T2）的巖石孔隙大小的分布。

核磁共振測井測量信號的強度與巖石孔隙流體中氫核含量相關。如果觀測信號能夠正確地反映宏觀磁化強度M，那么它在0時刻的數值大小將與巖石孔隙中的含氫總量成正比。因此，經過恰當的標定，即可把0時刻的信號強度標定為巖石的孔隙度。又由于弛豫機制和弛豫速率的差異，不同孔徑大小的孔隙中的流體將有不同的觀測弛豫速率，出現在T2分布的不同位置上，因此可以進一步把黏土束縛水、毛細管束縛水以及自由流體等各個部分區分開（見圖5）。黏土束縛水的橫向弛豫時間一般很短，如果回波間隔取得比較長，在第1個回波被觀測到之前，其信號就己經完全衰減掉，對觀測信號不會有貢獻；而如果采用很短的回波間隔，提高對短弛豫分量的分辨能力，則可以單獨或同時觀測到黏土束縛水的信號。

圖5 核磁共振測井孔隙度模型

2.2 確定致密砂巖孔隙組分算法

核磁共振測井可以測量得到巖石總孔隙度、黏土束縛水孔隙度、束縛流體孔隙度以及可動流體孔隙度（有效孔隙度），其計算孔隙度數學方法如下。當地層中發育微裂縫等有效大孔隙組分時，密度和中子測井響應包含了有效大孔隙。聲波測井通常認為反映原生粒間孔隙度，即有效小孔隙組分，因此由聲波測井和中子—密度交會孔隙度（φe）可區分這2類孔隙，兩者之差得到有效小孔隙度

3 色彩交會圖的建立

首先建立對應X軸四孔隙組分上的HSV一維色彩空間坐標骨架，并基于顏色漸變原理，以色調之間的過渡表征四孔隙組分的變化，最后形成四孔隙組分與孔隙大小的二維色彩交會圖。基于色彩交會圖將致密砂巖四孔隙組分計算值變化映射為隨深度變化的色彩變化。

3.1 HSV一維色彩空間坐標骨架的建立

（1）設定一維色彩空間坐標骨架長度和寬度及對應孔隙度值；

（2）設定一維坐標中的基色及其排列順序和相對位置，設定5個基色，其歸一化后的HSV值分別為（0.0，0.0，0.5），（0.0，0.5，1.0），（0.0，0.5，0.0），（1.0，1.0，0.0）和（1.0，0.0，1.0）；

（3）根據色彩漸變原理，將這5個基色連接起來，主色中間的顏色為過渡顏色，在視覺上根據其距2個主色距離的不同而包含不同數量的主色。采用色彩線性漸變，其過渡顏色計算公式為

式中，下腳m＝medium；下腳b＝basic。

3.2 二維色彩交會圖的建立

將X軸顯示道均勻地分為4個長度相等的區間，分別對應四孔隙組分；在數據顯示時，相鄰區間孔隙度值之間用線性差值充填（見圖6）。

圖6 二維色彩交會圖建立示意圖

3.3 二維色彩交會圖

選取惠民凹陷D-T地區的T306井進行試驗。儲層孔隙度一般為9%～23%，平均為14.8%，滲透率為（0.16～55）×10－3μm2，平均為2.0×10－3μm2，為典型的低孔隙度低滲透率泥質砂巖油藏。T306井沙三下段巖性中上部為深灰色泥巖、粉砂質泥巖、灰質泥巖、灰白色頁巖與淺灰色灰質粉砂巖互層；下部為厚長泥巖段。由處理顯示結果（見圖7）可以看到，孔隙度值較東二段明顯降低，呈薄互層，說明ES3下儲層物性變差。同時在一些井段中束縛流體孔隙較大，說明有細粉砂巖的存在，符合ES3下地質情況。

圖7 T306井ES3下四孔隙組分計算顯示結果（4004～4052m井段）

圖7中第3道為四孔隙組分二維色彩圖像顯示結果，由色彩交會圖映射后的孔隙組分圖像表征方式比傳統的曲線顯示方式更加的直觀和易讀。

4 在D-T地區孔隙組分計算中的應用

4.1 測井解釋標準及油層類別細分模型的建立

致密砂巖孔隙組分計算結果結合其他參數，可對產層的質量進行分析評價，對解釋結果進行模式細分。依據孔隙組分、滲透率等參數，劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類油層，為試油選層提供滿足精度需要的解釋成果。形成的處理方法及軟件在BN、D-T地區應用，取得良好的應用效果，為試油選層提供了滿足精度需要的評價成果。

綜合T306井和T261井ES3下四孔隙組分分析結果和試油、試采資料，根據孔隙結構分布、滲透率、電阻率、含油飽和度及油層厚度等參數，建立該區ES3下油層模式細分標準，實現對油層類別的準確劃分。

表1 D-T地區沙三下油層模式細分標準

圖8 T261井沙三下段油層模式細分處理成果圖（3650.0～3696.0m井段）

4.2 應用實例

圖8為T261井沙三下段油層模式細分處理成果圖，其中沙三下段3653.8～3668.5m，解釋Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類油層4個層6.4m，Ⅰ類油層1個層2個段1.7m，Ⅱ類油層2個層2.5m，Ⅲ類油層2個層2m。由色彩交會圖映射后的孔隙組分分析圖像可以看到，對應的58號層有效小孔隙組分和有效大孔隙組分占了很大比重，說明此層物性較好，含油飽和度較高，由D-T地區沙三下油層模式細分標準，解釋為1個段II類油層和2個段I類油層；對應的56、57號層基本上是黏土束縛水孔隙，說明這2個層物性明顯變差，含油豐度較低，由油層模式細分標準，解釋為2個層III類油層。58號層原產油1.52t／d，經過壓裂后，日產油6.44t，油產量得到大幅提升。

××961井為老井，采集資料較少。圖9為××961井沙三下段油層模式細分處理成果圖。由色彩交會圖映射后的孔隙組分分析圖像可以看到，該井段孔隙結構復雜（4種孔隙組分皆有顯示），物性較差，非均質性強，泥質含量高。9號層井段3440.0～3447.0m，厚度為7.0m，處理解釋Ⅱ類油層1個段，Ⅲ類油層2個段，分析測井信息，層內發育有泥質條帶，對儲層物性有較大影響，含油飽和度偏低。10號層井段3455.0～3463.0m，厚度為8.0m，孔隙組分分析圖像顯示該層的有效小孔隙組分和有效大孔隙組分明顯優于9號層，而且形成不間斷的大層厚儲層，說明該層段物性、含油性都比9號層好，由油層模式細分標準解釋為Ⅱ類油層2個段，Ⅰ類油層1個段。10號層原產油0.03t／d、產水0.15m3／d，經過壓裂后，日產油4.32t、產水2.16m3，油產量也得到提升。

由以上2個應用實例可以看到，四孔隙組分的圖像表征方式對于解釋結果和油層模式的細分具有重要的作用，對于物性較好的井段進行壓裂，可增加產量。

圖9 ××961井沙三下段油層模式細分處理成果圖（3430.0～3470.0m井段）

5 結 論

（1）提出了一種通過建立色彩交會圖將致密砂巖四孔隙組分計算值變化映射為色彩變化，形成彩色圖像的測井信息表征方法。

（2）實驗結果表明，該方法對于減輕解釋人員負擔，方便解釋工作具有明顯的效果。

（3）該方法在D-T地區的應用，對于低孔隙度低滲透率泥質砂巖儲層的孔隙結構分析，建立新的油層劃分標準以及油層的層內模式細分具有重要的意義，配合了該區低滲透油藏的勘探開發。

[1]Briggs P L.Color Display of Well Logs[J].Journal ofMath Geology，1985，17（4）：481-483.

[2]Collins D R，Doveton J H.Color Images of Kansas Subsurface Geology from Well logs[J].Computers and Geosciences，1986，12（4B）：519-526.

[3]Collins D R，Doveton J H.Application of Color Information Theory to the Display of Lithologic Images From Wireline Logs[C]∥paper II，SPWLA 29th Annual Logging Symposium Transactions.San Antonio，Texas，1988.

[4]阮秋琦.數字圖像處理學[M].北京：電子工業出版社，2001.

[5]洪有密.測井數據處理與綜合解釋[M].東營：中國石油大學出版社，2007.