變權重的高自然伽馬曲線校正法及其在靖安地區長6油層的應用

2018-06-22 09:19:12陳守民李傳浩王碧濤鄭家鈺王建國楊璐菁

石油地質與工程 2018年3期

陳守民，李傳浩，王碧濤，鄭家鈺，王建國，楊璐菁

（1．中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006； 2．中國石油大學石油工程教育部重點實驗室）

所謂高自然伽馬砂巖層是指與常規砂巖層相比，自然伽馬曲線呈高值，甚至與泥巖段接近的砂巖層。利用原始自然伽馬測井曲線計算泥質含量、確定巖性剖面、劃分儲層，往往會將高自然伽馬砂巖層誤認為是泥巖層，從而丟失有效儲層。因此，在原始自然伽馬測井曲線無法有效識別巖性與儲層時，應根據其他能較好地反映巖性的測井曲線，校正原始自然伽馬曲線，使其能夠正確地識別巖性，從而為砂巖識別、測井微相、儲層評價等地質研究工作提供可靠的基礎資料。

筆者基于自然電位、自然伽馬和地層密度的砂泥巖響應機理的互補性，提出了一種變權重的高自然伽馬曲線校正法。首先對自然電位曲線基線漂移校正并對自然伽馬進行井徑環境校正；然后應用其歸一化處理之后的幅度值作為自變量，利用取心井資料確定自變量前的權重系數初始值，建立擬自然伽馬重構公式；最后將此方法成功應用于鄂爾多斯盆地三疊系長6油層組[1-5]。

1 曲線響應機理與曲線重構方法

巖層具有多種地球物理特性，如電學、聲學、核物理學等特性，這些地球物理特性是各種測井方法的物理基礎。巖層的地球物理特性又可以間接和有條件地表征巖層地質特性的某個側面[6-10]。

1.1 變權重自然伽馬曲線響應機理

主要利用具有互補性的自然伽馬（GR）、自然電位（SP）、密度（DEN）曲線響應原理，通過數學變換重新構建一條能夠識別巖性的擬伽馬曲線，為深化測井研究奠定良好基礎。變權重的曲線重構法是采用多參數優化方法而非單一參數識別巖性，其優點在于避免了原始自然伽馬遺漏高伽馬儲層的錯誤認識，提高了巖性識別的精度。

1.2 曲線重構方法

高自然伽馬砂巖識別曲線重構的核心是巖石地球物理特征的優化組合[11-12]。由于原始測井曲線受環境或刻度標準不統一的影響，故需要對參與重構的曲線進行預處理，在此基礎上進行巖性識別曲線重構。

1.2.1 自然電位基線偏移校正

自然電位曲線反映地層的滲透性，易受多種因素（主要是鉆井泥漿、地層水礦化度或溫度的變化）影響，往往導致泥巖基線不穩定而發生偏移，同樣巖性的地層有可能表現為不同的量值，不利于巖性的定量解釋。

選取標準泥巖段的自然電位值作為標準基線，在同一套砂巖層的上下泥巖段各選取一個點，擬合一條直線f（Hj，SPj），根據以下函數關系將各泥巖段校正到標準基線位置。

式中：CSP為基線偏移校正后的自然電位，mV；SP0為標準基線段的自然電位值；SP為原始自然電位；f(Hj,SPj)為線性函數，其中Hj為某一深度段的深度值；SPj為Hj深度段對應的自然電位值。

1.2.2 曲線歸一化

為了使各井曲線的量綱、幅度值大小一致，要對參與重構的這些曲線進行歸一化處理，即將每口井的參與重構的曲線數值范圍規范到同一區間，以保證其對重構貢獻的一致性。采用如下公式對各曲線進行歸一化：

式中一化后曲線的各樣點值；Ct為原曲線各樣點值；為該曲線所有樣點中的最小值；Cmax為該曲線所有樣點中的最大值；n為曲線樣點數；β為歸一化區間的泥巖基線值。

1.2.3 重構伽馬曲線

本次曲線重構主要是在上述預處理的基礎之上，根據各條參與曲線對砂巖識別貢獻率的大小引入變權重系數，構建識別巖性的擬自然伽馬曲線ZGR，以便更有效地識別巖性，具體優化方法如下：

式中，ZGR為重構后的伽馬曲線；DGR為自然伽馬變化量；DSP為校正后的自然電位變化量；DDEN為密度變化量；α1、α2、α3分別為DGR、DSP、DDEN參與重構時所占權重系數，且α1+α2+α3=1。

對各曲線給予不同的“權”系數，體現各曲線的重要程度。合理確定參與重構曲線的權重系數是重構曲線最為關鍵的環節。

首先利用巖心描述資料標定巖性，確定權重系數初始值，然后根據曲線響應特征及質量確定其權重系數。當由于儀器引起的測井曲線不合格（如曲線出現嚴重畸變）時，需適當調整各參與曲線的權重系數。當擴徑現象嚴重或者密度曲線“過于靈敏”或不合格、或者沒有密度曲線時，可將伽馬或自然電位曲線增加權重，或者密度曲線不參與重構；當伽馬曲線非均質性較強，或跳躍嚴重，或當高伽馬砂巖段的自然伽馬值超過普通泥巖基線，或與泥巖基線的比值較大，可將自然電位或密度權重加重，或者伽馬曲線不參與重構。各參數權重需要調整時，系數的確定采用專家系統打分的方法。

巖性識別重構曲線的實現，使不同巖性特征更突出，定量識別更準確，提高了測井解釋過程中巖性識別符合率。

2 實例分析

2.1 研究區地質背景

鄂爾多斯盆地內可劃分為六個次一級構造單元：伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、陜北斜坡、天環坳陷、西緣沖斷構造帶[13]。研究區位于鄂爾多斯盆地中部的伊陜斜坡次級構造單元之中。

靖安地區長6段高伽馬砂巖的放射性 Th元素主要存在于獨居石、金紅石、鐵泥質黏土、鉀長石、部分鋯石、磷灰石、黑云母及巖屑中；放射性 U元素主要存在于大多數鋯石、部分磷灰石、黑云母及含鎂方解石中；放射性K元素主要存在于鉀長石、黑云母、金紅石、鐵泥質黏土、部分鈉長石及巖屑中[1-2]。高伽馬砂巖地球化學特征顯示，火山凝灰巖對高伽馬砂巖的影響是次要的，高伽馬砂巖與來自于盆地東北方向的物源有一定的親緣性，但物源不是高伽馬砂巖形成的主要控制因素。熱液活動可能對高伽馬砂巖的形成有著重要的影響。構造運動使鄂爾多斯盆地基底斷裂帶活動，多期強度不同的構造運動使地層深部熱液流體沿著斷裂帶和裂縫運移至延長組，形成了長6段的高伽馬砂巖。

2.2 方法應用與效果分析

利用巖心描述資料標定巖性后，對于常規砂巖來說，當三條曲線權重一樣時，重構的擬伽馬曲線能很好識別巖性。當出現以下情況時，需要采用專家系統打分的方法確定權重系數：

為檢驗上述方法的有效性，對有取心和試油資料的X-133井進行解釋。圖 1為X-133井擬伽馬曲線重構成果圖。該井在1 911.6～1 915.4 m井段伽馬平均值為115 API，接近泥巖段伽馬基值120 API，為泥巖響應特征；但該段巖心描述為砂巖，兩者相矛盾。重構后伽馬曲線在該深度段的平均值為 45 API，鄰近泥巖段的重構伽馬平均值為120 API，應該解釋為砂巖層，與巖心描述一致。通過試油結果（日產油0.77 t、日產水10.2 m3）驗證，該段屬于砂巖儲層，表明重構曲線解釋的巖性合理。

圖 2為G-153井擬伽馬曲線重構成果圖。該井在1 715～1 734 m井段伽馬平均值約為90 API，泥巖段伽馬基值120 API，純砂巖段伽馬值約為50 API，為泥質粉砂巖或粉砂巖響應特征，但該段巖心描述為細砂巖，兩者相矛盾。重構后伽馬曲線在該深度段的平均值為30 API，鄰近泥巖段的重構伽馬平均值為140 API，該段應該解釋為砂巖層，與巖心描述一致，表明重構曲線解釋的巖性合理。