常規(guī)測井資料質(zhì)量自動驗收方法研究與軟件應(yīng)用

摘 要

摘要：當前的測井資料質(zhì)量驗收完全靠人工完成，為了實現(xiàn)驗收工作的自動化，開展了相關(guān)的研究工作：①利用相關(guān)分析法計算主曲線和重復(fù)曲線的深度差和相關(guān)系數(shù)，校深后逐點計算重復(fù)誤差
摘要：當前的測井資料質(zhì)量驗收完全靠人工完成，為了實現(xiàn)驗收工作的自動化，開展了相關(guān)的研究工作：①利用相關(guān)分析法計算主曲線和重復(fù)曲線的深度差和相關(guān)系數(shù)，校深后逐點計算重復(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將曲線的跳動異?？醋饕粋€劇烈的幅度變化與另一個、反向的劇烈幅度變化的組合，在曲線上逐點求差，通過判斷是否存在兩個相鄰且反向的劇烈變化來判斷曲線是否存在跳動異常；④利用活度法進行層段劃分，挑選有代表的層段，計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。在自動驗收方法研究的基礎(chǔ)上，編制了相應(yīng)的自動驗收軟件，在實際應(yīng)用中，軟件驗收效率高，驗收結(jié)果準確客觀，有推廣價值。
關(guān)鍵詞：測井資料；質(zhì)量；自動驗收；曲線；異常；計算機軟件；應(yīng)用
0 引言
    測井資料質(zhì)量驗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)量直接影響測井數(shù)據(jù)處理與解釋的精度，進而關(guān)系到地區(qū)的勘探部署[2～3]。當前的測井資料質(zhì)量驗收工作主要由測井現(xiàn)場監(jiān)督和室內(nèi)資料驗收員憑借個人經(jīng)驗進行，一方面對驗收人員的業(yè)務(wù)能力要求較高，另一方面由于質(zhì)量驗收需要繁復(fù)的數(shù)值計算，即使是富有經(jīng)驗的驗收員，也很難保證驗收工作的準確和高效[1，4～5]。為了降低驗收工作對驗收員能力的要求，提高工作效率和準確性，對測井資料質(zhì)量驗收中最關(guān)鍵的重復(fù)性、曲線幅度異常、曲線對應(yīng)性3個方面的自動驗收方法進行了研究，并編制了相應(yīng)的軟件。
1 測井資料質(zhì)量自動驗收原理
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)標準SY/T 5132—2003《測井原始資料質(zhì)量要求》中規(guī)定了各個測井項目的曲線重復(fù)性質(zhì)量標準[6]。以行業(yè)標準為依據(jù)，對測井曲線重復(fù)性進行驗收。
1.1.1曲線校深
    計算主曲線和重復(fù)曲線的深度差，依據(jù)深度差進行深度匹配，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個采樣點，表示為xn(n=1，2，…，N)，在主曲線上取同深度的N個采樣點表示為yn(n=1，2，…，N)，則xn與yn相關(guān)系數(shù)計算公式如下：
 
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，尋找最大的相關(guān)系數(shù)。將yn相對xn移動M個采樣點后，則xn與yn的相關(guān)系數(shù)為：
 
   M是Yn相對于Xn的深度差(采樣點數(shù)差)，式(2)在M＜＜N時適用。以M為變量，在適當?shù)乃阉鞔伴L內(nèi)變化，則當M正好為yn相對于xn的實際深度差時，計算得到的γxy應(yīng)為最大。以此反推，在搜索窗長范圍內(nèi)，當計算的相關(guān)系數(shù)最大時，M即為yn相對于xn的實際深度差(采樣點數(shù)差)。
1.1.2計算重復(fù)誤差
   根據(jù)質(zhì)量標準，在各個幅度范圍內(nèi)逐點計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)，與標準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、跳動判斷規(guī)則，在進行驗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)，無法計算測定系數(shù)[4]，因此利用相對均方差來表示實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
2.2.1求逐差曲線
測井曲線“跳動”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位于曲線中部的跳動尖峰。為了弱化曲線正常的幅度變化、強化相對劇烈的曲線跳動，對曲線相鄰兩點求差，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)驗值)。
2.2.2跳動判別
    測井曲線“跳動”現(xiàn)象可定義為：曲線在某點幅度值相對前一點發(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是否存在“跳動”時，首先判斷在該點附近(前后m各點)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。
    可用以下兩個條件判斷曲線是否在第九個點(前后各搜索點)發(fā)生了“跳動”。即
 
    式(7)說明在第n個點附近存在較大變化，在滿足式(7)的同時滿足式(8)說明在該點附近也存在較大的反向變化，可判斷為“跳動”。
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)，并用下式來計算其活度：
 
    按照下式對活度曲線進行處理，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)，進而得到層段界面，相鄰兩個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計算相關(guān)系數(shù)
    在選擇的層段內(nèi)，利用式(2)計算曲線之間相關(guān)系數(shù)，與質(zhì)量標準或用戶設(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)量自動驗收方法進行研究的基礎(chǔ)上，編制了相應(yīng)的軟件，在油田的實際應(yīng)用中，提高了驗收工作的效率和準確性。以青海油田某井原始資料的實際驗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)標準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)實際，約定重復(fù)誤差符合標準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90%要符合標準，即50×90%=45m)。軟件經(jīng)計算得：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)誤差符合標準的井段總長度為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)誤差符合標準的井段總長度為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，說明并不是因為儀器遇卡現(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(圖中紅框標示)是軟件挑選的兩個層段，在兩個層段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(負相關(guān)、最小相關(guān)系數(shù)0.7，依據(jù)地區(qū)經(jīng)驗設(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)量自動驗收方法進行深入研究，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現(xiàn)了曲線平直和跳動異常的檢查；將活度法用于曲線對應(yīng)性檢查，提出了對應(yīng)性自動驗收的有效流程。
    2) 在方法研究的基礎(chǔ)上，編制了相應(yīng)的自動驗收軟件，在實際應(yīng)用中，軟件驗收效率高，驗收結(jié)果準確客觀，有推廣價值。
    3) 目前自動驗收軟件作為驗收工作的輔助工具，能夠幫助驗收人員進行部分項目的驗收工作，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收，由于各個測井儀器生產(chǎn)廠家對刻度文件格式嚴格保密，軟件無法讀取正確的刻度信息，因此對刻度驗收無能為力。如何使驗收工作最大限度的自動化，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實驗室)