CN104730095A - 一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，包括：区块重点井资料的测井、岩心数据采集；对岩心分别进行地面伽马测量和X衍射分析，确定岩心的伽马值和粘土含量；应用地面伽马值和测井伽马值的对比实现岩心的深度归位；读取岩心实际深度所对应的电成像测井资料并进行图像预处理；对预处理后的电成像测井数据进行直方图统计，得到电阻率分布；应用共轭梯度最优化技术得到泥岩的电阻率分布范围界限，进而统计粘土体积含量；再结合实验所得粘土含量将体积含量校正成质量分数，得到可靠的粘土含量。该方法能有效满足复杂地层(岩性复杂、薄互层及其发育)的粘土含量测量，对于油气层饱和度模型及附加导电等研究具有重要意义。

Description

一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法

技术领域

本发明属于地球物理测井或石油地质领域，具体地说是涉及一种利用电成像测井资料和岩心分析数据进行复杂地层的粘土含量精确测量的方法。

背景技术

粘土在地层中十分常见，是影响储层电学性质、渗流性能和储集空间有效性的重要因素。在复杂地层中，岩石骨架矿物及含量变化大、砂泥岩薄互层普遍发育，使得常规测井信息如自然伽马、电阻率、声波、密度、中子和自然电位等难以反应砂泥岩信息，从而导致粘土含量测量困难。

目前，常用于粘土含量建模的方法仍是以常规测井为基础，这种方法在薄互层发育和骨架矿物变化频繁的地层测量效果较差。虽然目前有一些特殊测井技术如电成像测井、阵列声波测井和核磁共振测井能弥补常规测井资料分辨率低的问题，但国内外学者并未深入分析它们与粘土发育的关系，也缺乏应用这些资料来计算粘土含量的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，该方法可提供准确的粘土含量数据，从而为地层评价和流体识别奠定基础。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，包括以下步骤：

a确定取心井段并进行连续取心，同时获取测井伽马值；

b对所取岩心进行地面伽马扫描，得到岩心伽马值；将岩心磨成粉末，应用X衍射得到岩心的粘土含量；

c将岩心伽马值与测井伽马值进行比对，得到岩心准确的实际深度，实现岩心的深度归位；

d取出每块岩心实际深度的原始电成像测井资料，经预处理后，得到表征地层电阻率的电成像资料；

e将表征地层电阻率的电成像资料生成电阻率分布图，并确定粘土的电阻率界限；

f在电阻率分布图中，根据确定的粘土电阻率界限统计粘土体积含量，并采用粘土含量的校正公式将体积含量校正成质量分数，完成粘土含量的测量；粘土含量的校正公式为：

V_质量分数＝a×V_体积含量+b      (1)

式(1)中a和b分别为拟合系数，具体采用下式(2)拟合得到：

V_clay-XRD＝a×V_clay-FMI+b      (2)

式(2)中：V_clay-XRD为X衍射所得粘土质量分数；V_clay-FMI为根据电成像测井处理所得粘土体积含量。

优选的，步骤a中：岩心获取采用等间距采样，采样间隔为每米30个点。

优选的，步骤b中：对所取岩心进行地面伽马扫描时，取样间隔为每米10个点；进行岩心地面伽马测量的每份样品质量大于25g，进行岩石X衍射实验的每份样品质量大于20g。

优选的，步骤d中：所述预处理步骤包括加速度校正、均衡化处理、异常电极校正、电压校正和图像增强。

优选的，步骤e中：所述电阻率界限应用共轭梯度最优化方法自动确定。

优选的，电阻率分布函数采用式(3)进行逼近：

$H=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j{G}_j=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{j}G(x,u_j,{\mathrm{\σ}}_j)=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_j\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{1}{2}{\left(\frac{x-u_j}{{\mathrm{\σ}}_j}\right)}^2}---\left(3\right)$

式(3)中：u_j为第j个高斯函数所对应的峰值；σ_j为第j个高斯函数所对应的标准差；x为从成像测井数据静态处理后得到的电阻率；a_j为第j个高斯函数所对应的面积；H为频率。

优选的，所述粘土的电阻率界限为(0，u₁－3σ₁)。

优选地，上述实验是在常温常压(温度为25℃、压力为0.1MPa)在进行的。

优选地，上述成像测井数据选取的深度为0.125米，对应50个采样点，电阻率数据为50*144＝7200个。

优选的，上述电阻率分布的多峰拟合应用标准高斯函数，峰值个数根据岩石成分确定，一般为5个。

本发明的有益技术效果是：

本发明根据粘土的导电特性，将电成像测井资料与地层粘土含量建立关系，能有效满足复杂地层(岩性复杂、薄互层及其发育)的粘土含量测量，对于油气层饱和度模型及附加导电等研究具有重要意义。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明的流程示意图；

图2为岩心采样间隔及需进行X衍射实验和地面伽马实验的样品示意图；

图3主要示出了电成像测井原始图和预处理后的静态加强图。

图4主要示出了经预处理后某特定深度的电阻率分布。

图5主要示出了电阻率分布的多峰拟合及优化求解技术所得到的粘土边界。

图6主要示出了优化求解技术拟合结果的误差分布。

图7主要示出了从电成像测井所得粘土含量与X衍射所得粘土含量的关系。

具体实施方式

本发明提供一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，该方法通过深入挖掘电成像测井资料中的内涵信息，并基于物理理论的约束，通过数学算法和岩心资料的综合分析，构建适合于复杂地层粘土含量精细建模的方法，为地质和地球物理工作者提供准确的粘土含量数据，从而为地层评价和流体识别奠定基础。

本发明基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法的具体流程如图1所示，包括区块重点井资料的测井、岩心数据采集；对岩心分别进行地面伽马测量和X衍射分析，确定岩心的伽马值和粘土含量；应用地面伽马和测井伽马的对比实现岩心的深度归位；读取岩心实际深度所对应的电成像测井资料并进行图像预处理；对预处理后的表征地层电阻率的电成像资料进行直方图统计，得到电阻率分布图；应用共轭梯度最优化方法即优化求解技术得到泥岩的电阻率范围界限；进而统计粘土体积含量，再结合实验所得粘土含量(质量分数)将体积含量校正成质量分数，得到可靠的粘土含量。

下面对本发明进行详细说明：

一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，包括以下步骤：

a确定取心井段并进行连续取心，岩心获取采用等间距采样，采样间隔为每米30个点，从而极大地克服了地层非均质性和薄互层对测量结果的影响。同时进行测井，获取测井伽马值。

b对所取岩心进行地面伽马扫描(取样间隔变大，每米10个点)，得到岩心伽马值。将岩心磨成粉末，应用X衍射得到岩心的粘土含量，如图2所示。进行岩心地面伽马测量的每份样品质量应大于25g，进行岩石X衍射实验的每份样品质量应大于20g。

c将岩心伽马值与测井伽马值进行比对，得到岩心准确的实际深度，实现岩心的深度归位。该比对方法摒弃了以往用三孔隙度曲线与岩心孔隙度进行对比分析的归位方法，其深度归位效果大大提高。

d取出每块岩心实际深度的原始电成像测井资料，如图3a所示，经加速度校正、均衡化处理、异常电极校正、电压校正等和图像增强方法，得到表征地层电阻率的电成像资料，如图3b所示。

e将表征地层电阻率的电成像资料进行直方图统计，生成电阻率分布图，如图4所示；并确定粘土的电阻率界限。电阻率界限应用共轭梯度最优化方法自动确定。电阻率分布的多峰拟合应用标准高斯函数，具体地电阻率分布函数采用式(3)进行逼近：

$H=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j{G}_j=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{j}G(x,u_j,{\mathrm{\σ}}_j)=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_j\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{1}{2}{\left(\frac{x-u_j}{{\mathrm{\σ}}_j}\right)}^2}---\left(3\right)$

式(3)中：u_j为第j个高斯函数所对应的峰值；σ_j为第j个高斯函数所对应的标准差；x为从成像测井数据静态处理后得到的电阻率；a_j为第j个高斯函数所对应的面积(含量)；H为频率。优选电阻率界限为(0，u_j－3σ_j)。

图5主要示出了电阻率分布的多峰拟合及优化求解技术所得到的粘土边界。优选的，上述电阻率分布的多峰拟合应用标准高斯函数，峰值个数根据岩石成分确定，一般为5个。图6主要示出了优化求解技术拟合结果的误差分布，从图中可以看出误差范围较小。

优选的，上述优化求解技术应用粒子群和共轭梯度相结合的方法，保证全局收敛，使得所得参数为全局最优值。

f在电阻率分布图中，根据确定的粘土电阻率界限统计粘土体积含量，并采用粘土含量的校正公式将体积含量校正成质量分数，完成粘土含量的测量，生成曲线并保存；粘土含量的校正公式为：

V_质量分数＝a×V_体积含量+b     (1)

式(1)中a和b分别为拟合系数，具体采用下式(2)拟合得到：

V_clay-XRD＝a×V_clay-FMI+b     (2)

式(2)中：V_clay-XRD为X衍射所得粘土质量分数；V_clay-FMI为根据电成像测井处理所得粘土体积含量。

图7主要示出了从电成像测井所得粘土含量与X衍射所得粘土含量的关系，从图中可看出二者呈线性关系。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

a确定取心井段并进行连续取心，同时获取测井伽马值；

b对所取岩心进行地面伽马扫描，得到岩心伽马值；将岩心磨成粉末，应用X衍射得到岩心的粘土含量；

c将岩心伽马值与测井伽马值进行比对，得到岩心准确的实际深度，实现岩心的深度归位；

d取出每块岩心实际深度的原始电成像测井资料，经预处理后，得到表征地层电阻率的电成像资料；

e将表征地层电阻率的电成像资料生成电阻率分布图，并确定粘土的电阻率界限；

f在电阻率分布图中，根据确定的粘土电阻率界限统计粘土体积含量，并采用粘土含量的校正公式将体积含量校正成质量分数，完成粘土含量的计算；粘土含量的校正公式为：

V_质量分数＝a×V_体积含量+b    (1)

式(1)中a和b分别为拟合系数，具体采用下式(2)拟合得到：

V_clay-XRD＝a×V_clay-FMI+b    (2)

式(2)中：V_clay-XRD为X衍射所得粘土质量分数；V_clay-FMI为根据电成像测井处理所得粘土体积含量。

2.根据权利要求1所述的一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，其特征在于，步骤a中：岩心获取采用等间距采样，采样间隔为每米30个点。

3.根据权利要求1所述的一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，其特征在于，步骤b中：对所取岩心进行地面伽马扫描时，取样间隔为每米10个点；进行岩心地面伽马测量的每份样品质量大于25g，进行岩石X衍射实验的每份样品质量大于20g。

4.根据权利要求1所述的一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，其特征在于，步骤d中：所述预处理步骤包括加速度校正、均衡化处理、异常电极校正、电压校正和图像增强。

5.根据权利要求1所述的一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，其特征在于，步骤e中：所述电阻率界限应用共轭梯度最优化方法自动确定。

6.根据权利要求5所述的一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，其特征在于，电阻率分布函数采用式(3)进行逼近：

$H=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j{G}_j=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{j}G(x,u_j,{\mathrm{\σ}}_j)=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_j\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{1}{2}{\left(\frac{x-u_j}{{\mathrm{\σ}}_j}\right)}^2}---\left(3\right)$

式(3)中：u_j为第j个高斯函数所对应的峰值；σ_j为第j个高斯函数所对应的标准差；x为从成像测井数据静态处理后得到的电阻率；a_j为第j个高斯函数所对应的面积；H为频率。

7.根据权利要求6所述的一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，其特征在于，所述粘土的电阻率界限为(0，u₁－3σ₁)。