CN107505344A - 利用“最小二乘积”法的岩性解释方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于“最小二乘积”法的岩性解释评价方法，是通过对研究区块钻井岩屑的X射线荧光分析获取地层岩石元素含量，然后对照录井数据，对不同地层单元岩性的各元素值进行均值计算，形成该层段各井的岩性‑元素对比数据库，通过敏感元素分析，得出同一区块不同地层单元反应不同岩性的主要元素特征含量曲线标准图谱；将实测数据对应元素含量曲线图谱与标准图谱进行对比，通过最小二乘法对比相似度，相似度最高图谱对应的岩性则为实测数据岩性。本发明能实现地层岩性的定量化解释识别，提高地层岩性解释符合率，减少现场人员由于经验不足造成对地层岩性的误判。

Description

利用“最小二乘积”法的岩性解释方法

技术领域

本发明涉及地质、录井工程服务领域，特别涉及一种基于“最小二乘积”法的岩性解释评价方法，为井场录井地层岩性定量化解释识别，可以用于岩浆岩和沉积岩的定量化解释识别，对地层岩性进行直观、快速识别。

背景技术

在油气钻井过程中，地层岩性识别是其中最基本，也是最重要的一项技术，及时准确地识别地层岩性是正确选择施工参数、确保钻井安全、提高油气勘探效率的重要保证。目前所采用的传统岩性识别方法主要是通过人工或借助简单的光学仪器观察岩屑组成成分定性描述地层岩性。这种方法往往由于现场人员的经验存在差异，对同一个岩屑样品的岩石定名或特征描述会有较大的差别，甚至造成对地层岩性的误判。

随着石油钻井新工艺技术的飞速发展，如PDC钻头、气体钻井技术的应用和油气勘探开发难度的加大，由井底返出的岩屑十分细碎，甚至呈粉尘状，常规岩屑录井技术对地层岩性难以识别。X射线荧光元素录井技术的推广应用，给岩性识别增添了新的手段，但目前该技术的应用研究还不够深入，岩性解释方法欠缺。寻找规律性，建立有效的X射线荧光录井技术的解释评价方法已成为当务之急。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，提供一种基于“最小二乘积”法的岩性解释评价方法，利用X射线荧光录井技术，实现地层岩性的定量化解释识别，提高地层岩性解释符合率，减少现场人员由于经验不足造成对地层岩性的误判。

本发明为解决技术问题的技术方案是基于“最小二乘积”法的岩性解释评价方法，包括如下步骤：

S1：对研究区块或相邻区块典型井钻井岩屑进行X射线荧光采集分析，建立地层岩石元素含量数据库；

S2:建立研究区块各层段的岩性-元素含量均值对比数据库；

S3:利用元素交会分析法提取岩性敏感元素，建立研究区不同地层单元反应不同岩性的主要元素特征含量曲线标准图谱；

S4:通过最小二乘积法将实测数据对应元素含量曲线图谱与标准图谱进行对比，识别判断岩性。

所述步骤S1具体为：获取地层岩石元素含量，包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Sr、Zr十七种元素，采集和记录步长为1～5m，每口井自录井开始连续采集分析。

所述步骤S2具体为：根据典型井各地层单元内岩性类别，对各地层单元不同岩性的钻井岩屑X射线荧光采集分析数据进行均值计算。

所述步骤S3具体为：

(1)结合岩性录井资料，在已采集元素数据校正基础上，进行两两元素交会分析；

(2)提取对岩性反应较为敏感的元素；

(3)挑选敏感元素进行特征剖面的建立；

(4)得出同一区块不同地层单元反应不同岩性的主要元素特征含量曲线标准图谱。

所述步骤S4具体为：

(1)采集正钻井地层岩屑的元素录井数据；

(2)将实测数据对应主要元素含量的曲线图谱与标准图谱进行对比；

(3)采用最小二乘积法进行判别分析，通过最小二乘积法对比图谱的相似度，与标准图谱相似度最高的图谱对应的岩性则为实测数据的岩性，其计算比对方法为：

1)、首先提取实测样品谱图中的特征峰值数据，得到下列n组数据:

(X₁，Peak1₁)，(X₂，Peak1₂)，…，(X_n，Peak1_n)

式中：X₁，X₂，…,X_n为研究区筛选出的反应岩性特征的主要元素，例如Na、Mg、Al；

Peak1₁，Peak1₂…，Peak1_n为相应元素的特征峰值数据；

2)、然后在标准谱图库中查找相应的n组数据:

(X₁，Peak2₁)，(X₂，Peak2₂)，…，(X_n，Peak2_n)

式中：Peak2₁，Peak2₂…，Peak2_n为相应元素在标准谱图库中的特征峰值数据；

3)、将X坐标相同的两个峰值相除，得到下列n组数据:

(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)，…，(X_n，Y_n)

4)、从这n组数据来看，如果两个谱图完全相似，则坐标连接是一条直线，可以判定两个谱图对应相同的岩性；但是，实际情况不可能完全相同，则要对这组数据进行一元线性回归处理，步骤如下:

①

②

③

④

⑤

式中：x为研究区建立标准图谱的主要元素含量；

y为实测样品谱图中特征峰值与标准谱图库中对应元素峰值的比值；

5)、最后用相关系数进行检验，相关系数反映了变量x和y之间的密切程度，用下式定义：

用实测样品谱图依次与标准谱图库中的谱图比对，找出其中|r|值最大的谱图，表明两个谱图最为相似，并以此谱图对应的岩性来判别实测样品的岩性。

有益效果：

1、本发明提供一种采用X射线荧光录井技术识别地层岩性新方法，利用“最小二乘积”法进行岩性解释，应用该方法能够实现地层岩性的快速识别和定量解释，为后续测井、完井及综合研究等勘探开发决策提供依据；该解释方法为准确识别岩性和正确判断地层提供了强有力的技术支持，有效地解决了PDC钻头、气体钻井等钻井条件下的录井技术瓶颈问题，并且能在储层物性评价、储层流体性质识别、沉积相研究诸多方面发挥作用。

2、本发明应用简单、实用、符合率较高，适用范围较广，特别在勘探评价阶段，能较快速、准确的识别地层岩性，具有独特的技术优势。

附图说明

图1为本发明主要方法流程图；

图2二元分异筛选法散点分布类型:

其中：(a)Si-Fe元素交会图；(b)Si-Ca元素交会图；(c)Ti-Al元素交会图；(d)Mg-Mg元素交会图；

图3秦皇岛区块中生界岩浆岩与沉积岩敏感元素筛选交会图：

其中：(a)Si-Mg元素交会图；(b)Al-Fe元素交会图；(c)Ti-P元素交会图；

图4秦皇岛区块中生界多元素两两交会图；

其中：(a)Si-Al元素交会图；(b)Si-Ca元素交会图；(c)Si-P元素交会图；(d)Si-Ti元素交会图；(e)Si-Fe元素交会图；(f)Si-K元素交会图；(g)Ti-Al元素交会图；(h)Ti-Ca元素交会图；(i)Si-Mg元素交会图；(j)Si-Mn元素交会图；(k)Ti-Fe元素交会图；(l)Ti-K元素交会图；

图5秦皇岛区块古生界多元素两两交会图；

其中：(a)Si-Al元素交会图；(b)Si-Ca元素交会图；(c)Si-Fe元素交会图；(d)Si-K元素交会图；(e)Si-Mg元素交会图；(f)Si-Mn元素交会图；(g)Si-P元素交会图；(h)Si-Ti元素交会图；(i)Ti-Al元素交会图；(j)Ti-Ca元素交会图；(k)Ti-Fe元素交会图；(l)Ti-K元素交会图；(m)Ti-Mg元素交会图；(n)Ti-Mn元素交会图；(o)Ti-P元素交会图；(p)Al-Ca元素交会图；

图6秦皇岛区块主要岩性特征元素含量曲线标准图谱：

其中：(a)砂岩；(b)泥质砂岩；(c)泥岩；(d)碳酸盐岩；(e)酸性岩浆岩；(f)基性、超基性岩浆岩；(g)中性岩浆岩；

图7秦皇岛区块X构造A井实测元素含量曲线图谱：

其中：(a)2030m实测元素含量；(b)2035m实测元素含量；(c)2040m实测元素含量；(d)2045m实测元素含量；(e)2050m实测元素含量；(f)2055m实测元素含量；(g)2060m实测元素含量；(h)2065m实测元素含量；

图8秦皇岛区块X构造B井实测元素含量曲线图谱：

其中：(a)1995m实测元素含量；(b)2000m实测元素含量；(c)2010m实测元素含量。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步的描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，一种基于“最小二乘积”法的岩性解释评价方法，主要步骤包括：

S1：对研究区块或相邻区块典型井钻井岩屑进行X射线荧光采集分析，建立地层岩石元素含量数据库；具体为获取地层岩石元素含量，包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Sr、Zr十七种元素，采集和记录步长范围为1～5m，每口井自录井开始连续采集分析。

S2:建立研究区块各层段的岩性-元素含量均值对比数据库；具体为根据典型井各地层单元内岩性类别，对各地层单元不同岩性的钻井岩屑X射线荧光采集分析数据进行均值计算。

S3:利用元素交会分析法提取岩性敏感元素，建立研究区不同地层单元反应不同岩性的主要元素特征含量曲线标准图谱；具体为结合岩性录井资料，在已采集元素数据校正基础上，进行两两元素交会分析，提取对岩性反应较为敏感的元素，挑选敏感元素进行特征剖面的建立，得出同一区块不同地层单元反应不同岩性的主要元素特征含量曲线标准图谱。

S4:通过最小二乘积法将实测数据对应元素含量曲线图谱与标准图谱进行对比，识别判断岩性；具体为采集正钻井地层岩屑的元素录井数据，将实测数据对应主要元素含量的曲线图谱与标准图谱进行对比，本发明采用最小二乘积法进行判别分析，通过最小二乘积法对比图谱的相似度，与标准图谱相似度最高的图谱对应的岩性则为实测数据的岩性，其计算比对方法为：

1)、首先提取实测样品谱图中的特征峰值数据，得到下列n组数据:

(X₁，Peak1₁)，(X₂，Peak1₂)，…，(X_n，Peak1_n)

式中：X₁，X₂，…,X_n为研究区筛选出的反应岩性特征的主要元素，例如Na、Mg、Al；

Peak1₁，Peak1₂…，Peak1_n为相应元素的特征峰值数据；

2)、然后在标准谱图库中查找相应的n组数据:

(X₁，Peak2₁)，(X₂，Peak2₂)，…，(X_n，Peak2_n)

式中：Peak2₁，Peak2₂…，Peak2_n为相应元素在标准谱图库中的特征峰值数据；

3)、将X坐标相同的两个峰值相除，得到下列n组数据:

(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)，…，(X_n，Y_n)

4)、从这n组数据来看，如果两个谱图完全相似，则坐标连接是一条直线，可以判定两个谱图对应相同的岩性；但是，实际情况不可能完全相同，则要对这组数据进行一元线性回归处理，步骤如下:

①

②

③

④

⑤

式中：x为研究区建立标准图谱的主要元素含量；

y为实测样品谱图中特征峰值与标准谱图库中对应元素峰值的比值；

5)、最后用相关系数进行检验，相关系数反映了变量x和y之间的密切程度，用下式定义：

用实测样品谱图依次与标准谱图库中的谱图比对，找出其中|r|值最大的谱图，表明两个谱图最为相似，并以此谱图对应的岩性来判别实测样品的岩性。

详细说明本发明方法步骤：

1)、对研究区块或相邻区块典型井钻井岩屑进行X射线荧光采集分析，获取地层岩石元素含量，例如在秦皇岛区块某井对钻井岩屑进行X射线荧光采集分析，采集和记录步长为每2米1点，包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Sr、Zr十七种元素，见表1：

表1秦皇岛区块某井钻井岩屑X射线荧光采集分析数据表

2)、在研究区块钻井岩屑X射线荧光采集分析的基础上，对研究区各地层单元内岩性组合类型，尽量细分，对照录井数据，对各段岩性的各元素值进行均值计算，完成不同岩性-元素特征值的提取，建立研究区不同地层单元岩性-元素特征值数据库。

例如，根据秦皇岛区块东营组地层岩性类别，对不同岩性的钻井岩屑X射线荧光采集分析数据进行均值计算，形成岩性-元素含量均值对比数据库，见表2：

表2秦皇岛区块东营组岩性-元素比对数据表

3)、结合岩性录井资料，在已采集元素数据校正基础上，进行两两元素交会分析，提取对岩性反应较为敏感的元素，以便后续挑选主要元素进行特征曲线图谱的建立。

两两元素交会分析选用二元分异筛选法进行，交会图内散点分布类型主要可分为4种类型，包括：一元可区分型；二元可区分型(横向、纵向)；混合不可区分型，如图2所示。

通过进行元素交会分析，在一元可区分型及二元可区分型中选取对岩性判别起到明显作用的元素，即敏感元素。

①秦皇岛区块中生界为例

秦皇岛区块位于渤海探区中北部，中生界地层的岩性主要为碎屑岩、火山岩和碳酸盐岩，其中火山岩主要以喷出岩为主，通过多种元素两两交汇成图，如图3所示，发现岩浆岩中Mg、Fe、P元素的值明显高于砂泥岩与碎屑岩元素特征值，说明利用这3个元素组合可以很好区分岩浆岩与沉积岩，如图4所示。

②以秦皇岛区块古生界为例

古生界地层主要以碳酸盐岩为主，其上古地层偶见薄层砂泥岩，其中岩性区分主要涉及到碎屑岩与碳酸盐岩之间的区分，两者区分主要利用Ca、Mg两种元素即可对岩性进行很好的区分，因此，利用交会图分析即可将Ca、Mg这两种元素筛选出来，如图5所示，作为岩性识别的主力识别敏感元素。

4)、把研究区各地层单元通过敏感元素筛选出的主要元素，建立特征曲线图谱。将每种岩性主要元素特征含量按出峰顺序投入到坐标系中，建立该区块岩性元素特征含量曲线标准图谱。

例如在秦皇岛区块中生界地层，根据该区建立的岩性-元素比对数据库，所有岩性分别对17中元素进行两两交汇，找到对岩性区分较为明显的元素，综合分析后得到Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、Mn、Fe八种元素对该区块中生界岩性识别较为敏感，见表3，并建立该区中生界地层岩性元素特征含量曲线标准图谱，如图6所示：

表3不同岩性元素分布特征(以秦皇岛区块中生界为例)

5)、将研究区正钻井的岩屑实测元素含量导入坐标轴得出折线图，由于各种岩性都有稳定的标准谱图，将测量岩屑的谱图与标准谱图进行对照分析。通过最小二乘积法与该区块同一地层单元各岩性元素特征含量曲线标准图谱对比相似度，相似度最高图谱对应的岩性则为实测岩屑的岩性。

6)、下面用具体实例说明本发明。

①本发明在秦皇岛区块X构造A井应用：

在该井钻遇的中生界2030.0～2065.0m井段取岩屑进行X射线荧光采集分析，获取地层岩石元素含量，与该区块已建立的中生界地层单元不同岩性的主要元素特征含量曲线标准图谱对比，如图6所示；通过最小二乘积法将实测数据对应元素含量，见表4，如图7所示，与标准图谱特征元素，见表3，进行对比，识别判断岩性：

表4A井中生界2030.0～2065.0m特征元素含量

井深	Mg(％)	Si(％)	Al(％)	Fe(％)	K(％)	Ca(％)	Mn(％)	Ti(％)
									2030	0.785	27.7	7.438	4.389	2.788	1.777	0.035	0.439
2035	0.627	28.399	7.718	4.479	2.822	1.435	0.049	0.398
									2040	0.706	33.169	6.768	3.789	2.535	1.992	0.042	0.321
2045	0.706	31.298	6.966	3.12	2.483	4.7	0.044	0.29
									2050	0.548	31.901	7.689	2.417	2.715	2.924	0.051	0.252
2055	0.469	30.894	7.467	2.923	2.548	3.392	0.053	0.269
									2060	0.377	30.037	6.649	2.319	2.693	5.413	0.032	0.223
2065	0.323	29.16	7.515	2.87	3.011	4.275	0.042	0.208

根据实测数据与标准图谱岩性相关系数计算结果(见表5)，A井钻遇的中生界2030.0～2045.0m井段的岩屑岩性与泥岩标准谱图相关系数最大，与泥岩最为相似；而A井钻遇的中生界2050.0～2065.0m井段的岩屑岩性与砂岩标准谱图相关系数最大，与砂岩最为相似：

表5A井中生界2030.0～2065.0m岩性与标准图谱岩性相关系数

2030.0～2065.0m井段电测资料结果也支持该段岩性的上述解释结论，证实了X射线荧光录井技术解释评价方法的可靠。

②本发明在秦皇岛区块X构造B井应用：

在该井钻遇的中生界1995.0～2010.0m井段取岩屑进行X射线荧光采集分析，获取地层岩石元素含量，与该区块已建立的中生界地层单元不同岩性的主要元素特征含量曲线标准图谱(如图6所示)对比；通过最小二乘积法将实测数据对应元素含量(见表6)与标准图谱特征元素(见表3，如图8所示)进行对比，识别判断岩性：

表6B井中生界1995.0、2000.0、2010.0m特征元素含量

井深	Mg(％)	Si(％)	Al(％)	Fe(％)	K(％)	Ca(％)	Mn(％)	Ti(％)
									1995	0.469	22.847	8.289	6.424	2.505	2.412	0.061	0.683
2000	0.943	23.512	8.308	6.714	2.586	2.478	0.069	0.688
									2010	1.1	21.448	8.588	5.779	2.784	2.354	0.057	0.669

根据实测数据与标准图谱岩性相关系数计算结果(见表7)，B井钻遇的中生界1995.0～2010.0m井段岩屑岩性与基性岩浆岩标准谱图相关系数最大，与基性岩浆岩最为相似：

表7B井中生界1995.0、2000.0、2010.0m岩性与标准图谱岩性相关系数

对1995.0～2010.0m井段电测资料结果也支持该段岩性为基性岩浆岩的结论，此后对该层的壁心进行薄片鉴定分析，鉴定结果给予的岩性参考定名为安山玄武岩，分析结果证实了X射线荧光录井技术解释评价方法的可靠。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (5)

1.利用“最小二乘积”法的岩性解释方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：对研究区块或相邻区块典型井钻井岩屑进行X射线荧光采集分析，建立地层岩石元素含量数据库；

S2:建立研究区块各层段的岩性-元素含量均值对比数据库；

S3:利用元素交会分析法提取岩性敏感元素，建立研究区不同地层单元反应不同岩性的主要元素特征含量曲线标准图谱；

S4:通过最小二乘积法将实测数据对应元素含量曲线图谱与标准图谱进行对比，识别判断岩性。

2.根据权利要求1所述的岩性解释评价方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：获取地层岩石元素含量，包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Sr、Zr十七种元素，采集和记录步长为1～5m，每口井自录井开始连续采集分析。

3.根据权利要求1所述的岩性解释评价方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：根据典型井各地层单元内岩性类别，对各地层单元不同岩性的钻井岩屑X射线荧光采集分析数据进行均值计算。

4.根据权利要求1所述的岩性解释评价方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

(1)结合岩性录井资料，在已采集元素数据校正基础上，进行两两元素交会分析；

(2)提取对岩性反应较为敏感的元素；

(3)挑选敏感元素进行特征剖面的建立；

(4)得出同一区块不同地层单元反应不同岩性的主要元素特征含量曲线标准图谱。

5.根据权利要求1所述的岩性解释评价方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

(1)采集正钻井地层岩屑的元素录井数据；

(2)将实测数据对应主要元素含量的曲线图谱与标准图谱进行对比；

(3)采用最小二乘积法进行判别分析，通过最小二乘积法对比图谱的相似度，与标准图谱相似度最高的图谱对应的岩性则为实测数据的岩性，其计算比对方法为：

1)、首先提取实测样品谱图中的特征峰值数据，得到下列n组数据:

(X₁，Peak1₁)，(X₂，Peak1₂)，…，(X_n，Peak1_n)

式中：X₁，X₂，…,X_n为研究区筛选出的反应岩性特征的主要元素，例如Na、Mg、Al；

Peak1₁，Peak1₂…，Peak1_n为相应元素的特征峰值数据；

2)、然后在标准谱图库中查找相应的n组数据:

(X₁，Peak2₁)，(X₂，Peak2₂)，…，(X_n，Peak2_n)

式中：Peak2₁，Peak2₂…，Peak2_n为相应元素在标准谱图库中的特征峰值数据；

3)、将X坐标相同的两个峰值相除，得到下列n组数据:

(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)，…，(X_n，Y_n)

4)、从这n组数据来看，如果两个谱图完全相似，则坐标连接是一条直线，可以判定两个谱图对应相同的岩性；但是，实际情况不可能完全相同，则要对这组数据进行一元线性回归处理，步骤如下:

①

②

③

④

⑤

式中：x为研究区建立标准图谱的主要元素含量；

y为实测样品谱图中特征峰值与标准谱图库中对应元素峰值的比值；

5)、最后用相关系数进行检验，相关系数反映了变量x和y之间的密切程度，用下式定义：

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用实测样品谱图依次与标准谱图库中的谱图比对，找出其中|r|值最大的谱图，表明两个谱图最为相似，并以此谱图对应的岩性来判别实测样品的岩性。