CN112412435A - 一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，建立了螺旋井眼导致的密度曲线失真的定性和定量评价标准，进而利用通过小波基优选、阈值函数选择以及阈值优选构建了合理的小波滤波器对失真密度曲线进行校正，通过和傅里叶变换校正结果对比表明，小波变换校正结果具有分辨率高、不损伤有效信号等优点，能够很好地实现螺旋井眼导致的密度曲线校正。相比于通过钻井工艺降低钻速、修正井壁等手段，能够大幅提高钻井效率，降低钻井成本。旨在解决现有技术中存在的螺旋井眼曲线去噪效率低下的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及油气地球物理勘探开发技术领域，尤其涉及一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法。
背景技术
在油田勘探开发过程中，密度曲线在岩性解释、孔隙度计算以及流体划分中的发挥着重要的作用，是测井解释和储层评价中不可或缺的第一手资料。但是在钻井过程中由于地层倾角本身的因素、以及螺杆钻具以及PDC钻头的使用会使井眼内出现螺旋状沟槽，这种螺旋状沟槽井眼会在导致测井曲线呈周期性的正弦波或者锯齿波形状的变化，导致测量半径较浅的密度等曲线发生严重失真，直接导致计算的孔隙度不准确、油水层识别困难，为油田生产带来了极大的不确定性。尽管通过钻井工艺的改进(采用直螺杆钻进、采用保径钻头、降低钻头侧向切削井壁、控制钻速和及时修正井壁保证井壁光滑等)能在一定程度上降低螺旋井眼的发生概率，但是仅仅依靠钻井工艺的改进，一方面不能彻底消除螺旋井眼导致的曲线失真，另一方面大大降低了钻井效率，增加了钻井成本。
有研究认为螺旋井眼导致的曲线噪音主要以高频噪音为主，利用快速傅里叶变换对失真曲线进行低通滤波，通过设置高截频将高频信号全部去除，这种方法能够在一定程度上消除噪音，但是一方面会在一定程度上损失高频有效信号，当信号和噪声频带重叠的情况下，去噪效果大大下降；另一方面滤波器高截频的设计受人为主观因素的影响较大，实际应用中难以准确把握。因此，如何在不损失有效信号的前提下便捷高效的校正螺旋井眼的失真曲线是一个亟需解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，旨在解决现有技术中存在的螺旋井眼曲线去噪效率低下的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，所述密度曲线失真校正方法包括如下步骤：
通过曲线特征定性分析受螺旋井眼影响的曲线失真特征，对螺旋井眼导致的曲线失真进行定性判别；
选取未受螺旋井眼影响的参考井的密度曲线进行频谱分析，确定未失真曲线的频谱特征；对受螺旋井眼影响的密度曲线进行频谱分析，得到失真曲线的频谱特征，进而确定受螺旋井影响的钻井的噪音频带范围；
构建小波滤波器对受螺旋井眼影响的密度曲线进行重构校正；
曲线校正效果评价。
优选的，一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，所述对螺旋井眼导致的曲线失真进行定性判别，具体为：
将曲线特征呈趋势一致的周期性抖动的螺旋井作为受螺旋井眼影响的待校正钻井，所述曲线特征包括井径曲线、中子曲线和密度曲线。
优选的，一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，所述未受螺旋井眼影响的参考井的选取条件包括：
参考井的曲线特征未出现呈趋势一致的周期性抖动；
参考井的位置与目的层段的地质条件相似；
参考井的钻井工艺与待校正钻井的钻井工艺一致。
优选的，一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，所述构建小波滤波器包括如下步骤：
选取Haar小波作为密度曲线校正的小波基；
选取软阈值函数进行密度曲线校正，所述软阈值函数公式为：
其中，
表示估计小波系数，ωj,k表示小波分解系数，λ表示阈值，sgn(ωj,k) 表示取ωj,k的符号。
优选的，一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，所述阈值λ设置为 0.2。
优选的，一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，所述曲线校正效果评价，具体为：利用傅里叶变换对螺旋井密度曲线进行处理，将傅里叶变换曲线与小波变换曲线进行叠合，判断比较小波变换曲线分辨率与傅里叶变换曲线分辨率高低。
本发明中，建立了螺旋井眼导致的密度曲线失真的定性和定量评价标准，进而利用通过小波基优选、阈值函数选择以及阈值优选构建了合理的小波滤波器对失真密度曲线进行校正，通过和傅里叶变换校正结果对比表明，小波变换校正结果具有分辨率高、不损伤有效信号等优点，能够很好地实现螺旋井眼导致的密度曲线校正。相比于通过钻井工艺降低钻速、修正井壁等手段，能够大幅提高钻井效率，降低钻井成本。旨在解决现有技术中存在的螺旋井眼曲线去噪效率低下的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明的流程示意图；
图2为螺旋井眼导致的井径曲线、中子曲线和密度曲线失真示意图；
图3为未受螺旋井眼影响井的密度曲线及其频谱特征示意图，其中，图3 (a)为未受螺旋井眼影响井的密度曲线示意图；图3(b)为未受螺旋井眼影响井的密度曲线的频谱特征示意图；
图4为受螺旋井眼影响井的密度曲线及其频谱特征示意图，其中：图4(a) 为受螺旋井眼影响井的密度曲线示意图；图4(b)为受螺旋井眼影响井的密度曲线的频谱特征示意图；
图5为不同大小阈值去除噪音特征分析示意图；其中：图5(a)为阈值为 1时去除的噪音示意图；图5(b)为阈值为0.05时去除的噪音示意图；图5(c) 为阈值为0.2是去除的噪音示意图；
图6为校正前后的密度曲线及其频谱特征示意图；其中：图6(a)为校正前后的密度曲线示意图；图6(b)为校正去除的噪音示意图；图6(c)为校正后密度曲线及去除的噪音的频谱特征示意图；
图7为小波变换校正结果与傅里叶变换校正结果对比效果示意图；其中：图7(a)为傅里叶变换校正结果与原始曲线对比示意图；图7(b)为傅里叶变换校正结果与小波变换校正结果对比示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种实施例，如图1所示，本发明提供了一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法。
在本实施例中，下面结合附图对本发明提供的校正方法做进一步描述：
步骤一：首先通过曲线特征定性分析受螺旋井眼影响的曲线失真特征，所选取曲线的原则为：首先选取井径曲线，因为井径曲线直接测量的为井筒的直径，能直接反应井眼的变化，同时选取探测半径较浅的中子曲线和密度曲线，这两种曲线的测量结果最容易受到井筒直径变化的影响。从图2展示的井径曲线、中子曲线和密度曲线特征可以看出，除样点397、样点555-575为钻遇煤层导致的曲线异常外，其余井段曲线均表现出规律的周期性抖动，并且三条曲线抖动的趋势高度一致，显然不是由于地层变化导致的，可以判断是由井眼规律变换导致曲线的变化。该步骤只是定性地初步判断曲线受螺旋井眼的影响导致曲线失真，适用于在众多钻井中快速初步筛选钻井出现了螺旋井眼导致的曲线失真。
步骤二：选取未受螺旋井眼影响的参考井的密度曲线进行频谱分析，确定未失真曲线的频谱特征。选取参考井需要遵循以下几个原则：①该井曲线未出现步骤一中描述的螺旋井眼导致的明显的曲线周期性摆动的特征；②该井与待校正的井距离较近、目的层段具有相似的地质条件；③该井采用的钻井工艺与待校正井基本一致。基于以上三个原则选取了参考井，参考井与待校正井距离为 800m、目的层段具有相同的三角洲沉积环境、且为同一钻井公司采用相同的PDC 钻头同年实施的钻井，最大程度保证两口井的一致性。如图3(a)中所示为参考井的密度曲线，该井发育多个薄煤层导致密度降低，但是没有明显的周期性摆动。为了定量描述其曲线特征，对密度曲线进行频谱分析，如图3(b)所示，能量从0-400Hz呈现出规律递减的形态。
步骤三：对受螺旋井眼影响的密度曲线进行频谱分析，确定噪音的频带范围。图4(a)为待校正井的密度曲线，可以看曲线表现出规律的高频周期性抖动，抖动的幅度在正负0.15g/cm3左右，同样对该密度曲线进行频谱分析，如图4(b) 所示，能量从0-400Hz呈现出递减的形态，但是与图3(b)不同的是在140-145Hz 处出现一个明显的尖峰，该尖峰呈现出频带窄、能量强的特征，符合曲线上呈现出的高频周期摆动的频率特征。因此可以确定螺旋井眼导致的噪音的频率范围在140-145Hz，进而建立了螺旋井眼导致的噪音评价的量化标准。
步骤四：设计小波滤波器对失真密度曲线进行校正。
小波分析是一种新兴的数学分支，是时间-尺度分析和多分辨率分析的一种新技术，它继承和发展了短时傅里叶变换局部化分析的思想，同时与傅里叶变换相比，小波变换是一个时间和频域的局域变换，因而小波变换可以有效的从信号中提取信息。
小波变换常见的形式有连续小波变换(CWT)、离散小波变换(DWT)等。连续小波变换是在尺度基础上连续变换的，做信号的小波分析得到的是幅值，常用于数据压缩。离散小波变换常用的是二进制小波变换，对尺度和时间进行离散化处理，常用于数据去噪。小波去噪中，对信号进行分解后信号和噪声会体现出不同的特点，通过对分解后的小波系数进行处理，再重构信号就可以达到去噪的目的。
离散小波变换的概念：对尺度伸缩系数和平移系数进行离散化，取
(a0>0且为常数；j,k∈Z)，得到离散的小波函数：
设f(t)∈L2(R)，得到离散小波变换：
其重构公式(逆变换)为：
构建合适的小波滤波器过程如下：
(1)小波基的选择
在选取小波基时，我们通常希望所选取的小波基满足以下条件：正交性、高消失矩、紧支性、对称性或反对称性。但具有上述性质的小波是不可能存在的，因为小波是对称或反对称的只有Haar小波，并且高消失矩与紧支性是一对矛盾，所以应用的时候一般选取具有紧支的小波以及根据信号的特征来选取较为合适的小波基。因此本发明选取Haar小波作为密度曲线校正的小波基。
(2)阈值函数的选择
阈值函数的选择是小波阈值去噪的关键之一，常用的阈值函数可以分为硬阈值函数(Hard threshold)、软阈值函数(Soft threshold)。
其中，硬阈值函数公式为：
式中，
表示估计小波系数，ωj,k表示小波分解系数，λ表示阈值。硬阈值函数是一种简单的置零方法，硬阈值去噪虽然能够较好的保留信号的局部特征，但阈值函数在±λ处不连续，会产生振荡现象。
软阈值函数公式：
式中，sgn(ωj,k)表示取ωj,k的符号，软阈值函数是对硬阈值函数进行的改进，软阈值函数在±λ处逐渐接近0，克服了硬阈值函数的不连续，使重构后的信号更加平滑。基于以上分析，本发明选取软阈值函数进行密度曲线校正。
(3)阈值的选取
阈值的选取是小波阈值去噪的另一个关键因素。去噪效果与阈值有着密切的联系，阈值选取过大时，会滤掉信号中的有用部分，而阈值过小时，去噪效果较差。如图6所示为不同阈值情况下去除的噪音，可以看出，当阈值为1时如图5 (a)，去除的噪音整体分布范围在-0.1～0.1g/cm3内，但是个别值明显大于 0.2g/cm3或者小于-0.2g/cm3，且不对称，表明去掉的噪音包含部分有效信号；当阈值取值为0.05时如图5(b)，去除的噪音基本为0，表明基本没有去除噪音；当阈值为0.2时如图5(c)，去除的噪音整体分布范围在-0.1～0.1g/cm3内，没有异常值，且噪音基本对称，表明去除的噪音比较合理，没有损伤有效信号。因此，最终阈值取0.2。
利用以上小波变换方法和参数对受螺旋井眼影响的密度曲线进行了重构，从原始曲线和校正后的曲线对比可以看出，如图6(a)，校正后的曲线周期性的曲线抖动得到了很好的消除，但是曲线的低频趋势和高频细节也得到了较好的保留。如图6(b)为去除的噪音，整体分布范围在-0.1～0.1g/cm3内，且基本对称，符合噪音周期性抖动的特征。如图6(c)可以看出，校正后的曲线中，140-145Hz 的噪音得到了很好的去除，信号能量从0-400Hz呈规律的递减趋势，与未受螺旋井眼影响的密度曲线频谱特征高度一致，表明噪音得到的很好的去除；同时去除的噪音频率集中在140-145Hz，表现出明显的频带集中、能量强的特征。
步骤五：曲线校正效果评价。
为了验证小波变换对受螺旋井眼影响的曲线的校正效果，本发明采用公开发表文献中的方法对该密度曲线进行了傅里叶变换，得到了傅里叶变换校正后的曲线如图7(a)，可以看出傅里叶变换结果整体分辨率较低，曲线呈现出明显的方波化；同时样点397、样点555-575煤层处效果校正后曲线与原始曲线出现了一定差异。通过将傅里叶变换结果与小波变换结果进行叠合，如图7(b)发现，小波变换结果细节明显比傅里叶变换结果细节更加丰富，特别是在样点200 左右、510左右、810左右、900左右以及1180左右，傅里叶变换结果均表现出明显曲线平直段，而小波变换结果曲线细节变化特征清晰，表明小波变换结果分辨率明显高于傅里叶变换。
本实施例中，建立了螺旋井眼导致的密度曲线失真的定性和定量评价标准，进而利用通过小波基优选、阈值函数选择以及阈值优选构建了合理的小波滤波器对失真密度曲线进行校正，通过和傅里叶变换校正结果对比表明，小波变换校正结果具有分辨率高、不损伤有效信号等优点，能够很好地实现螺旋井眼导致的密度曲线校正。相比于通过钻井工艺降低钻速、修正井壁等手段，能够大幅提高钻井效率，降低钻井成本。旨在解决现有技术中存在的螺旋井眼曲线去噪效率低下的技术问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，其特征在于，所述密度曲线失真校正方法包括如下步骤：
通过曲线特征定性分析受螺旋井眼影响的曲线失真特征，对螺旋井眼导致的曲线失真进行定性判别；
选取未受螺旋井眼影响的参考井的密度曲线进行频谱分析，确定未失真曲线的频谱特征；对受螺旋井眼影响的密度曲线进行频谱分析，得到失真曲线的频谱特征，进而确定受螺旋井影响的钻井的噪音频带范围；
构建小波滤波器对受螺旋井眼影响的密度曲线进行重构校正；
曲线校正效果评价。
2.如权利要求1所述的一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，其特征在于，所述对螺旋井眼导致的曲线失真进行定性判别，具体为：
将曲线特征呈趋势一致的周期性抖动的螺旋井作为受螺旋井眼影响的待校正钻井，所述曲线特征包括井径曲线、中子曲线和密度曲线。
3.如权利要求2所述的一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，其特征在于，所述未受螺旋井眼影响的参考井的选取条件包括：
参考井的曲线特征未出现呈趋势一致的周期性抖动；
参考井的位置与目的层段的地质条件相似；
参考井的钻井工艺与待校正钻井的钻井工艺一致。
4.如权利要求1所述的一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，其特征在于，所述构建小波滤波器包括如下步骤：
选取Haar小波作为密度曲线校正的小波基；
选取软阈值函数进行密度曲线校正，所述软阈值函数公式为：
其中，
表示估计小波系数，ωj,k表示小波分解系数，λ表示阈值，sgn(ωj,k)表示取ωj,k的符号。
5.如权利要求4所述的一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，其特征在于，所述阈值λ设置为0.2。
6.如权利要求5所述的一种用于螺旋井眼的密度曲线失真校正方法，其特征在于，所述曲线校正效果评价，具体为：利用傅里叶变换对螺旋井密度曲线进行处理，将傅里叶变换曲线与小波变换曲线进行叠合，判断比较小波变换曲线分辨率与傅里叶变换曲线分辨率高低。
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