CN113376699B - 一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，属于地球物理勘探领域，解决现有技术中电组合系列的老井仅有AC、GR和RT/RXO四条曲线，无法满足复杂矿物组分的求解的问题。本发明的计算方法适用于碳质和灰质不共存于同一种岩性的测井，包括以下步骤：S1.岩心归位；S2.计算泥质含量Vsh；S3.建立有效孔隙度模型；S4.计算有效孔隙度Φ；S5.标记碳质层FLAG_COAL；S6.标记灰质层FLAG_CA；S7.根据岩石体积物理模型计算灰质、碳质和砂岩含量。本发明利用碳质和灰质不共存于同一种岩性的沉积学原理，使用分布式求解法计算出了多矿物致密砂岩的组分，解决了单声波测井系列求解多矿物的问题，在金华‑秋林区块须家河组获得了良好的应用效果。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，属于测井资料处理评价技术，具体涉及一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法。
背景技术
四川盆地上三叠统须家河组发育一套陆相煤系致密碎屑岩地层，是四川盆地勘探开发的重点层系。须家河组自下而上可分为划分为6个层段，其中须二段和须四段是主要目的层段，其余层段也有油气显示，属于低孔特低渗致密储层。其储层典型特点是岩性复杂，有黑色页岩、煤、泥岩、钙质灰屑砂岩和石英砂岩。薄片、电镜等微观资料表明矿物组分主要有黏土、碳质、石英、以及以方解石为主的碳酸盐岩矿物。
矿物组分计算对于岩性分布规律及储层综合评价非常重要，目前已经形成了一些比较成熟的测井评价技术。专利CN201810884847.9公开了一种复杂岩性识别方法及系统。该方法通过优选与不同岩性对应的测井敏感参数进行数学关系转换，建立岩性识别模型，并在岩心刻度测井资料的基础上，确定各类岩性的基线值，进而实现定量精细划分岩性的目的。专利CN201810886361.9公开了一种基于测井资料识别复杂岩性的方法及系统。该方法通过岩心刻度测井，确定各类岩性的测井响应特征值范围，进而建立岩性识别图版，并将该图版进行推广应用，提高了勘探开发的经济效益。专利CN202010178460.9公开了一种基于曲线重构的复杂砂砾岩体的岩性识别方法及系统。该方法先利用岩心观察及录井资料，确定关键岩性，选择了对储层岩性敏感的自然伽马、电阻率、补偿中子和声波时差曲线，进行曲线重构，以放大测井曲线响应值，最后编制重构曲线交会图，来完成复杂砂砾岩体岩性的定量识别。祗淑华等(2015)建立了常规测井复合参数岩性识别图版，探讨了基于阵列声波、核磁和微电阻率扫描成像测井特征参数的岩性识别方法，对束鹿凹陷致密油储层完成了4大类、9种岩性的自动判别。朱伟峰等(2019)通过对沧东凹陷孔二段关键取心井岩性描述与测井曲线对比分析，提取了岩性敏感变化曲线(密度、声波、无铀伽马、电阻率)，建立一种基于核磁共振孔隙度、声波、密度、无铀伽马、电阻率等多敏感曲线融合的岩性分类及连续自动判别技术，有效实现沧东凹陷孔二段细粒沉积相区岩性复杂岩性分类。孙予舒等(2020)将最优分布式决策梯度提升库XGBoost应用于廊固凹陷北部奥陶系碳酸盐岩地层，基于XGBoost算法建立的岩性识别模型岩性识别效果均较好。侯秋元等(2020)针对巴西桑托斯盆地盐下巨型碳酸盐岩储层，将元素组分、物性及孔隙结构相结合，提出了一种综合常规测井曲线、地层元素测井、核磁共振测井综合响应特征的“三步法”进行地层岩性识别，能够根据不同岩性的综合测井响应特征差异，对目的层段地层中的复杂岩性进行准确划分。
对于仅有伽马、声波和电阻率曲线的老井，以上方法无法直接满足求解多矿物组分的条件。对于老井一般采用的办法有两种：一种将复杂岩性当做简单的砂泥岩地层处理，但这个测井解释结果精度较低，不满足测井精细解释的要求；另外一种则是根据已有曲线，重构一条或者多条伪曲线再进行多矿物求解，这种方法不确定性较强。
发明内容
本发明在前期研究中，以四川盆地须家河组为例，将岩石骨架矿物组分划分为石英和方解石，因此根据岩石体积物理模型可以将须家河组的岩石物理体积模型划分为泥质、砂岩、灰质、碳质和孔隙五部分，如表1所示。在该模型中，需要求解的未知数有5个，因此至少需要5条曲线建立5个方程才能求解。
表1须家河组复杂岩性岩石体积物理模型表
ECS元素测井资料测井信息丰富，可以求解Si、Ca等8种元素的含量，再求各矿物的组分；对于有声波、中子和密度三孔隙度齐全的井，可以采用中子-密度等交会图技术进行多矿物组分求解，或者结合GR、Rt和Rxo曲线使用最优化方法进行组分反演。这些方法都至少需要2条或2条以上的孔隙度测井曲线。对于声电组合系列的老井仅有AC、GR和RT/RXO四条曲线，仅能建立4个方程，理论上一个欠定方程组无法满足复杂矿物组分的求解。
本发明的目的在于，提供一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，解决现有技术中电组合系列的老井仅有AC、GR和RT/RXO四条曲线，无法满足复杂矿物组分的求解的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明所述的基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，包括以下步骤：
S1.岩心归位，将取心井岩心的深度准确的归位到测井的深度上；
S2.计算泥质含量Vsh；
S3.建立孔隙度计算模型；
S4.计算有效孔隙度Φ；
S5.标记碳质层FLAG_COAL；
S6.标记灰质层FLAG_CA；
S7.根据岩石体积物理模型计算矿物组分。
本发明经步骤2和步骤4后可以得到Vsh和Φ。此时在表1中的矿物就只剩下灰质、碳质和砂岩含量三个未知数。本发明利用碳质和灰质不共存于同一种岩性的沉积原理，根据须家河组碳质和灰质不共存于同一种岩性的沉积特点，实际上在同一岩性中就只剩下灰质、砂岩的组合和碳质与砂岩的组合，结合步骤5和6，则利用声波岩石体积物理模型可以求解出灰质、碳质和砂岩含量。
本发明的部分实施方案中，所述S1中利用声波测井曲线与岩心分析孔隙度的相似相关性进行岩心归位。
本发明的部分实施方案中，所述S2中，利用自然伽马曲线计算泥质含量Vsh，计算方法如下
其中，Sh为自然伽马相对值，GR为自然伽马测量值，GRmin为纯砂岩的自然伽马值，GRmax为纯泥岩的自然伽马值；GCUR为与地质年代有关的经验系数，老地层取2，新地层取3.7。
本发明的部分实施方案中，所述S3中，利用取心井段归位后的岩心分析孔隙度与该段声波测井曲线和泥质含量参数进行回归分析，求取声波时差的回归系数β1、泥质含量的回归系数β2和常数项β0，从而建立孔隙度计算模型。
Φ＝β0+β1*Δt+β2*Vsh (3)
其中，Φ为S1归位后的岩心分析孔隙度，小数；Δt为声波时差测井值，μs/ft；Vsh为S2计算的地层泥质含量，小数；β1、β2被称为回归系数，β0为常数项，由Φ和Δt、Vsh通过多元回归算法求得。
本发明的部分实施方案中，所述S4中，利用S3建立的有效孔隙度模型计算非取心井段的有效孔隙度Φ。
本发明的部分实施方案中，所述S5中，同时满足以下条件就标记为碳质层；
(1)GR<100API；
(2)AC为80-150μs/ft。
本发明的部分实施方案中，所述S6中，同时满足以下条件就标记为灰质层；
(1)GR<70API；
(2)AC<56μs/ft；
(3)Rt>100Ω·m。
本发明的部分实施方案中，所述S7中，根据岩石体积物理模型及声波时差曲线计算碳质含量，公式如下：
对于碳质层，△T＝Φ·△Tmf+Vsh·△Tsh+Vcoal·△Tcoal+Vsand·△Tsand (4)
Φ+Vsh+Vcoal+Vsand＝1 (5)
ΔT表示声波时差)、ΔTmf表示混合流体声波时差、ΔTsh表示泥质声波时差、ΔTcoal表示碳质层声波时差、ΔTsand表示砂质声波时差，ΔT、ΔTmf、ΔTsh、ΔTcoal、ΔTsand的单位均为μs/ft；
Φ：孔隙度，v/v；Vsh：泥质体积含量，v/v；Vcoal：碳质体积含量，v/v；Vsand：砂质体积含量，v/v。
本发明的部分实施方案中，所述S7中，根据岩石体积物理模型及声波时差曲线计算钙质含量，公式如下：
对于钙质层，△T＝Φ·△Tmf+Vsh·△Tsh+Vca·△Tca+Vsand·△Tsand (6)
Φ+Vsh+Vca+Vsand＝1 (7)
其中：ΔT表示声波时差、ΔTmf表示混合流体声波时差、ΔTsh表示泥质声波时差、ΔTca表示钙质层声波时差、ΔTsand表示砂质声波时差；ΔT、ΔTmf、ΔTsh、ΔTca、ΔTsand的单位均为μs/ft；
Φ：孔隙度，v/v；Vsh：泥质体积含量，v/v；Vca：钙质体积含量，v/v；Vsand：砂质体积含量，v/v。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设计科学，构思巧妙，利用了组碳质和灰质不共存于同一种岩性的沉积特点，使用分布式求解法计算出了多矿物致密砂岩的组分。该方法有效的解决了单声波测井系列求解多矿物的问题，在金华-秋林区块须家河组获得了良好的应用效果。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明在四川盆地某井须家河组复杂矿物处理成果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内说明书部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明所述的基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，该计算方法利用碳质和灰质不共存于同一种岩性的沉积原理，包括以下步骤：
S1.岩心归位，将取心井岩心的深度准确的归位到测井的深度上；
S2.计算泥质含量Vsh；
S3.建立有效孔隙度模型；
S4.计算有效孔隙度Φ；
S5.标记碳质层FLAG_COAL；
S6.标记灰质层FLAG_CA；
S7.根据岩石体积物理模型计算矿物组分。
所述S1中利用声波测井曲线与岩心分析孔隙度的相似相关性进行岩心归位。
所述S2中，利用自然伽马曲线计算泥质含量Vsh，计算方法如下
其中，Sh为自然伽马相对值，GR为自然伽马测量值，GRmin为纯砂岩的自然伽马值，GRmax为纯泥岩的自然伽马值；GCUR为与地质年代有关的经验系数，老地层取2，新地层取3.7。
所述S3中，利用取心井段归位后的岩心分析孔隙度与该段声波测井曲线和泥质含量参数进行二元回归分析，求取声波时差的回归系数β1、泥质含量的回归系数β2和常数项β0，从而建立有效孔隙度计算模型。
Φ＝β0+β1*Δt+β2*Vsh (3)
其中，Φ为S1归位后的岩心分析孔隙度，小数；Δt为声波时差测井值，μs/ft；Vsh为S2计算的地层泥质含量，小数；β1、β2被称为回归系数，β0为常数项，由Φ和Δt、Vsh通过多元回归算法求得。
所述S4中，利用S3建立的有效孔隙度模型计算非取心井段的有效孔隙度Φ。
所述S5中，同时满足以下条件就标记为碳质层；
(1)GR<100API；
(2)AC为80-150μs/ft。
本发明的部分实施方案中，所述S6中，同时满足以下条件就标记为灰质层；
(1)GR<70API；
(2)AC<56μs/ft；
(3)Rt>100Ω·m。
所述S7中，根据岩石体积物理模型及声波时差曲线计算碳质含量，公式如下：
对于碳质层，△T＝Φ·△Tmf+Vsh·△Tsh+Vcoal·△Tcoal+Vsand·△Tsand (5)
Φ+Vsh+Vcoal+Vsand＝1 (6)
ΔT表示声波时差)、ΔTmf表示混合流体声波时差、ΔTsh表示泥质声波时差、ΔTcoal表示碳质层声波时差、ΔTsand表示砂质声波时差，ΔT、ΔTmf、ΔTsh、ΔTcoal、ΔTsand的单位均为μs/ft；
Φ：孔隙度，v/v；Vsh：泥质体积含量，v/v；Vcoal：碳质体积含量，v/v；Vsand：砂质体积含量，v/v。
所述S7中，根据岩石体积物理模型及声波时差曲线计算钙质含量，公式如下：
对于钙质层，△T＝Φ·△Tmf+Vsh·△Tsh+Vca·△Tca+Vsand·△Tsand (7)
Φ+Vsh+Vca+Vsand＝1 (8)
其中：ΔT表示声波时差、ΔTmf表示混合流体声波时差、ΔTsh表示泥质声波时差、ΔTca表示钙质层声波时差、ΔTsand表示砂质声波时差；ΔT、ΔTmf、ΔTsh、ΔTca、ΔTsand的单位均为μs/ft；
Φ：孔隙度，v/v；Vsh：泥质体积含量，v/v；Vca：钙质体积含量，v/v；Vsand：砂质体积含量，v/v。
为了使本领域技术人员能够更好地理解本发明的技术方案，下面四川盆地某井为例对本发明进行详细描述：
该老井的碳质和灰质不共存于同一种岩性，计算方法为：
S1.岩心归位，利用声波测井曲线与岩心分析孔隙度的相似相关性进行岩心归位；
S2.计算泥质含量Vsh：利用自然伽马曲线计算泥质含量Vsh，计算方法如下
其中，Sh为自然伽马相对值，GR为自然伽马测量值，GRmin为纯砂岩的自然伽马值，GRmax为纯泥岩的自然伽马值；GCUR为与地质年代有关的经验系数，老地层取2，新地层取3.7。
S3.建立孔隙度计算模型：利用取心井段归位后的岩心分析孔隙度与该段声波测井曲线和泥质含量参数进行二元回归分析，求取声波时差的回归系数β1、泥质含量的回归系数β2和常数项β0，从而建立有效孔隙度计算模型。
Φ＝β0+β1*Δt+β2*Vsh (3)
其中，Φ为S1归位后的岩心分析孔隙度，小数；Δt为声波时差测井值，μs/ft；Vsh为S2计算的地层泥质含量，小数；β1、β2被称为回归系数，由Φ和Δt、Vsh通过多元回归算法求得。
所述的声波测井曲线经过标准化处理；泥质含量为S2计算所得结果；岩心孔隙度经过深度归位处理。
S4.计算有效孔隙度Φ：利用S3建立的有效孔隙度模型计算非取心井段的有效孔隙度Φ。
S5.标记碳质层：碳质层具有较低自然伽马，高声波的测井响应特征，将全井段声波和伽马符合该测井响应特征的层段标记为碳质层，具体参数见表2。
表2碳质层测井响应特征标定范围
| 测井响应曲线 | GR(API) | AC(us/ft) |
| 标定范围 | <100 | 80-150 |
S6.标记灰质层：灰质层具有低伽马、低声波、高电阻率的测井响应特征，将全井段符合该测井响应特征的层段标记为灰质层，具体参数见表3。
表3灰质层测井响应特征标定范围
| 测井响应曲线 | GR(API) | AC(us/ft) | Rt(Ω·m) |
| 标定范围 | <70 | <56 | >100 |
计算好泥质含量Vsh和储层有效孔隙度Φ，当计算层段标记为碳质层，用(式4)和(式5)这两个方程进行求解方程组得到矿物组分；当计算层段标记为钙质层，用(式6)和(式7)这两个方程进行求解方程组得到矿物组分；当计算层段无标定，则用(式4)和(式5)或(式6)和(式7)计算。
所述S7中，根据岩石体积物理模型及声波时差曲线计算碳质含量，公式如下：
对于碳质层，△T＝Φ·△Tmf+Vsh·△Tsh+Vcoal·△Tcoal+Vsand·△Tsand (4)
Φ+Vsh+Vcoal+Vsand＝1 (5)
ΔT表示声波时差)、ΔTmf表示混合流体声波时差、ΔTsh表示泥质声波时差、ΔTcoal表示碳质层声波时差、ΔTsand表示砂质声波时差，ΔT、ΔTmf、ΔTsh、ΔTcoal、ΔTsand的单位均为μs/ft；
Φ：孔隙度，v/v；Vsh：泥质体积含量，v/v；Vcoal：碳质体积含量，v/v；Vsand：砂质体积含量，v/v。
所述S7中，根据岩石体积物理模型及声波时差曲线计算钙质含量，公式如下：
对于钙质层，△T＝Φ·△Tmf+Vsh·△Tsh+Vca·△Tca+Vsand·△Tsand (6)
Φ+Vsh+Vca+Vsand＝1 (7)
其中：ΔT表示声波时差、ΔTmf表示混合流体声波时差、ΔTsh表示泥质声波时差、ΔTca表示钙质层声波时差、ΔTsand表示砂质声波时差；ΔT、ΔTmf、ΔTsh、ΔTca、ΔTsand的单位均为μs/ft；
Φ：孔隙度，v/v；Vsh：泥质体积含量，v/v；Vca：钙质体积含量，v/v；Vsand：砂质体积含量，v/v。
结果如附图2所示，说明采用本发明方法有效地解决了单声波测井系列求解多矿物的问题，在金华-秋林区块须家河组获得了良好的应用效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。
Claims (6)
1.一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.岩心归位，将取心井岩心的深度准确的归位到测井的深度上；
S2.计算泥质含量Vsh；
S3.建立有效孔隙度模型；
S4.计算有效孔隙度Φ；
S5.标记碳质层FLAG_COAL；
S6.标记灰质层FLAG_CA；
S7.根据岩石体积物理模型计算矿物组分；
所述S3中，利用取心井段归位后的岩心分析有效孔隙度数据与声波测井曲线和泥质含量参数进行二元回归分析，求取声波时差的回归系数β1、泥质含量的回归系数β2和常数项β0，从而建立有效孔隙度计算模型；
Φ＝β0+β1*ΔT+β2*Vsh (3)
其中，Φ为有效孔隙度，v/v；ΔT为声波时差测井值，μs/ft；Vsh为S2计算的地层泥质含量，v/v；β1、β2被称为回归系数，β0为常数项，由Φ和ΔT、Vsh通过多元回归算法求得；
所述S7中，根据岩石体积物理模型及声波时差曲线计算碳质含量，公式如下：
对于碳质层，ΔT＝Φ·ΔTmf+Vsh·ΔTsh+Vcoal·ΔTcoal+Vsand·ΔTsand (4)
Φ+Vsh+Vcoa1+Vsand＝1 (5)
公式(4)和公式(5)中，ΔT表示声波时差测井值、ΔTmf表示混合流体声波时差、ΔTsh表示泥质声波时差、ΔTcoal表示碳质层声波时差、ΔTsand表示砂质声波时差，ΔT、ΔTmf、ΔTsh、ΔTcoal、ΔTsand的单位均为μs/ft；
Φ：有效孔隙度，v/v；Vsh：泥质体积含量，v/v；Vcoal：碳质体积含量，v/v；Vsand：砂质体积含量，v/v；
所述S7中，根据岩石体积物理模型及声波时差曲线计算钙质含量，公式如下：
对于钙质层，ΔT＝Φ·ΔTmf+Vsh·ΔTsh+Vca·ΔTca+Vsand·ΔTsand (6)
Φ+Vsh+Vca+Vsand＝1 (7)
公式(6)和公式(7)中：ΔT表示声波时差测井值、ΔTmf表示混合流体声波时差、ΔTsh表示泥质声波时差、ΔTca表示钙质层声波时差、ΔTsand表示砂质声波时差；ΔT、ΔTmf、ΔTsh、ΔTca、ΔTsand的单位均为μs/ft；
Φ：有效孔隙度，v/v；Vsh：泥质体积含量，v/v；Vca：钙质体积含量，v/v；Vsand：砂质体积含量，v/v。
2.根据权利要求1所述的一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，其特征在于，所述S1中利用声波测井曲线与岩心分析孔隙度的相似相关性进行岩心归位。
3.根据权利要求1所述的一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，其特征在于，所述S2中，利用自然伽马曲线计算泥质含量Vsh，计算方法如下：
其中，Sh为自然伽马相对值，GR为自然伽马测量值，GRmin为纯砂岩的自然伽马值，GRmax为纯泥岩的自然伽马值；GCUR为与地质年代有关的经验系数，老地层取2，新地层取3.7。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，其特征在于，所述S4中，利用S3建立的有效孔隙度模型计算非取心井段的有效孔隙度Φ。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，其特征在于，所述S5中，同时满足以下条件就标记为碳质层；
(1)GR<100API；
(2)AC为80-150μs/ft；
GR为自然伽马测井值。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于单声波老测井系列的多矿物组分计算方法，其特征在于，所述S6中，同时满足以下条件就标记为灰质层；
(1)GR<70API；
(2)AC<56μs/ft；
(3)Rt>100Ω·m；
GR为自然伽马测井值。
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