變權重的高自然伽馬曲線校正法及其在靖安地區(qū)長6油層的應用

陳守民，李傳浩，王碧濤，鄭家鈺，王建國，楊璐菁

（1．中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006； 2．中國石油大學石油工程教育部重點實驗室）

所謂高自然伽馬砂巖層是指與常規(guī)砂巖層相比，自然伽馬曲線呈高值，甚至與泥巖段接近的砂巖層。利用原始自然伽馬測井曲線計算泥質(zhì)含量、確定巖性剖面、劃分儲層，往往會將高自然伽馬砂巖層誤認為是泥巖層，從而丟失有效儲層。因此，在原始自然伽馬測井曲線無法有效識別巖性與儲層時，應根據(jù)其他能較好地反映巖性的測井曲線，校正原始自然伽馬曲線，使其能夠正確地識別巖性，從而為砂巖識別、測井微相、儲層評價等地質(zhì)研究工作提供可靠的基礎資料。

筆者基于自然電位、自然伽馬和地層密度的砂泥巖響應機理的互補性，提出了一種變權重的高自然伽馬曲線校正法。首先對自然電位曲線基線漂移校正并對自然伽馬進行井徑環(huán)境校正；然后應用其歸一化處理之后的幅度值作為自變量，利用取心井資料確定自變量前的權重系數(shù)初始值，建立擬自然伽馬重構公式；最后將此方法成功應用于鄂爾多斯盆地三疊系長6油層組[1-5]。

1 曲線響應機理與曲線重構方法

巖層具有多種地球物理特性，如電學、聲學、核物理學等特性，這些地球物理特性是各種測井方法的物理基礎。巖層的地球物理特性又可以間接和有條件地表征巖層地質(zhì)特性的某個側面[6-10]。

1.1 變權重自然伽馬曲線響應機理

主要利用具有互補性的自然伽馬（GR）、自然電位（SP）、密度（DEN）曲線響應原理，通過數(shù)學變換重新構建一條能夠識別巖性的擬伽馬曲線，為深化測井研究奠定良好基礎。變權重的曲線重構法是采用多參數(shù)優(yōu)化方法而非單一參數(shù)識別巖性，其優(yōu)點在于避免了原始自然伽馬遺漏高伽馬儲層的錯誤認識，提高了巖性識別的精度。

1.2 曲線重構方法

高自然伽馬砂巖識別曲線重構的核心是巖石地球物理特征的優(yōu)化組合[11-12]。由于原始測井曲線受環(huán)境或刻度標準不統(tǒng)一的影響，故需要對參與重構的曲線進行預處理，在此基礎上進行巖性識別曲線重構。

1.2.1 自然電位基線偏移校正

自然電位曲線反映地層的滲透性，易受多種因素（主要是鉆井泥漿、地層水礦化度或溫度的變化）影響，往往導致泥巖基線不穩(wěn)定而發(fā)生偏移，同樣巖性的地層有可能表現(xiàn)為不同的量值，不利于巖性的定量解釋。

選取標準泥巖段的自然電位值作為標準基線，在同一套砂巖層的上下泥巖段各選取一個點，擬合一條直線f（Hj，SPj），根據(jù)以下函數(shù)關系將各泥巖段校正到標準基線位置。

式中：CSP為基線偏移校正后的自然電位，mV；SP0為標準基線段的自然電位值；SP為原始自然電位；f(Hj,SPj)為線性函數(shù)，其中Hj為某一深度段的深度值；SPj為Hj深度段對應的自然電位值。

1.2.2 曲線歸一化

為了使各井曲線的量綱、幅度值大小一致，要對參與重構的這些曲線進行歸一化處理，即將每口井的參與重構的曲線數(shù)值范圍規(guī)范到同一區(qū)間，以保證其對重構貢獻的一致性。采用如下公式對各曲線進行歸一化：

式中一化后曲線的各樣點值；Ct為原曲線各樣點值；為該曲線所有樣點中的最小值；Cmax為該曲線所有樣點中的最大值；n為曲線樣點數(shù)；β為歸一化區(qū)間的泥巖基線值。

1.2.3 重構伽馬曲線

本次曲線重構主要是在上述預處理的基礎之上，根據(jù)各條參與曲線對砂巖識別貢獻率的大小引入變權重系數(shù)，構建識別巖性的擬自然伽馬曲線ZGR，以便更有效地識別巖性，具體優(yōu)化方法如下：

式中，ZGR為重構后的伽馬曲線；DGR為自然伽馬變化量；DSP為校正后的自然電位變化量；DDEN為密度變化量；α1、α2、α3分別為DGR、DSP、DDEN參與重構時所占權重系數(shù)，且α1+α2+α3=1。

對各曲線給予不同的“權”系數(shù)，體現(xiàn)各曲線的重要程度。合理確定參與重構曲線的權重系數(shù)是重構曲線最為關鍵的環(huán)節(jié)。

首先利用巖心描述資料標定巖性，確定權重系數(shù)初始值，然后根據(jù)曲線響應特征及質(zhì)量確定其權重系數(shù)。當由于儀器引起的測井曲線不合格（如曲線出現(xiàn)嚴重畸變）時，需適當調(diào)整各參與曲線的權重系數(shù)。當擴徑現(xiàn)象嚴重或者密度曲線“過于靈敏”或不合格、或者沒有密度曲線時，可將伽馬或自然電位曲線增加權重，或者密度曲線不參與重構；當伽馬曲線非均質(zhì)性較強，或跳躍嚴重，或當高伽馬砂巖段的自然伽馬值超過普通泥巖基線，或與泥巖基線的比值較大，可將自然電位或密度權重加重，或者伽馬曲線不參與重構。各參數(shù)權重需要調(diào)整時，系數(shù)的確定采用專家系統(tǒng)打分的方法。

巖性識別重構曲線的實現(xiàn)，使不同巖性特征更突出，定量識別更準確，提高了測井解釋過程中巖性識別符合率。

2 實例分析

2.1 研究區(qū)地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地內(nèi)可劃分為六個次一級構造單元：伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、 陜北斜坡、天環(huán)坳陷、西緣沖斷構造帶[13]。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地中部的伊陜斜坡次級構造單元之中。

靖安地區(qū)長6段高伽馬砂巖的放射性 Th元素主要存在于獨居石、金紅石、鐵泥質(zhì)黏土、鉀長石、部分鋯石、磷灰石、黑云母及巖屑中；放射性 U元素主要存在于大多數(shù)鋯石、部分磷灰石、黑云母及含鎂方解石中；放射性K元素主要存在于鉀長石、黑云母、金紅石、鐵泥質(zhì)黏土、部分鈉長石及巖屑中[1-2]。高伽馬砂巖地球化學特征顯示，火山凝灰?guī)r對高伽馬砂巖的影響是次要的，高伽馬砂巖與來自于盆地東北方向的物源有一定的親緣性，但物源不是高伽馬砂巖形成的主要控制因素。熱液活動可能對高伽馬砂巖的形成有著重要的影響。構造運動使鄂爾多斯盆地基底斷裂帶活動，多期強度不同的構造運動使地層深部熱液流體沿著斷裂帶和裂縫運移至延長組，形成了長6段的高伽馬砂巖。

2.2 方法應用與效果分析

利用巖心描述資料標定巖性后，對于常規(guī)砂巖來說，當三條曲線權重一樣時，重構的擬伽馬曲線能很好識別巖性。當出現(xiàn)以下情況時，需要采用專家系統(tǒng)打分的方法確定權重系數(shù)：

為檢驗上述方法的有效性，對有取心和試油資料的X-133井進行解釋。圖 1為X-133井擬伽馬曲線重構成果圖。該井在1 911.6～1 915.4 m井段伽馬平均值為115 API，接近泥巖段伽馬基值120 API，為泥巖響應特征；但該段巖心描述為砂巖，兩者相矛盾。重構后伽馬曲線在該深度段的平均值為 45 API，鄰近泥巖段的重構伽馬平均值為120 API，應該解釋為砂巖層，與巖心描述一致。通過試油結果（日產(chǎn)油0.77 t、日產(chǎn)水10.2 m3）驗證，該段屬于砂巖儲層，表明重構曲線解釋的巖性合理。

圖 2為G-153井擬伽馬曲線重構成果圖。該井在1 715～1 734 m井段伽馬平均值約為90 API，泥巖段伽馬基值120 API，純砂巖段伽馬值約為50 API，為泥質(zhì)粉砂巖或粉砂巖響應特征，但該段巖心描述為細砂巖，兩者相矛盾。重構后伽馬曲線在該深度段的平均值為30 API，鄰近泥巖段的重構伽馬平均值為140 API，該段應該解釋為砂巖層，與巖心描述一致，表明重構曲線解釋的巖性合理。

圖2 G-153井伽馬曲線重構成果

重構伽馬曲線能夠有效的將表現(xiàn)為異常高伽馬的砂巖補償回來，而且對泥巖無影響。圖3中，Y-66井1 981.5～1 984.9 m井段根據(jù)原始伽馬曲線特征判斷應解釋為泥巖，取心也表明巖性為泥巖。重構ZGR曲線之后，該段依舊解釋為泥巖，進一步驗證了變權重曲線重構法識別巖性的合理性。

圖3 Y-66井擬伽馬曲線識別巖性效果

3 結論

（1）針對某些地層段受高放射性礦物的影響，且大量井缺少自然伽馬能譜測井資料的情況，提出了變權重的高自然伽馬曲線校正法。首先以自然電位、自然伽馬和地層密度等作為多元擬合公式的因子；然后利用取心井資料確定權重系數(shù)初始值，根據(jù)地質(zhì)專家經(jīng)驗進行變權重處理；最終建立擬自然伽馬重構公式。

（2）利用擬自然伽馬曲線對高自然伽馬砂巖井段重新計算泥質(zhì)含量，提高了砂巖識別的準確率?，F(xiàn)場實際應用表明，基于變權重高自然伽馬校正后的擬自然伽馬曲線計算泥質(zhì)含量的方法是含高放射性物質(zhì)地層計算泥質(zhì)含量的另一種有效實用的方法。

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