含油气泥页岩地层测井曲线标准化方法

摘要

本发明公开一种含油气泥页岩地层测井曲线标准化方法，包括如下步骤：（a）选取并构建标准层；（b）特征值分析；（c）曲线校正；（d）标准化效果验证。本发明使得泥页岩及其附近层中缺乏两套稳定标准层时，可以利用该方法实现曲线标准化，增加多井测井曲线的可对比性，保证非均质性建模的有效推广，进而提高非均质性测井评价的精度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测井标准化方法，特别涉及一种含油气泥页岩地层测井 曲线标准化方法。

背景技术

测井资料标准化是储层精细评价及井震联合反演等工作开展前的一项基 础性工作，它可以消除测井资料中的系统误差，尽可能还原测井资料的真实 值，增强多井曲线间的可对比性，是提高测井解释及地震反演精度的保障。 曲线标准化主要基于“相同沉积环境下同岩性地层具有相似测井响应”的原 理，选取两套岩性稳定的标准层，进行特征值分析、确定校正量，校正后曲 线在标准层段具有相似的频率直方图分布或特征值按照某一空间趋势变化。 曲线标准化问题最早由Connoly提出，其利用油气层之外的石膏与石灰岩层 作为两套标准层，对海相地层测井数据进行了重新刻度，随后Lang、sheir 等人对标准化的方法、概念进行了探讨与完善。我国油气藏多属于陆相环境， 构造运动复杂且沉积岩性变化频繁，平面上难以找到两套稳定分布的标准层， 给实际工作带来困难。陈福煊等人利用电阻率与孔隙度曲线交会，构建两个 “虚拟”标准层，王志章、邵才瑞等人分别利用多套非渗透性致密泥岩层或 多套标准砂岩层作为视标准层，肖佃师等人引入频谱分解方法，将沉积地层 的低频分量视为“宏观虚拟标准层”，这些方法都有效实现了陆相地层测井数 据的标准化。

页岩油气的成功开发使我们认识到，泥页岩不仅是重要的烃源岩，同时 也是油气富集的场所，利用测井资料评价泥页岩的生烃潜力、矿物组分等参 数是页岩油气测井评价的核心内容。由于泥页岩层粘土含量高，易发生扩径， 对测井曲线影响严重，同时研究区块一般勘探时间长、测井系列多，不同仪 器测量的曲线间存在一定的系统误差，因此在进行测井评价前，需要进行标 准化。目前标准化方法主要针对于常规砂岩或碳酸盐岩储层，而针对泥页岩 层的研究较少。泥页岩储层致密、岩性复杂、有机质含量高，且非均质性非 常强，其标准层的构建方法明显不同于常规砂岩地层，因而现有技术中的标 准化方法不能适用于泥页岩层。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种含油气泥页岩 地层测井曲线标准化方法，使得泥页岩及其附近层中缺乏稳定标准层时，可 以利用该方法实现曲线标准化，增加多井测井曲线的可对比性，保证非均质 性建模的有效推广，进而提高非均质性测井评价的精度。

本发明的技术方案是这样实现的：含油气泥页岩地层测井曲线标准化方 法，包括如下步骤：

（a）选取并构建标准层；

（b）特征值分析；

（c）曲线校正；

（d）标准化效果验证。

上述含油气泥页岩地层测井曲线标准化方法，在步骤（a）中：（a1）将 声波与电阻率曲线叠置，电阻率曲线采用对数坐标，电阻率单位为欧姆·米， 电阻率对数是以10为底的对数，声波曲线反刻度，声波时差单位为us/ft，调 整刻度，保证1个电阻率对数刻度对应50个声波刻度，且使两条曲线在砂岩 段基本重合，此时声波与电阻率的幅度差可以反映泥页岩中有机质的含量， 有机质含量越高幅度差越大，根据砂岩段确定出声波的基线位置DT_基和电阻 率曲线的基线位置RLLD_基，按照公式ΔlgR=lg(RLLD/RLLD_基)+0.02·(DT-DT_基) 求解幅度差ΔlgR，将幅度差大于0.26划定为富有机质页岩层和劣质油页岩 层，在目的层内识别出多套富有机质泥页岩层和劣质油页岩层；（a2）引入电 阻率与声波之比RLLD/DT曲线，在砂岩层及劣质油页岩层处RLLD/DT曲线显 示为高值、即RLLD/DT≥0.1，而在泥页岩段曲线显示为低值、即 RLLD/DT<0.1，将RLLD/DT<0.1时划定为泥页岩层，根据RLLD/DT曲线，去 除步骤（a1）中劣质油页岩层，识别出多套低有机质泥页岩层；（a3）将多套 富有机质页岩视为一套富有机质视标准层，多套低有机质泥岩视为一套低有 机质视标准层，统计两套视标准层对应测井曲线值，将曲线值划分成若干段， 分别统计各曲线段所占百分比，完成两套视标准层曲线频率直方图。

上述含油气泥页岩地层测井曲线标准化方法，在步骤（b）中：分别读取 视标准层曲线频率直方图中主峰位置对应的曲线值，作为视标准层的曲线特 征值，统计各井两套视标准层的特征值；以特征值为因变量，井点对应横、 纵坐标为自变量，构建二次多项式趋势面方程：F(x,y)=a+b·x+c·y+d·x·y+e·x²+f·y²， 利用最小二乘法拟合方程中6个系数a、b、c、d、e、f，建立特征值趋势面 方程；得到的两套视标准层特征值的拟合公式为：

F₁(x,y)=-484476.7-0.00229481·x+0.19555·y-0.24988·10^-7·xy+0.92683·10^-7·x²-1798266·10^-8·y²

F₂(x,y)=-123952.6+0.211625·x+0.0210702·y-0.28427·10^-7·xy+0.51659·10^-7·x²-0.1957·10^-9·y²

其中：x，y分别为横、纵坐标，单位为m；F₁(x,y)，F₂(x,y)分别为低有 机质视标准层及富有机质视标准层的曲线特征值二次趋势面方程。。

上述含油气泥页岩地层测井曲线标准化方法，在步骤（c）中：统计视标 准层声波曲线趋势值（趋势面方程计算得到）与特征值的差值，此差值简称 残差；根据两套视标准层残差分布将井划分为3类：不需要校正井、需要平 移校正井和需要比例校正井：当两套标准层的残差均小于2.0us/ft时，表 明该井的声波曲线测量值与趋势值基本一致，不用进行校正；当其中一套标 准层残差值大于2.0us/ft，且两套标准层的残差值间差距小于2.0us/ft时， 表明该类井曲线测量值存在一定偏差，仅需要做平移校正，校正量根据残差 值确定：将原曲线与两套标准层的残差平均值相加就得到标准化后的曲线； 当其中一套标准层残差值大于2.0us/ft，且两套标准层残差值间差距大于或 等于2.0us/ft时，表明曲线不仅需要做平移校正，同时需要进行比例校正， 该类井对应测井曲线可通过线性变换进行校正，公式如下：

$\mathrm{Cur}\_b\left(z\right)=\frac{C_1^{\prime }-C_2^{\prime }}{C_1-C_2}·(\mathrm{Cur}\left(z\right)-C_1)+C_1^{\prime }---\left(1\right);$

式（1）中：C′₁、C′₂—分别为富有机质视标准层对应测井曲线趋势值、低 有机质视标准层对应测井曲线趋势值，分别从趋势面方程中获取；

C₁、C₂—分别为富有机质视标准层对应测井曲线特征值、低有机 质视标准层对应测井曲线特征值，分别从曲线频率直方图读取；

Cur(z)、Cur_b(z)—分别为原始测井曲线值、标准化后测井曲线值。

本发明的有益效果是：

（1）本发明利用“同岩性多套标准层”及趋势面分析相结合来消除有机 非均质性影响，其中，“同岩性多套”目的是有效消除纵向非均质性的影响， 而趋势面分析则考虑横向非均质性。当泥页岩及其附近层中缺乏稳定标准层 时，可以利用该方法实现曲线标准化。

（2）通过本发明方法进行曲线标准化，可以增加多井测井曲线的可对比 性，保证非均质性建模的有效推广，进而提高非均质性测井评价的精度，避 免在测井建模及推广时得出错误的评价结论。

附图说明

图1为含油气泥页岩层有机非均质性（金88井）。

图2为单井标准层的划分及连井对比。

图3为各套标准层声波曲线特征值对比。

图4A为小城子地区青山口组低有机质泥岩视标准层声波特征值等值面 分布（单位：us/ft）。

图4B为小城子地区青山口组富有机质页岩视标准层声波特征值等值面 分布（单位：us/ft）。

图4C为小城子地区青山口组低有机质泥岩视标准层声波特征值趋势分 析（单位：us/ft）。

图4D为小城子地区青山口组富有机质页岩视标准层声波特征值趋势分 析（单位：us/ft）。

图5为标准层声波曲线残差分布。

图6为ΔlgR—TOC建模图版（城深1井）。

图7为标准化前后声波曲线及TOC计算结果对比图（城4井）。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步的说明：

本实施例含油气泥页岩地层测井曲线标准化方法在王府凹陷小城子地区 进行试验：

一、试验背景介绍：

王府凹陷为松辽盆地东南隆起区重要的油气勘探领域，青山口组暗色泥 岩厚度大、有机质丰度高、全烃显示明显、地层埋深浅，为松辽盆地南部页 岩油气勘探最具有潜力的区块之一。王府凹陷小城子地区青一段底部埋深在 560m-940m之间，整体呈“东高西低、南低北高”的趋势。青山口组地层形 成于盆地急剧坳陷、水体迅速扩张的沉积时期，自下而上经历了“快速水进- 缓慢水退”的沉积过程，青一段地层岩性为灰黑色泥岩、油页岩夹薄层深灰 色粉砂质泥岩，灰黑色泥岩及油页岩横向分布稳定、富含有机质，有机碳含 量最高可达6%，平均值为2.6%，测井曲线表现为“三高一低”特征，即高 声波时差、高中子、高自然伽马及低密度；青二段岩性过渡为厚层深灰色、 灰绿色泥岩与薄层浅灰色粉砂岩互层，底部发育劣质油页岩，该段泥岩有机 质丰度明显偏低，有机碳含量最高仅为1.0%，平均值为0.5%，声波时差、 中子和自然伽马曲线值较青一段偏低；青三段岩性为大套灰白色、暗紫色泥 岩夹薄层泥质粉砂岩，受压实作用影响，声波时差随深度增加而明显减小。

由于构造运动、气候变化等因素引起的沉积环境变迁控制着泥页岩中有 机质的分布及富集程度，泥页岩层有机质丰度在垂向及横向上均表现出较强 的非均质性。如图1所示，金88井青一段发育两套灰黑色泥岩，厚度分别为 20m和8m，有机碳含量（TOC）和残留烃量（S1）垂向上表现出剧烈变化。 以下部泥岩为例，TOC分布范围为1.19%-6.141%，平均值为3%，由下而上 有机质丰度呈现“减小-增大-减小”的变化趋势，反映了水体的频繁波动。 由于有机质的特殊测井响应，受有机非均质的影响，泥页岩中同套岩性或两 套相同岩性的地层测井响应差异明显。以声波曲线为例，金88井下部富有机 质页岩中高TOC点与低TOC点声波时差的差值可达30us/ft，上下两套页岩 声波时差的差值可达10us/ft，这说明了富有机质泥页岩测井曲线响应稳定性 差。

二、试验步骤（本实施例以声波曲线标准化为例进行说明）

（a）选取并构建标准层

（a0）标准层的选取方法

测井曲线标准化时选用的标准层一般需满足三个条件：岩性均匀、横向分 布连续；测井响应相似、曲线值分布稳定；两套标准层基本能代表目的层测 井曲线的高、低端值。连井对比分析认为，青二段低有机质泥岩层测井响应 稳定、横向分布连续，可作为一套标准层，青一段中富有机质泥页岩横向分 布连续，但测井响应受有机质非均质的影响，曲线稳定性差，如果选用其中 一套富有机质页岩层作为标准层，则标准化的效果将受到影响。针对泥页岩 的岩性及曲线响应特征，本次构建两套视标准层进行泥页岩曲线标准化，即 分别将多套低有机质泥岩和多套富有机质页岩合并为两套视标准层，利用多 套泥页岩层的综合效应削弱有机非均质的影响，同时在特征值分析时选用趋 势面方法，充分考虑地质规律变化对曲线测量值的影响。

单井识别多套标准层时，首先要进行曲线敏感性分析，优选对标准层岩 性敏感的曲线组合有效识别标准层，减少非标准层段的误入。青二段低有机 质泥岩与粉砂岩相比，具有高声波时差和低电阻率特点，青一段富有机质泥 页岩与低有机质泥岩相比，具有更高声波时差和低电阻率（由于富含黄铁矿 等导电矿物）特点，因此可以利用声波和电阻率曲线组合进行标准层识别。

（a1）将声波与电阻率曲线叠置，电阻率曲线采用对数坐标，电阻率单位 为欧姆·米，电阻率对数是以10为底的对数，声波曲线反刻度，声波时差单 位为us/ft，调整刻度，保证1个电阻率对数刻度对应50个声波刻度，且使 两条曲线在砂岩段基本重合，此时声波与电阻率的幅度差可以反映泥页岩中 有机质的含量，有机质含量越高幅度差越大，根据砂岩段确定出声波的基线 位置DT_基和电阻率曲线的基线位置RLLD_基，按照公式（1）求解幅度差ΔlgR， 将幅度差大于0.26（对应TOC值为2%）划定为富有机质页岩层和劣质油页岩 层，据此在青一段中识别出多套富有机质泥页岩层和劣质油页岩层；

ΔlgR=lg(RLLD/RLLD_基)+0.02·(DT-DT_基)    （1）

其中，RLLD_基、DT_基分别为电阻率及声波曲线的基线值，RLLD、DT分别为 电阻率及声波的实测值，电阻率单位为欧姆·米，声波时差单位为us/ft；。

（a2）引入RLLD/DT（电阻率与声波之比）曲线，在砂岩层及劣质油页 岩处RLLD/DT曲线显示为高值（RLLD/DT≥0.1），而在泥页岩段RLLD/DT曲线 显示为低值（RLLD/DT<0.1），根据RLLD/DT曲线，去除步骤（a1）劣质油页 岩层，同时在青二段中识别出多套低有机质泥页岩层。

（a3）利用步骤（a1）和（a2）中的方法对城深1、城深203和城8三 口井青山口组进行标准层划分（图2），三口井在青一段中均识别出四套富有 机质页岩层，在青二段中识别出四套低有机质泥岩层。统计各套岩层对应测 井曲线值的频率直方分布，选取直方图主峰位置对应的曲线值为特征值，分 析各层特征值的相对变化规律（图3）。各低有机质泥岩段曲线特征值变化范 围小、各井对应的特征值相对变化趋势基本一致，表明选取任一套低有机质 泥岩层作为标准层对标准化结果影响较小。而四套富有机质页岩层段的特征 值变化范围大、各井对应的特征值变化趋势不一致，表明选取不同页岩层段 作为标准层将得出不同的标准化结果，甚至出现相反的情况。比如，选取城 深1为标准井，页岩层1或页岩层4作为标准层时，由于城8井特征值低于 城深1井，城8井曲线校正量为正值，若选取页岩层2为标准层时，则城8 井曲线校正量为负值。为消除泥页岩中有机非均质性的影响，将多套富有机 质页岩层及低有机质泥岩层分别合并为两套“视标准层”，视标准层的曲线特 征值为多套岩层的平均反映，两套视标准层可以代表测井曲线的高低端值， 从视标准层曲线特征值分布来看，三口井富有机质视标准层特征值的相对大 小与低有机质视标准层基本一致，这一方面说明三口井的曲线分布基本一致， 曲线间系统误差小，另一方面也说明通过构建视标准层，利用多套岩层的综 合效应，有效消除了泥页岩层中非均质性的影响。

（b）特征值分析

特征值分析主要包括频率直方图法和趋势面分析法两种。频率直方图法 是统计标准层段测井曲线的频率分布，确定标准井，将其它井的曲线分布与 标准井对比，确定校正量，通过校正使各井标准层曲线具有相似的频率直方 分布，该方法未考虑地质条件变化对曲线测量值的影响，比如埋深、沉积相 变等，适用于构造平缓、沉积稳定、井网密度大的情况；趋势面分析法不用 确定标准井，通过分析标准层曲线特征值的空间变化趋势，比较特征值与趋 势值关系确定校正量，该方法充分考虑地质规律变化对曲线测量值的影响， 较好解决工区面积大、目的层构造起伏大情况下测井曲线标准化。基于王府 凹陷井网稀疏、工区面积大的特点，本实施例利用趋势面进行特征值分析， 特征值为曲线频率直方分布的峰值。

通过单井标准层的构建，统计工区内各井两套“视标准层”对应的曲线 特征值。以特征值为因变量，井点横、纵坐标为自变量，利用最小二乘法进 行趋势面方程拟合，趋势面采用二次多项式方程。最终得到的两套视标准层 特征值的拟合公式为：

F₁(x,y)=-484476.7-0.00229481·x+0.19555·y-0.24988·10^-7·xy+0.92683·10^-7·x²-1798266·10^-8·y²

F₂(x,y)=-123952.6+0.211625·x+0.0210702·y-0.28427·10^-7·xy+0.51659·10^-7·x²-0.1957·10^-9·y²

其中：x，y分别为横、纵坐标，单位为m；F₁(x,y)，F₂(x,y)为低有机质视标 准层及富有机质视标准层的曲线特征值二次趋势面方程，声波时差单位为 us/ft。

图4为低有机质泥岩视标准层及富有机质页岩视标准层对应的声波曲线 特征值等值面及趋势面分布图。由图4A和图4B可知，平面上特征值变化规 律性差，在个别井点处常出现局部极值，等值线形态呈“牛眼状”，表明这些 井与邻井的特征值差异大、曲线可对比性差。由图4C和图4D可知，两套视 标准层特征值趋势面变化较平缓，趋势值变化范围分别为91.5-98.5us/ft、 116.5-125us/ft。趋势面变化趋势基本与特征值一致，在工区南部最小，由 中部向东西两侧特征值逐渐增大，特征值分布趋势与该区青山口组地层“南 低北高”的构造趋势基本吻合。

（c）曲线校正

统计标准层声波曲线趋势值与特征值的差值（下称残差）（图5），残差 值基本在零值附近分布，对于低有机质视标准层，残差最大为4.0us/ft，超 过2.0us/ft的井3口，对于富有机质视标准层，单井残差值最大为4.2us/ft， 超过2.0us/ft的井4口。根据两套视标准层残差分布可将工区内的井划分为 3类：不需要校正井、仅需要平移校正井和需要比例校正井。当两套标准层 的残差均小于2.0us/ft时，表明该井的声波特征值与趋势值基本一致，曲线 不需要校正，如城10、城204、城5、城8、城深1、城深2、城深201、城 深601、城深8、王府1井；当其中一套标准层残差值大于2.0us/ft，且两 套标准层的残差值间差距小于2.0us/ft时，表明该类井曲线测量值存在一定 偏差，需要做平移校正，校正量根据残差值确定：将原曲线与两套标准层残 差平均值相加就得到标准化后的曲线，如城9、城深203、城深3井；当其中 一套标准层残差值大于2.0us/ft，且两套标准层残差值间差距大于或等于 2.0us/ft时，表明曲线不仅需要做平移校正，同时需要进行比例校正，如城 4、城深11、城深202、城深6，可通过线性变换进行曲线校正，公式如下：

$\mathrm{Cur}\_b\left(z\right)=\frac{C_1^{\prime }-C_2^{\prime }}{C_1-C_2}·(\mathrm{Cur}\left(z\right)-C_1)+C_1^{\prime }---\left(1\right)$

式中，C′₁、C′₂—分别为富有机质视标准层对应测井曲线趋势值、低有机 质视标准层对应测井曲线趋势值，分别从趋势面方程中获取；

C₁、C₂—分别为富有机质视标准层对应测井曲线特征值、低有机 质视标准层对应测井曲线特征值，分别从曲线频率直方图读取；

Cur(z)、Cur_b(z)—分别为原始测井曲线值、标准化后测井曲线值。

三、试验效果分析

北美及我国页岩油气勘探实践证实，富有机质泥页岩层中含有海量的油 气资源，但泥页岩储层致密、低孔及超低渗，只有那些油气富集、脆性矿物 含量高的有利层段才具有开采价值，因此评价泥页岩层的有机及无机非均质 性显得尤为重要。根据有机质对测井曲线的特殊响应，利用测井资料纵向分 辨率高的特点，可以建立起测井资料与评价参数间的定量关系，实现含油气 泥页岩段有机非均质性的连续定量评价。本次在对王府凹陷小城子地区泥页 岩有机碳含量（TOC）评价时，分别利用标准化前后测井曲线进行建模及推 广，以检验曲线标准化的效果。其中，TOC评价采用较为成熟的ΔlgR方法， ΔlgR方法中选用深侧向电阻率和声波时差两条曲线，通过分析，深侧向电阻 率曲线不需要进行标准化。

王府凹陷小城子地区目前共钻探井17口，其中城深1、城4井进行了岩 心地化测试，根据标准层残差分析（图5），城深1井曲线残差值小，不需要 标准化，城4井两套视标准层特征值分别为93.3us/ft、124.3us/ft，趋势值为 93.3us/ft、121.6us/ft（图4），可见城4井富有机质视标准层段对应的声波时 差测量值偏大，主要因为617-680m井段存在明显扩径引起（图7），根据式 （2）对城4井声波曲线进行校正。根据ΔlgR方法，利用城深1井测试分析 数据进行TOC建模（图6），将建模成果应用于城4井，利用城4井标准化 前后声波曲线分别计算TOC值，将计算结果与测试分析数据进行比较，分析 曲线标准化的效果及其对有机碳评价的影响。图7为城4井标准化前后声波 曲线及计算TOC对比图，城4井在600m-680m富有机质页岩段中共测试分 析样品5个，平均TOC值为2.71%，利用原始声波曲线计算的TOC值明显 偏高，计算TOC平均值为3.52%，与实测相比平均相对误差为30%，而标准 化后声波曲线计算TOC值与实测值基本吻合，计算TOC平均值为2.87%， 平均相对误差为5.9%。上述实例表明，通过曲线标准化，有效地消除了曲线 的系统误差，增强了多井曲线的可对比性，保证测井建模成果能在全区有效 推广，使得有机碳测井评价结果更为合理，同时也证实该方法可以有效适用 于含油气泥页岩地层。

为此，本实施例以松辽盆地王府凹陷青山口组泥页岩为例，针对泥页岩 储层地质特征，研究标准层的构建及特征值的分析方法，有效解决含油气泥 页岩层测井曲线的标准化。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发 明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说 明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有 的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易 见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。