一种用电成像测井测定古流向的方法

摘要

本发明属于地质结构测定技术领域，涉及一种用电成像测井测定古流向的方法，利用电成像测井资料分析确定井下储层古流向的方法，先进行电成像测井数据的处理，再对数据进行分层分扇区统计，然后依据统计处理的图表测定古流向；其工艺步骤包括确定储层砂体类型、处理成像数据、生成电成像图像、扣除泥岩层、分层分扇区统计、绘制玫瑰图、确定古流向和验证计算结果；利用电成像测井资料确定古水流方向，无需花费大量时间在电成像图中通过人工方法识别和拾取大量地质特征，同时摆脱了野外露头观察的诸多限制，其测定工艺原理科学可靠，测量准确性好，计算机处理智能化程度高，节省人力财力，处理速度快，应用环境友好。

说明书

技术领域：

本发明属于地质结构测定技术领域，涉及一种用电成像测井测定古流向的方法，特别是一种采用经过预处理后的电成像测井数据，再通过分层分扇区的数据统计结果测定水道型砂体储层古流向的技术方案。

背景技术：

在石油地质勘探技术领域中古水流方向简称古流向分析和测定是对研究区块进行沉积环境和沉积体系分析的重要手段之一，古流向决定了某一时期沉积物的主要来源方向和扩散方向，关系到砂体的分布规律和沉积体系的展布，对于预测有利储积体的分布范围、优化注采方案、提高采收率等方面具有重要意义。古流向的信息会在沉积地层中以特定的形式保留下来，根据这些形式的标志可以判断和恢复古水流方向。长期以来，古流向分析主要依靠对野外露头的观察和测定，通过分析多种层理、层面等沉积指向构造的特征以及砾石、生物化石等的定向排列可从中提取古流向信息。然而，该类方法的应用受到地层出露情况等诸多客观条件的限制，当目的层无露头或无相应古流向标志时，无法通过野外观测确定古流向。

在现有技术中，利用测井资料判定古流向是一种常用的技术手段。20世纪90年代，地层倾角测井的广泛应用在古流向分析及砂体沉积构造等方面发挥了积极的作用，地层倾角测井可测得井眼处地层的倾角和方位角，总结各种地质特征的响应模式，再据此判断出地层的产状及层理等层内构造的方位，然后在此基础上可确定古水流方向。地层倾角测井可获得连续的地层信息，有较高的纵向分辨率，但测量曲线仅为4～8条，只能采用相关对比法进行处理，在地层分布稳定且连续的情况下效果较好，在地层垂向上复杂多变或非均质性强时可靠性变差、多解性增强，其解释和利用结果常常受到质疑。中国专利申请号CN201510073967.7公开了一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法，该方法可提供准确的粘土含量数据，从而为地层评价和流体识别奠定基础，但并未提及测定古流向的技术方案；所以，人们在继续寻找新的技术方法，而利用电成像测井数据确定古流向的技术尚未有报道。

随着测井技术的进步，由地层倾角测井发展而来的电成像测井技术因能提供高分辨率井壁图像得到广泛应用，与地层倾角资料相比，电成像图不仅能提供地层的倾角和方位，常见的沉积构造在图中也有显示，因此，通过识别沉积构造，用倾角矢量成果图呈现的蓝模式、绿模式或绘制玫瑰图来确定古流向成为可能，但该方法存在的问题是处理人员需具备一定解释经验，明确多种古流向标志在成像图中的响应模式，通过人机交互的方式在图中识别并拾取大量具有相关特征的沉积构造，其时间成本高，分析结果具有一定的不确定性。所以，要克服野外露头观测的局限性，提高通过电成像测井资料判定古流向的效率和准确率，寻找一种新的由电成像测井资料确定古流向的方法具有重要的实用价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求提供一种利用电成像测井资料分析确定井下储层古流向的方法，先进行电成像测井数据的处理，再对数据进行分层分扇区统计，然后依据统计处理的图表测定古流向。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下工艺步骤：

(1)确定储层砂体类型：

古水流方向(简称古流向)的变化会导致砂体平面的各向异性，表现为渗透率的方向性，通过分析渗透率的方向来确定古流向，渗透率的方向则由电成像测井数据确定；对于河流砂体与各种水道型的砂体，其渗透率方向与古流向一致，由电成像测井数据出发测定该类砂体的古流向；根据这一原则，先由现有的区域地质资料确定沉积环境和储层砂体类型；

(2)处理成像数据：

先由电成像测井仪(简称仪器)采用多个极板分别采集井周各个方位的地层电导率信息；每个极板装有多个纽扣电极，每个纽扣电极测量得到一条电导率曲线，按照极板顺序以正北向展开即得到环井周的二维电导率图像；各极板的方位数据由安装在电成像测井仪中的三个相互垂直的磁力计测量得到；由于地理南北极和地磁南北极不重合，对测得的方位进行校正，以免除最终确定的古流向偏差；其中方位校正公式如下：

φ'＝φ+δ-γ (1)

γ＝Δλ·sinψ (2)

式中，φ'为校正后的方位角；φ为测得的方位角；δ为磁偏角，东磁偏角为正，西磁偏角为负；γ为高斯平面的子午线收敛角，东收敛角为正，西收敛角为负；Δλ为计算点与中央子午线间的经度差；ψ为计算点所在纬度；

再借助装有电成像测井数据处理软件的计算机系统，采用积分法或滤波法进行加速度校正；由于井斜、井眼不规则和井壁泥饼对仪器的阻尼作用，电成像测井仪在井下作不规则运动，甚至出现卡停的情况，导致地面记录深度和仪器真实深度不匹配，表现在测井图上为图像的拉伸和压缩，原始测量结果不能反映对应深度地层电性的变化，也不能用于确定古流向，需要对电成像测井数据进行加速度校正，消除图像中的拉伸和压缩现象，同时恢复测井数据的真实深度；其中本发明涉及的软件为成熟的商业软件，包括全球最大的油田服务公司斯伦贝谢Schlumberger的Techlog软件、中石油的CIFLog软件和北京石大油软技术有限公司的Forward.NET软件；

然后进行极板数据均衡化，电成像测井仪在井下工作时，由于各个极板的供电电压存在差异，纽扣电极表面会形成泥浆膜或油膜，受这些因素的影响，测得的电导率值与真实值存在较大偏差，最终生成的成像图会出现某个极板图像明显比其余极板图像亮或者暗的情况，或者在某个极板图像内出现黑色条带或垂直竖条纹的假象，导致仪器对同一地层的响应出现明显差异；采用未校正的数据确定古流向，处理结果将受到某个极板或某些电极的影响，难以获得真实的古水流方向，采用数据均衡化算法，对所有电极的测量结果进行统计校正；

(3)生成电成像图像：

电成像测井数据经过处理后，再采用色度标定法刻度成二维色标数据，然后映射到特定的成像色谱，将色标数据刻度为不同的颜色，再根据一号极板方位把二维数据沿正北方向360°展开，即生成视觉直观的电成像图像；所用的色度标定法为静态色度标定法和动态色度标定法，分别对整个被测井段和一定窗长内的数据进行刻度，生成的电成像图像分别为静态图和动态图；静态图反映地层的整体变化，动态图则对局部特征的描述更加清晰，采用静态刻度数据进行后续统计分析，采用动态图进行辅助解释；将多个极板数据合成完整的二维图，实现对数据的直观显示，用于后续地质解释；其电成像图像按照极板方位沿正北方向呈现，且已经过方位校正，实现了精确的数据定位，处理后能反映最大电导率方向，进而确定古水流方向；对数据进行全井段刻度，实现了数据的归一化，方便后续统计分析；

(4)扣除泥岩层：

生成于静水环境中的泥岩层，不能反映古水流的方向，在处理和测定前应将泥岩层从处理的井段中扣除，采用常规测井解释结论，结合步骤(3)生成的动态、静态图，识别出其中的泥岩层，并将其从被测层段中扣除；

(5)分层分扇区统计：

电成像测井数据采样间隔为0.1in(0.00254m)，先选取40个采样点，长为0.1m的统计窗长(即分层厚度)，将中间点的深度索引作为统计结果的深度索引；为提高计算结果的纵向分辨率，滑动步长选定为1/2个窗长，即0.05m；

再将360°的电成像图像等分为24个扇区，每个扇区15°，分别计算当前窗口、当前扇区内电导率平均值；实际操作时存在两个问题：一是由于电成像测井仪采用多个极板测量，井眼覆盖率总小于100％，极板之间存在无数据的空白带，且随着井径的增大空白带宽度逐渐增大；二是由于仪器在井下测量过程中会发生旋转，测量得到的极板数据和空白带所在方位随时改变；这两个因素导致在同一窗长不同扇区内的数据个数不相等；如果当前扇区完全被某一极板所覆盖，用于统计的数据个数为600(40×15)；如果当前扇区存在空白带，数据个数则小于600；能出现的最极端情况为当前扇区全部为空白带，无有效数据用于统计；为了消除由于没有数据或样本个数过少引起的统计误差，设置单个窗长、单个扇区数据个数阈值为100，如有效数据个数大于阈值则进行统计，计算电导率平均值；如有效数据个数小于阈值，则抛弃当前扇区数据，不做统计；

在得到各扇区电导率均值后，选择其中的最大值，再将最大值所在扇区作为当前窗口的输出值；按照1/2窗长移动窗口，依次计算各扇区电导率均值、确定最大电导率均值所在扇区直到当前处理井段结束；其中设置单个处理井段长度为10m；

(6)绘制玫瑰图：

采用与步骤(5)相同的划分方法，将整个圆周等分为24个扇区，每个扇区15°，将步骤(5)中计算的最大电导率均值所在位置按照扇区序号依次累加得到各个扇区包含最大电导率均值的数据个数，将结果绘制在圆周中，形成用于确定电导率最大值所在方向的玫瑰图，其中各扇区的半径与对应统计结果的数值大小成正比；为了突出不同扇区间的差异，各扇区的填充色或灰度与对应数值大小相关，结果相近的扇区具有相同或相近的填充色或灰度，反之则差别较大；

(7)确定古流向：

确定玫瑰图中半径最大的扇区所在方向为电导率最大值方向；根据水基泥浆电成像测井原理得到电导率越大表示该处地层渗透性越好，又根据渗透率方向与古流向一致的原则，电导率最大值所在方向即为古流向，将半径最大的扇区中心线所在方向作为最终确定的古流向，实现古流向的测定；

(8)验证计算结果：

将全直径岩样制成饼状岩样和标准柱塞样，通过剩磁重定向确定岩心方位；用饼状岩样测量不同方位的电导率，用标准柱塞样测量岩心渗透率，将结果绘制于极坐标中，确定最大电导率所在方向和渗透率主方向，与步骤(7)中确定的古流向作对比，以验证二者的一致性，实现用电成像测井测定古流向的功效。

本发明与现有技术相比，利用电成像测井资料确定古水流方向，无需花费大量时间在电成像图中通过人工方法识别和拾取大量地质特征，同时摆脱了野外露头观察的诸多限制，在古水流方向确定方面具有其他方法无可比拟的优势，具有应用和推广价值；其测定工艺原理科学可靠，测量准确性好，计算机处理智能化程度高，节省人力财力，处理速度快，应用环境友好。

附图说明：

图1为本发明方法涉及的工艺步骤流程示意框图。

图2为本发明涉及的静态和动态电成像图。

图3为本发明涉及的分层分扇区统计原理示意图。

图4为本发明涉及的用于确定古流向的玫瑰图。

图5为本发明涉及的周向电导率和渗透率测量结果对应示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

本实施例涉及的利用电成像测井数据确定水道型砂体储层古流向的方法，其实现的具体工艺步骤如下：

(1)确定储层砂体类型：

本实施例根据相关地质资料，被测用井所在区域位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中北部，处理层段为山1段，综合岩石学特征和沉积构造特征确定该层段为河流相沉积环境，符合本发明所述方法的应用条件，能够通过成像测井资料确定古流向；

(2)处理成像数据：

取得所述被测用井的原始电成像测井资料，先对测得的方位角曲线进行校正；该井所在点磁偏角为-2.63°，计算点与中央子午线间的经度差为1.88°，计算点所在纬度为北纬38.968°，由公式(2)计算得到高斯平面的子午线收敛角为：

γ＝1.88×sin38.968°-1.182° (3)

此处为西收敛角，应取负值，故子午线收敛角为-1.182°，由公式(1)计算校正后的方位角为：

φ'＝φ-2.63°+1.182°-φ-1.448° (4)

根据公式(4)对仪器记录的方位曲线进行校正，消除由磁偏角引入的误差，保证成像数据准确定位；

在装有电成像测井数据处理软件的计算机中对经方位校正后的数据进行加速度校正和数据均衡化处理，消除由仪器遇卡、解卡造成的图像压缩、拉伸现象和响应不一致的情况，为后续步骤提供高质量的输入数据；其中所涉及的电成像测井数据处理软件为成熟的商业软件，包括全球最大的油田服务公司斯伦贝谢Schlumberger的Techlog软件、中石油的CIFLog软件和北京石大油软技术有限公司的Forward.NET软件；

(3)生成电成像图像：

对预处理后的电成像测井数据分别采用常规的静态和动态色度标定方法将其刻度为二维色标数据，静态标定时对全井段进行刻度，动态标定采用长度为1m的窗口；标定后原始电导率数据转换为0-255的色标数据，然后用Heat色谱将色标数据映射为对应的颜色，形成颜色矩阵数据；最后按照经过严格方位校正后的极板方位曲线将数据沿正北方向展开，即生成视觉直观的电成像图像，如图2所示，图中从左到右依次为深度道、自然伽马曲线、静态成像图和动态成像图；

(4)扣除泥岩层：

图2中标号1为取芯位置，深度为2975.11m，以该位置为中心上下各取5m作为处理井段，即2970～2980m；综合常规测井资料和电成像图像得到该井段为一连续储层段，无泥岩层，故无需扣除，取该井段静态成像数据进行下一步骤处理；

(5)分层分扇区统计：

从起始深度开始向下对处理井段静态成像数据进行分层处理，每个小层厚度包含40个采样点，实例井电成像采样间隔为0.1in(0.00254m)，统计窗长为0.1m；从静态图像最左侧(正北方向)开始向右每15°划分为一个区域，在极坐标中为一相同角度的扇形区域；如图3所示为分层分扇区统计原理示意图，图中黑色正方形2表示有效数据，空白正方形3表示该位置无有效数据，矩形框4表示当前窗口和当前扇区；计算由纵向40个采样点、横向15°构成的矩形框内包含有效数据的个数，有效数据小于100，说明当前区域大部分或全部被空白带占据，该区域数据被抛弃；有效数据大于100，则计算该区域内数据的平均值；窗口向右移动15°，依次计算当前区域数据均值直至24个扇区全部计算完毕，得到当前窗长内各扇区电导率均值；从24个计算结果中选择其中的最大值，记录其所在扇区编号；按照1/2个窗长的步长向下移动统计窗口直到处理井段截止深度，再根据前述方法和步骤依次计算得到平均电导率最大值所在扇区编号；

(6)绘制玫瑰图：

基于步骤(5)的计算结果，分别统计落在各个扇区内平均电导率最大值的个数，并以该值为各扇形的半径和区域填充色(或灰度大小)绘制玫瑰图；

表1各扇区内平均电导率最大值个数

扇区编号最大值个数扇区编号最大值个数0612111161311261483515040163541715681810719194284208932112100222111233

如图4所示为根据表1数据绘制的玫瑰图，0°为正北方向，每个扇形区域占据15°的范围，扇形半径大小与该区域内平均电导率最大值个数成正比，扇形填充色(或灰度大小)与最大值个数相关；

(7)确定古流向：

将处理井段电成像数据统计结果绘制成玫瑰图后，从图中能够确定古流向；图4中标号5所指扇形半径最大，表示有最多的最大电导率平均值落在该区域内，与其相对的标号为6的扇形半径其次，且二者相差180°，说明两个扇区所在方向为渗透率主方向，即古流向；本实施例采用扇形的中心线所在角度作为最终的古流向，因此，由图4确定的古流向为292°(或112°)；实现了用电成像测井数据测定古流向的功能。

本实施例利用水道型砂体储层本身的各向异性引起的微电阻率测井各向异性来确定渗透率主方向，进而确定古水流方向，拓展了电成像测井资料在古流向分析领域的应用，对研究区岩相古地理研究、储层预测及生产开发具有重要意义。

实施例2：

本实施例涉及一种验证实施例1的测定结果的方法，先采用井包含取心资料，图2中标号1为取心位置，用全直径岩心分别制作饼状岩样和标准柱塞样，再通过剩磁重定向确定岩样的方位；将饼状岩样等分为24个扇区，每个扇区侧面切出平整的切面，测量并计算每一组相对扇区的电导率，将结果绘制于极坐标中，如图4中标号7所示；用标准柱塞样测量岩心渗透率，根据其所在方位将测量结果绘制于极坐标中，如图5中标号8所示；由图5确定的最大电导率方向和渗透率主方向为112.5°(或292.5°)，比较本实施例所得结果与岩石物理实验结果，二者具有很好的一致性，验证了实施例1所述方法的有效性和准确性，说明本申请涉及的技术方案具备实用性。