王婧慈，郭海敏

（1.長江大學油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北 荊州 434023；2.長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 荊州 434023）

0 引 言

中子壽命測井的主要目的是確定剩余油飽和度及其縱、橫向分布，但此類過套管脈沖中子飽和度測井的影響因素較多[1－2]。在實際測井解釋工作中，針對具體研究區(qū)塊或關(guān)鍵油組，較難將多個因素剝離進行實驗研究，且各影響因素的地區(qū)差異性較明顯，導致前人的研究成果較難推廣。為將各影響因素綜合考慮并提高測井解釋精度和效率，本文探討了一種可以涵蓋多重影響因素的快捷測井解釋方法，該方案將各井次、各油組測井資料的二次校正和解釋模型參數(shù)估計融合考慮，利用輪南地區(qū)實際資料對比驗證了可行性。

1 設(shè)計遺傳算法參數(shù)及測井數(shù)據(jù)處理流程

遺傳算法在地球物理學中應用廣泛[3－5]。有文獻證明經(jīng)典遺傳算法在實際應用中易出現(xiàn)一定問題，也提出了一些解決方案[6－9]。自適應遺傳算法[10]在交叉和變異概率的調(diào)整上引入了自適應機制，但經(jīng)典的自適應遺傳算法參數(shù)調(diào)整機制較簡單，解決具體問題時有待改進。

設(shè)計思路。① 初期群體多樣性較強時，減小高、低適應度個體選擇概率的差距，適當增大交叉概率；當算法收斂較穩(wěn)定時，擴大高、低適應度個體選擇概率的差距，適當減小交叉概率，這樣有助于在初期增強算法搜索能力，防止早熟現(xiàn)象，在算法趨于收斂時防止優(yōu)良基因被破壞；② 適應度較小的個體對應較大的交叉、變異概率；反之亦然。

1.1 選擇概率設(shè)定

將某個體被選中的概率與其適應度函數(shù)建立關(guān)系式

式中，F(xiàn)為該個體的適應度。若將歸一化處理后的P寫作p′、F寫作f，當F取值范圍為[1，∞）時，有p′≥f。在算法運行初期將p′用作選擇概率可加大適應度較小個體被選擇的概率，防止算法過快收斂于局部最優(yōu)解。將該代群體平均適應度表示為ˉF。令≤A時，選擇概率為p′；＞A時，選擇概率為f。其中A為可變參數(shù)，根據(jù)適應度期望值確定。本文中子壽命測井孔隙度建模中A＝1.5；含水飽和度建模中A＝2.5。

1.2 交叉概率pc設(shè)定

當F≥ˉF時

式中，pc1為適應度值恰好等于ˉF的個體所對應的交叉概率，取值范圍（pc2，0.5）；pc2為適應度值最大的個體所對應的交叉概率，取值范圍（0，pc1）；max（F）、min（F）分別為該代群體中最大、最小適應度。

1.3 變異概率pm設(shè)定

式中，pm1為適應度值等于ˉF的個體所對應的變異概率，取值范圍（pm2，0.1]；pm2為適應度值最大的個體所對應的變異概率，取值范圍[0.0001，pm1）。這里pm1為0.09，pm2為0.001。

1.4 算法應用流程

步驟1：設(shè)置種群規(guī)模為30。若測井解釋模型中有N個未知參數(shù)，根據(jù)各參數(shù)進化范圍和所要求的精度進行二進制編碼。

步驟2：解碼。若參與運算的樣本點數(shù)目為n，將個體i代入待確定參數(shù)的模型中，計算出真實值與計算值之間的誤差

令

為保證適應度取值范圍為[1，∞），令適應度

步驟3：選出該代適應度最大的個體與當前存儲的最優(yōu)個體比較，將適應度較高的個體作為當代最優(yōu)個體存儲起來，并保留該個體直接進入下一代。

步驟4：判斷是否滿足算法停止準則。若滿足則停止，否則，產(chǎn)生下一代。回到步驟2。

1.5 算法停止準則的設(shè)定

2 改進算法在中子壽命測井解釋中的應用

將經(jīng)過常規(guī)預處理的測井資料利用本文方法進行二次處理可確定解釋參數(shù)，相當于進行了二次校正。

2.1 標準層的選取

開采層段或注入水波及層段的物性特征與完井相比可能已經(jīng)發(fā)生了一些變化。本文采用標準層研究方法，在單井處理時，首先結(jié)合地質(zhì)和生產(chǎn)資料，針對每個油組選擇合適的標準層。

標準層必須滿足條件：①區(qū)域上沉積穩(wěn)定，并具有一定厚度；②必須是未經(jīng)開采及注入水未波及的相對封閉段；③與待評價油組的垂向距離在一定范圍內(nèi)，巖性物性與待評價油組較一致；④至少有幾口關(guān)鍵井在標準層有取心資料；⑤歷年中子壽命測井和裸眼井測井曲線的對比能夠驗證標準層的穩(wěn)定性，如完井自然伽馬與新測得的自然伽馬曲線相符度較高，歷年中子壽命測井曲線形態(tài)較一致。圖1為輪南地區(qū)侏羅系油組標準層在LN2-×-×A井的測井曲線實例。

圖1 LN2-×-×A井標準層實例

2.2 孔隙度模型結(jié)構(gòu)的建立及參數(shù)確定方法

地層孔隙度與熱中子近、遠探測器計數(shù)率比值具有一定關(guān)系[11]。本文選用輪南油田2井區(qū)侏羅系（J）、三疊系（T）標準層巖心孔隙度資料，分別建立中子壽命測井近、遠計數(shù)率比值與孔隙度關(guān)系模型的結(jié)構(gòu)（見圖2、圖3），以下稱之為中子壽命測井孔隙度模型結(jié)構(gòu)。其一般表達式為

圖2 侏羅系中子壽命測井孔隙度模型

圖3 三疊系中子壽命測井孔隙度模型

式中，R為近、遠計數(shù)率比值；A、B、C為待定系數(shù)。

孔隙度較大時，地層水礦化度對近、遠計數(shù)率比值與孔隙度的關(guān)系有一定影響[11]，因此有必要針對每個井次、每個油組討論中子壽命測井孔隙度模型參數(shù)。若某井次標準層中可選用的樣品點數(shù)目為n，將孔隙度模型、R值以及巖心資料（若無巖心資料可用精度較高的完井解釋結(jié)論代替）利用1.4節(jié)中所述流程處理，此時真實值A(chǔ)j為樣品點完井孔隙度，迭代所得最優(yōu)解為適應于該井次、該油組的孔隙度模型參數(shù)。

2.3 含水飽和度模型及參數(shù)確定方法

中子壽命測井含水飽和度模型表示為[12]

式中，Sw為含水飽和度，小數(shù)；Σ為測得的地層熱中子宏觀俘獲截面，c.u.；φ為地層孔隙度，小數(shù)；Σma、Σw、Σh分別為混合巖石骨架、地層水、油氣的熱中子宏觀俘獲截面，c.u.；Vsh為地層泥質(zhì)含量，小數(shù)；Σsh為泥質(zhì)的宏觀俘獲截面值，c.u.。

Σma很難利用某種礦物的理論值確定；Σw在時間推移上、平面上、垂向上也具有一定非均質(zhì)性。因此，有必要按照井次、油組分別確定各宏觀俘獲截面參數(shù)。單井解釋時，若樣品點數(shù)目為n，將式（10）模型和各樣品點資料利用1.4節(jié)所述流程處理，此時真實值A(chǔ)j為樣品點完井含水飽和度，φ、Vsh利用完井測井資料，迭代所得最優(yōu)解為適應于該井次、該油組的Σma、Σw、Σh、Σsh值。

2.4 中子壽命測井資料評價流程

將1.4節(jié)中的算法編入解釋程序后，每個井次主要解釋流程見圖4。

圖4 中子壽命測井解釋流程圖

3 評價效果對比舉例

3.1 自適應遺傳算法改進效果示例

根據(jù)實驗分析及宏觀俘獲截面理論值[1]確定各待定解釋參數(shù)的進化范圍（見表1）。為驗證算法的優(yōu)越性，利用常規(guī)算法和本文算法分別處理關(guān)鍵井次（見表2）。圖5、圖6為LN2-×-A 井三疊系油組飽和度模型參數(shù)求取過程，可見改進的算法收斂平穩(wěn)，速度更快。

表1 各模型參數(shù)進化范圍

3.2 剩余油評價效果驗證

圖7為LN2-×-×D井侏羅系4597～4617m層段2004年、2005年、2006年中子壽命測井評價圖。該井2005年1月對侏羅系JⅣ油組4609～4615m層段射孔，投產(chǎn)日期為2005年3月7日。中子壽命測井日期分別為2004年12月10日、2005年12月13日、2006年2月20日，2006年單層開采產(chǎn)水率90%。

圖7中可見從原測井解釋結(jié)果中較難得出結(jié)論，而新測井解釋結(jié)果與裸眼井資料、實際生產(chǎn)情況相符度較高。輪南2井區(qū)水淹層孔隙度較完井孔隙度普遍稍有降低。根據(jù)新的測井解釋結(jié)果，2006年4611.5～4615m段判斷為高水淹層，但4609～4611.5m段判斷為低水淹層。這一結(jié)論也可從其他測井資料得到支持，如4609～4615m見2005年、2006年自然伽馬異常，水淹特征明顯。但從完井滲透率、自然電位等可見4611.5～4615m段較4609～4611.5m段滲透性更好，水淹程度差距較大是合理的。

將本文討論的方法應用在輪南油田2井區(qū)多個井次的中子壽命測井評價中，通過與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比（見表3），可見中子壽命測井解釋結(jié)果與生產(chǎn)結(jié)論相符程度較高。

表2 常規(guī)算法與改進算法性能對比

表3 中子壽命測井解釋結(jié)果與實際生產(chǎn)情況統(tǒng)計

圖7 LN2-×-×D井中子壽命測井資料評價結(jié)論

4 結(jié) 論

（1）油藏開發(fā)中選定相對穩(wěn)定的標準層作為參照，分析每個井次在標準層上的特征，相當于將各井次、各油組放在統(tǒng)一標準下研究，為測井解釋精度的提高奠定了基礎(chǔ)。

（2）對自適應遺傳算法的改進有效地提高了算法的效率。將算法編入測井解釋程序后獲得了更有針對性的解釋參數(shù)，為解釋參數(shù)的確定提供了一條便捷可行的途徑。

（3）將改進的自適應遺傳算法和標準層測井解釋法相結(jié)合可為孔隙度的再評價、剩余油飽和度的計算提供有力保障，若再結(jié)合產(chǎn)水率、驅(qū)油效率等結(jié)論，可為油藏動態(tài)監(jiān)測提供幫助。

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