崔國宏，郭明宇，苑仁國，李鴻儒，林 昕，汪卉娟

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450；3.武漢時代地智科技股份有限公司，武漢 430070）

地層對比預(yù)測是地質(zhì)分析的基礎(chǔ)工作之一，其目的在于通過將收集到的地震、鉆井、錄井和測井等各項(xiàng)地質(zhì)資料，進(jìn)行橫向和縱向?qū)Ρ确治?，建立對比剖面，根?jù)不同的剖面對比找出含油層[1]。自20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)外學(xué)者和專家針對地層對比預(yù)測開展了大量的探索性工作，并取得重大進(jìn)展。目前，針對層序地層的建立，主要是由地質(zhì)研究人員通過單井井筒中的測井曲線，立足區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識和特定的地層對比模式，通過手工劃分實(shí)現(xiàn)的[2]。這種依靠地質(zhì)研究人員的人工解釋，在很大程度上取決于研究人員專業(yè)認(rèn)識水平、經(jīng)驗(yàn)知識等，而且不同研究人員劃分結(jié)果可能存在較大差異，難以建立統(tǒng)一的對比標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，隨著勘探開發(fā)的不斷深入，已開發(fā)油氣藏鉆井?dāng)?shù)量增加，導(dǎo)致地層劃分與對比的工作量增大，存在耗時、耗力等諸多不利因素。近年來，為提高工作效率，借助信號處理、數(shù)理統(tǒng)計(jì)及人工智能等方法與技術(shù)，開展依靠計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的半自動、自動地層對比預(yù)測研究工作[3-5]。該方式在一定程度上減少了人工解釋過程中存在的一些問題，如對比模式和對比標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、地層界面不易確定等，大大提高了地層對比預(yù)測的工作效率。

通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研，在吸收對比其他地層對比方法后，提出了一種基于功率譜的互相關(guān)對比算法和活度函數(shù)的多測井曲線分析方法，用于地層自動對比與層界面的預(yù)測。該研究方法以鄰井的實(shí)鉆曲線為參考，可以實(shí)現(xiàn)正鉆井地層劃分和目的層預(yù)測。

1 技術(shù)路線

地層對比預(yù)測算法需要收集鄰井信息、設(shè)計(jì)井信息和實(shí)鉆井?dāng)?shù)據(jù)，通過基于活度函數(shù)多測井曲線分析方法和功率譜的互相關(guān)對比算法確定實(shí)鉆井的層位，根據(jù)鄰井中目的層的位置來實(shí)現(xiàn)正鉆井目的層的預(yù)測[6]。其地層對比預(yù)測技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 地層對比預(yù)測技術(shù)路線圖

2 算法原理

在進(jìn)行地層對比預(yù)測時，首先要對測井曲線進(jìn)行分層。取一段連續(xù)穩(wěn)定的鄰井測井?dāng)?shù)據(jù)作為實(shí)時追蹤的標(biāo)志層，在目標(biāo)井鉆進(jìn)過程中對測井?dāng)?shù)據(jù)或生成的錄井?dāng)?shù)據(jù)開窗，實(shí)時追蹤并識別與標(biāo)志層測井或錄井曲線形態(tài)相似的地層，通過對比來判斷當(dāng)前鉆頭位置[7]。地層對比預(yù)測原理如圖2所示。

圖2 地層對比預(yù)測原理示意圖

2.1 活度函數(shù)多測井曲線分析方法

活度函數(shù)多測井曲線分析法屬于非數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，可以利用各種測井曲線進(jìn)行分層[8]。為了表達(dá)測井曲線的動態(tài)性質(zhì)，定義測井曲線的活度函數(shù)

式中：Xi（H）為測井曲線上第i點(diǎn)的取樣值；E（H0）為深度H0處測井曲線的活度；L為計(jì)算活度值時所取測井曲線的長度，即窗長，m；（H）為測井曲線在H0上下L/2范圍內(nèi)的平均值。

在實(shí)際地層劃分中需綜合多條測井曲線，在選定參與分層的測井曲線后，分別計(jì)算各自的活度并按權(quán)系數(shù)相加，求出綜合活度，亦稱總活度。多測井地層劃分時，為避免有的曲線分層特征未得到充分利用，對活度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2 功率譜的互相關(guān)對比算法

功率譜的互相關(guān)對比算法（圖3）是指將標(biāo)志層的測井?dāng)?shù)據(jù)視為一組多維矢量，以矢量間內(nèi)積大小為判據(jù)依據(jù)，在實(shí)鉆井對應(yīng)的1段深度范圍（窗口）內(nèi)尋找與之最相近的（即內(nèi)積最大）矢量作為對應(yīng)層位[9-10]，針對地層對比情況，進(jìn)行改進(jìn)，具體實(shí)施策略如下。

圖3 互相關(guān)對比方法實(shí)現(xiàn)流程

1）假設(shè)標(biāo)志層2側(cè)的數(shù)據(jù)由不相關(guān)的白噪聲組成。在選取標(biāo)志層時，除了要滿足高值條件，還要盡可能使2側(cè)數(shù)據(jù)平緩，以保證其與標(biāo)志層信息不相關(guān)。

2）選取高值的層位作為標(biāo)志層，避免對比結(jié)果被周圍高值層位影響而產(chǎn)生錯誤。

3）對于地層厚度變化無法兼顧的情況，采取在互相關(guān)算法之前增加功率譜比對算法，對層厚變化進(jìn)行預(yù)判，然后對數(shù)據(jù)采樣或插值后再進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，解決了層厚發(fā)生變化的地質(zhì)情境。

3 測試驗(yàn)證

3.1 測試區(qū)塊介紹

本次測試選取渤中、蓬萊2個區(qū)塊共20口井進(jìn)行測試驗(yàn)證，其地理位置位于渤海探區(qū)。渤海位于華北盆地東部，華北盆地在太古代至早元古代為變質(zhì)基底形成的固結(jié)演化時期，巖性主要為混合巖、花崗巖系。中、晚元古代是地臺南北邊緣裂陷帶活動期，沉積了巨厚的碎屑巖及碳酸鹽巖。古生代開始進(jìn)入地臺演化時期，由于洋殼在地臺南北兩側(cè)的俯沖、擠壓，引發(fā)地臺的升降活動并形成了一系列近東西向的隆起和拗陷帶，沉積了海陸交互相及陸相含碳酸鹽巖和煤系的紅色碎屑巖系。中生代中晚期，華北盆地相對穩(wěn)定沉降，渤海成為盆地沉降中心，發(fā)育了陸相含油巖系及第四系海陸過渡淤泥、粉砂和礫。古近紀(jì)為1個統(tǒng)一的湖盆。形成了大量的水下扇、扇三角洲、三角洲、濁積體和少量沖積扇，這些沉積體后來成為主要的儲油巖。新近紀(jì)，喜山運(yùn)動使地殼抬升并遭受剝蝕夷平，渤海結(jié)束了以古近紀(jì)湖相沉積為主的歷史，開始了以河流相為主的發(fā)展過程。第四紀(jì)時，渤海繼承了第三紀(jì)時的構(gòu)造格局，全區(qū)普遍沉降，海水侵入，形成目前的陸表海。

渤中區(qū)塊主要包含渤中凹陷、渤南低凸起和黃河口凹陷，其中渤中凹陷占坳陷面積的1/2；蓬萊區(qū)塊包括渤東凹陷、渤南低凸起，渤南低凸起為渤中區(qū)塊和蓬萊區(qū)塊共同的構(gòu)造單元。

3.2 測試過程說明

針對目的層進(jìn)行了薄層、傾斜地層、地層缺失、地層間隔缺失、厚層5個地質(zhì)情景，以及單一測井、多測井、錄井?dāng)?shù)據(jù)的地層劃分與目的層進(jìn)行預(yù)測實(shí)例應(yīng)用。鉆進(jìn)深度區(qū)間為4 956.1～5 060.4 m，主要為太古界厚層花崗片麻巖，頂部巖石風(fēng)化比較嚴(yán)重，原地風(fēng)化成砂礫巖及細(xì)砂巖。

表1是基于活度函數(shù)多測井曲線分析方法和功率譜的互相關(guān)對比算法在單一測井曲線和多種測井曲線組合下目的層預(yù)測精度的平均誤差。從數(shù)據(jù)中可以看出，單一測井曲線解釋結(jié)果相對于多種測井曲線組合的解釋結(jié)果，效果更優(yōu)，其中以GR、GR+RD、GR+RD+NPHI解釋結(jié)果平均誤差最小，GR+RT+RD+RS+NPHI、GR+RD+DEN+NPHI+AC平均誤差最大。圖4為單曲線和多曲線組合下地層界面預(yù)測深度和真實(shí)值的對比，誤差在可接受范圍內(nèi)。表2為元素錄井曲線地層界面預(yù)測深度和真實(shí)值的對比，平均誤差在0.9～3.1 m之間。表3—表6分別表示在上部地層缺失、地層間隔缺失、GR劃分和多測井劃分時地層界面預(yù)測值和真實(shí)值的比對，誤差在0.5米以內(nèi)，符合地質(zhì)工作需要。

表1 單曲線和多曲線組合下目的層預(yù)測平均誤差m

表2 元素錄井曲線地層界面預(yù)測值和真實(shí)值的對比m

表3 上部地層缺失地層界面預(yù)測值和真實(shí)值比對m

表4 地層間隔缺失地層界面預(yù)測值和真實(shí)值比對m

表5 GR劃分地層界面預(yù)測值和真實(shí)值比對m

表6 多測井劃分地層界面預(yù)測值和實(shí)際值比對m

圖4 單曲線和多曲線組合地層界面預(yù)測值和真實(shí)值的對比

4 實(shí)例應(yīng)用

在完成測試驗(yàn)證后，選取實(shí)例井的測井曲線和元素錄井曲線對算法進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用。從圖5中可以看出，測井曲線對比圖中自然伽瑪、中子、電阻率曲線整體相對比較平緩，在W1145井中2 085～2 099.2 m、2 160.6～2 168 m、2 208.4～2 213.3 m處呈尖峰-齒狀，波動較大，厚度分別為14.2、7.4、4.9 m；W1144井中2095.2～2 110.3 m、2 175.6～2 182 m、2 219.8～2 225.1m處具有相同波動，厚度分別為15.1、6.4、5.3 m；軟件基于活度函數(shù)多測井曲線分析方法和功率譜的互相關(guān)對比算法將具有相同波動位置的曲線進(jìn)行連線并繪制地質(zhì)剖面圖，誤差在0.5 m以內(nèi)，符合預(yù)期效果。

圖5 測井曲線預(yù)測分層

除測井曲線外，該方法還支持元素錄井曲線對地層進(jìn)行劃分，圖6為元素錄井曲線鄰井和實(shí)鉆井對比圖，元素錄井曲線整體趨于一致，誤差在0.5 m以內(nèi)，可以達(dá)到地層劃分和目的層預(yù)測的效果。

圖6 元素錄井曲線預(yù)測分層

5 結(jié)論

1）地層對比預(yù)測方法可以大大提高地層對比自動化程度，提高工作效率，減少人員投入，為地質(zhì)工作者提供了一個方便快捷的地層劃分工具。

2）通過對渤中、蓬萊2個區(qū)塊20口鉆井實(shí)際測試得出，地層自動對比預(yù)測方法得出的結(jié)果準(zhǔn)確度高，能有效規(guī)避因傾斜地層、地層缺失、地層間隔缺失等不同因素帶來的干擾。

3）地層自動對比預(yù)測不僅可以利用測井曲線進(jìn)行自動分層，同時可以采用鉆井參數(shù)、元素錄井?dāng)?shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分層對比。