基于解释单元划分的多曲线联合确定地层原始沉积韵律

文慧俭，李雪英，王盛强，马世忠

1.东北石油大学地球科学学院，黑龙江 大庆 163318

2.青海油田采油二厂，青海 海西 816400

0 引言

水淹层解释分析具有工作量大、专业程度高、经验性强、不易推广的特点［1－4］，因此，有必要建立一套厚层砂体水淹级别自动判别方法。但是，目前影响水淹解释符合率提高的主要问题在于利用测井曲线判断水淹级别存在多解性［5－8］：相同的水淹级别，其电性特征往往并不相同；而相同的电性特征又极有可能对应着不同的水淹级别。这给水淹解释工作带来了极大的困难。即使在人工解释的情况下，小层水淹级别判别的符合率也很难超过80%。

虽然利用测井曲线判别水淹级别存在多解性，但是厚层砂体内部的水淹级别分布还是有规律可循的。众多学者研究表明，地层原始沉积韵律对厚层砂体水淹级别具有控制作用［9－13］。这体现在2个方面：不同类型的沉积韵律，水淹强度空间分布规律不同；而相同类型沉积韵律的水淹强度空间分布规律大致相同；在同一沉积韵律内部，厚层砂体中各小层的水淹强度并不是彼此孤立的，而是高度相关并具有很强的空间规律性的。只要能够准确划分出原始沉积韵律类型，就能够给出沉积韵律内部各小层的水淹规律，即厚层砂体内部的水淹规律是受沉积韵律所控制的。

另一方面，水淹级别判断难点在于特高、高、中、低、未淹等水淹级别的电性标准很难建立，从而导致了水淹解释符合率不高［14－18］。究其原因，主要在于解释人员只考虑了水淹强度的不同，而忽略了宏观地质控制因素的不同，将不同类型沉积韵律中具有相同水淹级别的小层的电性特征放在一起归纳分析。然而不同类型沉积韵律的岩性、物性、地层水矿化度不同，导致相同水淹级别的电性特征不同，因而很难给出统一的电性标准。即使是相同类型的沉积韵律，相同的水淹级别，由于该类型沉积韵律所处沉积环境的千差万别，其绝对电性特征也不会相同。而同一沉积韵律具有相同的水动力变化规律，因此，韵律内各小层之间的电性特征具有相对可比性。这说明相同类型沉积韵律即使所处位置不同，但其内部各小层的电性特征相对变化规律大致相同。因此，以沉积韵律理论为宏观指导，建立韵律内部各小层水淹级别相对电性特征判别标准，是提高水淹级别判别符合率的重要途径之一。

通过上述分析，笔者将地下储层根据原始沉积特征的不同划分为正韵律、反韵律、均质韵律、复合韵律、多段多韵律等基本类型，并将不同沉积韵律类型映射到测井曲线上，形成与沉积韵律一一对应的测井解释单元。以稳定泥岩隔层作为不同解释单元的分界标志，在电阻率测井曲线上确定解释单元的顶底界限。在解释单元划分的基础上，采用电阻率曲线联合密度测井曲线，以电阻率曲线平均斜率倾斜角及密度曲线的相对重心作为判别参数，对每一个解释单元内部的沉积韵律进行自动划分与判别。

1 解释单元划分

所谓的解释单元就是把地质上的沉积单元（沉积韵律）概念映射到测井曲线上，将测井曲线划分成与地质沉积单元一一对应的整体解释层段［19］。由地质沉积理论可知，不同沉积单元之间存在稳定的泥岩隔层。因此，测井曲线上的解释单元划分问题就转变为在测井曲线上寻找稳定泥岩隔层的问题。选取电阻率曲线作为基本的划分曲线，当电阻率曲线出现低平直线状且电阻率值小于给定阈值的层段作为不同解释单元的分隔层。对于厚层砂处（解释单元内累计砂岩厚度≥1m），要求泥岩隔层厚度不小于0.5m，并将测井曲线上具有明显泥岩回返处作为解释单元的顶（底）界；对于薄层砂，可将测井曲线上具有明显回返处作为解释单元的顶（底）界。

2 韵律划分与描述

在解释单元划分基础上，对于解释单元内部岩性和物性较好、电性特征较高的厚层砂，根据沉积时的水动力条件和沉积环境的不同将其划分为以下几种基本类型，其水淹前后曲线特征参数变化情况见表1。

1）均质韵律厚层砂。它反映的沉积环境水动力条件相对稳定，层段内部岩性、物性相对均质，流体性质也相对稳定。电性曲线为箱形，与上下围岩为突变接触。

2）正韵律厚层砂。它反映的沉积环境水动力条件按强到弱规律变化：从下到上岩性逐渐变差，粒度逐渐变细，密度逐渐增大、视电阻率减小。

3）反韵律厚层砂。它反映的沉积环境水动力条件按由弱到强规律变化：其最高渗透层在砂体顶部，由上到下岩性、物性逐渐变差，密度逐渐增大、视电阻率降低。

表1 不同沉积韵律水淹前后曲线识别参数变化对比表Table1 Identify parameters before and after water flooded from well logging curves in different sedimentary rhythms

4）复合韵律厚层砂。它反映的沉积环境水动力条件按由弱到强再到弱规律变化。纵向上，上部为正韵律沉积，下部为反韵律沉积。中部岩性较均匀，渗透率较高；上部和下部渐变部分常有低渗透夹层出现。复合韵律砂体在视电阻率曲线上表现为小-大-小的变化特征；密度曲线表现为大-小-大的变化特征；微电极曲线的幅值、幅度差为小-大-小的变化特征，在韵律两端具有明显齿化的特点。

5）多段多韵律厚层砂。它多形成于各种河道砂体中，为多期河道砂体的切叠。其特点是砂体厚度大，层内岩性、物性夹层多，剖面上往往可分为2个或2个以上厚度不等的韵律段。在测井曲线上表现为多个厚度不等的峰值组合，反映出多韵律性。多段多韵律层间的夹层一般为泥岩或粉砂质泥岩，或是致密钙质层。如果隔层条件较好，它会削弱重力在韵律中的积极作用，使夹层下部驱油效率降低，这时可将多期河道砂体分为单期河道砂体来处理。如果夹层不稳定时，则夹层上下具有水动力联系，多表现为注入水下窜；不稳定夹层越多，其间油水运动与水淹规律也就越复杂。

3 曲线特征参数与韵律判别

3.1 判别思路

地质上，利用测井曲线自动划分沉积微相已经是一项比较成熟的技术，有许多作者对此做过相应的研究［20－22］。但是，在水淹层原始沉积韵律判别上，其又具有特殊性，这体现在：在沉积韵律判别分析上，最理想的测井曲线是电阻率曲线，其可以详细刻画出韵律内部各层岩性、物性、含油性以及地层水矿化度的空间变化；但水淹后电阻率测井曲线上所表现出来的沉积韵律，并不是地层原始的沉积韵律，这主要是因为当地层水淹后，特别是地层遭受到强水淹后，会造成地层电阻率的降低，使电阻率测井曲线形态发生很大的变化，使得原有的钟形曲线形态（正韵律沉积）转变为箱形（均质韵律）甚至是漏斗形（反韵律）。因此，单纯依据电阻率曲线识别沉积韵律往往会造成原始沉积韵律类型的误判，进而影响后续的小层水淹级别的判别。解释办法是联合密度测井曲线与电阻率曲线进行综合判断，虽然水淹也会造成储层物性的变化，如随着水淹强度的增加，储层的孔隙度和渗透率都会增大，使得储层物性进一步变好，这使得原始密度曲线形态得到进一步加强。例如原有密度曲线形态为钟形，强水淹后仍然是钟形，而不会像电阻率曲线那样变得相反。此外，在强水淹情况下，密度曲线的幅值改变也不会像电阻率曲线那样有很大的变化，因此，密度曲线形态变化是相对微小的，可以较好地保持原始沉积韵律所具有的曲线形态。

3.2 特征参数的定义

为实现厚层砂体沉积韵律类型的计算机自动识别，需要定量化描述测井曲线形态参数。在本次研究中，主要采取的定量化特征参数包括测井曲线的平均斜率倾斜角和相对重心。

3.2.1 平均斜率倾斜角（α）

曲线的平均斜率是识别测井曲线形态一个重要的参数，它表示一段砂体内部电性特征连续变化的趋势，可表示电性曲线的增大、减小或不变。对于密度曲线，负值平均斜率表示岩性变粗，为正韵律；而对于电阻率曲线则相反，平均斜率为正，代表岩性变粗，为正韵律（图1）。平均斜率利用数学公式可表示为［22］

图1 不同测井曲线的斜率表示示意图Fig.1 Sketch of slope of different well logging curves

由于平均斜率变化范围比较小，区分度不高，不利于韵律类型的自动判别，所以将测井曲线的平均斜率转化为倾斜角：

当α≤80°时，曲线形态为钟形。按区间（0°，40°］、（40°，60°］、（60°，80°］对应可细分为扁钟形、正常钟形和长钟形。当α≥100°时，曲线形态为漏斗形。按所处范围（180°，140°］、（140°，120°］、（120°，100°］对应可细分为扁漏斗形、正常漏斗形和长漏斗形；若α∈（80°，100°），且是高幅，则为箱形。

3.2.2 相对重心（W）

相对重心W 用下式表示：

相对重心的大小表示了不同测井曲线幅值的分布情况：对于视电阻率曲线，钟形曲线形态的相对重心偏下，漏斗形相对重心偏上；对于密度曲线，钟形曲线形态相对重心偏上，漏斗形相对重心偏下；箱形曲线形态的相对重心居中。

3.3 判别方法

3.3.1 厚层砂内部钙质夹层去除

河道砂体在沉积过程中会形成顶钙或底钙夹层，它的存在会改变电阻率曲线的形状，易使储层韵律性计算机判别产生误差，必须予以准确识别。应根据其自然趋势进行削截、插值、平滑，以保证其不影响原始沉积韵律类型判别精度；对于独立的钙质薄层，直接跳过，不予解释。在钙质夹层的去除过程中，最为关键的是钙质夹层边界的确定。边界过大，会伤及正常曲线形态；边界过小，钙质夹层会有残余。笔者采取测井曲线活度法［23－24］确定钙质夹层边界。为了提高活度分层的准确性，在分层时，设定一个阀值，当活度极值超过此值时，就认定该界面有效。

3.3.2 单韵律砂体的判别

通过对大庆长垣地区3口密闭取心井已知韵律类型的厚层砂体进行平均斜率和相对重心的计算，总结了不同韵律类型砂体的曲线形态参数水淹后的变化规律（表1）。根据上述规律，在实际资料处理中可采用平均斜率倾斜角联合相对重心方法识别单期河道砂体的原始沉积韵律。

3.3.3 多期河道复合砂体判别

复合韵律可以看作是正韵律与反韵律的一种叠合。因此，在实际计算中，以层段内厚度的中点为界，上平均斜率规定为该层段内起始点到中点这段曲线内连续递减或递增的变化趋势，其并不局限于2个点之间的变化，而是反映了曲线的总体变化规律。同理，下平均斜率则从中点到最后1个点这段曲线内连续递减或递增的变化趋势。将上平均斜率和下平均斜率分别记为¯K上和¯K下，其所对应的倾斜角分别记为α上和α下。分别计算以中点为界上下2个层段的密度曲线的相对重心，分别记为W上和W下，然后依据倾斜角和相对重心的变化范围确定砂体所对应的原始沉积韵律类型。而多段多韵律往往为多期河道砂体切叠而成，可以根据韵律内部夹层的稳定性将其分为单期河道砂体。对于多韵律内部的单期河道砂体，再分别计算其视电阻率曲线的平均斜率和密度曲线的相对重心，然后再根据单期河道砂体沉积韵律的判断准则识别每一期河道砂体的沉积韵律类型。

4 划分步骤

1）读入浅（深）侧向电阻率测井曲线及密度测井曲线。

2）确定解释单元间的泥岩分隔层，将具有明显曲线回返处作为解释单元的顶（底）界。

3）去除解释单元内部的钙质夹层，根据曲线的自然趋势进行插值、平滑。

4）判断解释单元内部所有泥岩夹层的稳定性：如果夹层稳定（微电极曲线回返大于给定阈值），则将夹层上下视为2个韵律类型；如果夹层不稳定，则将夹层上下视为同一个韵律类型。

5）以每一个韵律类型中点为基准，分别计算上斜率和下斜率及其所对应的倾斜角。如果斜率倾向不同，则为复合韵律；如果上下倾斜角的度数相差不超过30°，且斜率的倾向相同，则为单一韵律。

6）对于每一个单一韵律，按照表1的判别标准，给出每一种韵律的原始沉积韵律类型。

5 判别与校验

5.1 识别效果

通过以上的测井曲线形态参数的计算，对大庆长垣地区内3口密闭井120层进行了原始沉积韵律的自动解释与划分（表2）。与现场专家人工解释结果进行比对，解释结果一致的层数为111个，总体符合率达到92.5%。这为后续水淹级别的精细划分奠定了坚实的基础。

5.2 误判原因分析

在原始沉积韵律判别中，存在个别原始沉积韵律的误判。对误判原因进行了认真的总结分析，主要出现在以下几个方面：①原始沉积韵律为正韵律沉积，但是测井曲线表现不明显，从而误判成其他曲线类型。②电阻率曲线和密度曲线频繁连续剧烈变化，导致曲线形态异常复杂，很难利用平均斜率和相对重心进行准确形态刻画，从而导致原始沉积韵律的误判。③多是由于解释单元的边界划分不准确：解释单元边界过小，会造成完整的沉积韵律的曲线信息的丢失；解释单元边界过大，会使得同一解释单元内部包含2个或2个以上的解释单元，从而造成原始沉积韵律的误判。针对上述情况，可以采用人机交互的方式，修改解释单元的边界以及误判的原始沉积韵律类型，借以提高其判别精度，从而为后续小层水淹级别的划分奠定良好的基础。

表2 原始沉积韵律识别对比Table2 Comparison of division of original sedimentary rhythms

6 结论

1）厚层砂体内部的水淹规律主要受沉积韵律所控制，不同的沉积韵律均有自己独特的水淹规律，而在同一沉积韵律内部各小层的空间水淹级别分布具有规律性。因此，在准确划分解释单元的基础上，识别出解释单元内部原始沉积韵律类型是提高厚层砂体水淹规律的重要途径。

2）不同沉积韵律小层彼此之间的绝对电性特征不具有可比性，而只有在同一沉积韵律内部的各小层的电性特征才具有相对可比性。因此，应该在正确划分原始沉积韵律的基础上，根据各小层在韵律内部空间位置、测井曲线的相对变化趋势、岩性、物性差异及其组合关系精细判定水淹级别。

3）在多期河道内为多段多韵律沉积，其中每一期的河道都具有各自的韵律类型，单期河道之间以稳定隔、夹层加以分隔，使单期河道形成独立的油水运动单元，具有各自的水淹规律。因此，在厚层水淹级别精细划分中应分别对待。

本文部分研究内容受到东北石油大学“油气藏形成机理与资源评价”黑龙江省重点实验室的资助，特此表示感谢！

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