煤田测井资料标准化方法研究

王千遥

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

0 前言

地震勘探过程中，井震联合解释和反演是煤层评价的关键技术，在制作合成地震记录和地震资料反演过程中需要采用测井曲线资料，尤其是纵横波速度、密度等测井资料，但受到仪器性能、人为操作、环境等因素的影响，不同井的测井数据存在一定的系统误差，需要对测井资料进行标准化，这也是地震资料解释和反演的基础工作[1]。标准化的方法有很多，常用的方法有直方图分析法，交会图法，趋势面分析法和“相控”法等。不同的方法适用的地质条件有所不同，直方图分析法适用于同一岩相测井响应稳定的标准层。交会图法对于岩性种类简单、特征明显的地层适用[2]。趋势面分析法一般用于区域较大、测井较多、物性有明显变化趋势的地方[3-4]。“相控”法是在页岩层有强烈的非均质性，常规标准层难于选取，选取位于同一沉积亚相的层位作为标准层，按沉积亚相分布对测井曲线标准化的方法[5]。在标准层埋深变化大，横向受构造影响大的情况下，选用希尔伯特变换方法[6]和井震结合方法[7]对测井曲线标准化。在陆相沉积地层中，岩性变化频繁，很难找到稳定的标准层，肖佃师等[8]提出采用频谱分解方法对测井曲线标准化。

测井曲线标准化的难点在于标准层寻找，在含煤地层中，煤层是一个相对稳定分布的岩层，但煤层测井值具有与背景值差异大，厚度小的特点，因此如果以单煤层作为标准层对测井曲线进行校正，很难消除整个测井段的系统误差。本文针对研究区测井资料的特征，采用两点校正方法对研究区的测井资料进行标准化，两点校正法需要寻找两个稳定的标准层，下面对如何选定这两个稳定的标准层开展了研究。

1 地震地质概况

研究区主采煤层有3号煤层，4号煤层，5号煤层和6号煤层，埋深变化小，煤层层数较多。3号煤层分布稳定，煤层厚度在2～7 m之间，均值为5 m左右，厚度变化稳定。由于煤层与围岩的密度和速度差异较大，波阻抗差异明显，其反射界面是一个较强的连续反射波，地震波形特征明显，可以全区连续追踪。4号煤层包含4-1号煤层和4-2号煤层，平均厚度约为2 m，地震的反射波为基本连续追踪。5号煤层厚度约为1.4 m，6号煤层厚度约2 m，地震反射特征为断续追踪。3号煤层的上部有一套较稳定的中-粗砂岩，与周围细砂岩、粉砂岩以及泥岩的岩性差异明显，测井曲线上有清楚的响应，易于识别。

2 测井曲线标准化

2.1 标准层选取

曲线标准化基于在相同沉积环境下，相同岩性地层一般具有相似测井响应特征的原理[9-10]，选取标准层对测井曲线进行校正。标准层选取是标准化的关键，选取的标准层需要满足以下条件：

①岩性稳定，且有一定的厚度；

②岩层具有非渗透性，地层不受油、气、水和测井泥浆侵入的影响；

③所有井都包含该岩层，测井响应清楚。

在研究区测井资料中选取两个标准层难度较大，主要因为：煤层岩性稳定但厚度较小；砂岩层虽然全区分布，厚度较大，但渗透性较强；泥岩纵向上多为薄层状地层，横向上分布不均匀，难以对比。主采煤层中3号煤层最稳定，厚度为5 m左右，但作为标准层厚度较小，只用这一个煤层作为标准层容易产生较大误差，这里采用几个主采煤层累积数据段作为一个标准层(以下称“累积煤层段”)，提高了校正稳定性。砂岩为渗透性岩层，砂岩段的测井曲线会随着含水量多少和孔隙度大小有所变化，低孔隙度对应的砂岩段测井响应相对较稳定，因此本文选用低孔隙度砂岩段(以下称“低孔砂岩段”)作为另一个标准层。

研究区含有的测井曲线分别为密度、声波时差、自然伽马、电阻率和自然电位。对于纯矿物岩石，用密度、中子和声波时差都可以计算孔隙度。由于煤田勘探深度较浅，砂岩层一般为欠压实、固结程度低的地层，所以采用简化的声波地层因素公式计算孔隙度[2,11-12]，具体公式为：

(1)

其中，x为骨架岩性指数，对砂岩、灰岩和白云岩取值分别为1.6，1.76和2.0；Δt为纯岩性地层的声波时差，μs/m；Δtma为岩石骨架的声波时差，μs/m，砂岩取值182μs/m。

2.2 特征值分析

研究区19-2井各个主采煤层测井响应特征稳定，其中3号煤层厚5.46 m；4号煤层厚5.04 m(包含4-1号煤层和4-2号煤层)；5号煤层厚1.47 m；6号煤层厚2.27 m。3号煤层上部有一套76 m无夹层粗砂岩，测井响应特征明显，同时19-2井合成地震记录与地震剖面相关性很高，认为测井资料精度较高，所以选择19-2井为标准井。下面以19-2井为标准校正19-5井密度测井曲线，具体步骤为：

①提取出两口井各个主采煤层和砂岩层段的测井数据；

②采用公式(1)计算砂岩段的孔隙度，给定一个阈值，将小于这个阈值的砂岩段密度数据提取出来，为低孔砂岩段测井响应；

③绘制两口井的累积煤层段、整个砂岩段和低孔砂岩段密度频率分布直方图，直方图上主频对应的密度值为特征值，读取每口测井资料对应的特征值，对比分析；

④采用两点校正的方法将19-5井的特征值校正到标准井19-2井对应的特征值上，进而获得校正后的19-2井密度数据。

如图1a、图1c和图1e，分别为19-2井和19-5井的累积煤层、整个砂岩段和低孔隙砂岩段校正前的密度频率分布直方图，显示19-5井各段测井资料的特征值较标准井偏大，但幅度不同，偏差值分别约为+0.15g/cm3、+0.07g/cm3和+0.02g/cm3。如表1所示。各段测井资料校正后的密度频率分布直方图如图1b、图1d和图1f，校正后各个标准层特征值与标准井的一致。

表1 19-5井密度测井曲线特征值分析

2.3 曲线标准化

分别采用累积煤层段、整个砂岩段作为标准层与累积煤层段、低孔砂岩段作为标准层对19-5井进行平移和比例校正，如图2，红色线为标准井19-2井密度测井曲线，蓝色线为校正井19-5井密度测井曲线。第一列是原始测井资料；第二列是累积煤层段和整个砂岩段作为标准层对19-5井密度测井曲线标准化(校正1)； 第三列是累积煤层段和低孔砂岩段作为标准层对19-5井密度测井曲线标准化(校正2)。采用整个砂岩段作为标准层校正后(校正1)，地层A段标准化的效果较好，但地层B段校正幅度偏大。低孔砂岩段作为标准层校正后(校正2)地层A段和B段的效果都较好，19-5井与19-2井的密度测井曲线的值域范围相近。

图1 密度测井数据频率分布直方图Figure 1 Histogram of density logging data frequency distribution

图2 19-5井密度曲线标准化前后对比图Figure 2 Comparison chart of well No.19-5 density traces before and after normalization

图3 合成地震记录Figure 3 Synthetic seismic record

3 应用

采用上面标准化方法对所有井的密度和声波测井曲线校正，制作合成地震记录标定层位(图3)，合成地震记录与井旁道的相关性较高，表明曲线标准化方法合理。图4和图5分别为19-5井测井曲线标准化前和标准化后的波阻抗反演剖面，图中460ms左右的低阻抗值为3号煤层的反映，向下依次为4号煤层，5号煤层和6号煤层，测井曲线标准化后的波阻抗反演剖面横向上煤层阻抗值变化均匀，没有间断，与研究区的实际地质特征一致。

图4 19-5井测井曲线标准化前波阻抗反演剖面Figure 4 Wave impedance inversional section of well No.19-5 logging traces before normalization

图5 19-5井测井曲线标准化后波阻抗反演剖面Figure 5 Wave impedance inversional section of well No.19-5 logging traces after normalization

4 结论

①将多个主采煤层累积作为一个标准层，提高了标准层的稳定性。渗透性砂岩的测井响应影响因素较多，低孔砂岩相对较稳定，选用低孔砂岩段比整个砂岩段作为标准层校正效果更好。

②通过直方图分析法选取各个标准层的特征值，为曲线标准化提供了可靠数据。

③对于横向岩性变化较大，且测井较多，容易得到横向变化趋势的地区，可以采用本文标准化方法与趋势面分析法相结合的方法对煤田测井曲线进行标准化。

参考文献:

[1]彭苏萍，邹冠贵，李巧灵.测井约束地震反演在煤厚预测中的应用研究[J].中国矿业大学学报，2008，37(6)：729-733.

[2]武玉宏，王慧，高红艳. 对三孔隙度交会图法进行测井曲线标准化的改进[J].油气地质与采收率，2005,12(2)：38-41.

[3]邵才瑞，宋慧莹，张福明，等.利用标准砂层组采用趋势面分析进行多井资料标准化[J].地球物理学进展，2011,26(3):1031-1038.

[4]Kane J A, Jennings J W. A method to normalize log data by calibration to large-scale data trends[A].In: SPE Annual Technical Conference and Exhibition[C].Dallaas, Texas, 2005.

[5]宋泽章，姜振学，原园等.“相控”测井曲线标准化及其应用[J].中国矿业大学学报, 2016, 45(2):310-318.

[6]徐延勇，邹冠贵，曹文彦，等.测井曲线标准化方法对比研究及应用[J].中国煤炭地质，2013，25(1)：53-58.

[7]张胜，夏竹，凌云，等．井震结合的测井数据标准化处理技术——以克拉玛依油田八区为例[J].石油物探，2012，51(5)：531-539.

[8]肖佃师，卢双舫，陈海峰，等.基于频谱分解的测井曲线标准化方法[J].石油与天然气地质，2013，34(1)：129-136.

[9]肖佃师，黄文彪，张小刚，等.王府凹陷青山口组含油气泥页岩层的测井曲线标准化[J].东北石油大学学报，2014，38(1)：46-53.

[10]谭茂金，范宜仁，张晋言.测井数据标准化方法研究及软件设计[J].物探化探计算技术，2006，28(3)：219-223.[11]宋来锋译,耿全喜校.根据声波传播时间数据更精确地确定孔隙度的声波地层因素的概念[J].测井译丛，1989，2.

[12]余光华，耿斌.声波地层因素方程在砂岩孔隙度建模中的应用[J].油气地质与采收率. 2003，10(5): 6-7.