变权重的高自然伽马曲线校正法及其在靖安地区长6油层的应用

2018-06-22陈守民李传浩王碧涛郑家钰王建国杨璐菁

石油地质与工程 2018年3期

陈守民，李传浩，王碧涛，郑家钰，王建国，杨璐菁

（1．中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川 750006； 2．中国石油大学石油工程教育部重点实验室）

所谓高自然伽马砂岩层是指与常规砂岩层相比，自然伽马曲线呈高值，甚至与泥岩段接近的砂岩层。利用原始自然伽马测井曲线计算泥质含量、确定岩性剖面、划分储层，往往会将高自然伽马砂岩层误认为是泥岩层，从而丢失有效储层。因此，在原始自然伽马测井曲线无法有效识别岩性与储层时，应根据其他能较好地反映岩性的测井曲线，校正原始自然伽马曲线，使其能够正确地识别岩性，从而为砂岩识别、测井微相、储层评价等地质研究工作提供可靠的基础资料。

笔者基于自然电位、自然伽马和地层密度的砂泥岩响应机理的互补性，提出了一种变权重的高自然伽马曲线校正法。首先对自然电位曲线基线漂移校正并对自然伽马进行井径环境校正；然后应用其归一化处理之后的幅度值作为自变量，利用取心井资料确定自变量前的权重系数初始值，建立拟自然伽马重构公式；最后将此方法成功应用于鄂尔多斯盆地三叠系长6油层组[1-5]。

1 曲线响应机理与曲线重构方法

岩层具有多种地球物理特性，如电学、声学、核物理学等特性，这些地球物理特性是各种测井方法的物理基础。岩层的地球物理特性又可以间接和有条件地表征岩层地质特性的某个侧面[6-10]。

1.1 变权重自然伽马曲线响应机理

主要利用具有互补性的自然伽马（GR）、自然电位（SP）、密度（DEN）曲线响应原理，通过数学变换重新构建一条能够识别岩性的拟伽马曲线，为深化测井研究奠定良好基础。变权重的曲线重构法是采用多参数优化方法而非单一参数识别岩性，其优点在于避免了原始自然伽马遗漏高伽马储层的错误认识，提高了岩性识别的精度。

1.2 曲线重构方法

高自然伽马砂岩识别曲线重构的核心是岩石地球物理特征的优化组合[11-12]。由于原始测井曲线受环境或刻度标准不统一的影响，故需要对参与重构的曲线进行预处理，在此基础上进行岩性识别曲线重构。

1.2.1 自然电位基线偏移校正

自然电位曲线反映地层的渗透性，易受多种因素（主要是钻井泥浆、地层水矿化度或温度的变化）影响，往往导致泥岩基线不稳定而发生偏移，同样岩性的地层有可能表现为不同的量值，不利于岩性的定量解释。

选取标准泥岩段的自然电位值作为标准基线，在同一套砂岩层的上下泥岩段各选取一个点，拟合一条直线f（Hj，SPj），根据以下函数关系将各泥岩段校正到标准基线位置。

式中：CSP为基线偏移校正后的自然电位，mV；SP0为标准基线段的自然电位值；SP为原始自然电位；f(Hj,SPj)为线性函数，其中Hj为某一深度段的深度值；SPj为Hj深度段对应的自然电位值。

1.2.2 曲线归一化

为了使各井曲线的量纲、幅度值大小一致，要对参与重构的这些曲线进行归一化处理，即将每口井的参与重构的曲线数值范围规范到同一区间，以保证其对重构贡献的一致性。采用如下公式对各曲线进行归一化：

式中一化后曲线的各样点值；Ct为原曲线各样点值；为该曲线所有样点中的最小值；Cmax为该曲线所有样点中的最大值；n为曲线样点数；β为归一化区间的泥岩基线值。

1.2.3 重构伽马曲线

本次曲线重构主要是在上述预处理的基础之上，根据各条参与曲线对砂岩识别贡献率的大小引入变权重系数，构建识别岩性的拟自然伽马曲线ZGR，以便更有效地识别岩性，具体优化方法如下：

式中，ZGR为重构后的伽马曲线；DGR为自然伽马变化量；DSP为校正后的自然电位变化量；DDEN为密度变化量；α1、α2、α3分别为DGR、DSP、DDEN参与重构时所占权重系数，且α1+α2+α3=1。

对各曲线给予不同的“权”系数，体现各曲线的重要程度。合理确定参与重构曲线的权重系数是重构曲线最为关键的环节。

首先利用岩心描述资料标定岩性，确定权重系数初始值，然后根据曲线响应特征及质量确定其权重系数。当由于仪器引起的测井曲线不合格（如曲线出现严重畸变）时，需适当调整各参与曲线的权重系数。当扩径现象严重或者密度曲线“过于灵敏”或不合格、或者没有密度曲线时，可将伽马或自然电位曲线增加权重，或者密度曲线不参与重构；当伽马曲线非均质性较强，或跳跃严重，或当高伽马砂岩段的自然伽马值超过普通泥岩基线，或与泥岩基线的比值较大，可将自然电位或密度权重加重，或者伽马曲线不参与重构。各参数权重需要调整时，系数的确定采用专家系统打分的方法。

岩性识别重构曲线的实现，使不同岩性特征更突出，定量识别更准确，提高了测井解释过程中岩性识别符合率。

2 实例分析

2.1 研究区地质背景

鄂尔多斯盆地内可划分为六个次一级构造单元：伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、陕北斜坡、天环坳陷、西缘冲断构造带[13]。研究区位于鄂尔多斯盆地中部的伊陕斜坡次级构造单元之中。

靖安地区长6段高伽马砂岩的放射性 Th元素主要存在于独居石、金红石、铁泥质黏土、钾长石、部分锆石、磷灰石、黑云母及岩屑中；放射性 U元素主要存在于大多数锆石、部分磷灰石、黑云母及含镁方解石中；放射性K元素主要存在于钾长石、黑云母、金红石、铁泥质黏土、部分钠长石及岩屑中[1-2]。高伽马砂岩地球化学特征显示，火山凝灰岩对高伽马砂岩的影响是次要的，高伽马砂岩与来自于盆地东北方向的物源有一定的亲缘性，但物源不是高伽马砂岩形成的主要控制因素。热液活动可能对高伽马砂岩的形成有着重要的影响。构造运动使鄂尔多斯盆地基底断裂带活动，多期强度不同的构造运动使地层深部热液流体沿着断裂带和裂缝运移至延长组，形成了长6段的高伽马砂岩。

2.2 方法应用与效果分析

利用岩心描述资料标定岩性后，对于常规砂岩来说，当三条曲线权重一样时，重构的拟伽马曲线能很好识别岩性。当出现以下情况时，需要采用专家系统打分的方法确定权重系数：

为检验上述方法的有效性，对有取心和试油资料的X-133井进行解释。图 1为X-133井拟伽马曲线重构成果图。该井在1 911.6～1 915.4 m井段伽马平均值为115 API，接近泥岩段伽马基值120 API，为泥岩响应特征；但该段岩心描述为砂岩，两者相矛盾。重构后伽马曲线在该深度段的平均值为 45 API，邻近泥岩段的重构伽马平均值为120 API，应该解释为砂岩层，与岩心描述一致。通过试油结果（日产油0.77 t、日产水10.2 m3）验证，该段属于砂岩储层，表明重构曲线解释的岩性合理。

图 2为G-153井拟伽马曲线重构成果图。该井在1 715～1 734 m井段伽马平均值约为90 API，泥岩段伽马基值120 API，纯砂岩段伽马值约为50 API，为泥质粉砂岩或粉砂岩响应特征，但该段岩心描述为细砂岩，两者相矛盾。重构后伽马曲线在该深度段的平均值为30 API，邻近泥岩段的重构伽马平均值为140 API，该段应该解释为砂岩层，与岩心描述一致，表明重构曲线解释的岩性合理。