螺纹井眼测井曲线频域滤波校正

赵永刚，冉利民，吴非

（1.中国石化集团华北石油局测井公司，河南 新乡 453700；2.中国石化集团石油工程技术研究院，北京 100101）

0 引 言

油田勘探开发中引进、使用[1]的新型复合钻井技术有时会使井眼内出现螺纹状沟槽，这种螺纹状沟槽井眼会在测井曲线上产生准周期性特征，人们称之为开塞钻、螺旋井眼或螺纹井眼。螺纹井眼一般都是钻井过程中的3种机械原因造成的。在钻水平井段时，钻头上方加了扶正器或可调稳定器，容易形成螺纹井眼，其周期与钻头离其最近一个扶正器的距离有关，井眼直径变化一般很小（约0.5in＊非法定计量单位，1ft＝12in＝0.3048m，下同左右）；钻井采用螺纹钻头和牙轮在钻井施工过程中钻头摆动，会造成井眼大小不均匀，并呈螺旋形的凹槽；使用高效PDC钻头与高效单弯螺杆加稳定器的复合钻具组合进行钻井，也会产生螺纹井眼[1－2]。一些测井曲线在螺纹井眼处会受到较严重影响，出现规律波状变化[3]。

本文对测井曲线进行频谱分析，总结出了螺纹井眼对测井曲线影响的频域响应特征，设计相应低通滤波器对测井曲线进行优化处理。

1 螺纹井眼对测井资料的影响

螺纹井眼对测井资料的影响取决于仪器的测量原理。推靠臂型测井仪器推靠臂不能紧贴井壁，极板与井壁之间的泥浆不同程度地影响测井资料的真实性；井壁形成的泥饼厚度也不均匀，在井眼较大的地方形成较厚的泥饼，而在井眼较小的地方形成较薄的泥饼。泥浆性能及泥饼分布规则的不均匀性也会对测井曲线产生影响。

1.1 对补偿密度和中子测井资料的影响

对补偿密度和中子测井仪器而言，螺旋形沟槽井眼对其影响源于周期性的泥饼效应。井壁上形成的不同厚度的泥饼会对补偿密度和补偿中子测井曲线造成影响。极板与井壁之间的空隙呈现与井身轨迹基本一致的比较规则的正弦变换规律，钻井液对测井曲线的影响也呈现同周期正弦状（见图1）。

图1 ZJ××井测井曲线图

1.2 对电极系电法测井资料的影响

螺纹井眼对电极系电法测井资料的影响比较复杂，综合起来应包括泥浆矿化度、地层的渗透性、泥饼的厚度等因素。一般来说，浅探测仪器所测资料受影响较大，如微电位、微梯度、八侧向、浅侧向、微球聚焦等测井曲线；而深探测仪器受影响相对较小，如深侧向等曲线。微电极、八侧向、浅侧向、微球聚焦等仪器探测深度浅，受极板与井壁之间的泥浆影响很大。在高泥浆滤液矿化度情况下，泥浆电阻率很低，对曲线影响特别严重，曲线完全失真，原始曲线基本不具有分析地层的意义。在低泥浆滤液矿化度下，这种影响相对较小，但仍需对曲线进行校正后才能应用。由于泥浆电阻率和地层电阻率大小不同，因此微电极测井曲线呈锯齿波状[4]。

1.3 对声波测井资料的影响

对声波测井资料的影响由于不是存在周期性的变化，且其数值误差不是很大，不易引起注意，通常解释时把这种现象当成仪器误差进行处理。常规声波测井主要测2个接收器之间地层的声波时差，由于声波沿着正弦波的弧线进行运动，故所测的时差也是沿着弧线之间产生的时差，2个接收器之间的距离增大，时差也变大。由井径曲线可知，2个接收器之间的弧线距离和直线距离误差不是很大，在资料上表现只有几微秒，在测井过程中基本不易发现其异常，只有仔细对照邻井资料才能发现。

1.4 对双感应测井资料的影响

螺纹井眼对感应测井资料的影响分淡水泥浆和盐水泥浆2种情况。在淡水泥浆中的影响相对要小，但在盐水泥浆中，影响较大，特别中感应测井在饱和的盐水泥浆中，所测曲线基本失真。如果对这种现象认识不足，就会误认为是测井仪器的问题，进行反复重测，势必造成人力和物力的浪费。

感应测井曲线异常主要是由于感应测井原理考虑的是无限均匀介质。测井是在井内泥浆和地层等2种介质中进行，电磁波就存在界面处的反射与折射问题。当井壁呈现光滑的正弦状特征时，电磁波在波峰和波谷处发生聚焦和发散现象。仪器所探测区域的电磁信号能量也就形成了正弦变化，接收线圈产生的感应电动势也就形成正弦变化，最后反映到测井曲线上就形成了正弦波状的曲线。

如图1所示，中感应与深感应的变化存在很大差异，这主要是由2个原因造成。①感应仪器的中感应线圈距为0.8m，而深感应的则为1.5m。图1显示的井径曲线正弦波周期为1m左右，发射线圈在波峰处时中感应接收线圈位于平滑部位，故地层中的二次场在接收线圈上产生的感应电动势就是经过聚焦的感应电动势；深感应接收线圈处于波谷处，二次场产生的电磁波传到接收线圈进行了发散，地层中的二次场在接收线圈产生的感应电动势变化得到大量消除，故形成中感应曲线影响严重，而深感应影响较小，有时候甚至不发生周期干扰[2]。②根据感应测井需要，在感应仪器设计时中感应的零信号半径为0.1m，而深感应为0.25m（见图2）。测井时仪器沿着井壁运行，造成仪器在井眼的半径超过了中感应的零信号半径，这样在电阻率相对较低的泥浆影响下，井眼对中感应曲线的影响就会很大，而不是可以忽略的因素。所测电阻率非地层真电阻率，而是泥浆电阻率和井眼内的几何因子的积与地层电阻率的综合作用的结果。深感应由于零信号半径较大，井眼内泥浆电阻率对其影响非常小，在现场测井时可以忽略。

1.5 对阵列感应测井曲线的影响

HRAI阵列感应测井仪器采用简单的三线圈系或四线圈系的子阵列，经过真分辨率合成和分辨率匹配等软件聚焦得到3种分辨率的6种探测深度共18条电阻率曲线。阵列感应子阵列的测量原理与双感应原理一样，通过测量地层在接收线圈中产生的二次场感应电动势，进而得到视电阻率，因此，阵列感应受螺纹井眼的影响与感应测井类似。所不同的是对阵列感应曲线的影响是源于每个子阵列信号。由于每个较浅的子阵列受井眼影响严重，尽管在曲线合成之前进行了常规的井眼校正，但这种螺旋状的井眼对测井曲线的影响并不能消除。较浅探测深度曲线（10、20in和30in曲线）由于短源距子阵列信号贡献较大，也就造成受螺纹井眼影响较大。而60、90in和120in曲线在合成过程中并未使用最短子阵列信号，但也受到一定的影响。从各个曲线的零信号半径也可以分析出浅探测深度曲线受影响严重，深探测相对影响较弱（见图3）。感应与阵列感应测井资料可以通过滤波技术降低螺纹井眼粗糙度对测量结果的影响。

图2 中、深感应测井仪器零信号半径示意图

图3 阵列感应测井径向积分几何因子

螺纹状井眼对推靠臂仪器影响明显，主要受极板与井壁间泥浆的影响，其影响表现为与井壁轨迹类似的正弦状周期性干扰，特别在矿化度较高的泥浆滤液中。螺纹井眼对无推靠臂的测井仪器也存在不同程度的影响，其中声波曲线表现为声波时差数值偏大；感应、阵列感应测井曲线则形成与井身轨迹类似的正弦状周期干扰，特别是中感应测井曲线在矿化度很高的泥浆中尤其严重。

2 测井曲线的频域滤波校正

带有干扰的测井曲线包含2种成分：短周期的干扰信号具有随机性，与地层性质无关；较长周期的游泳信号反映地层性质的趋势成分[5－6]。螺纹井眼对测井曲线的影响属于高频信息，它是井眼结构对测井曲线形成的有规律的干扰，可以通过滤波方法去除。目前使用的测井曲线滤波算法有2类：时域算法（平滑滤波）和频域算法。时域算法一般可以消除测井曲线上的毛刺随机干扰[5－8]。对于螺纹井眼对测井曲线造成的有规律的影响，选用频域滤波效果更好[9－11]。

测井信号可以认为是反映测井曲线基本形态的低频成分（有效成分）和视为干扰的高频成分（噪声成分）在频带上是分离的，即

式中，S（f）和N（f）分别为有效信号和噪声的频谱。

分别对正常情况下和存在螺纹井眼影响的测井曲线进行快速傅里叶变换，得到频谱曲线。如图4所示，受螺纹井眼影响的电阻率曲线的频谱曲线在频率为1m－1的高频段存在尖峰现象，而未受螺纹井眼影响的电阻率曲线上则不存在此尖峰。该差异可以作为分析螺纹井眼对测井曲线的影响的标志。鉴于存在以上差异，可以对测井曲线进行频域滤波，去除螺纹井眼对测井曲线的高频影响。

设计一个理想通带滤波器的频谱进行频域的乘积滤波，也就是频域滤波。数字滤波的频率域方法表达式为

式中，X为输入信号x的离散傅里叶变换；H 为滤波器的频率响应函数，确定滤波器的方式和特点。

设fu为上限截止频率，Δf为频率分辨率，在理想状况下，低通滤波器的频率响应函数为

对图4中存在螺纹井眼影响的电阻率曲线进行处理，设置高截频率为0.9m－1（见图5）。与原始曲线相比，处理后的测井曲线保持了低频信息，曲线上的短周期振荡现象被去除。处理前后曲线的频谱特征显示，滤波后的曲线频谱曲线上的高频尖峰消失。

用频域滤波法对测井数据进行滤波，能准确确定高频干扰信号，设计合理的低通滤波器，对数据进行快速处理。使用该方法，只要滤波器设计合理，就能去除螺纹井眼对曲线的干扰，并且不会降低曲线的分辨率。采用频域乘积滤波的方法可以灵活控制各种频率成分的取舍，并能提高处理速度。

3 应用实例

镇泾油田在钻井过程中普遍使用了复合钻井技术，提高了钻进效率，但在井壁形成的螺纹井眼对测井曲线造成了严重影响。在使用复合钻井技术的井段，微电极、阵列感应、中感应、补偿密度等测井曲线都不同程度受到螺纹井眼的影响（见图6）。

图6所示是镇泾油田ZJ××井受螺纹井眼影响较严重的井段，双井径测井曲线呈明显螺纹状。微电极曲线在1～10Ω·m范围内呈波长大约为1 m的近似正弦波的震荡。中感应测井曲线存在轻微的周期抖动现象。深感应测井曲线则没有明显的震荡，说明螺纹井眼对其影响不明显。阵列感应测井曲线都不同程度出现了周期性震荡现象。经过校正后的曲线（RML1c、RML2c、RILMc、RHT01c、RHT02c等）都明显摆脱了螺纹井眼的影响，不再有短周期震荡的特点。

图6 ZJ××井螺纹井眼段测井曲线校正前后对比

4 结 论

（1）通过对测井曲线进行频谱分析，总结出了螺纹井眼对测井曲线影响的频域响应特征。设计了相应的滤波器，并对测井曲线进行了校正。

（2）通过对镇泾油田ZJ××井实际测井资料进行处理，证明了校正方法的有效性。经过校正的曲线消除了螺纹井眼对测井曲线的影响，使校正后的测井曲线更能反映地层的真实物理性质。优化了测井曲线质量，为提高测井解释的质量提供了保障。

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