基于元素录井的拟合伽马在地层卡取中的应用

沈柏坪 李志水 王丹丹 马铭杰 孟祥文 史晓波

(中国石油长城钻探工程有限公司录井公司)

0 引 言

长庆油区浅层油气的勘探已经十分成熟，随着勘探开发的不断深入，寻找新勘探层系，增加地质储量，显得十分紧迫。鄂尔多斯盆地西缘掩冲带由于沉积环境演变的多期性，地层岩性相对复杂，主要发育大量碎屑岩、碳酸盐岩及混积岩[1]，同时，盆地西部受区域构造影响发育大量断层。

近年来，元素录井技术在长庆油区探井中的广泛应用，为现场随钻提供了更多岩石地球化学信息，通过特征元素组合可以较好地进行地层划分[2-6]。但是，常规录井手段提供的岩性资料在随钻地层划分与对比中存在一定的局限性，迫切需要创新技术手段和方法，以提供更多的地层信息。本文以鄂尔多斯盆地西缘掩冲带为主要研究工区，基于元素录井参数拟合自然伽马曲线，实现正钻井随钻拟合伽马与邻井自然伽马测井参数的对比，为正钻井的地层划分与层位卡取提供便利和参考。

1 元素录井参数拟合测井自然伽马方法

1.1 自然伽马测井仪与元素录井仪测量原理对比

自然伽马测井仪测量地层的放射性强度，测井时获得的是计数率，而地层的放射性强度取决于岩石中铀(U238)、钍(Th232)、钾(K40)等放射性元素的含量[7-8]，这些放射性元素在地层中的聚集与地层的沉积环境密切相关。

元素录井仪主要采用X射线荧光光谱仪对岩石样品进行分析，获取岩石元素数据。在进行岩样分析时，X射线光管产生的原级X射线照射在样品表面激发出特征X射线；探测器中的NaI晶体在特征X射线照射下产生蓝光，在光电倍增器作用下转换成脉冲电压；探测器中的多道分析器对脉冲电压幅度进行分类，并按幅度大小排列和记录数量，从而得到常见的以能量-计数关系表示的能量色散X射线光谱图[9]。X射线荧光光谱仪能够测量地层中铀、钍、钾含量，其含量分别与计数率呈正相关。

通过自然伽马测井仪与元素录井仪测量原理对比分析，X射线荧光光谱仪获得的铀、钍、钾参数经多元线性回归拟合自然伽马是可行的。

1.2 元素录井参数拟合自然伽马测井参数

对工区测井自然伽马与元素录井仪获取的铀、钍、钾参数进行相关性分析，将元素录井仪获取的变量引入模型进行拟合伽马回归，每引入一个新的因变量都进行F检验，并对已经选入的元素变量逐一进行t检验(预测)，确保回归方程的合理性。通过反复验证、对比，最终选取铀、钍、钾作为伽马的显著影响变量，确定拟合伽马公式。元素录井参数拟合自然伽马测井参数模型如下：

[GR]=[C][M]

[C]=[C1C2C3]

式中：[GR]为研究井段自然伽马测井值矩阵；[C]为系数矩阵；[M]为元素录井铀、钍、钾参数构成的矩阵。

在研究过程中，常借助数理分析软件SPSS进行多元线性回归分析，计算拟合系数。其方法如下：将研究井段的自然伽马测井参数及元素录井仪获取的铀、钍、钾参数输入SPSS软件中，通过软件中的“线性回归”模块，输入因变量“自然伽马”，自变量“铀、钍、钾”，然后点击确定，就能得到拟合系数、拟合度及残差分布特征等信息，进而通过拟合度和残差分布特征判断拟合系数是否合理。

由表1可以看出，该拟合伽马模型判定系数r2为0.76，表明拟合优度好(一般r2>0.6为好)。

表1 模型汇总

表2中标准误差一般用来判定数据的可靠性，标准误差小，数据的可靠性大。t值即对回归系数的t检验结果，Sig代表t检验的显著性，t的绝对值越大，Sig就越小。一般Sig<0.05被认为是系数检验显著，表明自变量可以有效预测因变量的变异，系数表中自变量U、Th、K的显著性Sig值均小于0.05，表明U、Th、K对自然伽马的影响显著，自变量可以有效预测因变量的变异(表1、表2)。

表2 系数值及t检验结果

根据线性回归系数可以得到长庆油区的拟合伽马公式如下：

拟合伽马=11.355U+1.260Th+23.310K+122.466

式中：U、Th、K分别为元素录井获取的放射性参数。

依据该公式计算出拟合伽马，并与自然伽马测井参数进行比对，拟合伽马的变化趋势和形态与测井自然伽马曲线形态吻合度在90%以上，说明在研究工区该线性回归方程具有较好的适用性。

2 应用效果分析

鄂尔多斯盆地早古生代属于陆表海沉积环境，晚古生代早期属于滨海平原沉积环境，晚古生代中-晚期为内陆坳陷沉积环境。鄂尔多斯盆地西缘古生界地层发育了大量碳酸盐岩、碎屑岩及混积岩。拟合伽马在研究工区具有较好的适用性，在E 103井钻井施工过程中，通过拟合伽马较好地进行了层位卡取。通过对比效果图可以看出，拟合伽马与自然伽马测井曲线形态基本一致、峰型基本对应，说明基于元素录井参数的拟合伽马具有较优的拟合度(图1)。

图1 E 103井拟合伽马与自然伽马对比图

Y 2井位于鄂尔多斯盆地西缘西南部，主要勘探中奥陶统乌拉力克组页岩气。在该井钻井施工中，现场地质人员通过拟合自然伽马测井参数进行了随钻地层划分与对比，取得了较好效果(图2)。

图2 Y 2井随钻综合录井图

该井在井深2 554.00 m，拟合伽马由高值逐渐减小，SiO2由低值逐渐升高，根据邻井自然伽马测井曲线与岩性组合特征，判定进入羊虎沟组；井深2 626.00 m，拟合伽马开始逐渐减小，CaO逐渐增大，SiO2、Al2O3逐渐减小，发育一套混积岩，判定进入车道组；井深3 180.00 m，拟合伽马逐渐增大并为中-高值，CaO逐渐减小，SiO2、Al2O3逐渐增大，发育一套泥岩夹灰岩，判定进入拉什仲组；井深3 840.00 m，拟合伽马逐渐增大并为中-高值，CaO逐渐减小，SiO2、Al2O3逐渐增大，并且出现明显分异，根据邻井对比，判定进入乌拉力克组；井深3 935.00 m，拟合伽马逐渐减小并为低值，CaO逐渐增大，SiO2、Al2O3逐渐减小，判定进入马家沟组；井深4 362.00 m，拟合伽马逐渐增大并为中-高值，CaO、MgO减小，SiO2、Al2O3增大，判定进入三山子组。

通过对鄂尔多斯盆地西缘20多口井古生界地层拟合伽马与自然伽马测井参数的分析对比及验证，拟合伽马与自然伽马测井参数吻合度在90%以上。这表明基于元素录井参数的拟合伽马在风险探井及预探井施工中，能够与邻井自然伽马测井曲线进行对比，从而为现场地质人员在随钻中进行地层划分与层位卡取提供便利和参考(图3)。

图3 鄂尔多斯盆地西缘古生界地层拟合伽马与自然伽马对比图

3 结 论

通过对鄂尔多斯盆地西缘古生界地层元素录井参数拟合伽马方法的研究与应用，获得以下认识：

(1)基于自然伽马测井仪与元素录井仪测量原理对比，依据元素录井仪获得的铀、钍、钾元素参数经多元线性回归及逐步线性回归拟合自然伽马理论上是可行的。

(2)经过鄂尔多斯盆地古生界地层20多口井元素录井参数拟合伽马与自然伽马测井参数的分析对比及验证，拟合伽马具有较好的适用性。

(3)基于元素录井参数建立了随钻拟合伽马与邻井测井自然伽马对比桥梁，在风险探井施工时，为地质人员随钻地层划分与层位卡取提供了便利和参考。