地层自动对比预测方法研究与应用

崔国宏，郭明宇，苑仁国，李鸿儒，林 昕，汪卉娟

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300459；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450；3.武汉时代地智科技股份有限公司，武汉 430070）

地层对比预测是地质分析的基础工作之一，其目的在于通过将收集到的地震、钻井、录井和测井等各项地质资料，进行横向和纵向对比分析，建立对比剖面，根据不同的剖面对比找出含油层[1]。自20世纪80年代以来，国内外学者和专家针对地层对比预测开展了大量的探索性工作，并取得重大进展。目前，针对层序地层的建立，主要是由地质研究人员通过单井井筒中的测井曲线，立足区域地质认识和特定的地层对比模式，通过手工划分实现的[2]。这种依靠地质研究人员的人工解释，在很大程度上取决于研究人员专业认识水平、经验知识等，而且不同研究人员划分结果可能存在较大差异，难以建立统一的对比标准。与此同时，随着勘探开发的不断深入，已开发油气藏钻井数量增加，导致地层划分与对比的工作量增大，存在耗时、耗力等诸多不利因素。近年来，为提高工作效率，借助信号处理、数理统计及人工智能等方法与技术，开展依靠计算机实现的半自动、自动地层对比预测研究工作[3-5]。该方式在一定程度上减少了人工解释过程中存在的一些问题，如对比模式和对比标准不统一、地层界面不易确定等，大大提高了地层对比预测的工作效率。

通过对国内外文献进行调研，在吸收对比其他地层对比方法后，提出了一种基于功率谱的互相关对比算法和活度函数的多测井曲线分析方法，用于地层自动对比与层界面的预测。该研究方法以邻井的实钻曲线为参考，可以实现正钻井地层划分和目的层预测。

1 技术路线

地层对比预测算法需要收集邻井信息、设计井信息和实钻井数据，通过基于活度函数多测井曲线分析方法和功率谱的互相关对比算法确定实钻井的层位，根据邻井中目的层的位置来实现正钻井目的层的预测[6]。其地层对比预测技术路线如图1所示。

图1 地层对比预测技术路线图

2 算法原理

在进行地层对比预测时，首先要对测井曲线进行分层。取一段连续稳定的邻井测井数据作为实时追踪的标志层，在目标井钻进过程中对测井数据或生成的录井数据开窗，实时追踪并识别与标志层测井或录井曲线形态相似的地层，通过对比来判断当前钻头位置[7]。地层对比预测原理如图2所示。

图2 地层对比预测原理示意图

2.1 活度函数多测井曲线分析方法

活度函数多测井曲线分析法属于非数理统计方法，可以利用各种测井曲线进行分层[8]。为了表达测井曲线的动态性质，定义测井曲线的活度函数

式中：Xi（H）为测井曲线上第i点的取样值；E（H0）为深度H0处测井曲线的活度；L为计算活度值时所取测井曲线的长度，即窗长，m；（H）为测井曲线在H0上下L/2范围内的平均值。

在实际地层划分中需综合多条测井曲线，在选定参与分层的测井曲线后，分别计算各自的活度并按权系数相加，求出综合活度，亦称总活度。多测井地层划分时，为避免有的曲线分层特征未得到充分利用，对活度进行标准化。

2.2 功率谱的互相关对比算法

功率谱的互相关对比算法（图3）是指将标志层的测井数据视为一组多维矢量，以矢量间内积大小为判据依据，在实钻井对应的1段深度范围（窗口）内寻找与之最相近的（即内积最大）矢量作为对应层位[9-10]，针对地层对比情况，进行改进，具体实施策略如下。

图3 互相关对比方法实现流程

1）假设标志层2侧的数据由不相关的白噪声组成。在选取标志层时，除了要满足高值条件，还要尽可能使2侧数据平缓，以保证其与标志层信息不相关。

2）选取高值的层位作为标志层，避免对比结果被周围高值层位影响而产生错误。

3）对于地层厚度变化无法兼顾的情况，采取在互相关算法之前增加功率谱比对算法，对层厚变化进行预判，然后对数据采样或插值后再进行互相关运算，解决了层厚发生变化的地质情境。

3 测试验证

3.1 测试区块介绍

本次测试选取渤中、蓬莱2个区块共20口井进行测试验证，其地理位置位于渤海探区。渤海位于华北盆地东部，华北盆地在太古代至早元古代为变质基底形成的固结演化时期，岩性主要为混合岩、花岗岩系。中、晚元古代是地台南北边缘裂陷带活动期，沉积了巨厚的碎屑岩及碳酸盐岩。古生代开始进入地台演化时期，由于洋壳在地台南北两侧的俯冲、挤压，引发地台的升降活动并形成了一系列近东西向的隆起和拗陷带，沉积了海陆交互相及陆相含碳酸盐岩和煤系的红色碎屑岩系。中生代中晚期，华北盆地相对稳定沉降，渤海成为盆地沉降中心，发育了陆相含油岩系及第四系海陆过渡淤泥、粉砂和砾。古近纪为1个统一的湖盆。形成了大量的水下扇、扇三角洲、三角洲、浊积体和少量冲积扇，这些沉积体后来成为主要的储油岩。新近纪，喜山运动使地壳抬升并遭受剥蚀夷平，渤海结束了以古近纪湖相沉积为主的历史，开始了以河流相为主的发展过程。第四纪时，渤海继承了第三纪时的构造格局，全区普遍沉降，海水侵入，形成目前的陆表海。

渤中区块主要包含渤中凹陷、渤南低凸起和黄河口凹陷，其中渤中凹陷占坳陷面积的1/2；蓬莱区块包括渤东凹陷、渤南低凸起，渤南低凸起为渤中区块和蓬莱区块共同的构造单元。

3.2 测试过程说明

针对目的层进行了薄层、倾斜地层、地层缺失、地层间隔缺失、厚层5个地质情景，以及单一测井、多测井、录井数据的地层划分与目的层进行预测实例应用。钻进深度区间为4 956.1～5 060.4 m，主要为太古界厚层花岗片麻岩，顶部岩石风化比较严重，原地风化成砂砾岩及细砂岩。

表1是基于活度函数多测井曲线分析方法和功率谱的互相关对比算法在单一测井曲线和多种测井曲线组合下目的层预测精度的平均误差。从数据中可以看出，单一测井曲线解释结果相对于多种测井曲线组合的解释结果，效果更优，其中以GR、GR+RD、GR+RD+NPHI解释结果平均误差最小，GR+RT+RD+RS+NPHI、GR+RD+DEN+NPHI+AC平均误差最大。图4为单曲线和多曲线组合下地层界面预测深度和真实值的对比，误差在可接受范围内。表2为元素录井曲线地层界面预测深度和真实值的对比，平均误差在0.9～3.1 m之间。表3—表6分别表示在上部地层缺失、地层间隔缺失、GR划分和多测井划分时地层界面预测值和真实值的比对，误差在0.5米以内，符合地质工作需要。

表1 单曲线和多曲线组合下目的层预测平均误差m

表2 元素录井曲线地层界面预测值和真实值的对比m

表3 上部地层缺失地层界面预测值和真实值比对m

表4 地层间隔缺失地层界面预测值和真实值比对m

表5 GR划分地层界面预测值和真实值比对m

表6 多测井划分地层界面预测值和实际值比对m

图4 单曲线和多曲线组合地层界面预测值和真实值的对比

4 实例应用

在完成测试验证后，选取实例井的测井曲线和元素录井曲线对算法进行实例应用。从图5中可以看出，测井曲线对比图中自然伽玛、中子、电阻率曲线整体相对比较平缓，在W1145井中2 085～2 099.2 m、2 160.6～2 168 m、2 208.4～2 213.3 m处呈尖峰-齿状，波动较大，厚度分别为14.2、7.4、4.9 m；W1144井中2095.2～2 110.3 m、2 175.6～2 182 m、2 219.8～2 225.1m处具有相同波动，厚度分别为15.1、6.4、5.3 m；软件基于活度函数多测井曲线分析方法和功率谱的互相关对比算法将具有相同波动位置的曲线进行连线并绘制地质剖面图，误差在0.5 m以内，符合预期效果。

图5 测井曲线预测分层

除测井曲线外，该方法还支持元素录井曲线对地层进行划分，图6为元素录井曲线邻井和实钻井对比图，元素录井曲线整体趋于一致，误差在0.5 m以内，可以达到地层划分和目的层预测的效果。

图6 元素录井曲线预测分层

5 结论

1）地层对比预测方法可以大大提高地层对比自动化程度，提高工作效率，减少人员投入，为地质工作者提供了一个方便快捷的地层划分工具。

2）通过对渤中、蓬莱2个区块20口钻井实际测试得出，地层自动对比预测方法得出的结果准确度高，能有效规避因倾斜地层、地层缺失、地层间隔缺失等不同因素带来的干扰。

3）地层自动对比预测不仅可以利用测井曲线进行自动分层，同时可以采用钻井参数、元素录井数据等多种数据进行自动分层对比。