测井曲线自动分层模型设计与实现1.pdf

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1、第 3 5卷 第 2期 2 0 0 7年 3月 石 油 钻 探 技 术 PETROI EUM DRI I I I NG TECHNI QUES V0 1 3 5，No 2 M a r，2 0 07 钻 井与完 井 测 井 曲线 自动分层模型设计 与实现 纪荣 艺 樊洪海 杨雄 文 杨 皆平(中国石油大学(北京)石油 1 程教育部 重点实验室，北京 昌平 1 0 2 2 4 9)摘 要：从 实用、有效的 角度，阐述 了测井 曲线 自动分层的步骤和 多种计算模 型。提 出加入前 处理 和后 处理 的具 体方法，以此 来消除因测量误 差对模型的干扰。阐述 了数理统计和 聚类 分析在 自动分层模 型设

2、 计中的应 用，并开发 了 相应 的软件，实现 了测 井曲线的 自动分层，使 理论得到有效的应用，同时也验证 了模 型的可行性和有效性。关键词：测井曲线；自动分层；中值滤波；聚类分析；趋势分析 中图分类号：P 6 3 1 8 4 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 1 0 8 9 0(2 0 0 7)0 2 0 0 2 4 0 4 测 井数 据的计 算机 自动分 层是 在数 理统计 等 方 法 的基础 上建 立起来，通 过实 际应用 得 到了有 效检 验 和发展。由于测井 数据 误差 的影 响，多 年来 自动 分层 相对 于人工 经验 分层 效果 并不 令人满 意，所 以 为有 效消 除测

3、井 数据 误 差 的 干扰，笔者 按 前 处 理、模 型计 算和 后 处理 3步进行 自动 分层。前 处理 的主 要 任务是 采 用数据 滤波 器 的方法 消除 因仪 器设 备产 生 的测量 数据 扰 动。模 型 计算 是 自动 分层 的核 心，目前常用 的有：方 差统 计、极 值方法、聚类分 析 和 趋 势分析 等 几种。后处理 的 任务是使 自动分层 的结 果更 加清 晰化 和实用 化。具 体流 程见 图 1。图 1 分层计算总流程 月 处 删 l 自动分层前处理 1 1 中值 滤波 假设 有 数 据 样 本 序 列(i 一 1，2，N)，当滤波窗口为 2”+1，则 中值滤波的步骤为：1)

4、取 以第 i 个 数据 为 中 心 的 2”+1个 数 据并 进行排序(顺序或逆序均可)；2)取排宇后的中问值，即第 T +1个数据作为 第 i 点 的滤波值；3)自上 而下 迭 代计算 离散 曲线 上 的各 点。中值滤 波流程 如 图 2所 示。滤波 窗 口中 T 的取 值视 目的不 同 而 定。T 一 0时，滤 波 器失 效；T 较 小(如 T 一1)时可保 持 曲线的 幅度 值；T 较 大 时可 只保持曲线的变化趋势。(，f 始 )l 输入 (M；i：0 1+1 x(i mi+n 1 S(2 n+1 I、周 肿陕 速排序，钳S 1 J【)：+1)l 甭 _=土 l 输 (v)(结 )图

5、2中值滤波流程 处理起始和终止的 1 1 个值时，即当 N一”时，让”分别 等于 i 一 1和 Ni，这样 可 保 证滤 波前 后 的样本 数 N 相 等。收稿 日期：2 0 0 6 0 8 2 3；改回 日期：2 0 0 6 l 2 O 4 作者 简 介：纪 荣 艺(1 9 7 4)，男，1 9 9 7年 毕 业 于 大 连 理 工大学，2 0 0 2年 获硕士 学位，在读博士研究生。联 系 电话：(0 1 0)8 9 7 3 3 2 2】模型汁算一 后处昆 f 维普资讯 http:/ 第 3 卷 第 2期 纪 荣 艺等：测 井 曲线 自动 分 层模 型 设 计 与 实现 非线性 的中值滤

6、波 有如 下特性：1)可以消除 曲线 的尖 峰干 扰；2)可 以使 阶梯 函数 通过，且 阶梯 位 置不 变；3)可 以通过斜 坡 函数，且 位置 和斜 率均 不 变。特性 3)是其 它滤 波方 法难 以达 到 的，作 为前 处理 _T作 的一部 分。中值 滤 波必不 可 少。1 2 归一化处理 由于不 同测 井 曲线 的刻度 和 量纲 各不 相 同，在 采用 多种 曲线进 行 自动分 层 时，有必要 将 测井 曲线 分别归一化到 O，1 ，以消除因刻度和量 纲所产 生的影 响。归 一化公 式 为：z，一(1)-T ma x i 式 中，3 E 为测 井 曲线 上 某深 度 对应 的测 井 值

7、；和 分 别为测 井 曲线 中的极 大值 和极 小值；为 该测 井 曲线 在该 深度 上 的归 一化 值。2 自动分层模 型计算 2 J 极 值方法 极 值方 差分 层 的基本 思想 是，先利 用 分层 指标 函数进行粗分层，大致确定层界面位置，再对相邻 两 层用 方差 分析分 层 法找 准确 的层界 面 位置。2 j 1 分 层 指 标 函数 方 差分 析分 层 的 目的是找 出层 问 方差 最大、层 内方差 最小 的点 作 为分层 点。对应 两层 介 质，设 有 N个采样点。若层界面在 T ，T +1 采样点间，则两 层 层 内方差 和 Q 为：Q一C r ，一 )+(，z)，=1 J ”

8、1 =一n +。，一(N一”)。J=1 J n+1 一，一 ，2 C l j)+门 (2)式 中 t 一。一 血。令：C一 r ，q(”+1)一 2 C j)+(，)。，则 式(2)变 为：Q C q(”，7 z+1)(3)当 N 一定 时，C 为 常 数，q(”。z+1)是 层 界面两 侧两 个分层 数 据 序号 的函 数，而且 q(”，”+1)能够 反映 Q 的变化 规律，即 q(”，”+1)越 大，Q越 小；相 反，q(，+1)越 小，Q 越 大。且 因计 算 q(7 2+1)比计算 Q 容易，故称 q(”，T I+1)为分 层 指标 函数。2 1 2 分 层指 标 函数在 层 界 面两

9、侧 的 变化 规律 通 过 分 析分 层 指 标 函数 q在 层 界 面 的 变 化 情 况，就 能够 得 出准确 的层 面位 置。若 正确 的层 界面点 在 T I，T I+1间的 B 点，则 两 层 的层 内方 差 和 Q 一 为：N Q +一(一 )+(，一 。)。(4)J 一1 J 斗 1 若 将层 界 面点移 到 T I 一1，T I 间的 A 点。则 两层 的层 内方差 和 Q 一 为：，广 1 N Q 一(z 一 )+(，一 一3 4。)。(5)J 一1 J=若将 层 界面 点移 到”+1，”+2问 的 C点 则 两层 的层 内方 差和 Q +为：一 1 N Q 一 一 一(，一

10、 )。+(一一,72。)。(6)i一1 J一 2 比较 A、B 两 点，因(一 )(一 2)，所 以 Q+1 q (”一 1，”)。比较 B、C 两 点，因(r 一)。(一，2)，所 以 Q 1 q(n+1，”+2)。可 见。在 的情 况 下，分 层 指 标 函数 q(”，”+1)在层 界面处仍为极大值；在 情况下或 者在 、，将 第(+1)点 归 人 第 i 段；若 S(X，X：)时，可认 为 实 测值 有 显 著变 化，它 一般 处于层 界 面上。2 3 2 趋 势分析 的 流程(见 图 3)图 3趋 势 分 析 的流 程 3 自动分层后处理 3 1 层界面 归并 在前处理 中采用了必要的

11、中值滤波，但 中值滤 波也无法保证滤掉所有由仪器测量误差所产生的尖 峰，这将 在分层 计 算 中分 出 一些 不 必 要 的 小 薄层，这时需要利用归并薄层界面来消除。薄层 归并一 般采 用扫 描迭 代 的方法。将 曲线看 成一深度序列，相邻两点的深度差为：A y 一 J 一 一 J(1 4)对 于 给 定 的 层 厚 最 小 值 H，当 A y H 时，将此分层并人相邻的顶层(或相邻底层)。在 维普资讯 http:/ 第 3 5卷 第 2期 纪荣艺等：测 井曲线 自动分层模型设计与 实现 薄层 归并后 一般 还需 要做 同趋 势归 并，即将 变化 性 质(增大，减小)相 同的曲线段(相邻采样

12、段)进 行合并，方法同趋势分析。3 2 计算层测井值 在确 定 出层 界 面之后，接 下来 就要 计算 层测 井 值。即由一层内的多个采样点的测井值确定 出能反 映该层物理特征 的一个测井值。一般有以下几种方 法：1)取峰值。多用 于感应测井的按层取值，如 果本层 的趋势是增加，取层 内最大测井值 作为 层测 井值；如果 本层 的趋 势是 减少，取 层 内最小 测 井值 作 为层 测井 值。2)取 中心均值。去除本层顶界和底界的若 干 测井值后，计算中间部分的测井平均值作为本层测 井值。3)取加 权 值。找出层 内的 n个极值(一 1，2，3，”)，以极值 问的距 离(厚度)Hi 作为权，进行

13、 加权 平均，即 一H ix i H f，取 作为 本层测井值。i 。=1 i 。=1 4)取 围岩 值。自上 而 下 扫 描 层 内 的 平 缓 点，即以该 点为 中心 的连续 若 干点 中相邻 差不 大 于特性 的值。取平缓点的测井值作为本层测井值。采用以上哪种方法计算测井值需要依具体情况 而定，一般来说后两种计算方法较好，当然还有其 他 一些 计算方 法，笔者 所列 只是 最 常见 的几种。4 应 用实例 笔者根据上述的模型算法编制了计算软件，对 某 井 1 8 0 0 2 0 0 0 m 井段 实 测 的密 度 数 据 和 自然 伽 马数据 进行 了计 算机 自动 分层，结果 见 图

14、4。图 4中第一、二坐标系中细曲线分别为实测密 1 8 3 5 l 8 5 5 l 8 7 5 l 8 9 5 亡 l 9l 5 l 93 5 l 9 5 5 l 9 7 5 t 争 蓁：；警 ：I f I ：J 蹬；J t ：L j 一i；1 争 ：色 誊 j 蓁 ：f t ：譬 7 _。：辈 蒜 1 3 i：图 4计算机 自动分层 结果 度 曲线 和 自然 伽 马 曲线，粗 阶梯 线 是计算 结果。由图 4可看 出，计 算 机 自动 分层 和实 际岩 性界 面相 一致。5 结束语 所讨 论 的 自动 分层 模 型将 给计算 机分 层计算 提 供有效的参考。从计算结果以及图形显示来看，进 行

15、前处理和后处理是必要 的，模型算法是可靠的，利用 模 型编成 的软 件进 行 自动分 层方 便、实用。参 考 文 献 E l i 陈一鸣，朱德怀，任康，等 矿场地球物理测井技术 之测井 资料解释(第二版)M北京：石油工业 出版社，1 9 9 4 2 贺仲雄 模 糊数 学及其 应用 M天津：天津科技出版社，审稿张传进 De s i g n a nd App l i c a t i o n o f W e l l Lo g Cu r v e s Au t o ma t i c S o r t i ng i n La y e r s J i Ro n g y i Fa n Ho ng ha i Ya

16、 ng Xi o ng we n Ya n g J i e p i ng (MOE Ke y La b o r a t o r y o f Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m(Be i j i n g)，C h a n p i n g，Be i j i n g，1 0 2 2 4 9，C h i n a)Ab s t r a c t：Th i s pa p e r d e s c r i be r s t h e pr o c e du r e s of w

17、e l 1 l o g c ur v e a ut o m a t i c s o r t i n g i n l a y e r s a nd s e v e r a l c a l c u l a t i on mo de l s i n t e r ms of pr a c t i c a l i t y a n d f e a s i bi l i t y Thi s p a p e r pr o p os e d t he m e t h od o f h o w t o us e p r e pr e s s a n d po s t p r e pr e s s i n or d

18、 e r t O e l i mi na t e t h e i nt e r f e r en c e o f t h e me a s u r e e r r o r on t h e mod e 1 Th e a ppl i c a t i o n of s t a t i s t i c s a nd t he c l us t e r a n a l ys i s i n t he au t o mat i c s o r t i ng i n l a ye r s i s i nt r o du c e d a n d t h e c o t r e s p on d i n g

19、s of t wa r e i s d e v e l o p e d The we l l l o g c ur v e s c a n b e a u t o m a t i c a l l y s or t e d i n l a ye r s Th e t he o r y h a s b e e n a p p l i e d e f f e c t i v e l y a n d t h e mo d e l p r a c t i c a l i t y a n d e f f e c t i v i t y h a v e b e e n j u s t i f i e d Ke y wo r d s：l o g；a ut oma t i c s e pa r a t e l a y e r；m e d i a n f i l t e r i n g；c l us t e r a na l y s i s；t r e nd a n a l y s i s 维普资讯 http:/