应用人工智能优化降低核磁共振孔隙度测量误差

在火 山岩 中 ， 以辉石 、 闪石 和碱性 铁 镁矿 物 为 角
主的碱性 一 基性岩 ， 如橄榄岩 一 苦橄岩、 辉长岩 一 玄 不 同取值将训练集分为 个子集 ， 用 表示第 个 武岩 、 霞石正长岩 一响岩等， 铁矿物含量较高 ； 中 而 子集 中第 ｉ 类样品的个数 ， 则属性 Ａ的总熵可 以表示
一
酸 性盐 ， 闪长 岩 一安 山岩 、 岗岩 一流 纹 岩 、 如 花 正
为
长岩 一粗 面 岩 等 ， 矿 物 含 量 较 低． 常见 变 质 岩 铁 在 中 ， 闪岩 、 枚岩 等 铁 矿 物 含量 较 高 ， 片麻 岩 的 角 千 而 铁矿 物含 量较 低 ．
表 ２显 示 了来 自不 同 地 区 的 ６ ６块 火 山岩 核 磁 孔 隙度误 差 与顺磁 离子 含量 的关 系 ． 表 中可 以看 从
加 以分 析 ．
小 于 ２ｍｓ高岭 土通 常小 于 １ ｓ】． 目前 多数 仪 ； ６ｍ ＿ 而 Ｊ
器 的 回波 间隔大 于 这 类微 孔 隙 中流 体 的弛 豫 时 间 ， 例 如 ＭＲ Ｌ—Ｐ型 Ｊ 井 仪 和 Ｒ ｃ ｏｅ４型 岩 样 Ｉ ７测 ｅＣ ｒ０
分析仪最小 回波间隔都是 ０ ６Ｉ ． ． ｌ 因此这些小孔隙 ｌ ｓ
（） ２
式中Ｐ 为第． 『 子集中样品属于第 ｉ 的概率． 类 则属性
（） ３
信 息增 益越 高 的属 性 ， 核磁 孔 隙度 的关 系 越 与 大 ． 用这 一原 则 ， 选 出 的火 山岩 核磁 孔 隙度偏 差 应 优
主要相 关参 数包 括 ： 磁 性 物质 质 量 分 数 、 性 、 铁 岩 颜
２０ Ｃ ２ ９ ０ ） 国家 自然科 学基金项 目“ ０ ７ Ｂ ０ ５０ ； 低渗 透气 藏储层特征及流体运动渗流机理研究 ” 编号 ： ６ ２ ８ ） （ １ ７ １７ ０
作者简介 ：周字（ ９ ４ ） 男 ， １ ８ ． ， 博士 ， 主要从事油气层物理 实验 与油气 田开发方 向的研究 ． － ｉ ｚｏｙ ＠ｌ ｅ ｃｎ Ｅｍａ ： ｕｕ ｉ －ｏ ｌｈ ｖ
）砉 ＝【
Ｎ … ． Ｎ 为 ２ ，
，一］ （ ． Ⅳ
（） １
对于 给 定 的 第 个 子 集 ， 望 信 息 量 ，Ⅳｌ 期 （ ，
， ， Ⅳ ）＝ （ …，阿 一∑Ｐｌ ２Ｐ） ｇ（ ． ｏ
Ａ的信 息 增益 为
Ｇ Ａ）＝， Ｎ ）一Ｅ（ ） （ （ｉ Ａ．
出： 实验 所 用 的火 山岩岩 心 的核磁孔 隙度 均偏 小 ， 且
色、 核磁 孔 隙 度 和 Ｔ 几 何 平均 值 ； ： 砂岩 核 磁孔 隙度
一
４ 一 ２
西安石油大 学学 报（自然科学版 ）
偏差 主要 相关 参 数 包 括 ：： 何 平 均 值 、 性 和核 Ｔ几 岩 磁 孔 隙 度． 数 中 的岩性 和颜 色采 用整 数编 码 表示 ， 参 对 于样 品属性 的空缺 值采 用平 均值 填 充 的方法 ．
间在 １ｍｓ以内 ， 些 甚 至小 于 ０ ２ｍ ； 利 石 通 常 有 ． ｓ伊
１ 核 磁 测 量 岩 石 孔 隙 度 的影 响 因素
核 磁信 号包 含 了孔 隙结 构 和流 体类 型等 多种 信 息 ， 且在 实 际测量 中受 到 多个 因素 的影 响 ． 并 为获 得 准 确 的核磁 测量 岩 石 孔 隙 度 ， 须 对 这 些 影 响 因 素 必
井 、 井或 室 内岩 心 分 析 得 到 ． 据 石 油工 业标 准 ， 录 根
度 对核 磁 测量 的影 响 ． 心 内 的饱 和流 体 为 相 同 岩 溶 质 和矿化 度 的模 拟 地层 水 ， 除 了不 同流 体 含 氢 排
指数 对 核 磁测 量 的影 响 ． 用 核磁 设 备 的最 小 回 所
常用的室 内分析方法重复测量的可信度高达 ９ ％， ９
结 果最 为 可靠 ． 是 由于取 心成 本高 ， 量 的孔 隙度 但 大 数 据还 是来 自于测 井 和录井 ． 随着 核磁共 振 技 术 的发 展 和 日益成 熟 ， 已经 成 为 测井 和 录井 中最 准 确 的孔 隙 度测 量 方 法 ¨ ． 是 ｊ但 在 实 际测量 中发现 ， 于某些 特殊 岩 性 的岩心 ， 磁 对 核
规 方法测得的孔隙度对神经网络进行训练 ， 并根据实验结果对网络的算法和参数进行优化， 最终将 实测核 磁 孔 隙度 的相 对误 差从 ２ ．５ 降低 到 １ ．７ ． 一结 果表 明应 用人 工智 能算 法 能够有 效 ９３ ％ １３ ％ 这 提 高核 磁 共振 法测量 孔 隙度 的精度 ．
关 键 词 ： 磁 共振 ； 隙度 测量 ； 经 网络 ； 据挖 掘 ； 息增 益 核 孔 神 数 信
中 图分类 号 ：Ｅ １ ；３ ９ Ｔ ３ １ Ｔ １
文 献标 识码 ： Ａ 测 试 ， 除 了 测 试 环 境 温 度 ｊ 压 力 和 磁 场 强 排 、
孔 隙度是 油层 的重 要 物 性 参 数 ， 常 由现 场 测 通
总是偏 小 ， 符合 一定 的客 观规 律 ， 是具 有较 大 的随 但 机 误差 和 明显 的非 线 性 特 征． 这使 得 通 过 理 论 分 析 建 立起 来 的解 析模 型和 以精确 数学 为基 础 的 回归 分 析方 法不再 适 用于 火 山岩核磁 孔 隙度 的校 准． 人工智 能方 法在 解决 非线 性 问题上 具有 较强 的 适 用 性 ， 仅适 合 于解决 这种 复杂 问题 ， 不 而且 能够 处
文 章编 号 ：６ ３ ６ Ｘ（ ０ ） ５０ ４ ．４ １７ － ４ ２ １ ０ －０ ０． ０ １ ０
应 用 人 工 智 能 优 化 降 低 核 磁 共 振 孑 隙 度 测 量 误 差 Ｌ
周 宇 ， 国齐 郭和坤 魏 ，
（． １ 中国科 学院 渗流流体力学研究所 ， 河北 廊坊 ０ ５ ０ ； ６ ０ ７ ２ 中国石油勘探开发研究 院 廊坊 分院 ， ． 河北 廊坊 ０ ５０ ） ６ ０ ７
量 的系统误 差呈 明 显 上 升趋 势 ， 随机 误 差 也逐 渐增 加 ， 随机 误差较 大 ． 且
测 到有 关 ． 中等 以上 颗粒 直径 的砂 岩 Ｔ 几 何平 均 值 ： 较 高 ， 量结 果也 比较准 确． 测
表 １ 砂岩核磁孔隙度测量相对误差 与按粒级 划分的
岩 性 之 间 的 关 系
石 中 常 见 的 顺 磁 离 子 主 要 是 Ｆ （ 自旋 态 ） ｅ 高 、
Ｍｎ ¨
、
Ｃ ， 应 的 氧 化 物 成 分 为 Ｆ Ｍｎ ０ 对 ｅ０ 、 Ｏ、
Ｃｏ Ｏ．
设 Ⅳ 为样 品总 数 ， 样 品按 照孔 隙度 大 小 的范 围分 将 成 ｍ 个不 同的类． 于选 中的测试 属性 Ａ， 属性 的 对 该
摘 要： 核磁 共 振测 量 孔 隙度通 常偏 小 ， 这是 因为储 层 岩 石 中含 有 顺磁 物质 和 黏 土． 为此 提 出 了一种 通过 采 用人 工智 能算 法 ， 据相 关 因素 对核磁 共 振 测量孔 隙度 进行 校 准 的新 方 法． 方 法首先根 据 根 该 信 息增 益的 原 则 ， 通过 数 据挖掘 找 出与核 磁 孔 隙度偏 差相 关 的 因素作 为神 经 网络 的参 数 ， 之后 用 常
表 ２ 核 磁 火 山岩 测 量 孔 隙度 的误 差 与 顺磁 离 子 氧 化 物 含 量 之 间 的关 系
Ｔａ ． ｂ２ Ｒｅ ａ ｉ ｎ ｈｉ ｅ ｗｅ ｎ ｈ ｅ ａ ｉ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｌ ｔ ｓ ｐ ｂ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｒ ｏ ｆ ＮＭ Ｒ ｏ ｏ ｉｙ ｏ ｖ ｐ ｒ ｓｔ ｏ ｏ ｃ ｎ ｃ ｒ ｃ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｆｔ ｅ ｐ ｒ ｍ ａ ｎ ｔ ｏ ｘ ｄｅ ｆ ｖ ｌ ａ ｉ ｏ ｋ ａ ｄ ｈ ｏ ｔ ｎｔｏ ｈ ａ ａ ｇ ｅ ｉ ｉ ｎ ｏ ｉ ｓ ｃ
周宇等 ： 应用人工智 能优化降低核磁共振孔 隙度测量误差
一 ４ ～ １
表 １显 示 了来 自不 同地 区 的 ３ ２块 砂 岩 按 粒 级 划 分 的岩性 与核磁 孔 隙度 测 量 误 差 的关 系 ， 统 误 系 差 中 的正值 表示 核磁 孔 隙度偏 小 ， 几何 平 均 值 反 Ｔ 映 了平 均孔 径 的大小 ． 表 中可 以看 出 ， 从 泥质 粉砂 岩
样 品属性 的选 取 和离散 采 用信 息增 益 原 则 。 。：
豫时间缩短， 磁化强度降低 ， 甚至导致一些组分 由于 弛豫 时 间过短 而无 法 被 探 测 到 ， 终 表 现 为核 磁 孔 最 隙度 偏小 ＿． 合 岩 石 中化 学 成 分 的构 成 可 知 ， ９ 结 Ｊ 岩
２ １ 年 ９月 ０１
Байду номын сангаас
第２ ６卷第 ５期
西 安石 油大学学报 （ 自然科 学版） Ｊｕｎ ｌ ｆ ｉ ｎＳ ｉ ｕＵ ｉ ｒｉ （ ａ ｒｌ ｃｅｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒａ ｏ Ｘ ｈ ｏ ｎ ｅｓｙ Ｎ ｔ ａ ＳｉｎｅＥ ｉｏ ） ａ ｙ ｖ ｔ ｕ ｉ
Ｓ ｐ．２ １ ｅ ０１ Ｖｏ ＿ ６ Ｎｏ ５ ｌ２ ．
实 测孔 隙度 与 真实 值之 间仍 存在 较 大 的差 异 Ｊ ．
波 间 隔为 ０ ６ｍ ． ． ｓ １ １ 砂 岩 核 磁 孔 隙 度 测 量 误 差 的 影 响 因 素—— ．
粒 度
黏 土束 缚水 这类 存在 于微 孔 隙 中的流体 横 向弛
豫 时 间特别 短 ， 常 见 的黏土 矿物 中 ： 脱石 弛豫 时 在 蒙
Ｔａ ． Ｒｅ ａ ｉ ｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｈ ｅ ａ ｉ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｈ ｂ １ ｌ ｔ ｓ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔｖ ｒ ｏ ｆｔ ｅ ＮＭ Ｒ ｏ
２ 人 工 智 能 校 准核 磁 孔 隙 度方 法 及 其
应 用
上一节 的分析表明 ， 核磁孔隙度相对于真实值
中的弛 豫在 仪器 开 始 测量 之 前 就 已经 结束 ， 得 这 使 部 分黏 土束 缚水 的 弛 豫信 息 无 法 被 探 测 到 ， 致 核 导 磁 孔 隙度偏 低 ．
采 用低 磁场 核 磁岩 心分 析仪 在恒 温 环境 下进 行
收 稿 日期 ： ０ １ ６１ ２ １ － —１ ０ 基金项 目：国家重点基础研究发展规划 “ ７ ” 目“ ９３ 项 中低丰度 天然气藏 大面积成 藏机理 与有效开发 的基 础研究 ” 编号 ： （
理 大 量带有 噪声 的实验数 据 ．
２ １ 核磁 孔 隙度测 量误 差 的相关 参数 ．
由顺磁 性 物质 引 起 的磁 场梯 度 增 加 使 得 Ｔ 弛
核磁孔隙度测量偏差产生的原 因复杂 ， 以往根 据经验选取相关参数带有一定 的主观性． 本文通过
对来 自不 同地 区 的大 量 岩 石样 品实 验 ， 合 数 据 挖 结 掘技 术 ， 服 了这种 主 观性 ， 克 实现 了神经 网络 输人 参 数 的优选 ．
ｐ ｏ ｉｙ ｉ ａ ｓｏ ｅ ａ ｄ ｉ ｏ ｏ ｙ ｄ ｖ ｄ ｄ ｂｙ ｇ ａ ｎ ｓｚ ｏｒ ｓ ｔ ｎ ｓ ｎｄ ｔ ｎ ｎ ｌｔ ｌ ｇ ｉ ｉ ｅ ｒ ｉ ｉｅ ｈ
１ ２ 火 山岩 核磁 孔 隙度 测 量 误 差 的 影 响 因素— — ．
顺 磁 离子 含量
（ 质质 量分 数 在 ２ ％ ～ ０ 之 间 ） 系 统 误 差 最 泥 ５ ５％ 的 大 ， 与黏 土微孔 隙 中 的弛 豫 时 间过 短 而 无 法 被 探 这
误 差远 大于 砂岩 ． 明 火 山 岩核 磁 孔 隙度 测量 受 顺 说
磁离子影响很大 ， 核磁孔隙度测量误差 明显高于砂
岩． 随着 顺磁 离子 氧化 物含 量 的增加 ， 核磁 孔 隙度测