C1 测井曲线的自动分层问题

测井曲线自动分层问题

测井曲线自动分层问题

摘要

本问题要求以1号井建立数学模型，对第2号至7号井进行自动分层，并与人工分层结果进行比较。确定合适的数学模型后，再对第8号至13号这些未人工分层的井进行自动分层。

本文的研究包括三个部分：模型准备、已人工分层井的模型建立与求解以及未人工分层井的模型建立与求解。模型准备中首先对数据进行了筛除、中值滤波和归一化，使数据受干扰更小，之后通过主成分分析，加权平均出一个新主成分曲线作为综合测井指标。已人工分层井模型中，首先应用了层内差异法对1号井进行细分层,其分层结果局部过细，因此再应用聚类分析进行并层处理，使一些过细的分层与临近合并，得到合理结果。之后与活度分层法进行对比，最终确定了层内差异结合聚类并层作为最终分层方案。

当有人工分层结果时，可以参考进行层名对应确定，但面对一个未知的井时，层名确定就是新的问题。在未人工分层井模型的建立与求解中，提出了利用纯泥岩这个具有鲜明特征的地质现象作为定位标记，用来定位长71层。在未人工分层井模型中，首先应用之前成熟的层内差异结合聚类并层得到不含层名的分层结果后，利用纯泥岩经验，确定长71层，以此为突破，先后推理可确定所有层名。

上述模型，应用在已人工分层的井上，和人工分层吻合得很好，比较成功。应用在未人工分层的井上时，结果合理，分层清楚均匀。层内差异和聚类并层结合使用，既能保证分层准确又可使层次合理，问题得到了很好地解决，但是极个别会出现两层合并的现象。

最后我们对所有井进行井层剖面展示和简要分析，以新的角度看到所有井的层面分布和地形变化。

本文编程和数据处理在Matlab和Excel中完成，绘图在“卡奔”地质研究软件中完成。

关键字：主成分分析层内差异聚类层名对应活度函数分析

1问题重述

地质人员通过经验，从一定深度开始对井进行井层划分和命名，通常这些工作都是通过人工来进行的，即人工分层方法。该方法费时费力，且分层取值过程中主观性较强，会因为不同的个人标准出现不同分层结果。因此，随着一个区域开发井的数量增加，可以利用已有分层井点数据与变化特点作为控制点，结合每口井丰富的测井曲线数据，如密度 (DEN)、声波 (AC)、中子 (CNL)、自然伽玛 (GR)、自然电位 (SP) 和电阻率 (RT) 等的变化特点，建立合理的数学模型，利用计算机工具和各种数据处理技术实现井位分层人工智能处理，也就是实现自动分层。

首先以1号井为标准井，根据它的各种测井曲线数据，建立数学模型，对第2号至7号井进行自动分层，并且通过分析，与人工分层结果进行比较分析。考虑是否需要利用所建立的数学模型，对1号井的分层结果进行说明。其次确定合适的数学模型对第8号井至13号井进行自动分层，并分析该结论。

2问题分析

2.1 处理流程的确定

通过初步观察题目所给出的数据，测井仪

采样间隔为0.125米，跨度长达七八百米，

并且给出的测井参数众多，因此每个井的数

据量都是庞大的并且参数丰富的。我们要进

行三个步骤的处理，即模型准备，已人工分

层井处理和未人工分层井处理。处理流程如

图1所示。

模型准备的主要是数据预处理包括筛选、

滤波和归一化，测井曲线的拣选以及主成分

分析确定综合测井指标；已人工分层井模型

处理是自动分层的核心，本文准备使用层内

差异法与聚类分析法相结合的方法，并与活

度函数法对比确定最终分层模型；未人工分

层井模型是在已人工分层井模型基础上加以

改进，比已人工分层模型多一处层名对应分

析，用以确定所有层名。最后会画出整体剖

面图，并简要分析。

2.2 模型方法的选择

目前在专业中应用的方法主要分为三类，数理统计方法、非数理统计方法和人工智能方法[1]。其中数理统计方法中的经典代表是层内差异法和聚类分析法，其指导思想是认为同一井层内部之间的差异小，不同井层之间的差异较大[2]。因此数理统计方法在数学上比较严格，能保持岩层内部的均一性，岩层间的差别大，实际应用较广泛，并且实践已久，但计算量较大。非数理统计方法中，经典代表是活度函数法，该方法是利用测井曲线的变化程度找出极大值来分层。

由于数理统计方法比较严格，并且在勘探专业上比较成熟，本文使用层内差异法与聚类分析法相结合的方法来进行建立分层模型，但为了进一步说明该方法应用的正确性和优势，我们还采用了活度函数法来对比参考，从而增强可信度。

3 假设

1) 假设该地段未发生过奇特的地质现象和严重的地壳变动，即该区域地质地貌是普通常见的。

2) 假设各井层排列顺序固定，即不存在井层之间翻转的现象，比如长41绝不会翻转到长61的下面。在地质勘探专业中，也认定井层的特定排列顺序未经过强烈地质变动不应变化。

3) 允许缺层现象的存在，井层的尖灭是会发生的。

4) 假设每层的宽度不会有较大变动，大致都保持在每层三四十米左右。

5) 假设各个井之间关系密切，而且都可以用1号标准井的层次系统来衡量，不存在某个井独立的体现不寻常特征。

6) 仪器所测得的数据在主体部分，虽然不可避免有其他干扰，但应该是真实可靠，能够反映采样点的实际特征。

7) 假设人工分层也是真实合理的，虽然是利用人工经验，但也是基于变化的井层特征来分层的。

8) 假设长31至长92井层只是该区域所有地层中的一段，长31之前，长92之后，若要分层，还是可以分出新的层次来。

4 符号约定

GR ：自然伽马；AC ：声波；RML ：微梯度；RMN ：微电位；{要修改}

模型准备：

x ：归一化之前的测井数据，如GR 的测井数据表示为GR x

X ：归一化之后的测井数据，如GR 归一化后为GR X ；

(max)(min)x x ，：某条测井曲线的未归一化的最大值与最小值；

图1