地层倾角测井曲线的计算与处理
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n F = d13 / s × h42 nD = d24 / s × h31 nA = d13 × d24 / s
鉴别地层构造倾角 。 1. 蝌蚪图 蝌蚪图也称为矢量图[4 ] , 蝌蚪头的位置由地层 倾角决定 ,蝌蚪的方向是由倾斜方位角决定 。蝌蚪 头的形状有几种 , 一是实心 , 代表可信度高 ; 二是空 心 ,代表可信度低 , 蝌蚪图如图 2 所示 。在蝌蚪图 中 ,蝌蚪的出现与否与参与度有关 ( 参与度是指落在 以所有计算结果平均值为中心 , 以给定的偏差为半 径的范围内的倾角结果的数目) ,如果参与度低于给 定的门槛值 ,表明该段的质量值得怀疑 ,蝌蚪不出现 在图上 ,即为一片空白 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
石 油 仪 器 2003 年 06 月 ・ 30 ・ 曲线最相似 , 则相应的相关函数值 γ(τ) 也一定最 大 , 此最大值所对应的深度与相关函数曲线段中心 点的深度差就是高程差 。经过相关对比后 , 高程差 的计算公式可表达如下 : h = m ×r 式中 , m 为极大点与中心点之间的采样数 ; r 为 采样点距离 , cm ; h 为高程差 , cm 。 2 . 地层倾角和倾斜方位角计算 由相关对比求出 2 组极板电阻率曲线的高程差 后 , 利用井径曲线可计算出地层面在仪器坐标中的 分量 , 用 n F 、 nD 、 nA 3 个分量表示 ,计算方法如下 :
1 号极板方位角 ( A Z) :
A Z = arctan ( - ( mz × ay - my × az ) / ( mx ( mx ×ax + my ×ay + mz ×az ) ) ) × ax × 180/ 3. 141 59
・2 9 ・
测量曲线处理
地层倾角测井得到测量曲线后 , 利用其中的 9 条曲线进行处理 ,得到地质解释所需要的参数 ,即地 层倾角和倾斜方位角 。对测井曲线的计算处理主要 包括电阻率曲线的相关对比 , 求出相关系数和高程 差 ,计算地层的倾角和倾斜方位角 。
Mz
2 2 2
M x + M y + Mz 井斜角 ( DEV ) : D EV = arctan
2 ( a2 180/ 3 . 141 59 x + a y ) / az ×
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
式中 , A 、 B 为所选曲线段上 AA′ 、 BB′ 各个取样 点读数的平均值 ; A i 为基准曲线上进行相关对比的 曲线段 AA′ 上第 i 个采样点值 ; B i +τ为对比曲线上在 对比段 BB′ 中的第 i + τ个采样点的值 ; n 为对比间 隔 ( 窗长) 所对应的采样点数 ;τ 为对比时移动的采 样点数 。 对 2 条曲线进行相关分析对比的目的是求出高 程差 。把 1 条曲线上的一深度段固定 , 移动第 2 条 曲线 , 求第 2 条曲线在各个位置与第 1 条曲线的相 关系数 。如果曲线移动了某个采样距离之后 , 2 条
石 油 仪 器 2003 年 06 月 ・ 28 ・ ・ 计算机应用・
地层倾角测井曲线的计算与处理
李传伟 王芝峰 肖江涛
1 1 1
( 1 西安 西北工业大学) ( 2 西安石油勘探仪器总厂)
李传伟 , 王芝峰 , 肖江涛 . 地层倾角测井曲线的计算与处理 . 石油仪器 ,2003 ,17( 3) :28～30 ,33 摘 要 文章介绍利用地层倾角 (1016) 测量信号推导测井曲线的计算与处理方法 ,给出地质参数的处理原理和 解释成果图的形成与含义 。结合在数控测井系统中配接仪器的实际 , 实现地层倾角测井的应用 , 以取得合格的测 井资料 ,准确地反映出单井构造和沉积信息 。 关 键 词 地层倾角 测井曲线 计算处理 测井解释 作者介绍 李传伟 高级程序员 ,1970 年生 ,1993 年毕业于西南石油学院计算机软件专业 ,从事测井软件开发工作 , 现任西安石油勘探仪器总厂测井装备研究所副所长兼软件室主任 ,目前为西北工业大学计算机技术专业在职硕士 研究生 。 邮编 :710061
其中 , s =
d13 × h42 + d24 × h31 + d13 × d24
2
2
2
2
2
2
d13为 1 、 3 号极板的井径 ; d24为 2 、 4 号极板的井
径 ; h42为 2 、 4 号极板电阻率曲线相关对比得到的高 程差 ; h31为 1 、 3 号极板电阻率曲线相关对比得到的 高程差 。 在直井情况下 , 直接利用仪器坐标可计算出地 层倾角和倾斜方位角 , 而不需要作斜井校正 , 计算方 法如下 :
引 言
地层倾角测井主要用来测量岩层面在空间的延 伸方位及倾斜程度 [1 ] , 其测井资料能够反映单井构 造信息 ,有利于研究各种地质问题 。测井数据以其 较高的采样率 ,能够提供精细的构造与沉积信息 ,是 确定构造与沉积环境的一个重要测井手段 , 对油气 田的勘探与开发起着其他测井无法替代的作用 。随 着现场对地质结构和钻井情况的要求越来越高 , 倾 角测井任务也越来越多 , 各种数控测井系统都先后 增加此项测井功能 。本文给出测井过程中地面系统 对各种曲线的计算方法和公式 , 并且阐述了地层倾 角和倾斜方位角的处理过程 , 同时介绍了几种常见 解释图的形成和地质意义 。
第 17 卷 第 3 期 李传伟等 : 地层倾角测井曲线的计算与处理 井斜方位角 ( DA Z) : DA Z = arctan ( - ( my × ax - mx × ay ) / ( mz ( mx ×ax + my ×ay + mz ×az ) ) ) × az × 180/ 3. 141 59
2 地层倾角 θ = arctan ( n2 F + nD) / nA 倾斜方位角 φ = arctan ( n F/ nD) + A Z
图 2 蝌蚪图
2. 方位频率统计图
方位频率统计图是在研究的层段中用统计的方 法确定构造倾角或沉积倾角的倾斜方位角 。方位频 率统计图径向为倾角坐标 ,最外圆圈倾角为 0° ,每隔 10° 画个同心圆 , 圆心为 90° , 圆周方位为方位角坐 标 ,圆周顶部为正北 ,以后每隔 10° 画 1 条径向线 ,将 研究井段内计算的全部地层倾角和倾斜方位角点在 图上 ,统计圆周方向每隔 10° 间隔的圆弧面积内点子 的数目 ,用径向线段长短来代表点子数目 ,圈闭弧形 面积 ,并将它涂黑 ,点子出现最多即圈闭的弧形面积 径向线最长 ,它的方位角就是要求的构造倾角或沉 积倾角的倾斜方位角 ,方位频率图如图 3 所示 。
2 M x + M2 y + Mz 2 2 2 2
kHz 曼彻斯特码将下井仪器各种传感器测量信号传
输到地面系统 , 通过硬件完成解码 , 软件采集数据 , 将测量信号计算成角度曲线 、 井径曲线和电阻率曲 线。 角 度 曲 线 是 指 井 斜 角 ( DEV ) 、 井斜方位角
( DA Z) 、 1 号极板方位角 ( A Z ) 、 1 号极板相对方位角 ( RB ) ; 井径曲线是指 1 、 3 号极板间的距离 ( d13 ) 和
ax = ay = az = Ax
2 A x + A2 y + Az 2
Ay Ax + Ay + Az Az
2 A x + A2 y + Az 2 2 2 2
信号采集与曲线计算
地层倾角测井
[2 ]
利用 3508 遥传方式 , 采用 20
mx = Leabharlann y = mz =Mx Mx + My + Mz My
2、 4 号极板间的距离 ( d24 ) ; 电阻率曲线是指仪器 4
个极 板 上 的 电 极 测 得 的 微 聚 焦 电 阻 率 测 井 曲 线 PAD1 、 PAD2 、 PAD3 、 PAD4 。
1 . 角度曲线
根据下井仪器 3 个加速度计和 3 个磁通门传感 器探测的信号计算角度曲线 。 设 x、 y、 z 3 个方向的加速度计数值分别为 A x 、 Ay 、 A z , 3 个磁通门数值分别为 M x 、 My 、 Mz , 则通过 归一化计算出在 x 、 y、 z 3 个方向上的分量 ax 、 ay 、 az 、 mx 、 my 、 mz 为
3. 电阻率曲线
相关就是任何 2 条曲线间取得一致的一种度 量 ,相关对比 [3 ] 就是利用数理统计方法比较 2 条曲 线之间的相似性 , 从而得到 1 组相关系数 。相关系 数的变化范围从 0 到 1 , 数值越大相关性越好 。相 关系数最大的点的深度与基准曲线相应点的深度差 称之为高程差 ,相关对比及计算高程差示意图如图 1 所示 。 利用电阻率曲线求出精确的高程差是确定
1. 相关对比
1 号极板相对方位角 ( RB ) :
RB = arctan ( - g y / g x ) ×180/ 3 . 141 59
2 . 井径曲线
井径曲线反映的是倾角推靠系统将 4 个极板推 开以后相对的 2 极板间距离的变化 。倾角仪器是通 过推靠臂传递井径变化 , 首先将推靠臂感受到的径 向位移转换成滑环的轴向位移 , 然后由电位器将轴 向位移转变成电压信号传送到地面系统 。在 1016 中 , 4 个极板的机械推靠特性决定轴向位移与径向 位移间的对应关系是非线性的 , 使得井径的刻度和 计算都必须进行拟合运算 , 其拟合公式如下 : CAL = a5 ×x5 + a4 ×x 4 + a3 ×x 3 + a2 ×x 2 + a1 × x + a0 式中 , x 代表井径值 , a0～ a5 为仪器特性系数 刻度时利用上述公式对大环 、 小环的井径值先 拟合计算 , 使用的系数为 : a5 = - 32 . 634 81 , a4 = 0 . 027 778 , a3 = 4 . 913 181 e - 5 , a2 = - 1 . 225 273 e - 8 , a1 = 1 . 104 675 e - 12 , a0 = 0 用拟合出的值和对应的测量信号 , 解线性方程 求出斜率和截矩 , 供测井调用 。 测井时则先根据测量信号和刻度系数 , 利用线 性方程计算出井径值 , 再对该井径值进行拟合计算 , 得到符合实际的 CAL , 使用的系数为 : a5 = 1 838 . 282 , a4 = 198 . 979 1 , a3 = 7 . 730 876 , a2 = - 5 . 354 522 e - 3 , a1 = 1 . 995 574 e - 3 , a0 = 1 . 543 917 e - 3
图 1 相关对比及计算高程差示意图
层面倾角和倾斜方位角的主要依据和重要参数 。反 映相关性的函数表达式 : γ(τ ) =
i =1 n
ρ ( A i - A ) ( B i +τ - B )
n i =1
n
i =1
ρ ( A i - A ) 2 ρ ( B i +τ - B ) 2
电阻率曲线反映的是 4 个极板上的微聚焦电极 系测量得到的地层电阻率的变化 。微聚焦电极系测 量采样率较高 , 达 320 点/ m , 测量方法与普通电极 相同 。当电极平面通过不同电特性的 2 个地层分界 面时 ,由于仪器的倾斜使电阻率曲线在深度上产生 偏移 ,1 、 3 和 2、 4 极板分别产生 2 组电阻率曲线高程 差 ,而这两组高程差与井径曲线一起确定地层面在 仪器坐标系中的各个分量 , 利用仪器坐标分量可计 算出该层面的倾角和倾斜方位 。
在斜井情况下 , 需利用角度曲线对仪器坐标作 斜井校正 。将仪器坐标中的 3 个分量 n F nD 、 nA 转 换为大地坐标中的 3 个分量 n E 、 nN 、 nV ,转换关系可 表示为 :
鉴别地层构造倾角 。 1. 蝌蚪图 蝌蚪图也称为矢量图[4 ] , 蝌蚪头的位置由地层 倾角决定 ,蝌蚪的方向是由倾斜方位角决定 。蝌蚪 头的形状有几种 , 一是实心 , 代表可信度高 ; 二是空 心 ,代表可信度低 , 蝌蚪图如图 2 所示 。在蝌蚪图 中 ,蝌蚪的出现与否与参与度有关 ( 参与度是指落在 以所有计算结果平均值为中心 , 以给定的偏差为半 径的范围内的倾角结果的数目) ,如果参与度低于给 定的门槛值 ,表明该段的质量值得怀疑 ,蝌蚪不出现 在图上 ,即为一片空白 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
石 油 仪 器 2003 年 06 月 ・ 30 ・ 曲线最相似 , 则相应的相关函数值 γ(τ) 也一定最 大 , 此最大值所对应的深度与相关函数曲线段中心 点的深度差就是高程差 。经过相关对比后 , 高程差 的计算公式可表达如下 : h = m ×r 式中 , m 为极大点与中心点之间的采样数 ; r 为 采样点距离 , cm ; h 为高程差 , cm 。 2 . 地层倾角和倾斜方位角计算 由相关对比求出 2 组极板电阻率曲线的高程差 后 , 利用井径曲线可计算出地层面在仪器坐标中的 分量 , 用 n F 、 nD 、 nA 3 个分量表示 ,计算方法如下 :
1 号极板方位角 ( A Z) :
A Z = arctan ( - ( mz × ay - my × az ) / ( mx ( mx ×ax + my ×ay + mz ×az ) ) ) × ax × 180/ 3. 141 59
・2 9 ・
测量曲线处理
地层倾角测井得到测量曲线后 , 利用其中的 9 条曲线进行处理 ,得到地质解释所需要的参数 ,即地 层倾角和倾斜方位角 。对测井曲线的计算处理主要 包括电阻率曲线的相关对比 , 求出相关系数和高程 差 ,计算地层的倾角和倾斜方位角 。
Mz
2 2 2
M x + M y + Mz 井斜角 ( DEV ) : D EV = arctan
2 ( a2 180/ 3 . 141 59 x + a y ) / az ×
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
式中 , A 、 B 为所选曲线段上 AA′ 、 BB′ 各个取样 点读数的平均值 ; A i 为基准曲线上进行相关对比的 曲线段 AA′ 上第 i 个采样点值 ; B i +τ为对比曲线上在 对比段 BB′ 中的第 i + τ个采样点的值 ; n 为对比间 隔 ( 窗长) 所对应的采样点数 ;τ 为对比时移动的采 样点数 。 对 2 条曲线进行相关分析对比的目的是求出高 程差 。把 1 条曲线上的一深度段固定 , 移动第 2 条 曲线 , 求第 2 条曲线在各个位置与第 1 条曲线的相 关系数 。如果曲线移动了某个采样距离之后 , 2 条
石 油 仪 器 2003 年 06 月 ・ 28 ・ ・ 计算机应用・
地层倾角测井曲线的计算与处理
李传伟 王芝峰 肖江涛
1 1 1
( 1 西安 西北工业大学) ( 2 西安石油勘探仪器总厂)
李传伟 , 王芝峰 , 肖江涛 . 地层倾角测井曲线的计算与处理 . 石油仪器 ,2003 ,17( 3) :28～30 ,33 摘 要 文章介绍利用地层倾角 (1016) 测量信号推导测井曲线的计算与处理方法 ,给出地质参数的处理原理和 解释成果图的形成与含义 。结合在数控测井系统中配接仪器的实际 , 实现地层倾角测井的应用 , 以取得合格的测 井资料 ,准确地反映出单井构造和沉积信息 。 关 键 词 地层倾角 测井曲线 计算处理 测井解释 作者介绍 李传伟 高级程序员 ,1970 年生 ,1993 年毕业于西南石油学院计算机软件专业 ,从事测井软件开发工作 , 现任西安石油勘探仪器总厂测井装备研究所副所长兼软件室主任 ,目前为西北工业大学计算机技术专业在职硕士 研究生 。 邮编 :710061
其中 , s =
d13 × h42 + d24 × h31 + d13 × d24
2
2
2
2
2
2
d13为 1 、 3 号极板的井径 ; d24为 2 、 4 号极板的井
径 ; h42为 2 、 4 号极板电阻率曲线相关对比得到的高 程差 ; h31为 1 、 3 号极板电阻率曲线相关对比得到的 高程差 。 在直井情况下 , 直接利用仪器坐标可计算出地 层倾角和倾斜方位角 , 而不需要作斜井校正 , 计算方 法如下 :
引 言
地层倾角测井主要用来测量岩层面在空间的延 伸方位及倾斜程度 [1 ] , 其测井资料能够反映单井构 造信息 ,有利于研究各种地质问题 。测井数据以其 较高的采样率 ,能够提供精细的构造与沉积信息 ,是 确定构造与沉积环境的一个重要测井手段 , 对油气 田的勘探与开发起着其他测井无法替代的作用 。随 着现场对地质结构和钻井情况的要求越来越高 , 倾 角测井任务也越来越多 , 各种数控测井系统都先后 增加此项测井功能 。本文给出测井过程中地面系统 对各种曲线的计算方法和公式 , 并且阐述了地层倾 角和倾斜方位角的处理过程 , 同时介绍了几种常见 解释图的形成和地质意义 。
第 17 卷 第 3 期 李传伟等 : 地层倾角测井曲线的计算与处理 井斜方位角 ( DA Z) : DA Z = arctan ( - ( my × ax - mx × ay ) / ( mz ( mx ×ax + my ×ay + mz ×az ) ) ) × az × 180/ 3. 141 59
2 地层倾角 θ = arctan ( n2 F + nD) / nA 倾斜方位角 φ = arctan ( n F/ nD) + A Z
图 2 蝌蚪图
2. 方位频率统计图
方位频率统计图是在研究的层段中用统计的方 法确定构造倾角或沉积倾角的倾斜方位角 。方位频 率统计图径向为倾角坐标 ,最外圆圈倾角为 0° ,每隔 10° 画个同心圆 , 圆心为 90° , 圆周方位为方位角坐 标 ,圆周顶部为正北 ,以后每隔 10° 画 1 条径向线 ,将 研究井段内计算的全部地层倾角和倾斜方位角点在 图上 ,统计圆周方向每隔 10° 间隔的圆弧面积内点子 的数目 ,用径向线段长短来代表点子数目 ,圈闭弧形 面积 ,并将它涂黑 ,点子出现最多即圈闭的弧形面积 径向线最长 ,它的方位角就是要求的构造倾角或沉 积倾角的倾斜方位角 ,方位频率图如图 3 所示 。
2 M x + M2 y + Mz 2 2 2 2
kHz 曼彻斯特码将下井仪器各种传感器测量信号传
输到地面系统 , 通过硬件完成解码 , 软件采集数据 , 将测量信号计算成角度曲线 、 井径曲线和电阻率曲 线。 角 度 曲 线 是 指 井 斜 角 ( DEV ) 、 井斜方位角
( DA Z) 、 1 号极板方位角 ( A Z ) 、 1 号极板相对方位角 ( RB ) ; 井径曲线是指 1 、 3 号极板间的距离 ( d13 ) 和
ax = ay = az = Ax
2 A x + A2 y + Az 2
Ay Ax + Ay + Az Az
2 A x + A2 y + Az 2 2 2 2
信号采集与曲线计算
地层倾角测井
[2 ]
利用 3508 遥传方式 , 采用 20
mx = Leabharlann y = mz =Mx Mx + My + Mz My
2、 4 号极板间的距离 ( d24 ) ; 电阻率曲线是指仪器 4
个极 板 上 的 电 极 测 得 的 微 聚 焦 电 阻 率 测 井 曲 线 PAD1 、 PAD2 、 PAD3 、 PAD4 。
1 . 角度曲线
根据下井仪器 3 个加速度计和 3 个磁通门传感 器探测的信号计算角度曲线 。 设 x、 y、 z 3 个方向的加速度计数值分别为 A x 、 Ay 、 A z , 3 个磁通门数值分别为 M x 、 My 、 Mz , 则通过 归一化计算出在 x 、 y、 z 3 个方向上的分量 ax 、 ay 、 az 、 mx 、 my 、 mz 为
3. 电阻率曲线
相关就是任何 2 条曲线间取得一致的一种度 量 ,相关对比 [3 ] 就是利用数理统计方法比较 2 条曲 线之间的相似性 , 从而得到 1 组相关系数 。相关系 数的变化范围从 0 到 1 , 数值越大相关性越好 。相 关系数最大的点的深度与基准曲线相应点的深度差 称之为高程差 ,相关对比及计算高程差示意图如图 1 所示 。 利用电阻率曲线求出精确的高程差是确定
1. 相关对比
1 号极板相对方位角 ( RB ) :
RB = arctan ( - g y / g x ) ×180/ 3 . 141 59
2 . 井径曲线
井径曲线反映的是倾角推靠系统将 4 个极板推 开以后相对的 2 极板间距离的变化 。倾角仪器是通 过推靠臂传递井径变化 , 首先将推靠臂感受到的径 向位移转换成滑环的轴向位移 , 然后由电位器将轴 向位移转变成电压信号传送到地面系统 。在 1016 中 , 4 个极板的机械推靠特性决定轴向位移与径向 位移间的对应关系是非线性的 , 使得井径的刻度和 计算都必须进行拟合运算 , 其拟合公式如下 : CAL = a5 ×x5 + a4 ×x 4 + a3 ×x 3 + a2 ×x 2 + a1 × x + a0 式中 , x 代表井径值 , a0～ a5 为仪器特性系数 刻度时利用上述公式对大环 、 小环的井径值先 拟合计算 , 使用的系数为 : a5 = - 32 . 634 81 , a4 = 0 . 027 778 , a3 = 4 . 913 181 e - 5 , a2 = - 1 . 225 273 e - 8 , a1 = 1 . 104 675 e - 12 , a0 = 0 用拟合出的值和对应的测量信号 , 解线性方程 求出斜率和截矩 , 供测井调用 。 测井时则先根据测量信号和刻度系数 , 利用线 性方程计算出井径值 , 再对该井径值进行拟合计算 , 得到符合实际的 CAL , 使用的系数为 : a5 = 1 838 . 282 , a4 = 198 . 979 1 , a3 = 7 . 730 876 , a2 = - 5 . 354 522 e - 3 , a1 = 1 . 995 574 e - 3 , a0 = 1 . 543 917 e - 3
图 1 相关对比及计算高程差示意图
层面倾角和倾斜方位角的主要依据和重要参数 。反 映相关性的函数表达式 : γ(τ ) =
i =1 n
ρ ( A i - A ) ( B i +τ - B )
n i =1
n
i =1
ρ ( A i - A ) 2 ρ ( B i +τ - B ) 2
电阻率曲线反映的是 4 个极板上的微聚焦电极 系测量得到的地层电阻率的变化 。微聚焦电极系测 量采样率较高 , 达 320 点/ m , 测量方法与普通电极 相同 。当电极平面通过不同电特性的 2 个地层分界 面时 ,由于仪器的倾斜使电阻率曲线在深度上产生 偏移 ,1 、 3 和 2、 4 极板分别产生 2 组电阻率曲线高程 差 ,而这两组高程差与井径曲线一起确定地层面在 仪器坐标系中的各个分量 , 利用仪器坐标分量可计 算出该层面的倾角和倾斜方位 。
在斜井情况下 , 需利用角度曲线对仪器坐标作 斜井校正 。将仪器坐标中的 3 个分量 n F nD 、 nA 转 换为大地坐标中的 3 个分量 n E 、 nN 、 nV ,转换关系可 表示为 :