基于Forward平臺的固井資料預(yù)處理研究

黎澤剛，尹有華，李金勇，陸媛姬 （中石化西南石油局測井公司，四川成都610100）

大多數(shù)行業(yè)測井軟件在資料預(yù)處理時(shí)并未將固井資料作為單獨(dú)的模塊研究[1～4]，以臨盤地區(qū)為例，目前固井資料預(yù)處理的方法主要依靠手工干預(yù)方式。手工干預(yù)方式除完成深度校正外，還需處理磁定位曲線中夾雜的一些噪聲信號。該方式低效、繁雜，面對緊張的生產(chǎn)節(jié)奏，精度與速度這一矛盾問題日益突出。另外，臨盤地區(qū)后期開采主要采取電纜射孔方式，電纜射孔的深度往往依據(jù)固井資料所提供的磁定位曲線；如果磁定位曲線深度誤差過大，將可能產(chǎn)生誤射或儲層段射孔不完全等現(xiàn)象，直接影響到油氣藏的開采。為此，筆者基于Forward平臺開展了針對固井資料預(yù)處理的技術(shù)研究。

1 自動(dòng)磁定位噪聲信號消除方法研究

1.1 磁定位測量原理及噪聲的產(chǎn)生

磁定位測井應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，系統(tǒng)主要由永久磁鐵和測量線圈組成，用來探測井中套管與套管間接箍的位置，其曲線主要用來解釋套管接箍的實(shí)際井深，為電纜射孔提供深度依據(jù)[5]。

圖1 磁定位結(jié)構(gòu)及工作示意圖

在測井過程中，當(dāng)磁定位器通過套管接箍處時(shí) （示意圖見圖1（a）～（e）），由于套管接箍處金屬壁變厚，引起永久磁鋼磁通的變化。當(dāng)進(jìn)入接箍變厚段時(shí)，通過線圈的磁力線增多，變化的磁力線切割線圈繞組，產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢。當(dāng)磁定位儀器離開接箍變厚部位時(shí)，通過線圈的磁力線減少，在線圈中產(chǎn)生一個(gè)反極性感應(yīng)電動(dòng)勢，這時(shí)形成一個(gè)感應(yīng)電位峰值，即為接箍測量信號，也是筆者所提到的有效信號。如圖1（e）中圖形上部所示，信號頻率近似為1Hz。由于某些套管原因，如：套管壁被局部腐蝕、附著泥沙油污，導(dǎo)致管壁表面凹凸不平；或套管管壁內(nèi)部存在沙眼、氣孔、隱性裂縫等缺陷，導(dǎo)致局部管體密度不均；或套管局部被磁化等，測井時(shí)也會形成一些信號，如圖1（e）中圖形下部所示，也就是筆者所提到的噪聲信號。如果噪聲信號過大，會使得接箍磁定位信號完全淹沒于噪聲中而無法識別，嚴(yán)重影響磁定位曲線的質(zhì)量。

1.2 實(shí)現(xiàn)方法

自動(dòng)磁定位噪聲信號消除模塊的設(shè)計(jì)原理是設(shè)法進(jìn)一步放大有效信號，而抑制噪聲信號，其目的是能形成一條清晰、無噪聲干擾的磁定位曲線。設(shè)磁定位曲線信號g（x，y）是由有效信號f（x，y）和噪聲信號e（x，y）疊加而成[6，7]，即：

假設(shè)各點(diǎn)的噪聲是互不相關(guān)的，且具有隨機(jī)性。初步通過閾值將磁定位曲線信號分為2部分：g1（x，y）和g2（x，y），一部分是完全沒受干擾的有效信號f1（x，y），另一部分是由信號很弱的有效信號f2（x，y）和噪聲信號e（x，y）組成，即：

在搜索算法中，通過搜索步長m，C1＜m＜C2（其中，C1為最小平均套管長度，m；C2為最大平均套管長度，m），對g2（x，y）信號進(jìn)行有效信號的放大和噪聲信號的抑制，則：

式中，E｛｝為磁定位曲線消除噪聲后的閾值；λ1為放大系數(shù)；λ2為抑制系數(shù)。其設(shè)計(jì)流程見圖2。

圖2 自動(dòng)磁定位噪聲消除流程圖

2 自動(dòng)深度校正方法研究

2.1 自動(dòng)深度校正的原理

對于進(jìn)行深度校正的2條曲線，相當(dāng)于等長的2個(gè)離散的序列xn（n＝1，2，…，N）、yn（n＝1，2，…，N）各有N個(gè)采樣點(diǎn)。由于2條曲線之間存在一定的深度誤差，同一深度序列點(diǎn)對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)不能反映兩者的相關(guān)性[8～10]。設(shè)yn相對于xn的深度差為M（即yn＋M＝xn），則深度對應(yīng)后的曲線序列分別為：

考慮深度誤差的相關(guān)系數(shù)γxy為：

按照用戶給定的探索長度和窗長在基本曲線段內(nèi)與對比曲線進(jìn)行相關(guān)對比，計(jì)算這2段曲線的相關(guān)系數(shù)γxy。將對比曲線段向下移動(dòng)一個(gè)采樣點(diǎn)，按照同樣的方法取N個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算相關(guān)系數(shù)γxy1，γxy2，…，γxyN，直到向下移動(dòng)一個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)對比曲線段超出了探索范圍為止，共計(jì)算出N個(gè)相關(guān)系數(shù)。把相關(guān)系數(shù)最大的對比段作為最佳對比段，并將中點(diǎn)的深度點(diǎn)作為對比深度點(diǎn)，計(jì)算出高程差。然后將基本曲線和對比曲線分別向下移動(dòng)一個(gè)步長，重復(fù)以上的對比工作。該段曲線處理結(jié)束后，再選取另一段曲線進(jìn)行處理，直至全井處理結(jié)束為止。

2.2 實(shí)現(xiàn)方法

首先將搜索窗長設(shè)計(jì)為可變的[11，12]，在基本曲線與對比曲線上截取相同的一段（如N個(gè)采樣點(diǎn)），隨著對比的進(jìn)行，將基本曲線段的相關(guān)窗長依次減少τ個(gè)采樣點(diǎn)（τ＝0，1，2，…，N－M′，M′＝最小套管長度/采樣間隔 ）。基本曲線與對比曲線所截取的相同長度的數(shù)據(jù)列分別為：

圖3 自動(dòng)深度校正流程圖

不難看出，對比窗長隨著時(shí)移τ值的增加而減小（τ＝0，對比窗長為N；τ＝1，對比窗長為N－1，…；τ＝N－M′，對比窗長為M′）。采用這種窗長相關(guān)對比的優(yōu)點(diǎn)是，窗長始終在大于最小套管長度的條件下進(jìn)行相似性分析，且充分考慮了每根套管的拉伸/壓縮量，并滿足套管間拉伸/壓縮量小于0.2m這一約束條件。因此找出2段曲線中相似性最大部分的時(shí)候，減小了局部誤差，其設(shè)計(jì)流程見圖3。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

基于Forward平臺的固井資料預(yù)處理技術(shù)在臨盤地區(qū)已經(jīng)得到較廣泛應(yīng)用，目前累計(jì)處理井11口，取得了較好的實(shí)用效果。

3.1 噪聲信號的處理

由于該工區(qū)套管在井場放置時(shí)存在被局部磁化的現(xiàn)象，導(dǎo)致固井質(zhì)量檢查測井時(shí)磁定位曲線干擾較大，有時(shí)噪聲信號比接箍信號還強(qiáng)，使得接箍磁定位信號難以識別。所以在提交資料前均由解釋工程師手工編輯、精細(xì)處理，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

M1井是工區(qū)一口采油井，完井后采用直徑139.7mm、鋼級N80、壁厚7.72mm的套管固井。2011年6月11日對該井600.0～2652.0m進(jìn)行固井質(zhì)量評價(jià)測井，資料預(yù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)全井段磁定位曲線每根套管內(nèi)均疊加出2個(gè)較大的噪聲信號。在噪聲信號的影響下，部分井段還存在接箍信號弱的特點(diǎn)，如1896.7m接箍處 （圖4）。采用自動(dòng)噪聲信號消除模塊處理后，噪聲信號得到了有效的抑制。圖4提供了2種不同噪聲抑制倍數(shù)的處理結(jié)果，從對比效果看，該井磁定位曲線在噪聲被抑制5倍后接箍信號顯得更清晰，達(dá)到資料提交的最佳效果。從工作效率來說，如果選用傳統(tǒng)人工編輯的方式處理600.0～2652.0m的井段可能需要花費(fèi)至少2h，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理后能在幾分鐘內(nèi)輕松完成，極大地提升了工作效率。

圖4 M1井磁定位噪聲消除效果對比 （注：CCL為磁定位）

3.2 自動(dòng)深度校正

完井電測和固井質(zhì)量評價(jià)測井始終存在一定的深度誤差，主要原因是二次測井時(shí)的壓井液密度、黏度、浮力和摩擦阻力等參數(shù)不同。另外，井斜的大小、井身結(jié)構(gòu)、井下儀器掛卡現(xiàn)象、測井速度的快慢也會不同程度地引起測井深度誤差。

大部分測井行業(yè)軟件在深度校正時(shí) （如以伽馬曲線為校深曲線），主要考慮固井伽馬和完井伽馬的相關(guān)性分析，執(zhí)行自動(dòng)處理時(shí)并未考慮拉伸/壓縮量在一根套管范圍內(nèi)磁定位曲線的變化。在以電纜射孔為主的區(qū)塊，如果拉伸/壓縮量超過0.2m，不利于后期射孔作業(yè)，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生誤射的可能。就臨盤地區(qū)來說，目前開采的儲層以薄互層居多，最小厚度只有0.4m，電纜射孔時(shí)如果磁定位曲線誤差偏大，可能出現(xiàn)完全射不到儲層或射孔不完全等現(xiàn)象，直接影響到油氣藏的開采。

筆者提到的自動(dòng)深度校正是在相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，以磁定位曲線的拉伸/壓縮量為約束條件，始終將每根套管深度拉伸/壓縮量射孔深度誤差控制在0.2m范圍內(nèi)，盡量減小局部誤差。

圖5給出了M2井自動(dòng)相關(guān)分析形成的校深曲線，為滿足每根套管的拉伸/壓縮量不超過0.2m這一約束條件，所以在相關(guān)性分析時(shí)給定的窗長均大于或等于最小套管長度。從1210.0～1290.0m完井伽馬和固井伽馬間形成的校深曲線看，校深間隔一直小于最小套管的長度 （注：M2井選用最小套管長度10.45m），避免局部出現(xiàn)曲線嚴(yán)重變形的情況。

圖5 M2井校深曲線相關(guān)性分析結(jié)果圖

表1列出了M2井部分井段固井資料深度校正到完井深度上所需要的校正量大小，自動(dòng)處理時(shí)，所有的相關(guān)曲線，如伽馬、磁定位、聲幅及變密度的校正，就是按照模塊運(yùn)行后形成的校正量執(zhí)行完成。

表1 M2井固井資料深度校正對比表

圖6為M2井深度自動(dòng)校正前后曲線對比圖，可以看出，校正后曲線整體深度已經(jīng)匹配到完井伽馬上，且各曲線無畸變、突變，達(dá)到較理想的校正效果。值得說明的是，作為校深依據(jù)的伽馬曲線如果統(tǒng)計(jì)起伏太大，在相關(guān)性分析時(shí)很可能兩者始終得不到較高的相關(guān)系數(shù)，這時(shí)需要采取人工干預(yù)的方式解決。

圖6 M2井深度校正前后曲線對比圖

3.3 套管拉伸/壓縮量誤差分析

圖7給出了M2井深度自動(dòng)校正后每根套管的拉伸/壓縮量誤差分析，從中可以看出，套管拉伸/壓縮量的校正值最大0.19m，最小0.04m，均小于0.2m，其誤差值滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論與建議

1）基于Forward平臺的固井資料預(yù)處理技術(shù)研究，是對該系統(tǒng)的一種有效補(bǔ)充。

2）從磁定位原理出發(fā)，通過對磁定位特征信號的分析、提取，有效抑制噪聲信號，提高了信噪比。自動(dòng)校正方法在傳統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，始終以套管的拉伸/壓縮量小于0.2m為約束條件，達(dá)到減小局部深度誤差的目的。

圖7 M2井磁定位曲線套管拉伸/壓縮量誤差分析

3）從臨盤地區(qū)11口井生產(chǎn)應(yīng)用情況看，固井資料實(shí)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)化預(yù)處理相對手工干預(yù)方式來說，省時(shí)、快捷，極大地提高了工作效率，值得在以電纜射孔方式為主的其他油田及區(qū)塊借鑒應(yīng)用。

[1]中國石油天然氣集團(tuán)公司油氣勘探部測井軟件項(xiàng)目組 .地層油氣藏測井評價(jià)系統(tǒng)Forward工程技術(shù)手冊 [M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.214～220.

[2]李哲，張勝文，汪浩 .遼河油田固井質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)開發(fā) [J].測井技術(shù)，2005，29（5）：410～413.

[3]張 軍，李洪奇，譚伏霖，等 .常規(guī)測井原始資料質(zhì)量檢查軟件系統(tǒng)研制 [J].測井技術(shù)，2010，34（5）：453～456.

[4]章成廣，李維彥 .固井質(zhì)量評價(jià)技術(shù)及軟件開發(fā)研究 [A].中國石油學(xué)會第十四屆測井年會論文集 [C].北京：石油工業(yè)出版社，2005.

[5]何夏萍，孫秋明，張茜 .大套管磁定位儀器的研制 [J].石油儀器，2010，24（3）：8～9.

[6]錢國兵，高靜，唐振歡，等 .電磁探傷測井深度及信號干擾問題的解決 [J].測井技術(shù)，2004，28（3）：243～245.

[7]周超，孫夕平，張研 .信噪比譜約束下的井控反褶積方法研究 [J].巖性油氣藏，2010，22（CEG會議?？?2～76.

[8]陳祖安，伍向陽 .用相關(guān)分析法提高波速測量精度 [J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2001，16（1）：101～103.

[9]張占松，張超謨 .一種交互式等序傾角測井相關(guān)對比方法 [J].測井技術(shù)，1997，21（3）：173～178.

[10]唐軍，章成廣 .固井質(zhì)量聲波測井定量評價(jià)影響因素及校正方法研究 [J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2010，7（5）：529～536.

[11]雍世和，張超謨 .測井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋 [M].東營：中國石油大學(xué)出版社，2007.

[12]陳恩紅，蔡慶生 .約束滿足問題的預(yù)處理方法研究 [J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，1991，21（5）：38～41.