色彩交會(huì)圖在致密砂巖孔隙組分計(jì)算中的應(yīng)用

張晉言，邢強(qiáng)，王紅

（中國(guó)石化勝利石油管理局測(cè)井公司，山東 東營(yíng) 257096）

0 引 言

測(cè)井解釋原始信息傳統(tǒng)的表征方式是將多種測(cè)井信息按對(duì)應(yīng)深度，以各自的數(shù)值比例繪制在平行的繪圖道中，具體表現(xiàn)為一條條的測(cè)井曲線。多條測(cè)井曲線的羅列不但要求測(cè)井解釋人員具備較高的識(shí)別復(fù)雜測(cè)井曲線組合及審視曲線隨深度變化的能力，而且要求解釋人員的思維活動(dòng)應(yīng)異常敏捷并具有較豐富的經(jīng)驗(yàn)。為了方便解釋，設(shè)計(jì)了各種交會(huì)圖以簡(jiǎn)化圖形識(shí)別工作。但這類交會(huì)圖最大的缺陷是丟掉了大部分原始測(cè)井曲線中的深度信息。

為解決該問(wèn)題，Briggs等[1－3]提出了以色彩顯示測(cè)井信息的理論基礎(chǔ)——著色信息理論，將多條原始測(cè)井曲線的數(shù)值變換為RGB色彩空間坐標(biāo)上的色彩點(diǎn)，從而將傳統(tǒng)的曲線表征轉(zhuǎn)變?yōu)椴噬珗D像表征。

本文在D-T地區(qū)的致密砂巖四孔隙組分計(jì)算中，基于著色信息理論，提出了通過(guò)建立色彩與孔隙度物性數(shù)值變化相吻合的二維色彩交會(huì)圖，進(jìn)行測(cè)井信息表征的方法。首先將經(jīng)典著色信息理論推廣到更符合人視覺特性的HSV色彩空間，再建立對(duì)應(yīng)四孔隙組分的HSV一維色彩空間坐標(biāo)骨架，形成色彩交會(huì)圖，最后基于顏色漸變?cè)恚陨{(diào)之間的過(guò)渡表征孔隙度值的變化。

1 研究進(jìn)展

1985年，Briggs等基于著色信息理論，引入了彩色立方體[1－3]。經(jīng)典著色信息理論模型建立在基于笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的RGB色彩空間上，使用紅、綠、藍(lán)3種基色（見圖1）。彩色立方體是一個(gè)三維交會(huì)圖的坐標(biāo)骨架，涵蓋了一維、二維和三維的色彩空間坐標(biāo)變換。本文采用了更符合人視覺特性的HSV色彩空間模型[4]，其對(duì)應(yīng)于圓柱坐標(biāo)系中的一個(gè)圓錐形子集（見圖2）。HSV色彩空間用色調(diào)、色飽和度和亮度描述色彩。

2 確定致密砂巖孔隙組分的原理與算法

相對(duì)于高孔滲油藏，利用測(cè)井信息分析油層孔隙組分建立新油層劃分標(biāo)準(zhǔn)以及對(duì)油層進(jìn)行層內(nèi)模式細(xì)分，評(píng)價(jià)油層的有效性至關(guān)重要。本文利用常規(guī)測(cè)井資料結(jié)合核磁共振測(cè)井資料計(jì)算低孔隙度低滲透率砂巖儲(chǔ)層黏土束縛水孔隙、束縛流體孔隙、有效小孔隙、有效大孔隙等4種孔隙組分。圖3為四孔隙組分與總孔隙、有效孔隙和束縛水孔隙的關(guān)系。

圖3 四孔隙組分與總孔隙、有效孔隙和束縛水孔隙的關(guān)系

2.1 確定致密砂巖孔隙組分原理

根據(jù)致密泥質(zhì)砂巖油氣層體積模型（見圖4），利用核磁共振測(cè)井與常規(guī)測(cè)井資料[5]計(jì)算四孔隙組分及總孔隙。核磁共振測(cè)井中巖石的不同類型孔隙中流體具有不同的弛豫時(shí)間。儲(chǔ)層巖石通常含有大小不一的孔隙系統(tǒng)，各種孔隙具有不同的比表面積，因而具有不同的核磁共振弛豫速率（T1和T2），由此構(gòu)成觀測(cè)回波串多指數(shù)衰減規(guī)律的主要來(lái)源。所以，采用多指數(shù)反演方法將原始回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化得到的T2分布代表了具有不同橫向弛豫速率（T2）的巖石孔隙大小的分布。

核磁共振測(cè)井測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度與巖石孔隙流體中氫核含量相關(guān)。如果觀測(cè)信號(hào)能夠正確地反映宏觀磁化強(qiáng)度M，那么它在0時(shí)刻的數(shù)值大小將與巖石孔隙中的含氫總量成正比。因此，經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)臉?biāo)定，即可把0時(shí)刻的信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)定為巖石的孔隙度。又由于弛豫機(jī)制和弛豫速率的差異，不同孔徑大小的孔隙中的流體將有不同的觀測(cè)弛豫速率，出現(xiàn)在T2分布的不同位置上，因此可以進(jìn)一步把黏土束縛水、毛細(xì)管束縛水以及自由流體等各個(gè)部分區(qū)分開（見圖5）。黏土束縛水的橫向弛豫時(shí)間一般很短，如果回波間隔取得比較長(zhǎng)，在第1個(gè)回波被觀測(cè)到之前，其信號(hào)就己經(jīng)完全衰減掉，對(duì)觀測(cè)信號(hào)不會(huì)有貢獻(xiàn)；而如果采用很短的回波間隔，提高對(duì)短弛豫分量的分辨能力，則可以單獨(dú)或同時(shí)觀測(cè)到黏土束縛水的信號(hào)。

圖5 核磁共振測(cè)井孔隙度模型

2.2 確定致密砂巖孔隙組分算法

核磁共振測(cè)井可以測(cè)量得到巖石總孔隙度、黏土束縛水孔隙度、束縛流體孔隙度以及可動(dòng)流體孔隙度（有效孔隙度），其計(jì)算孔隙度數(shù)學(xué)方法如下。當(dāng)?shù)貙又邪l(fā)育微裂縫等有效大孔隙組分時(shí)，密度和中子測(cè)井響應(yīng)包含了有效大孔隙。聲波測(cè)井通常認(rèn)為反映原生粒間孔隙度，即有效小孔隙組分，因此由聲波測(cè)井和中子—密度交會(huì)孔隙度（φe）可區(qū)分這2類孔隙，兩者之差得到有效小孔隙度

3 色彩交會(huì)圖的建立

首先建立對(duì)應(yīng)X軸四孔隙組分上的HSV一維色彩空間坐標(biāo)骨架，并基于顏色漸變?cè)?，以色調(diào)之間的過(guò)渡表征四孔隙組分的變化，最后形成四孔隙組分與孔隙大小的二維色彩交會(huì)圖?；谏式粫?huì)圖將致密砂巖四孔隙組分計(jì)算值變化映射為隨深度變化的色彩變化。

3.1 HSV一維色彩空間坐標(biāo)骨架的建立

（1）設(shè)定一維色彩空間坐標(biāo)骨架長(zhǎng)度和寬度及對(duì)應(yīng)孔隙度值；

（2）設(shè)定一維坐標(biāo)中的基色及其排列順序和相對(duì)位置，設(shè)定5個(gè)基色，其歸一化后的HSV值分別為（0.0，0.0，0.5），（0.0，0.5，1.0），（0.0，0.5，0.0），（1.0，1.0，0.0）和（1.0，0.0，1.0）；

（3）根據(jù)色彩漸變?cè)?，將這5個(gè)基色連接起來(lái)，主色中間的顏色為過(guò)渡顏色，在視覺上根據(jù)其距2個(gè)主色距離的不同而包含不同數(shù)量的主色。采用色彩線性漸變，其過(guò)渡顏色計(jì)算公式為

式中，下腳m＝medium；下腳b＝basic。

3.2 二維色彩交會(huì)圖的建立

將X軸顯示道均勻地分為4個(gè)長(zhǎng)度相等的區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)四孔隙組分；在數(shù)據(jù)顯示時(shí)，相鄰區(qū)間孔隙度值之間用線性差值充填（見圖6）。

圖6 二維色彩交會(huì)圖建立示意圖

3.3 二維色彩交會(huì)圖

選取惠民凹陷D-T地區(qū)的T306井進(jìn)行試驗(yàn)。儲(chǔ)層孔隙度一般為9%～23%，平均為14.8%，滲透率為（0.16～55）×10－3μm2，平均為2.0×10－3μm2，為典型的低孔隙度低滲透率泥質(zhì)砂巖油藏。T306井沙三下段巖性中上部為深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、灰白色頁(yè)巖與淺灰色灰質(zhì)粉砂巖互層；下部為厚長(zhǎng)泥巖段。由處理顯示結(jié)果（見圖7）可以看到，孔隙度值較東二段明顯降低，呈薄互層，說(shuō)明ES3下儲(chǔ)層物性變差。同時(shí)在一些井段中束縛流體孔隙較大，說(shuō)明有細(xì)粉砂巖的存在，符合ES3下地質(zhì)情況。

圖7 T306井ES3下四孔隙組分計(jì)算顯示結(jié)果（4004～4052m井段）

圖7中第3道為四孔隙組分二維色彩圖像顯示結(jié)果，由色彩交會(huì)圖映射后的孔隙組分圖像表征方式比傳統(tǒng)的曲線顯示方式更加的直觀和易讀。

4 在D-T地區(qū)孔隙組分計(jì)算中的應(yīng)用

4.1 測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn)及油層類別細(xì)分模型的建立

致密砂巖孔隙組分計(jì)算結(jié)果結(jié)合其他參數(shù)，可對(duì)產(chǎn)層的質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，對(duì)解釋結(jié)果進(jìn)行模式細(xì)分。依據(jù)孔隙組分、滲透率等參數(shù)，劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類油層，為試油選層提供滿足精度需要的解釋成果。形成的處理方法及軟件在BN、D-T地區(qū)應(yīng)用，取得良好的應(yīng)用效果，為試油選層提供了滿足精度需要的評(píng)價(jià)成果。

綜合T306井和T261井ES3下四孔隙組分分析結(jié)果和試油、試采資料，根據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)分布、滲透率、電阻率、含油飽和度及油層厚度等參數(shù)，建立該區(qū)ES3下油層模式細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油層類別的準(zhǔn)確劃分。

表1 D-T地區(qū)沙三下油層模式細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)

圖8 T261井沙三下段油層模式細(xì)分處理成果圖（3650.0～3696.0m井段）

4.2 應(yīng)用實(shí)例

圖8為T261井沙三下段油層模式細(xì)分處理成果圖，其中沙三下段3653.8～3668.5m，解釋Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類油層4個(gè)層6.4m，Ⅰ類油層1個(gè)層2個(gè)段1.7m，Ⅱ類油層2個(gè)層2.5m，Ⅲ類油層2個(gè)層2m。由色彩交會(huì)圖映射后的孔隙組分分析圖像可以看到，對(duì)應(yīng)的58號(hào)層有效小孔隙組分和有效大孔隙組分占了很大比重，說(shuō)明此層物性較好，含油飽和度較高，由D-T地區(qū)沙三下油層模式細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)，解釋為1個(gè)段II類油層和2個(gè)段I類油層；對(duì)應(yīng)的56、57號(hào)層基本上是黏土束縛水孔隙，說(shuō)明這2個(gè)層物性明顯變差，含油豐度較低，由油層模式細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)，解釋為2個(gè)層III類油層。58號(hào)層原產(chǎn)油1.52t／d，經(jīng)過(guò)壓裂后，日產(chǎn)油6.44t，油產(chǎn)量得到大幅提升。

××961井為老井，采集資料較少。圖9為××961井沙三下段油層模式細(xì)分處理成果圖。由色彩交會(huì)圖映射后的孔隙組分分析圖像可以看到，該井段孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜（4種孔隙組分皆有顯示），物性較差，非均質(zhì)性強(qiáng)，泥質(zhì)含量高。9號(hào)層井段3440.0～3447.0m，厚度為7.0m，處理解釋Ⅱ類油層1個(gè)段，Ⅲ類油層2個(gè)段，分析測(cè)井信息，層內(nèi)發(fā)育有泥質(zhì)條帶，對(duì)儲(chǔ)層物性有較大影響，含油飽和度偏低。10號(hào)層井段3455.0～3463.0m，厚度為8.0m，孔隙組分分析圖像顯示該層的有效小孔隙組分和有效大孔隙組分明顯優(yōu)于9號(hào)層，而且形成不間斷的大層厚儲(chǔ)層，說(shuō)明該層段物性、含油性都比9號(hào)層好，由油層模式細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)解釋為Ⅱ類油層2個(gè)段，Ⅰ類油層1個(gè)段。10號(hào)層原產(chǎn)油0.03t／d、產(chǎn)水0.15m3／d，經(jīng)過(guò)壓裂后，日產(chǎn)油4.32t、產(chǎn)水2.16m3，油產(chǎn)量也得到提升。

由以上2個(gè)應(yīng)用實(shí)例可以看到，四孔隙組分的圖像表征方式對(duì)于解釋結(jié)果和油層模式的細(xì)分具有重要的作用，對(duì)于物性較好的井段進(jìn)行壓裂，可增加產(chǎn)量。

圖9 ××961井沙三下段油層模式細(xì)分處理成果圖（3430.0～3470.0m井段）

5 結(jié) 論

（1）提出了一種通過(guò)建立色彩交會(huì)圖將致密砂巖四孔隙組分計(jì)算值變化映射為色彩變化，形成彩色圖像的測(cè)井信息表征方法。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)于減輕解釋人員負(fù)擔(dān)，方便解釋工作具有明顯的效果。

（3）該方法在D-T地區(qū)的應(yīng)用，對(duì)于低孔隙度低滲透率泥質(zhì)砂巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)分析，建立新的油層劃分標(biāo)準(zhǔn)以及油層的層內(nèi)模式細(xì)分具有重要的意義，配合了該區(qū)低滲透油藏的勘探開發(fā)。

[1]Briggs P L.Color Display of Well Logs[J].Journal ofMath Geology，1985，17（4）：481-483.

[2]Collins D R，Doveton J H.Color Images of Kansas Subsurface Geology from Well logs[J].Computers and Geosciences，1986，12（4B）：519-526.

[3]Collins D R，Doveton J H.Application of Color Information Theory to the Display of Lithologic Images From Wireline Logs[C]∥paper II，SPWLA 29th Annual Logging Symposium Transactions.San Antonio，Texas，1988.

[4]阮秋琦.數(shù)字圖像處理學(xué)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[5]洪有密.測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2007.