基于MATLAB的隨鉆方位伽馬數(shù)據(jù)圖像的生成與處理

李富強(qiáng) 劉尊文 王 博 張勝鵬 張 昕

（1.西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，克拉瑪依 834000；2.中國石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249；3.西部鉆探定向井公司，克拉瑪依 834000）

我國非常規(guī)油氣資源豐富，但儲層多變，存在較高不確定性，并且部分儲層為薄油藏和邊際油藏等難動用儲層，存在儲層鉆遇率低的問題。針對這些復(fù)雜的油氣資源，水平井開采有能夠有效提升產(chǎn)量和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，因此被廣泛應(yīng)用到油氣開采作用中[1]。隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，對大斜度井、水平井鉆井實時地質(zhì)導(dǎo)向要求日益提高，利用隨鉆伽馬成像測井技術(shù)，可以及時判斷鉆頭所在地層位置，及時調(diào)整鉆進(jìn)軌跡，保證鉆頭盡可能在有利儲層內(nèi)鉆進(jìn)，起到提高鉆進(jìn)速度、油氣產(chǎn)量以及采收率的目的[2]。本文基于Matlab軟件的數(shù)據(jù)計算以及圖形處理功能，對所測量不同深度離散隨鉆方位伽馬數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理、數(shù)據(jù)整合，并與符合地質(zhì)測井的色圖進(jìn)行匹配，經(jīng)圖像插值處理后得到隨鉆方位伽馬測井圖像，從而判斷不同巖層地質(zhì)屬性，旨在提升鉆井地質(zhì)工作效率。

1 隨鉆方位伽馬技術(shù)原理

傳統(tǒng)隨鉆伽馬測量儀是在隨鉆測量工具內(nèi)安裝自然伽馬探測器，從而獲取周圍巖層放射出的伽馬射線，由于無法控制工具方向性，測量參數(shù)反映出軌跡很多時候已經(jīng)不在目標(biāo)層，不能確定鉆頭從上面出層，還是從下面出層，因此也無法起到重返目標(biāo)層的作用[3]。而隨鉆方位伽馬探測器則采用鉆鋌式安裝結(jié)構(gòu)，將一個或多個伽馬探測器對稱安裝于鉆鋌外壁缺口中，在鉆井過程中通過旋轉(zhuǎn)測量工具測量自然伽馬射線的方位值，測量時要求儀器緊貼井壁，以求最大限度消除井眼內(nèi)泥漿和間隙影響[4]。在鉆具旋轉(zhuǎn)過程中，探測器隨鉆鋌一起旋轉(zhuǎn)，利用井下扇區(qū)方位測量系統(tǒng)分時、分區(qū)累計來自各對應(yīng)地層的自然伽馬，經(jīng)過實體刻度及修正技術(shù)得到國際通用的API數(shù)據(jù)，用于計算對應(yīng)地層泥質(zhì)含量[5]。另外再通過定向傳感器，將8個扇區(qū)測量值與上、下伽馬值匹配，進(jìn)而確定伽馬傳感器上、下兩個方位伽馬測量值，最后將各個扇區(qū)伽馬數(shù)據(jù)生成地質(zhì)圖像以及實時上傳上、下伽馬數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而確定在不同巖性中，如何調(diào)整鉆頭軌跡，以求其以最快速度重新鉆回儲集層中，系統(tǒng)示意圖如圖1所示[6]。

圖1 方位伽馬測量原理示意圖

2 隨鉆方位伽馬圖像的生成

隨鉆方位伽馬測井圖像生成過程是一個相對復(fù)雜的過程，需要將隨鉆方位伽馬測井儀得到的井下數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)導(dǎo)入、插值運(yùn)算、數(shù)據(jù)整合、色度標(biāo)定等措施才能顯示成像，最后還要根據(jù)圖像顯示效果進(jìn)行評估，判斷是否需要對圖像進(jìn)行去躁、濾波以及圖像插值等一系列方法處理，從而增強(qiáng)圖像質(zhì)量，便于后期地質(zhì)分析工作[7]。一次完整的處理成像流程框架如圖2所示。

圖2 流程框架圖

通過隨鉆方位伽馬測井儀得到的數(shù)據(jù)存儲在txt文件中的，首先通過importdata函數(shù)將數(shù)據(jù)讀入Matlab中，為便于后期數(shù)據(jù)處理，需要將其中測井?dāng)?shù)據(jù)中英文字符串分開，得到原始數(shù)據(jù)矩陣D、不同列向量深度、井斜和各扇區(qū)伽馬值等井下測量信息；其次由于鉆井過程中傳輸速率限制，無法采集井下全方位信息，而在每一個深度點上只有8個離散方位伽馬值（本文以8個扇區(qū)為例），需要進(jìn)行一些處理才能生成直觀圖像形式，為了使圖像能夠真實反映井下全方位情況，需要對不同深度離散的8個數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，獲得連續(xù)方位伽馬曲線，Matlab常用的插值方式有l(wèi)inear線性插值、nearest臨近插值、spline三次樣條插值和pchip三次Hermite多項式插值等，通過對比不同插值方式特點，本文選用Matlab的interp1的spline三次樣條插值進(jìn)行處理，選用該插值方式既能保證所測得離散伽馬數(shù)據(jù)真實，又能得到一系列一階、二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)光滑曲線。通過在區(qū)間內(nèi)每隔1°取插值點，循環(huán)逐一調(diào)用原始數(shù)據(jù)矩陣D的行向量對每一個深度點的離散的8個數(shù)據(jù)值進(jìn)行一維三次樣條插值，來表達(dá)井下360°全方位伽馬值變化情況，某深度點插值曲線如圖3所示。

圖3 某深度點插值曲線

將經(jīng)過插值處理的伽馬數(shù)據(jù)按坐標(biāo)深度整理成井下全方位伽馬數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)矩陣Q，以便后續(xù)與特定顏色矩陣進(jìn)行色度標(biāo)定。為達(dá)到最佳視覺效果，突出井下巖層信息，需要找到符合地質(zhì)成像特點的色圖，參照斯倫貝謝公司heat色譜條，本文選用Matlab圖像處理系統(tǒng)colormap的hot色圖，該色圖是由64×3個實數(shù)顏色矩陣表示，實數(shù)的大小在0到1之間，每一行是定義一種顏色的一個RGB向量。該色譜該的顏色由從黑色平滑過度到紅色、橙色、黃色，最后到白色，其中選擇淺色表示低伽馬值，深色表示高伽馬值[8]。通過colorbar語句顯示色譜條如圖4所示。

圖4 colorbar色譜條

選擇好合適色譜之后，將選定的hot色圖顏色矩陣中元素與數(shù)據(jù)矩陣中的元素，根據(jù)數(shù)值大小完成映射關(guān)系，從而進(jìn)行色度標(biāo)定，初步生成隨鉆伽馬測井圖像。本文通過Matlab的imagesc函數(shù)，將伽馬數(shù)值矩陣中數(shù)值大小轉(zhuǎn)化為選定色譜中不同的顏色，進(jìn)而完成色度標(biāo)定，通過lable語句規(guī)定變量x是以方位角為邊界，變量y為井深為邊界，基于40組伽馬模擬數(shù)據(jù)初步生成井深603～615m的隨鉆伽馬測井圖像，如圖5所示。

3 隨鉆方位伽馬圖像的處理

在完成初步隨鉆伽馬測井圖像后，需要對成像效果進(jìn)行評估，通過觀察可以看出圖像成像質(zhì)量較差，不同伽馬值之間對應(yīng)顏色過渡不明顯，存在階梯現(xiàn)象，這是由于整個區(qū)間插值點選取數(shù)量相對較少引起的，此外相鄰插值點之間可能存在數(shù)值階躍現(xiàn)象，所以需要對生成圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，提高圖像的質(zhì)量[9]。通過Matlab圖像處理工具箱的interp2二維插值函數(shù)linear最鄰近插值法，利用已知鄰近像素點色度值來生產(chǎn)未知像素點色度值，從而在不增加新像素點的情況下，對原有像素進(jìn)行重新分布，使得原始圖像再生成具有更高分辨率的圖像，從而消除相鄰插值點之間可能存在數(shù)值階躍問題以及不同顏色之間的階梯現(xiàn)象，使得圖像平滑過渡，實現(xiàn)了圖像質(zhì)量提高目標(biāo)，為后續(xù)測井圖像應(yīng)用解釋提供準(zhǔn)確地質(zhì)資料，圖像處理效果如圖6所示。

圖5 初步生成的隨鉆伽馬測井圖像

圖6 處理后的隨鉆伽馬測井圖像

4 結(jié)語

隨鉆方位伽馬成像測井是非常規(guī)油氣藏開發(fā)的重要技術(shù)手段，本文通過一維interp1插值函數(shù)的spline三次樣條插值方式，將井下離散伽馬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠反映井下全方位信息的插值曲線，并根據(jù)不同深度整合成完整數(shù)據(jù)矩陣與選定hot色譜進(jìn)行色度標(biāo)定，初步生成隨鉆伽馬測井圖像。接下來，借助Matlab的interp2二維插值函數(shù)，對原有圖像插值處理進(jìn)行優(yōu)化，對比前后圖片，發(fā)現(xiàn)處理后光譜圖消除了原有的階梯現(xiàn)象，不同顏色之間能夠平滑過渡。與目前市場上的斯倫貝謝GeoFrame、阿特拉斯eXpress以及中油測井LEAD等軟件平臺相比，本文借助Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)及圖像處理能力，實現(xiàn)了隨鉆方位伽馬測井儀數(shù)據(jù)生成功能，從而更加直觀反映了井下不同巖層信息圖像，為后續(xù)地質(zhì)鉆井提供良好的技術(shù)支持，也為商業(yè)化軟件發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。