煤田測井資料標(biāo)準(zhǔn)化方法研究

王千遙

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

0 前言

地震勘探過程中，井震聯(lián)合解釋和反演是煤層評價的關(guān)鍵技術(shù)，在制作合成地震記錄和地震資料反演過程中需要采用測井曲線資料，尤其是縱橫波速度、密度等測井資料，但受到儀器性能、人為操作、環(huán)境等因素的影響，不同井的測井?dāng)?shù)據(jù)存在一定的系統(tǒng)誤差，需要對測井資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這也是地震資料解釋和反演的基礎(chǔ)工作[1]。標(biāo)準(zhǔn)化的方法有很多，常用的方法有直方圖分析法，交會圖法，趨勢面分析法和“相控”法等。不同的方法適用的地質(zhì)條件有所不同，直方圖分析法適用于同一巖相測井響應(yīng)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)層。交會圖法對于巖性種類簡單、特征明顯的地層適用[2]。趨勢面分析法一般用于區(qū)域較大、測井較多、物性有明顯變化趨勢的地方[3-4]?！跋嗫亍狈ㄊ窃陧搸r層有強烈的非均質(zhì)性，常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)層難于選取，選取位于同一沉積亞相的層位作為標(biāo)準(zhǔn)層，按沉積亞相分布對測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化的方法[5]。在標(biāo)準(zhǔn)層埋深變化大，橫向受構(gòu)造影響大的情況下，選用希爾伯特變換方法[6]和井震結(jié)合方法[7]對測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化。在陸相沉積地層中，巖性變化頻繁，很難找到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)層，肖佃師等[8]提出采用頻譜分解方法對測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化。

測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化的難點在于標(biāo)準(zhǔn)層尋找，在含煤地層中，煤層是一個相對穩(wěn)定分布的巖層，但煤層測井值具有與背景值差異大，厚度小的特點，因此如果以單煤層作為標(biāo)準(zhǔn)層對測井曲線進(jìn)行校正，很難消除整個測井段的系統(tǒng)誤差。本文針對研究區(qū)測井資料的特征，采用兩點校正方法對研究區(qū)的測井資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，兩點校正法需要尋找兩個穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)層，下面對如何選定這兩個穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)層開展了研究。

1 地震地質(zhì)概況

研究區(qū)主采煤層有3號煤層，4號煤層，5號煤層和6號煤層，埋深變化小，煤層層數(shù)較多。3號煤層分布穩(wěn)定，煤層厚度在2～7 m之間，均值為5 m左右，厚度變化穩(wěn)定。由于煤層與圍巖的密度和速度差異較大，波阻抗差異明顯，其反射界面是一個較強的連續(xù)反射波，地震波形特征明顯，可以全區(qū)連續(xù)追蹤。4號煤層包含4-1號煤層和4-2號煤層，平均厚度約為2 m，地震的反射波為基本連續(xù)追蹤。5號煤層厚度約為1.4 m，6號煤層厚度約2 m，地震反射特征為斷續(xù)追蹤。3號煤層的上部有一套較穩(wěn)定的中-粗砂巖，與周圍細(xì)砂巖、粉砂巖以及泥巖的巖性差異明顯，測井曲線上有清楚的響應(yīng)，易于識別。

2 測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化

2.1 標(biāo)準(zhǔn)層選取

曲線標(biāo)準(zhǔn)化基于在相同沉積環(huán)境下，相同巖性地層一般具有相似測井響應(yīng)特征的原理[9-10]，選取標(biāo)準(zhǔn)層對測井曲線進(jìn)行校正。標(biāo)準(zhǔn)層選取是標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵，選取的標(biāo)準(zhǔn)層需要滿足以下條件：

①巖性穩(wěn)定，且有一定的厚度；

②巖層具有非滲透性，地層不受油、氣、水和測井泥漿侵入的影響；

③所有井都包含該巖層，測井響應(yīng)清楚。

在研究區(qū)測井資料中選取兩個標(biāo)準(zhǔn)層難度較大，主要因為：煤層巖性穩(wěn)定但厚度較??；砂巖層雖然全區(qū)分布，厚度較大，但滲透性較強；泥巖縱向上多為薄層狀地層，橫向上分布不均勻，難以對比。主采煤層中3號煤層最穩(wěn)定，厚度為5 m左右，但作為標(biāo)準(zhǔn)層厚度較小，只用這一個煤層作為標(biāo)準(zhǔn)層容易產(chǎn)生較大誤差，這里采用幾個主采煤層累積數(shù)據(jù)段作為一個標(biāo)準(zhǔn)層(以下稱“累積煤層段”)，提高了校正穩(wěn)定性。砂巖為滲透性巖層，砂巖段的測井曲線會隨著含水量多少和孔隙度大小有所變化，低孔隙度對應(yīng)的砂巖段測井響應(yīng)相對較穩(wěn)定，因此本文選用低孔隙度砂巖段(以下稱“低孔砂巖段”)作為另一個標(biāo)準(zhǔn)層。

研究區(qū)含有的測井曲線分別為密度、聲波時差、自然伽馬、電阻率和自然電位。對于純礦物巖石，用密度、中子和聲波時差都可以計算孔隙度。由于煤田勘探深度較淺，砂巖層一般為欠壓實、固結(jié)程度低的地層，所以采用簡化的聲波地層因素公式計算孔隙度[2,11-12]，具體公式為：

(1)

其中，x為骨架巖性指數(shù)，對砂巖、灰?guī)r和白云巖取值分別為1.6，1.76和2.0；Δt為純巖性地層的聲波時差，μs/m；Δtma為巖石骨架的聲波時差，μs/m，砂巖取值182μs/m。

2.2 特征值分析

研究區(qū)19-2井各個主采煤層測井響應(yīng)特征穩(wěn)定，其中3號煤層厚5.46 m；4號煤層厚5.04 m(包含4-1號煤層和4-2號煤層)；5號煤層厚1.47 m；6號煤層厚2.27 m。3號煤層上部有一套76 m無夾層粗砂巖，測井響應(yīng)特征明顯，同時19-2井合成地震記錄與地震剖面相關(guān)性很高，認(rèn)為測井資料精度較高，所以選擇19-2井為標(biāo)準(zhǔn)井。下面以19-2井為標(biāo)準(zhǔn)校正19-5井密度測井曲線，具體步驟為：

①提取出兩口井各個主采煤層和砂巖層段的測井?dāng)?shù)據(jù)；

②采用公式(1)計算砂巖段的孔隙度，給定一個閾值，將小于這個閾值的砂巖段密度數(shù)據(jù)提取出來，為低孔砂巖段測井響應(yīng)；

③繪制兩口井的累積煤層段、整個砂巖段和低孔砂巖段密度頻率分布直方圖，直方圖上主頻對應(yīng)的密度值為特征值，讀取每口測井資料對應(yīng)的特征值，對比分析；

④采用兩點校正的方法將19-5井的特征值校正到標(biāo)準(zhǔn)井19-2井對應(yīng)的特征值上，進(jìn)而獲得校正后的19-2井密度數(shù)據(jù)。

如圖1a、圖1c和圖1e，分別為19-2井和19-5井的累積煤層、整個砂巖段和低孔隙砂巖段校正前的密度頻率分布直方圖，顯示19-5井各段測井資料的特征值較標(biāo)準(zhǔn)井偏大，但幅度不同，偏差值分別約為+0.15g/cm3、+0.07g/cm3和+0.02g/cm3。如表1所示。各段測井資料校正后的密度頻率分布直方圖如圖1b、圖1d和圖1f，校正后各個標(biāo)準(zhǔn)層特征值與標(biāo)準(zhǔn)井的一致。

表1 19-5井密度測井曲線特征值分析

2.3 曲線標(biāo)準(zhǔn)化

分別采用累積煤層段、整個砂巖段作為標(biāo)準(zhǔn)層與累積煤層段、低孔砂巖段作為標(biāo)準(zhǔn)層對19-5井進(jìn)行平移和比例校正，如圖2，紅色線為標(biāo)準(zhǔn)井19-2井密度測井曲線，藍(lán)色線為校正井19-5井密度測井曲線。第一列是原始測井資料；第二列是累積煤層段和整個砂巖段作為標(biāo)準(zhǔn)層對19-5井密度測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化(校正1)； 第三列是累積煤層段和低孔砂巖段作為標(biāo)準(zhǔn)層對19-5井密度測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化(校正2)。采用整個砂巖段作為標(biāo)準(zhǔn)層校正后(校正1)，地層A段標(biāo)準(zhǔn)化的效果較好，但地層B段校正幅度偏大。低孔砂巖段作為標(biāo)準(zhǔn)層校正后(校正2)地層A段和B段的效果都較好，19-5井與19-2井的密度測井曲線的值域范圍相近。

圖1 密度測井?dāng)?shù)據(jù)頻率分布直方圖Figure 1 Histogram of density logging data frequency distribution

圖2 19-5井密度曲線標(biāo)準(zhǔn)化前后對比圖Figure 2 Comparison chart of well No.19-5 density traces before and after normalization

圖3 合成地震記錄Figure 3 Synthetic seismic record

3 應(yīng)用

采用上面標(biāo)準(zhǔn)化方法對所有井的密度和聲波測井曲線校正，制作合成地震記錄標(biāo)定層位(圖3)，合成地震記錄與井旁道的相關(guān)性較高，表明曲線標(biāo)準(zhǔn)化方法合理。圖4和圖5分別為19-5井測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化前和標(biāo)準(zhǔn)化后的波阻抗反演剖面，圖中460ms左右的低阻抗值為3號煤層的反映，向下依次為4號煤層，5號煤層和6號煤層，測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化后的波阻抗反演剖面橫向上煤層阻抗值變化均勻，沒有間斷，與研究區(qū)的實際地質(zhì)特征一致。

圖4 19-5井測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化前波阻抗反演剖面Figure 4 Wave impedance inversional section of well No.19-5 logging traces before normalization

圖5 19-5井測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化后波阻抗反演剖面Figure 5 Wave impedance inversional section of well No.19-5 logging traces after normalization

4 結(jié)論

①將多個主采煤層累積作為一個標(biāo)準(zhǔn)層，提高了標(biāo)準(zhǔn)層的穩(wěn)定性。滲透性砂巖的測井響應(yīng)影響因素較多，低孔砂巖相對較穩(wěn)定，選用低孔砂巖段比整個砂巖段作為標(biāo)準(zhǔn)層校正效果更好。

②通過直方圖分析法選取各個標(biāo)準(zhǔn)層的特征值，為曲線標(biāo)準(zhǔn)化提供了可靠數(shù)據(jù)。

③對于橫向巖性變化較大，且測井較多，容易得到橫向變化趨勢的地區(qū)，可以采用本文標(biāo)準(zhǔn)化方法與趨勢面分析法相結(jié)合的方法對煤田測井曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

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