測井資料標準化方法研究

辛炯壟，劉紅岐，張雨桐，張 攀

（西南石油大學地球科學與技術(shù)學院，四川成都 610500）

在數(shù)學等領(lǐng)域，標準化數(shù)據(jù)按一定比例縮放，落入特定范圍，且認為歸一化為其特殊的一種形式，數(shù)據(jù)映射到0至1區(qū)間[1]。在能源行業(yè)，尤其在測井方向，歸一化卻“不屬于”標準化的一部分，眾多學者對此稍有誤解。

歸一化是由數(shù)據(jù)處理方便而提出，即數(shù)據(jù)經(jīng)過運算縮放至[0，1]范圍內(nèi)，使處理過程更便捷。歸一化也是簡化計算的一種途徑，可將有量綱的表達式轉(zhuǎn)換為無量綱，便于數(shù)據(jù)的加權(quán)比較。在測井資料解釋工作中，盡管資料經(jīng)過了曲線編輯等預處理，但因測井儀器刻度不精確、非正確操作，仍會存在系統(tǒng)誤差。在環(huán)境校正后，有必要對研究區(qū)測井數(shù)據(jù)進行標準化，減小或消除此類影響，這是儀器標準化的延伸。測井資料標準化是保證解釋準確性的重要工作。

1 標準化

測井曲線標準化最初由Connlly提出，后續(xù)學者先后發(fā)表文章，探討標準化方法，Doveton 等進一步提出定量處理方法-趨勢面分析法，用于標準化。其實質(zhì)是利用“同一區(qū)域的相同層段的地球物理特征相似，測井數(shù)據(jù)的分布規(guī)律也應(yīng)相似”這一假設(shè)作為依據(jù)。目前，在儲層評價和油藏描述過程中，常用直方圖及趨勢面分析法等對測井資料完成標準化處理[2-3]。

1.1 直方圖法

理論依據(jù)為，在研究區(qū)域內(nèi)，標準層某一測井響應(yīng)特征基本無變化，對應(yīng)的直方圖峰值或頻率分布亦如此。測井資料經(jīng)環(huán)境校正后，首先確定研究區(qū)內(nèi)關(guān)鍵井的標準層，然后作出該層某一測井曲線的直方圖，以此為標準化的刻度標準。分析每口井標準層測井數(shù)據(jù)的分布特征，依次與標準圖進行比較。若兩者相關(guān)性好，表明該井的測井數(shù)據(jù)正確，無需校正。重合效果差，則該井測井數(shù)據(jù)測量時可能存在刻度誤差，需計算由此誤差造成的數(shù)值偏差，峰值差值即校正量。最后，在原始值基礎(chǔ)加減該值完成標準化。

此法在現(xiàn)場應(yīng)用廣泛，但一般用于數(shù)據(jù)定性比較階段，誤差較大。目前該方法常與交會圖法結(jié)合使用，標準化效果得到有效提高。

1.2 均值-方差法

以兩組環(huán)境校正后的數(shù)據(jù)為例，設(shè)關(guān)鍵井中標準層某一曲線的正確測井數(shù)據(jù)為：X1，X2，…，XN。待處理井中標準層中相同曲線的測井值為：Y1，Y2，…，YN。兩組數(shù)據(jù)均服從某種分布（如正態(tài)分布），效果更好。假設(shè)Y系列數(shù)據(jù)的正確值為Z系列，即Z1，Z2，…，ZN，兩者為線性關(guān)系，以Z=aY+b表示。當X和Z的均值及方差相同時，求得系數(shù)a和b。

當兩者均值一樣E(X)=E(Z)，方差相同E(X)=E(Z)(X)=V(Z)時，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理，有：

由上式得：

其中，X和Y系列的均值及方差均可求得，帶入線性公式便可對全井標準化處理。該法需區(qū)域內(nèi)存在較理想的標準層，且關(guān)鍵井中該層數(shù)值誤差小。若測井值無法達到要求的質(zhì)量，可假定該層的理論物理值為平均值，方差取經(jīng)驗值。

1.3 交會圖法

常用于標準化有M-N和中子-密度交會圖。以M-N交會圖為例：

式中，Δtf、ρf、Φf為流體聲波時差、密度及中子值；Δt、ρb、ΦN為聲波、密度和中子測井值。

標準化時，建立以多井數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的M-N交會圖（N為橫坐標），根據(jù)整體特征確定標準M-N交會圖，亦可以關(guān)鍵井標準層為準。將待校井與標準M-N交會圖重疊，根據(jù)數(shù)據(jù)的漂移情況，校正單井。若單井數(shù)據(jù)在Y軸方向與標準交會圖存在垂向偏差，需校正聲波時差測井值；假如數(shù)據(jù)點沿X軸方向相比標準范圍存在偏移，應(yīng)校正中子測井數(shù)據(jù)；最后，若數(shù)據(jù)分布沿對角線與標準圖不吻合，則表明密度測井應(yīng)該標準化。使用M-N交會圖法的前提是三孔隙度測井資料必須齊全，缺一不可。

1.4 趨勢面分析法

本方法以研究對象的某一項物理參數(shù)的測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，來分析其相關(guān)的空間分布特征與變化規(guī)律。對某一油田而言，實際地質(zhì)參數(shù)在橫向上均會存在些許變化，即地層中的測井響應(yīng)并非一成不變，通常依某種規(guī)律漸變，稱為趨勢面變化。標準層測井響應(yīng)的多項式回歸趨勢面，與地層原始趨勢面相關(guān)性好，可認為一致。若趨勢面分析結(jié)果中，殘值均為隨機變量，則主要受測量或刻度誤差影響；如果存在異常殘差，為巖性變化造成的。

設(shè)Z(x，y)為研究的地質(zhì)特征，(x，y)表示平面上任一點坐標，地質(zhì)特征包括代表區(qū)域整體趨勢的趨勢值Z*(x，y)與反映局部變化特征的剩余值e。

已知xi，yi，zi，i=1，1，…，情況下，通過回歸分析求得f(x，y)，使Q值最小。

其中f(x，y)為所得一個回歸面為測井趨勢值，殘差為剩余值。

具體應(yīng)用時，先根據(jù)假設(shè)的回歸面多項式方程，由擬合度R的變化程度確定多項式的次數(shù)，變化平緩時的次數(shù)為最佳。按回歸方程求得標準層的趨勢值Z*，ΔZ=Z*-Z即為校正值，經(jīng)過標準化后的測井值為ΔZ=+Z。

該方法基本達到了定量處理的效果，只是運用過程稍顯復雜。此外，為便于縱向?qū)Ρ?，利用塊金效應(yīng)標準化的變異函數(shù)效果較好。

建立各類測井資料的油田標準分布模式后，選用合適的相關(guān)分析方法對油田各單井的數(shù)據(jù)進行標準化，實現(xiàn)對非地層因素的校正。直方圖法、均值-方差法等在同一構(gòu)造巖石物理相的局部區(qū)域內(nèi)適用，而趨勢面分析法適用于不同構(gòu)造巖相。標準化后的測井值能最大程度地貼近地層真實值，為地質(zhì)、地震、測井、開發(fā)等多學科對油田的后續(xù)勘探及開發(fā)研究提供可靠的數(shù)據(jù)來源。測井資料也是建立初始解釋模型的基礎(chǔ)資料和地質(zhì)分析的基本依據(jù)，測井資料的質(zhì)量直接影響著地震反演工作中的精細層位標定、反演子波提取及反演結(jié)果等眾多環(huán)節(jié)。

2 標準化-歸一化

在測井數(shù)據(jù)分析處理過程中，常見思路為先對野外采集的測井數(shù)據(jù)標準化，再利用處理后數(shù)據(jù)進行歸一化、多元函數(shù)等計算，如使用歸一化方法計算泥質(zhì)含量，或數(shù)據(jù)歸一化后用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析等用途。作者認為某些情況下，也可先歸一化處理，再標準化。在碎屑巖中，常可通過自然電位曲線的正、負異?，F(xiàn)象（與泥巖基線比較）來判斷巖性、劃分滲透層在測量刻度過程中存在。但基本無人使用其數(shù)值來進行后續(xù)分析，因為自然電位在測量刻度過程中，人員習慣差異、不同公司儀器等因素，同一區(qū)域的井，常會出現(xiàn)自然電位均為正、均為負、有正有負的現(xiàn)象，無法進行標準化，不便于數(shù)據(jù)分析。若先將所有井的自然電位值歸一化至相同區(qū)間內(nèi)，再進行標準化處理，得到的數(shù)據(jù)便可用于后續(xù)分析研究，解決了長久以來自然電位曲線僅看曲線形態(tài)來進行測井分析的窘境。

3 結(jié)論

測井資料標準化后，測井解釋精度會顯著提高；且為后續(xù)的地質(zhì)研究、地震分析等提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是油藏描述中不可或缺的環(huán)節(jié)。野外采集的測井數(shù)據(jù)常先標準化處理，再利用優(yōu)化的數(shù)據(jù)進行歸一化、多元函數(shù)等計算便于油藏評價。實際應(yīng)用中，亦需反其道行之，發(fā)掘歸一化→標準化的新“路徑”。