CN100337125C - 一种测定井筒中地层产状的方法 - Google Patents
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Abstract
一种测定井筒中地层产状的方法,属于测井技术数据处理领域,分类号:G01V 1/40。在测井时,对于求取井筒中的地层产状,按以下方法进行倾角、倾向的计算处理;<1>输入测井数据;<2>计算数据的空间位置;<3>根据数据的特征,提取参考数据;<4>对参考数据进行平面Hough变换,得到Hough域参考数据;<5>根据Hough域参考数据,计算地层参状参数及置信度;<6>将计算出的参数以成果图显示或打印出图;可得到井壁地层的倾角、倾斜方位、在井壁的位置和计算的置信度,处理范围包括裂缝、断层、薄层、冲刷面、层理、层界面,为区域构造地质勘察奠定基础;该方法思路明确,容易采用计算机编程实现,应用范围广泛,可扩展到其它倾角测井资料处理过程中。
Description
技术领域
本发明涉及一种测定井筒中地层产状的方法,属于测井技术数据处理领域;专利分类号:G01V 1/40。
背景技术
在测井技术应用中,利用测井资料,可以分析研究地下地质构造的情况,例如,使用四臂倾角测井和六臂倾角测井,微电阻率扫描、井周声波测井等方法,可以得到裂缝、断层、薄层、冲刷面、层理、层界面的位置和产状。早期的处理方法是人工识别和相关对比法。人工识别工作量巨大,标准不一,容易错判,漏判。相关对比法开始用于四臂、六臂倾角测井资料处理,原理是对两条曲线中许多部分求相关系数,相关系数最大的两部分视为相同层,求取的目标是构造的产状,参数包括倾角,倾向和置信度。随着极板和测量纽扣的增多,测井数据反映的信息量大大增加,此算法应用起来变得复杂,编程不易实现,不能反映大量的地质信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种测定井筒中地层产状的方法,对已经测量的测井数据,采用一种平面检测的方法,即对空间中可能存在的任何一种平面进行计算,判断其是否存在,从而检测井筒地层中,该地层的位置、倾角、倾向和此次判断的置信度。
本发明的一种测定井筒中地层产状的方法的技术方案是:一种测定井筒中地层产状的方法,其特征在于;
<1>使用测井仪测得井筒中地层产状的测井数据,包括,反映井壁不同方位电性特征的电阻率或电导率的四臂倾角测井、六臂倾角测井、微电阻率扫描和反映井壁不同方位声学特征的井周声波测井,按以下方法进行地层倾角、倾向的计算处理:
<2>输入测井数据;
将测得的测井数据输入给计算机存储器;输入测井数据是4~40臂测井数据、电阻率扫描成像数据、声波回波时间成像数据、声波回波幅度成像数据;
<3>计算数据的空间位置;
根据测井测量数据的大地坐标位置,计算到计算机中对应的表示的每个数据都有的三个方向坐标参数:x,y,z,其中z轴为纵向,y轴为垂直于纸面的方向,x轴为横向,此坐标系与大地坐标系的关系为y轴为大地正北方向,x轴为大地正东方向;
<4>根据数据的特征,提取特征参考数据;
用于裂缝、薄层地质构造的识别时,根据输入数值,提取特征参考数据:确定阈值的大小,对于输入测井数据大于大于阈值的,设定为白色部分,小于等于阈值的,设定为黑色部分;
或用于断层、冲刷面、层理、层界面地质构造识别时,根据数据的边缘差异值的提取的特征参考数据;
或用更多的数据点做参考,采用类似差异的算法,提取特征参考数据;
<5>对特征参考数据进行平面Hough变换,得到Hough域参考数据;
对于特征参考数据代入平面Hough变换公式,叠加到Hough数据中,得到Hough域参考数据;
平面Hough变换,采用的公式为:
ρ=z·sin+x·cosθ·cos+y·sinθ·cos
其中,x,y,z为特征参考数据点的三维立***置参数,具体为特征参考数据的坐标;ρ,θ,φ为Hough域参考数据的参数;
<6>根据Hough域参考数据,计算地层产状参数及置信度;
根据Hough域参考数据,当某处叠加次数大于某个阈值,计算出相应的深度,倾角、倾向,叠加值可用来作为置信度的参考数据;
该面的倾角、倾向根据下面公式求取:
α=|φ-90°|
β=θ ifφ>=90°&φ<=180°
β=θ+180° ifφ>=0°&φ<90°
这里在x,y,z坐标系中有一个平面,面上每个点的坐标为(x,y,z),原点到平面的垂心为P,距离为ρ,P到面xoy的垂心为Q,∠POQ=φ,∠QOA=θ,该面的大地坐标下倾角为α,倾向为β;
假设该面深度为d,即该面与井轴中心交点的深度,则:
d=ρ/cos(α)
置信度则正比于Hough域参考数据的值,即叠加次数;
处理后以平滑后数据做为Hough域参考数据;
可以采用更多的点进行类似平滑处理,得到Hough域参考数据;
<7>将计算出的参数及置信度以成果图显示在显示器上,或打印出图。
通过上述计算井筒中地层产状数据的平面Hough变换方法,处理测井资料,得到了井壁地层的倾角,倾向。对于分析研究地下地质情况,区域构造地质勘察奠定了基础。相对其它方法来说,思路明确,简化了编程计算的实现过程,不会漏判任何可能存在的构造,容易扩展到可计算地层产状的测井系列中。
附图说明
图1是本发明一种测定井筒中地层产状的方法的处理流程图。
图2是某井段声波成象图,图中纵轴为深度,横轴为井周的展开,方位从左向右依次为北->东->南->西->北,像素的灰度正比于回波幅度。
图3是计算出图2所示的声波数据的三维位置示意图。
图4是根据数据的数值特征,提取的特征参考数据图。
图5是三维Hough变换的坐标系转化参考示意图。
图6是对声波数据进行处理,得到的Hough域参考数据图。
图7是根据Hough域参考数据得到的蝌蚪图。
图8是根据Hough域参考数据得到的三维平面图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例,对本发明的一种测定井筒中地层产状的方法,进行详细描述。
在测井技术中,利用测井资料分析研究地下地质构造的情况,例如采用四臂倾角测井和六臂倾角测井,微电阻率扫描、井周声波测井等方法。四臂倾角测井原理是在测井仪器上安装四个极板臂,测得井壁四条电阻率曲线,来判断地层的产状,包括倾角、倾向等参数。采用本发明的计算方法(如图1所示),可方便地实现求取地层产状参数,其方法是,
1.输入测井数据
将测得的测井数据输入给几计算机存储器;输入测井数据可以是4~40臂测井数据、电阻率扫描成像数据、井壁声波回波时间成像数据、井壁声波回波幅度成像数据。四臂、六臂等倾角测井数据、电阻率扫描成像数据,是测量井周不同方位的电阻率或电导率,反映了井周岩石的电性特征。井壁声波回波时间成像数据是井周不同方位的回波时间数据,井壁声波回波幅度是井周不同方位的回波幅度,反映了井周的声学特征。因为这些数据具有方位的参数,因此可以进行构造研究。本实施例中,输入的是声波回波幅度数据。具体在计算机中是一个二维的数据矩阵,单位为mv(转化单位)。图2是声波回波幅度成像图,图中纵轴为深度,横轴为井周的展开,方位从左向右依次为北->东->南->西->北,像素的灰度正比于回波幅度。
2.计算数据的空间位置
测井数据在计算机中是以矩阵形式存放的,即每个数据都有一个横坐标,有一个纵坐标,显示在平面如图2所示。但实际情况是测量井周立体结构上的数据,再转化为立***置如图3所示。此时,每个数据都有三个方向坐标参数:x,y,z。其中z轴为纵向,y轴为垂直于纸面的方向,x轴为横向,如图5所示,此坐标系与大地坐标系的关系为y轴为大地正北方向,x轴为大地正东方向。
3.根据数据的特征,提取特征参考数据
本例中,是根据数据值的大小,提取特征参考数据。采取的阈值为2000mv。对于输入测井数据大于2000mv的为255(白色部分),小于等于2000mv的为0(黑色部分)。假设a[10][10][10]为空间中z=10,y=10,x=10点的测井数据值,b[10][10][10]为特征参考数据点数据值。即:
b[10][10][10]=255 if a[10][10][11]>2000 (1)
b[10][10][10]=0 if a[10][10][11]<=2000 (2)
根据数据的边缘特征是指数据之间的差异。假设a[10][10][10]为空间z=10,y=10,x=10点的测井数据值。a[10][10][11]是z=10,y=10,x=11点测井数据值,特征参考数据点则可以根据数据的边缘差异值的绝对值大小来确定,小于100mv的差异的特征参考数据点值为255,大于等于100mv的差异的特征参考数据点值为0。即:
b[10][10][10]=255 if |a[10][10][11]-a[10][10][10]|<100 (3)
b[10][10][10]=0 if |a[10][10][11]-a[10][10][10]|>=100 (4)
也可以采用更多的数据点做为参考,采用类似差异的算法,提取特征参考数据。
实际应用表明,数值特征多适用于裂缝、薄层等地质构造等的识别,边缘特征多适用于断层、冲刷面、层理、层界面等地质构造等的识别。
4.对特征参考数据进行平面Hough变换,得到Hough域参考数据。
对于特征参考数据为0的部分,代入平面Hough变换公式,叠加到Hough数据中,得到Hough域参考数据。
平面Hough变换,采用的公式为:
ρ=z·sin+x·cosθ·cos+y·sinθ·cos (5)
其中,x,y,z为特征参考数据点的三维立***置参数,具体为特征参考数据中值为0的点的坐标;ρ,θ,φ为Hough域参考数据的参数。意义如下:
假设在x,y,z坐标系中有一个平面,如图5中的阴影面,面上每个点的坐标为(x,y,z)。原点到平面的垂心为P,距离为ρ,P到面xoy的垂心为Q,∠POQ=φ,∠QOA=θ。假设该面的大地坐标下倾角为α,倾向为β。则:
α=|φ-90°| (6)
β=θ if φ>=90° &φ<=180° (7)
β=θ+180° if φ>=0°&φ<90° (8)
公式(5)中,对任何一点(x,y,z),当θ处于(0~360°)变化,φ处于(0~360°)变化时侯,可以得到许多ρ,因此是一个ρ~f(0,φ)曲面。对所有特征参考数据变换,得到许许多多ρ~f(θ,φ)曲面,这些曲面相交于许多点。从另一个角度说,(ρ,θ,φ)空间一点可能被许许多多面经过。因此,生成(ρ,θ,φ)坐标空间,此空间每点的数值为过该点的曲面个数。
因为当θ处于(0~180°),φ处于(0~180°),ρ(-d/2~d/2)变化时,Hough域参考数据可代表全部可能存在的平面,d为距离最大的两个变换空间点的距离。因此本例中,取ρ,θ,φ的范围及坐标空间如图6所示。
5.根据Hough域参考数据,计算地层产状参数及置信度
根据Hough域参考数据,当某处叠加次数大于某个阈值,计算出相应的深度,倾角、倾向,叠加值可用来作为置信度的参考数据。
该面的倾角、倾向根据公式(6)(7)(8)求取。
假设该面深度为d,即该面与井轴中心交点的深度(图5中线段OC的长度),则
d=ρ/cos(α) (9)
置信度则正比于Hough域参考数据的值,即叠加次数。图6中每点的灰度反比于置信度。
若采用平滑的处理方法,假设三点Hough域参考数据为h[8][8][9]、h[8][8][8]、h[8][8][7],第一个下标为ρ,第二个下标为θ,第三个下标为φ。平滑后ρ=8,θ=8,φ=8值为h’[8][8][8],
h’[8][8][8]=(h[8][8][9]+h[8][8][8]+h[8][8][7])/3 (10)
处理后以平滑后数据做为Hough域参考数据。
也可以采用更多的点进行类似平滑处理,得到Hough域参考数据。
6.将计算出的参数及置信度以成果图形式显示在显示器上,或打印出图。
图7为蝌蚪图,图中每个蝌蚪的纵坐标为深度,横坐标为倾角,蝌蚪尾巴的指向为倾向。图8为所求的平面在井周的三维显示效果图。
经过与相关对比法和手工拾取的结果比较,该方法与手工拾取的吻合性很好,在准确性方面优于相关对比法。
在实际生产中,倾角测井数据处理是研究地下地质构造的主要手段之一。采用相关对比法处理一口井倾角资料费用约1万美金,一套倾角测井数据处理程序费用约5万美金,源代码更贵。而随着测井数据量的增大,手工拾取、相关对比等处理方法,不能满足准确,快速,应用范围广的要求。而采用本发明的处理方法,不仅程序思路明确、过程实现简单,而且计算结果准确;另外应用广泛,可以处理电阻率扫描成像测井数据,井周声波成像测井数据,而用相关对比法,却很难实现这些资料处理。
综上所述,本发明要解决的计算井筒中地层产状的方法,取得包括深度、倾角、倾向和置信度地层产状参数,采用了对特征参考数据进行平面Hough变换,分析处理Hough域参考数据的技术手段,获得了包括上述程序在内的测井数据计算处理方法;因此,本发明属于专利申请保护的客体。
凡与本发明构思相同的技术方案,都在本权利要求保护范围之内。
Claims (1)
1.一种测定井筒中地层产状的方法,其特征在于;
<1>使用测井仪测得井筒中地层产状的测井数据,包括,反映井壁不同方位电性特征的电阻率或电导率的四臂倾角测井、六臂倾角测井、微电阻率扫描和反映井壁不同方位声学特征的井周声波测井,按以下方法进行地层倾角、倾向的计算处理:
<2>输入测井数据;
将测得的测井数据输入给计算机存储器;输入测井数据是4~40臂测井数据、电阻率扫描成像数据、声波回波时间成像数据、声波回波幅度成像数据;
<3>计算数据的空间位置;
根据测井测量数据的大地坐标位置,计算到计算机中对应的表示的每个数据都有的三个方向坐标参数:x,y,z,其中z轴为纵向,y轴为垂直于纸面的方向,x轴为横向,此坐标系与大地坐标系的关系为y轴为大地正北方向,x轴为大地正东方向;
<4>根据数据的特征,提取特征参考数据;
用于裂缝、薄层地质构造的识别时,根据输入数值,提取特征参考数据:确定阈值的大小,对于输入测井数据大于大于阈值的,设定为白色部分,小于等于阈值的,设定为黑色部分;
或用于断层、冲刷面、层理、层界面地质构造识别时,根据数据的边缘差异值的提取的特征参考数据;
或用更多的数据点做参考,采用类似差异的算法,提取特征参考数据;
<5>对特征参考数据进行平面Hough变换,得到Hough域参考数据;
对于特征参考数据代入平面Hough变换公式,叠加到Hough数据中,得到Hough域参考数据;
平面Hough变换,采用的公式为:
ρ=z·sin+x·cosθ·cos+y·sinθ·cos
其中,x,y,z为特征参考数据点的三维立***置参数,具体为特征参考数据的坐标;ρ,θ,φ为Hough域参考数据的参数;
<6>根据Hough域参考数据,计算地层产状参数及置信度;
根据Hough域参考数据,当某处叠加次数大于某个阈值,计算出相应的深度,倾角、倾向,叠加值可用来作为置信度的参考数据;
该面的倾角、倾向根据下面公式求取:
α=|φ-90°|
β=θ ifφ>=90° &φ<=180°
β=θ+180° ifφ>=0° &φ<90°
这里在x,y,z坐标系中有一个平面,面上每个点的坐标为(x,y,z),原点到平面的垂心为P,距离为ρ,P到面xoy的垂心为Q,∠POQ=φ,∠QOA=θ,该面的大地坐标下倾角为α,倾向为β;
假设该面深度为d,即该面与井轴中心交点的深度,则:
d=ρ/cos(α)
置信度则正比于Hough域参考数据的值,即叠加次数;
处理后以平滑后数据做为Hough域参考数据;
可以采用更多的点进行类似平滑处理,得到Hough域参考数据;
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