CN112668872A - 一种基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，包括如下步骤：步骤一、获取不同井深岩屑样品的元素录井数据和钻井掉块的元素录井数据；步骤二、分别计算所述岩屑样品中不同元素的含量，以及分别计算所述钻井掉块中不同元素的含量；步骤三、通过多种相似度评价算法，分别筛选出与所述钻井掉块的元素相似程度最高的钻井岩屑样品，作为初步筛选样品集；步骤四、根据所述初步筛选样品集中的岩屑样品对应的井深确定钻井掉块深度的还原值。本发明提供的基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原方法，能够通过寻找和该掉块数据各元素成分最为相似和接近的录井元素所对应的最为匹配的井深，还原出掉块所在的深度。

Description

一种基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法

技术领域

本发明属于石油天然气勘探开发技术领域，特别涉及一种基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法。

背景技术

掉块是指在钻井过程中由于井壁稳定性差异引起的已钻井段脱落的大块岩屑。岩屑录井过程中，通常有较多的掉块和岩屑混杂在一起，不仅给现场的真假岩屑的分辩造成了困难，影响地层的正确判断，而且掉块的存在，也会引起卡钻、起下钻困难等钻井异常。如果能充分利用掉块所携带的信息，准确还原出掉块所处的井段，则可以通过异常井段失稳性差异，提出解决问题的方案，指导和优化后续钻井施工作业。

传统的掉块的研究方法主要是通过现场人工观察掉块的形状和颜色，来确定掉块的成因以及定性的描述对应的钻井工程参数，并根据掉块的成因实时地调整钻井工程参数，以利于更好地钻进。在《内蒙古石油化工》2011年17期：第39-41页公开的《对钻井过程中掉块的地质分析及处理》中，其公开了如下主要内容：从掉块的形状和形成的原因上，对掉块进行地质分析和分类，其中地质分析主要采用定性描述的方法，并从形状上将掉块分为棱角状、板状以及裂片状，从成因上将掉块分为压力掉块、构造应力掉块以及复合掉块等，并根据不同的掉块类别，进行地质分类分析，以期给钻井施工提供有用的信息，从而达到顺利钻井的目的。

但上述现有的技术受人为主观因素的影响较大，且掉块的形状比较杂乱，不太容易根据其形状进行类型的区分，且根据掉块的形状，也不太容易分析其成因，对掉块的研究，还仅仅停留在感性、主观的认识上，缺乏相应的数学分析手段，因此，容易形成掉块的误判或不正确的认识。

目前，在录井技术里，对掉块仍鲜有研究，导致业界对掉块的认识不足，对掉块信息的利用率不足，缺乏掉块对钻井工程的理论指导。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原方法，通过将不同井深的岩屑对应的元素录井数据和某一掉块所对应的元素录井数据作为分析数据，建立了掉块对应元素的相似度评价方法；通过寻找和该掉块数据各元素成分最为相似和接近的录井元素所对应的最为匹配的井深，还原出掉块所在的深度，克服了现有技术对掉块的研究仅停留在主观、定性认识层面的局限，充分挖掘了掉块所携带的信息。

本发明提供的技术方案为：

一种基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，包括如下步骤：

步骤一、获取不同井深岩屑样品的元素录井数据和钻井掉块的元素录井数据；

步骤二、分别计算所述岩屑样品中不同元素的含量，以及分别计算所述钻井掉块中不同元素的含量；

步骤三、通过多种相似度评价算法，分别筛选出与所述钻井掉块的元素相似程度最高的钻井岩屑样品，作为初步筛选样品集；

步骤四、根据所述初步筛选样品集中的岩屑样品对应的井深确定钻井掉块深度的还原值。

优选的是，在所述步骤三中，通过三种近似度评价算法，得到所述初步筛选样品集，包括如下步骤：

步骤1、通过第一种近似度评价算法计算所述钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离，得到钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离第一相似距离集合；

通过第二种近似度评价算法计算所述钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离，得到钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离第二相似距离集合；以及

通过第三种近似度评价算法计算所述钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离，得到钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离第三相似距离集合；

步骤2、分别筛选出所述第一相似距离集合中的最小值、所述第二相似距离集合中的最小值及所述第三相似距离集合中的最小值，得到所述初步筛选样品集。

优选的是，所述第一相似距离为：

其中，k表示录井数据中的元素种类；x_mi表示编号为m的岩屑样本对应元素i的占比值，y_ni表示编号为n的掉块样本对应元素i的占比值。

优选的是，所述第二相似距离为：

其中，k表示录井数据中的元素种类；x_mi表示编号为m的岩屑样本对应元素i的占比值，y_ni表示编号为n的掉块样本对应元素i的占比值。

优选的是，所述第三相似距离为：

其中，k表示录井数据中的元素种类；x_mi表示编号为m的岩屑样本对应元素i的占比值，y_ni表示编号为n的掉块样本对应元素i的占比值。

优选的是，所述录井数据中的元素至少包括钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、钾、钙、钡、钛、锰、铁、钒、镍、锶和锆。

优选的是，在所述步骤四中，确定钻井掉块深度的还原值，包括：

确定初步筛选样品集中的岩屑样品对应的井深S1、S2、S3；

如果S1、S2和S3至少有两个值相等时，确定钻井掉块深度的还原值为S1、S2和S3中相等的值；

如果S1、S2和S3互不相等，则选取根据所述第一相似距离的最小值对应的井深S1作为钻井掉块深度的还原值。

本发明的有益效果是：

(1)本发明是在岩屑录井技术、元素录井技术不断成熟，相应的岩屑元素录井测量数据，掉块元素测量数据不断精确的背景下提出的，通过研究岩屑元素录井测量数据和掉块元素测量数据之间的相似度或者相似性，通过严密的数学分析逻辑，建立了一套有效的岩屑元素数据和掉块元素数据相似度综合评价方法，对岩屑元素录井资料和掉块元素录井资料进行了充分利用，实现了混杂在岩屑里面的钻井掉块所处井深度的还原；克服了现有技术对掉块的研究仅停留在主观、定性认识层面的局限，充分挖掘了掉块所携带的信息，从而能帮助更好地了解井下钻进的情况。

(2)本发明采用了三种相似度度量的方法进行综合评价，结果相对准确、可靠；避免了单一的相似度度量方法因采用的度量原理不同而带来的误差；同时也避免采用了一些不太适合用于掉块的深度还原的相似度评价方法。

(3)本发明以元素录井数据为基础，能够在随钻取样后及时进行掉块所处井深度的还原，通过还原的掉块深度信息，间接了解井下的作业情况；同时，本发明无任何实验分析的额外费用，易操作，掉块深度的还原结果快。

附图说明

图1为本发明所述的基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，包括如下步骤：

a、处理各井深对应的岩屑样品的元素录井数据，将其转化为各元素占比含量；

b、处理掉块对应的元素录井数据，将其转化为各元素占比含量；

c、利用三种不同的相似度评价的方法，寻找和掉块各元素录井数据最为相似岩屑元素录井数据，并将岩屑样品对应的井深作为掉块所处的井深。

d、根据三种不同的相似度评价结果，综合判断、还原出掉块所处的井深。

所述步骤a中，岩屑样品的元素录井数据的参数包括钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、钾(K)、钙(Ca)、钡(Ba)、钛(Ti)、锰(Mn)、铁(Fe)、钒(V)、镍(Ni)、锶(Sr)、锆(Zr)等17中主要的录井元素。

所述步骤a中，岩屑样品的元素录井数据参数受录井设备的技术限制，用到的录井元素参数可包含但不限于以上17种录井元素。

所述步骤a中，将岩屑样品的元素录井数据转化为百分含量，是指将该岩屑样本所有元素对应的数据除以该样本所有元素含量的总和，得到每一个元素在所有元素中的一个占比。

所述步骤b中，掉块对应的元素录井的数据，保证和岩屑样品中用到的元素参数相同。

所述步骤b中，将掉块样品的元素录井数据转化为百分含量，是指将该掉块样品所有元素对应的数据除以该样本所有元素含量的总和，得到每一个元素在该掉块中所有元素中的一个占比。

所述步骤c中，所用到的三种不同的相似度评价方法，分别是欧几里得距离法、曼哈顿距离法以及调整余弦相似度算法。

所述步骤c中，利用欧几里得距离法，求掉块元素占比数据与各深度对应岩屑的录井元素占比数据的欧式距离，根据求得的欧几里得距离的最小值，确定对应的岩屑样本，进而确定对应的井深。

所述步骤c中，利用曼哈顿距离法，求掉块元素占比数据与各深度对应的岩屑的元素录井占比数据的绝对值距离之和，根据求得的绝对值距离之和的最小值，确定对应的岩屑样本，进而确定对应的井深。

所述步骤c中，利用调整余弦相似度算法，求掉块元素占比数据与各深度对应的岩屑的元素录井占比数据的调整余弦距离相似度，根据调整余弦距离的最大值，确定对应的岩屑样本，进而确定对应的井深。

所述步骤d中，对步骤c中利用三种方法求得的掉块对应的深度进行综合投票表决，取最终的投票表决结果作为最终还原出来的掉块深度。

实施例

以渤海海域锦州25-1油田某区块井(以下简称JZ25-1-X井)的岩屑元素录井数据和掉块元素录井数据为例，进行本发明具体实施方式的说明。

图1示出了本发明的具体处理流程图，根据不同的相似度评价方法，进行综合评价，得到最终的钻井掉块所处的井深度数据。

在步骤S101中，读取在各个井深度下取样的岩屑所对应的元素录井数据(见表1)和要进行井深度还原的掉块所对应的元素录井数据(见表2)。

表1 JZ25-1-X井的岩屑所对应的原始元素录井数据

表2 JZ25-1-X井的掉块所对应的原始元素录井数据

其中，实施例中的岩屑和掉块的元素数据是经过元素录井设备分析、记录得到的原始数据。在本实施例中，要进行井下深度信息还原的掉块有15个，该井采集的岩屑元素录井数据覆盖的井深度为1157m～2344m，基本每隔5m取一个岩屑样本，一共约240个岩屑样本，分别对应240个样品深度。

在步骤S102中，对所有的岩屑样品数据进行单一元素占比计算，将该岩屑样本每一个元素对应的数据除以该样本所有元素含量的总和，得到每一个元素在所有元素中的一个占比。例如在井深为1870m处的岩屑样品的Na元素所占含量占比为：3.527/该样品所有元素的含量之和≈0.07

同理，也可以求出该样品其他元素含量的占比。各个元素的含量占比值之和为1.依此类推，可以求出其他所有岩屑样品的含量占比表(见表3).

表3岩屑录井元素各元素成分比例表

在步骤S103中，类似步骤S102，对要进行深度还原的15个掉块对应的元素录井数据的各单一元素求占比，即将该掉块样品所有元素对应的数据除以该样品所有元素含量的总和，得到每一个元素在该掉块中所有元素中的一个占比。最终得到的各掉块样品中元素占比表见表4所示。

表4掉块样品元素各元素成分比例表

在步骤S104中，依次取各个井深的岩屑样本的元素比例数据，计算与要进行井深信息还原的掉块所对应的各元素比例数据的三种距离，即欧几里得距离，曼哈顿距离以及调整余弦相似度距离，假定某个井深的岩屑样本编号为m，某个掉块的编号为n，则这两个样本之间相应的欧几里得距离d1,曼哈顿距离d2，调整余弦相似度距离d3的计算公式分别如式(1)、式(2)、式(3)所示：

其中，x_mi表示编号为m的岩屑样本对应元素i的占比值，y_ni表示编号为n的掉块样本对应元素i的占比值；

表示各个样本里各个元素占比的平均值，因为本实施例中用到了17中录井元素，故各元素占比的平均值为

针对单个的掉块样本，在执行完步骤S104后，继续执行步骤S105,判断所有井深对应的岩屑元素录井占比数据是否遍历完，即遍历所有的井深对应的岩屑样本数据，执行和该掉块的三种距离的计算。

若所有井深对应的岩屑数据，即240个岩屑样本都已和该掉块样本之间的三种距离都已计算完，则转向步骤S106、S107以及S108。在步骤S106中，求欧氏距离d1最小值所对应的岩屑样本的深度，先找到对应的岩屑样本，再根据该样本索引该岩屑样本所在的井深。在步骤S107中，求曼哈顿距离d2最小值所对应的岩屑样本的深度，同样也是先找到对应的岩屑样本，再根据该样本索引该岩屑样本所在的井深。在步骤S108中，求调整余弦距离d3最大值所对应的岩屑样本的深度,操作同步骤S106、S107类似。

执行完上述步骤后，执行步骤S109,根据求得的三种深度值，综合投票表决，得到最终对应的岩屑样本的深度。假定在上述步骤S106、S107和S108中，求得的三种深度值分别为S1、S2和S3，综合判决的规则如下：

(1)若S1、S2和S3中，至少有两组值相等，则该掉块还原的最终的井深确定为该组相等的值(根据投票中，少数服从多数的原则)。

(2)若S1、S2和S3中，互不相等，由于在上述步骤S102和S103中，对各个元素的值进行了一个百分占比处理，相当于归一化操作，消除了各个元素量纲不同的影响，在此采用应用较为广泛的欧式距离所对应的深度S1作为最终的钻井掉块井深度的还原值。

在步骤S110中，得到掉块所处的井深度后，可以对其他的掉块执行上述处理，直至所有的掉块处理完，整个处理流程结束。最终得到的掉块所处井深的还原结果如表5所示。

表5最终还原出的钻井掉块所处的井下深度表

实施例结果验证：

经过和钻井现场施工人员确认，所取的15个掉块样本，确定为该井段沙河街组1735～2300m区间的岩屑，从而进一步论证了本发明所提方法的准确性。

在实际应用中，为了更准确的应用于录井现场或者录井技术应用研究，根据不同地区环境的不同或者元素录井设备的不同，最终所用到的录井元素可有所改变，可将该套综合评价方法应用于新的录井元素参数中，对钻井掉块所处的井下深度进行还原。

另外，在附图中的流程图所示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行。虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但在某些情况下，可以以不同于此处的顺序来执行所描述的步骤(例如先执行相似度评价方法1，再执行相似度评价方法2)。

本发明基于相似度综合评价进行钻井掉块所处井深度的还原，属于掉块应用研究方法的一种创新，是在目前在对掉块的研究、认识仅停留在主观认识层面，掉块的数据分析、研究方法欠缺的条件下，应用掉块对应的元素录井资料实现掉块所处具体的井深度的还原。

本发明是在岩屑录井技术、元素录井技术不断成熟，相应的岩屑元素录井测量数据，掉块元素测量数据不断精确的背景下提出的，通过研究岩屑元素录井测量数据和掉块元素测量数据之间的相似度或者相似性，通过严密的数学分析逻辑，建立了一套有效的岩屑元素数据和掉块元素数据相似度综合评价方法，对岩屑元素录井资料和掉块元素录井资料进行了充分利用，实现了混杂在岩屑里面的钻井掉块所处井深度的还原。

相对于现有技术本发明的主要优势在于：

(1)准确性，本发明采用了三种相似度度量的方法进行综合评价，避免了单一的相似度度量方法因采用的度量原理不同而带来的误差；同时也避免采用了一些不太适合用于掉块的深度还原的相似度评价方法，例如马氏距离法(建立在总体样本的基础上，无法针对掉块元素录井数据，对各个井深的岩屑样品的元素录井数据逐一进行相似度对比，无法用在掉块深度的还原评价上)，汉明距离法(一般用于字节码)，余弦相似度法(对单个元素含量的数值不敏感)，切比雪夫相似度法(取岩屑和掉块各个元素相对距离绝对值的最大值，评价较为片面)等，本发明提出的三种方法进行综合评价，结果相对准确、可靠。

(2)实时性，本发明以元素录井数据为基础，故能在随钻取样后及时进行掉块所处井深度的还原，通过还原的掉块深度信息，间接了解井下的作业情况。

(3)简洁性和低成本，本发明无任何实验分析的额外费用，易操作，通过简单的几次数学运算即可出结果，掉块深度的还原结果快，同时，本发明提出的方法易于做成简单的GUI界面，可供不懂技术的业务人员进行快速地钻井掉块的井深度还原，操作简单。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、获取不同井深岩屑样品的元素录井数据和钻井掉块的元素录井数据；

步骤二、分别计算所述岩屑样品中不同元素的含量，以及分别计算所述钻井掉块中不同元素的含量；

步骤三、通过多种相似度评价算法，分别筛选出与所述钻井掉块的元素相似程度最高的钻井岩屑样品，作为初步筛选样品集；

步骤四、根据所述初步筛选样品集中的岩屑样品对应的井深确定钻井掉块深度的还原值。

2.根据权利要求1所述的基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，其特征在于，在所述步骤三中，通过三种近似度评价算法，得到所述初步筛选样品集，包括如下步骤：

步骤1、通过第一种近似度评价算法计算所述钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离，得到钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离第一相似距离集合；

通过第二种近似度评价算法计算所述钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离，得到钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离第二相似距离集合；以及

通过第三种近似度评价算法计算所述钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离，得到钻井掉块的元素与不同井深钻井岩屑的距离第三相似距离集合；

步骤2、分别筛选出所述第一相似距离集合中的最小值、所述第二相似距离集合中的最小值及所述第三相似距离集合中的最小值，得到所述初步筛选样品集。

3.根据权利要求2所述的基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，其特征在于，所述第一相似距离为：

其中，k表示录井数据中的元素种类；x_mi表示编号为m的岩屑样本对应元素i的占比值，y_ni表示编号为n的掉块样本对应元素i的占比值。

4.根据权利要求3所述的基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，其特征在于，所述第二相似距离为：

其中，k表示录井数据中的元素种类；x_mi表示编号为m的岩屑样本对应元素i的占比值，y_ni表示编号为n的掉块样本对应元素i的占比值。

5.根据权利要求3或4所述的基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，其特征在于，所述第三相似距离为：

其中，k表示录井数据中的元素种类；x_mi表示编号为m的岩屑样本对应元素i的占比值，y_ni表示编号为n的掉块样本对应元素i的占比值。

6.根据权利要求5所述的基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，其特征在于，所述录井数据中的元素至少包括钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、钾、钙、钡、钛、锰、铁、钒、镍、锶和锆。

7.根据权利要求6所述的基于相似度综合评价的钻井掉块深度还原的方法，其特征在于，在所述步骤四中，确定钻井掉块深度的还原值，包括：

确定初步筛选样品集中的岩屑样品对应的井深S1、S2、S3；

如果S1、S2和S3至少有两个值相等时，确定钻井掉块深度的还原值为S1、S2和S3中相等的值；

如果S1、S2和S3互不相等，则选取根据所述第一相似距离的最小值对应的井深S1作为钻井掉块深度的还原值。

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