基于Forward平台的固井资料预处理研究

黎泽刚，尹有华，李金勇，陆媛姬 （中石化西南石油局测井公司，四川成都610100）

大多数行业测井软件在资料预处理时并未将固井资料作为单独的模块研究[1～4]，以临盘地区为例，目前固井资料预处理的方法主要依靠手工干预方式。手工干预方式除完成深度校正外，还需处理磁定位曲线中夹杂的一些噪声信号。该方式低效、繁杂，面对紧张的生产节奏，精度与速度这一矛盾问题日益突出。另外，临盘地区后期开采主要采取电缆射孔方式，电缆射孔的深度往往依据固井资料所提供的磁定位曲线；如果磁定位曲线深度误差过大，将可能产生误射或储层段射孔不完全等现象，直接影响到油气藏的开采。为此，笔者基于Forward平台开展了针对固井资料预处理的技术研究。

1 自动磁定位噪声信号消除方法研究

1.1 磁定位测量原理及噪声的产生

磁定位测井应用电磁感应原理，系统主要由永久磁铁和测量线圈组成，用来探测井中套管与套管间接箍的位置，其曲线主要用来解释套管接箍的实际井深，为电缆射孔提供深度依据[5]。

图1 磁定位结构及工作示意图

在测井过程中，当磁定位器通过套管接箍处时 （示意图见图1（a）～（e）），由于套管接箍处金属壁变厚，引起永久磁钢磁通的变化。当进入接箍变厚段时，通过线圈的磁力线增多，变化的磁力线切割线圈绕组，产生一个感应电动势。当磁定位仪器离开接箍变厚部位时，通过线圈的磁力线减少，在线圈中产生一个反极性感应电动势，这时形成一个感应电位峰值，即为接箍测量信号，也是笔者所提到的有效信号。如图1（e）中图形上部所示，信号频率近似为1Hz。由于某些套管原因，如：套管壁被局部腐蚀、附着泥沙油污，导致管壁表面凹凸不平；或套管管壁内部存在沙眼、气孔、隐性裂缝等缺陷，导致局部管体密度不均；或套管局部被磁化等，测井时也会形成一些信号，如图1（e）中图形下部所示，也就是笔者所提到的噪声信号。如果噪声信号过大，会使得接箍磁定位信号完全淹没于噪声中而无法识别，严重影响磁定位曲线的质量。

1.2 实现方法

自动磁定位噪声信号消除模块的设计原理是设法进一步放大有效信号，而抑制噪声信号，其目的是能形成一条清晰、无噪声干扰的磁定位曲线。设磁定位曲线信号g（x，y）是由有效信号f（x，y）和噪声信号e（x，y）叠加而成[6，7]，即：

假设各点的噪声是互不相关的，且具有随机性。初步通过阈值将磁定位曲线信号分为2部分：g1（x，y）和g2（x，y），一部分是完全没受干扰的有效信号f1（x，y），另一部分是由信号很弱的有效信号f2（x，y）和噪声信号e（x，y）组成，即：

在搜索算法中，通过搜索步长m，C1＜m＜C2（其中，C1为最小平均套管长度，m；C2为最大平均套管长度，m），对g2（x，y）信号进行有效信号的放大和噪声信号的抑制，则：

式中，E｛｝为磁定位曲线消除噪声后的阈值；λ1为放大系数；λ2为抑制系数。其设计流程见图2。

图2 自动磁定位噪声消除流程图

2 自动深度校正方法研究

2.1 自动深度校正的原理

对于进行深度校正的2条曲线，相当于等长的2个离散的序列xn（n＝1，2，…，N）、yn（n＝1，2，…，N）各有N个采样点。由于2条曲线之间存在一定的深度误差，同一深度序列点对应的相关系数不能反映两者的相关性[8～10]。设yn相对于xn的深度差为M（即yn＋M＝xn），则深度对应后的曲线序列分别为：

考虑深度误差的相关系数γxy为：

按照用户给定的探索长度和窗长在基本曲线段内与对比曲线进行相关对比，计算这2段曲线的相关系数γxy。将对比曲线段向下移动一个采样点，按照同样的方法取N个采样点计算相关系数γxy1，γxy2，…，γxyN，直到向下移动一个采样点时对比曲线段超出了探索范围为止，共计算出N个相关系数。把相关系数最大的对比段作为最佳对比段，并将中点的深度点作为对比深度点，计算出高程差。然后将基本曲线和对比曲线分别向下移动一个步长，重复以上的对比工作。该段曲线处理结束后，再选取另一段曲线进行处理，直至全井处理结束为止。

2.2 实现方法

首先将搜索窗长设计为可变的[11，12]，在基本曲线与对比曲线上截取相同的一段（如N个采样点），随着对比的进行，将基本曲线段的相关窗长依次减少τ个采样点（τ＝0，1，2，…，N－M′，M′＝最小套管长度/采样间隔 ）。基本曲线与对比曲线所截取的相同长度的数据列分别为：

图3 自动深度校正流程图

不难看出，对比窗长随着时移τ值的增加而减小（τ＝0，对比窗长为N；τ＝1，对比窗长为N－1，…；τ＝N－M′，对比窗长为M′）。采用这种窗长相关对比的优点是，窗长始终在大于最小套管长度的条件下进行相似性分析，且充分考虑了每根套管的拉伸/压缩量，并满足套管间拉伸/压缩量小于0.2m这一约束条件。因此找出2段曲线中相似性最大部分的时候，减小了局部误差，其设计流程见图3。

3 应用实例分析

基于Forward平台的固井资料预处理技术在临盘地区已经得到较广泛应用，目前累计处理井11口，取得了较好的实用效果。

3.1 噪声信号的处理

由于该工区套管在井场放置时存在被局部磁化的现象，导致固井质量检查测井时磁定位曲线干扰较大，有时噪声信号比接箍信号还强，使得接箍磁定位信号难以识别。所以在提交资料前均由解释工程师手工编辑、精细处理，既费时又费力。

M1井是工区一口采油井，完井后采用直径139.7mm、钢级N80、壁厚7.72mm的套管固井。2011年6月11日对该井600.0～2652.0m进行固井质量评价测井，资料预处理时发现全井段磁定位曲线每根套管内均叠加出2个较大的噪声信号。在噪声信号的影响下，部分井段还存在接箍信号弱的特点，如1896.7m接箍处 （图4）。采用自动噪声信号消除模块处理后，噪声信号得到了有效的抑制。图4提供了2种不同噪声抑制倍数的处理结果，从对比效果看，该井磁定位曲线在噪声被抑制5倍后接箍信号显得更清晰，达到资料提交的最佳效果。从工作效率来说，如果选用传统人工编辑的方式处理600.0～2652.0m的井段可能需要花费至少2h，采用计算机自动处理后能在几分钟内轻松完成，极大地提升了工作效率。

图4 M1井磁定位噪声消除效果对比 （注：CCL为磁定位）

3.2 自动深度校正

完井电测和固井质量评价测井始终存在一定的深度误差，主要原因是二次测井时的压井液密度、黏度、浮力和摩擦阻力等参数不同。另外，井斜的大小、井身结构、井下仪器挂卡现象、测井速度的快慢也会不同程度地引起测井深度误差。

大部分测井行业软件在深度校正时 （如以伽马曲线为校深曲线），主要考虑固井伽马和完井伽马的相关性分析，执行自动处理时并未考虑拉伸/压缩量在一根套管范围内磁定位曲线的变化。在以电缆射孔为主的区块，如果拉伸/压缩量超过0.2m，不利于后期射孔作业，严重时会发生误射的可能。就临盘地区来说，目前开采的储层以薄互层居多，最小厚度只有0.4m，电缆射孔时如果磁定位曲线误差偏大，可能出现完全射不到储层或射孔不完全等现象，直接影响到油气藏的开采。

笔者提到的自动深度校正是在相关性分析的基础上，以磁定位曲线的拉伸/压缩量为约束条件，始终将每根套管深度拉伸/压缩量射孔深度误差控制在0.2m范围内，尽量减小局部误差。

图5给出了M2井自动相关分析形成的校深曲线，为满足每根套管的拉伸/压缩量不超过0.2m这一约束条件，所以在相关性分析时给定的窗长均大于或等于最小套管长度。从1210.0～1290.0m完井伽马和固井伽马间形成的校深曲线看，校深间隔一直小于最小套管的长度 （注：M2井选用最小套管长度10.45m），避免局部出现曲线严重变形的情况。

图5 M2井校深曲线相关性分析结果图

表1列出了M2井部分井段固井资料深度校正到完井深度上所需要的校正量大小，自动处理时，所有的相关曲线，如伽马、磁定位、声幅及变密度的校正，就是按照模块运行后形成的校正量执行完成。

表1 M2井固井资料深度校正对比表

图6为M2井深度自动校正前后曲线对比图，可以看出，校正后曲线整体深度已经匹配到完井伽马上，且各曲线无畸变、突变，达到较理想的校正效果。值得说明的是，作为校深依据的伽马曲线如果统计起伏太大，在相关性分析时很可能两者始终得不到较高的相关系数，这时需要采取人工干预的方式解决。

图6 M2井深度校正前后曲线对比图

3.3 套管拉伸/压缩量误差分析

图7给出了M2井深度自动校正后每根套管的拉伸/压缩量误差分析，从中可以看出，套管拉伸/压缩量的校正值最大0.19m，最小0.04m，均小于0.2m，其误差值满足设计要求。

4 结论与建议

1）基于Forward平台的固井资料预处理技术研究，是对该系统的一种有效补充。

2）从磁定位原理出发，通过对磁定位特征信号的分析、提取，有效抑制噪声信号，提高了信噪比。自动校正方法在传统研究的基础上，始终以套管的拉伸/压缩量小于0.2m为约束条件，达到减小局部深度误差的目的。

图7 M2井磁定位曲线套管拉伸/压缩量误差分析

3）从临盘地区11口井生产应用情况看，固井资料实行计算机自动化预处理相对手工干预方式来说，省时、快捷，极大地提高了工作效率，值得在以电缆射孔方式为主的其他油田及区块借鉴应用。

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