测井资料标准化方法研究

时间：2024-07-28

辛炯垄，刘红岐，张雨桐，张攀

（西南石油大学地球科学与技术学院，四川成都 610500）

在数学等领域，标准化数据按一定比例缩放，落入特定范围，且认为归一化为其特殊的一种形式，数据映射到0至1区间[1]。在能源行业，尤其在测井方向，归一化却“不属于”标准化的一部分，众多学者对此稍有误解。

归一化是由数据处理方便而提出，即数据经过运算缩放至[0，1]范围内，使处理过程更便捷。归一化也是简化计算的一种途径，可将有量纲的表达式转换为无量纲，便于数据的加权比较。在测井资料解释工作中，尽管资料经过了曲线编辑等预处理，但因测井仪器刻度不精确、非正确操作，仍会存在系统误差。在环境校正后，有必要对研究区测井数据进行标准化，减小或消除此类影响，这是仪器标准化的延伸。测井资料标准化是保证解释准确性的重要工作。

1 标准化

测井曲线标准化最初由Connlly提出，后续学者先后发表文章，探讨标准化方法，Doveton 等进一步提出定量处理方法-趋势面分析法，用于标准化。其实质是利用“同一区域的相同层段的地球物理特征相似，测井数据的分布规律也应相似”这一假设作为依据。目前，在储层评价和油藏描述过程中，常用直方图及趋势面分析法等对测井资料完成标准化处理[2-3]。

1.1 直方图法

理论依据为，在研究区域内，标准层某一测井响应特征基本无变化，对应的直方图峰值或频率分布亦如此。测井资料经环境校正后，首先确定研究区内关键井的标准层，然后作出该层某一测井曲线的直方图，以此为标准化的刻度标准。分析每口井标准层测井数据的分布特征，依次与标准图进行比较。若两者相关性好，表明该井的测井数据正确，无需校正。重合效果差，则该井测井数据测量时可能存在刻度误差，需计算由此误差造成的数值偏差，峰值差值即校正量。最后，在原始值基础加减该值完成标准化。

此法在现场应用广泛，但一般用于数据定性比较阶段，误差较大。目前该方法常与交会图法结合使用，标准化效果得到有效提高。

1.2 均值-方差法

以两组环境校正后的数据为例，设关键井中标准层某一曲线的正确测井数据为：X1，X2，…，XN。待处理井中标准层中相同曲线的测井值为：Y1，Y2，…，YN。两组数据均服从某种分布（如正态分布），效果更好。假设Y系列数据的正确值为Z系列，即Z1，Z2，…，ZN，两者为线性关系，以Z=aY+b表示。当X和Z的均值及方差相同时，求得系数a和b。

当两者均值一样E(X)=E(Z)，方差相同E(X)=E(Z)(X)=V(Z)时，根据数理统计原理，有：

由上式得：

其中，X和Y系列的均值及方差均可求得，带入线性公式便可对全井标准化处理。该法需区域内存在较理想的标准层，且关键井中该层数值误差小。若测井值无法达到要求的质量，可假定该层的理论物理值为平均值，方差取经验值。

1.3 交会图法

常用于标准化有M-N和中子-密度交会图。以M-N交会图为例：

式中，Δtf、ρf、Φf为流体声波时差、密度及中子值；Δt、ρb、ΦN为声波、密度和中子测井值。

标准化时，建立以多井数据为基础的M-N交会图（N为横坐标），根据整体特征确定标准M-N交会图，亦可以关键井标准层为准。将待校井与标准M-N交会图重叠，根据数据的漂移情况，校正单井。若单井数据在Y轴方向与标准交会图存在垂向偏差，需校正声波时差测井值；假如数据点沿X轴方向相比标准范围存在偏移，应校正中子测井数据；最后，若数据分布沿对角线与标准图不吻合，则表明密度测井应该标准化。使用M-N交会图法的前提是三孔隙度测井资料必须齐全，缺一不可。

1.4 趋势面分析法

本方法以研究对象的某一项物理参数的测量数据为基础，来分析其相关的空间分布特征与变化规律。对某一油田而言，实际地质参数在横向上均会存在些许变化，即地层中的测井响应并非一成不变，通常依某种规律渐变，称为趋势面变化。标准层测井响应的多项式回归趋势面，与地层原始趋势面相关性好，可认为一致。若趋势面分析结果中，残值均为随机变量，则主要受测量或刻度误差影响；如果存在异常残差，为岩性变化造成的。

设Z(x，y)为研究的地质特征，(x，y)表示平面上任一点坐标，地质特征包括代表区域整体趋势的趋势值Z*(x，y)与反映局部变化特征的剩余值e。

已知xi，yi，zi，i=1，1，…，情况下，通过回归分析求得f(x，y)，使Q值最小。

其中f(x，y)为所得一个回归面为测井趋势值，残差为剩余值。

具体应用时，先根据假设的回归面多项式方程，由拟合度R的变化程度确定多项式的次数，变化平缓时的次数为最佳。按回归方程求得标准层的趋势值Z*，ΔZ=Z*-Z即为校正值，经过标准化后的测井值为ΔZ=+Z。

该方法基本达到了定量处理的效果，只是运用过程稍显复杂。此外，为便于纵向对比，利用块金效应标准化的变异函数效果较好。

建立各类测井资料的油田标准分布模式后，选用合适的相关分析方法对油田各单井的数据进行标准化，实现对非地层因素的校正。直方图法、均值-方差法等在同一构造岩石物理相的局部区域内适用，而趋势面分析法适用于不同构造岩相。标准化后的测井值能最大程度地贴近地层真实值，为地质、地震、测井、开发等多学科对油田的后续勘探及开发研究提供可靠的数据来源。测井资料也是建立初始解释模型的基础资料和地质分析的基本依据，测井资料的质量直接影响着地震反演工作中的精细层位标定、反演子波提取及反演结果等众多环节。

2 标准化-归一化

在测井数据分析处理过程中，常见思路为先对野外采集的测井数据标准化，再利用处理后数据进行归一化、多元函数等计算，如使用归一化方法计算泥质含量，或数据归一化后用于神经网络分析等用途。作者认为某些情况下，也可先归一化处理，再标准化。在碎屑岩中，常可通过自然电位曲线的正、负异常现象（与泥岩基线比较）来判断岩性、划分渗透层在测量刻度过程中存在。但基本无人使用其数值来进行后续分析，因为自然电位在测量刻度过程中，人员习惯差异、不同公司仪器等因素，同一区域的井，常会出现自然电位均为正、均为负、有正有负的现象，无法进行标准化，不便于数据分析。若先将所有井的自然电位值归一化至相同区间内，再进行标准化处理，得到的数据便可用于后续分析研究，解决了长久以来自然电位曲线仅看曲线形态来进行测井分析的窘境。