李富強(qiáng) 劉尊文 王 博 張勝鵬 張 昕

（1.西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249；3.西部鉆探定向井公司，克拉瑪依 834000）

我國(guó)非常規(guī)油氣資源豐富，但儲(chǔ)層多變，存在較高不確定性，并且部分儲(chǔ)層為薄油藏和邊際油藏等難動(dòng)用儲(chǔ)層，存在儲(chǔ)層鉆遇率低的問題。針對(duì)這些復(fù)雜的油氣資源，水平井開采有能夠有效提升產(chǎn)量和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，因此被廣泛應(yīng)用到油氣開采作用中[1]。隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，對(duì)大斜度井、水平井鉆井實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向要求日益提高，利用隨鉆伽馬成像測(cè)井技術(shù)，可以及時(shí)判斷鉆頭所在地層位置，及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)軌跡，保證鉆頭盡可能在有利儲(chǔ)層內(nèi)鉆進(jìn)，起到提高鉆進(jìn)速度、油氣產(chǎn)量以及采收率的目的[2]。本文基于Matlab軟件的數(shù)據(jù)計(jì)算以及圖形處理功能，對(duì)所測(cè)量不同深度離散隨鉆方位伽馬數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理、數(shù)據(jù)整合，并與符合地質(zhì)測(cè)井的色圖進(jìn)行匹配，經(jīng)圖像插值處理后得到隨鉆方位伽馬測(cè)井圖像，從而判斷不同巖層地質(zhì)屬性，旨在提升鉆井地質(zhì)工作效率。

1 隨鉆方位伽馬技術(shù)原理

傳統(tǒng)隨鉆伽馬測(cè)量?jī)x是在隨鉆測(cè)量工具內(nèi)安裝自然伽馬探測(cè)器，從而獲取周圍巖層放射出的伽馬射線，由于無(wú)法控制工具方向性，測(cè)量參數(shù)反映出軌跡很多時(shí)候已經(jīng)不在目標(biāo)層，不能確定鉆頭從上面出層，還是從下面出層，因此也無(wú)法起到重返目標(biāo)層的作用[3]。而隨鉆方位伽馬探測(cè)器則采用鉆鋌式安裝結(jié)構(gòu)，將一個(gè)或多個(gè)伽馬探測(cè)器對(duì)稱安裝于鉆鋌外壁缺口中，在鉆井過(guò)程中通過(guò)旋轉(zhuǎn)測(cè)量工具測(cè)量自然伽馬射線的方位值，測(cè)量時(shí)要求儀器緊貼井壁，以求最大限度消除井眼內(nèi)泥漿和間隙影響[4]。在鉆具旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，探測(cè)器隨鉆鋌一起旋轉(zhuǎn)，利用井下扇區(qū)方位測(cè)量系統(tǒng)分時(shí)、分區(qū)累計(jì)來(lái)自各對(duì)應(yīng)地層的自然伽馬，經(jīng)過(guò)實(shí)體刻度及修正技術(shù)得到國(guó)際通用的API數(shù)據(jù)，用于計(jì)算對(duì)應(yīng)地層泥質(zhì)含量[5]。另外再通過(guò)定向傳感器，將8個(gè)扇區(qū)測(cè)量值與上、下伽馬值匹配，進(jìn)而確定伽馬傳感器上、下兩個(gè)方位伽馬測(cè)量值，最后將各個(gè)扇區(qū)伽馬數(shù)據(jù)生成地質(zhì)圖像以及實(shí)時(shí)上傳上、下伽馬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而確定在不同巖性中，如何調(diào)整鉆頭軌跡，以求其以最快速度重新鉆回儲(chǔ)集層中，系統(tǒng)示意圖如圖1所示[6]。

圖1 方位伽馬測(cè)量原理示意圖

2 隨鉆方位伽馬圖像的生成

隨鉆方位伽馬測(cè)井圖像生成過(guò)程是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，需要將隨鉆方位伽馬測(cè)井儀得到的井下數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、插值運(yùn)算、數(shù)據(jù)整合、色度標(biāo)定等措施才能顯示成像，最后還要根據(jù)圖像顯示效果進(jìn)行評(píng)估，判斷是否需要對(duì)圖像進(jìn)行去躁、濾波以及圖像插值等一系列方法處理，從而增強(qiáng)圖像質(zhì)量，便于后期地質(zhì)分析工作[7]。一次完整的處理成像流程框架如圖2所示。

圖2 流程框架圖

通過(guò)隨鉆方位伽馬測(cè)井儀得到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在txt文件中的，首先通過(guò)importdata函數(shù)將數(shù)據(jù)讀入Matlab中，為便于后期數(shù)據(jù)處理，需要將其中測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中英文字符串分開，得到原始數(shù)據(jù)矩陣D、不同列向量深度、井斜和各扇區(qū)伽馬值等井下測(cè)量信息；其次由于鉆井過(guò)程中傳輸速率限制，無(wú)法采集井下全方位信息，而在每一個(gè)深度點(diǎn)上只有8個(gè)離散方位伽馬值（本文以8個(gè)扇區(qū)為例），需要進(jìn)行一些處理才能生成直觀圖像形式，為了使圖像能夠真實(shí)反映井下全方位情況，需要對(duì)不同深度離散的8個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，獲得連續(xù)方位伽馬曲線，Matlab常用的插值方式有l(wèi)inear線性插值、nearest臨近插值、spline三次樣條插值和pchip三次Hermite多項(xiàng)式插值等，通過(guò)對(duì)比不同插值方式特點(diǎn)，本文選用Matlab的interp1的spline三次樣條插值進(jìn)行處理，選用該插值方式既能保證所測(cè)得離散伽馬數(shù)據(jù)真實(shí)，又能得到一系列一階、二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)光滑曲線。通過(guò)在區(qū)間內(nèi)每隔1°取插值點(diǎn)，循環(huán)逐一調(diào)用原始數(shù)據(jù)矩陣D的行向量對(duì)每一個(gè)深度點(diǎn)的離散的8個(gè)數(shù)據(jù)值進(jìn)行一維三次樣條插值，來(lái)表達(dá)井下360°全方位伽馬值變化情況，某深度點(diǎn)插值曲線如圖3所示。

圖3 某深度點(diǎn)插值曲線

將經(jīng)過(guò)插值處理的伽馬數(shù)據(jù)按坐標(biāo)深度整理成井下全方位伽馬數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)矩陣Q，以便后續(xù)與特定顏色矩陣進(jìn)行色度標(biāo)定。為達(dá)到最佳視覺效果，突出井下巖層信息，需要找到符合地質(zhì)成像特點(diǎn)的色圖，參照斯倫貝謝公司heat色譜條，本文選用Matlab圖像處理系統(tǒng)colormap的hot色圖，該色圖是由64×3個(gè)實(shí)數(shù)顏色矩陣表示，實(shí)數(shù)的大小在0到1之間，每一行是定義一種顏色的一個(gè)RGB向量。該色譜該的顏色由從黑色平滑過(guò)度到紅色、橙色、黃色，最后到白色，其中選擇淺色表示低伽馬值，深色表示高伽馬值[8]。通過(guò)colorbar語(yǔ)句顯示色譜條如圖4所示。

圖4 colorbar色譜條

選擇好合適色譜之后，將選定的hot色圖顏色矩陣中元素與數(shù)據(jù)矩陣中的元素，根據(jù)數(shù)值大小完成映射關(guān)系，從而進(jìn)行色度標(biāo)定，初步生成隨鉆伽馬測(cè)井圖像。本文通過(guò)Matlab的imagesc函數(shù)，將伽馬數(shù)值矩陣中數(shù)值大小轉(zhuǎn)化為選定色譜中不同的顏色，進(jìn)而完成色度標(biāo)定，通過(guò)lable語(yǔ)句規(guī)定變量x是以方位角為邊界，變量y為井深為邊界，基于40組伽馬模擬數(shù)據(jù)初步生成井深603～615m的隨鉆伽馬測(cè)井圖像，如圖5所示。

3 隨鉆方位伽馬圖像的處理

在完成初步隨鉆伽馬測(cè)井圖像后，需要對(duì)成像效果進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)觀察可以看出圖像成像質(zhì)量較差，不同伽馬值之間對(duì)應(yīng)顏色過(guò)渡不明顯，存在階梯現(xiàn)象，這是由于整個(gè)區(qū)間插值點(diǎn)選取數(shù)量相對(duì)較少引起的，此外相鄰插值點(diǎn)之間可能存在數(shù)值階躍現(xiàn)象，所以需要對(duì)生成圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，提高圖像的質(zhì)量[9]。通過(guò)Matlab圖像處理工具箱的interp2二維插值函數(shù)linear最鄰近插值法，利用已知鄰近像素點(diǎn)色度值來(lái)生產(chǎn)未知像素點(diǎn)色度值，從而在不增加新像素點(diǎn)的情況下，對(duì)原有像素進(jìn)行重新分布，使得原始圖像再生成具有更高分辨率的圖像，從而消除相鄰插值點(diǎn)之間可能存在數(shù)值階躍問題以及不同顏色之間的階梯現(xiàn)象，使得圖像平滑過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)了圖像質(zhì)量提高目標(biāo)，為后續(xù)測(cè)井圖像應(yīng)用解釋提供準(zhǔn)確地質(zhì)資料，圖像處理效果如圖6所示。

圖5 初步生成的隨鉆伽馬測(cè)井圖像

圖6 處理后的隨鉆伽馬測(cè)井圖像

4 結(jié)語(yǔ)

隨鉆方位伽馬成像測(cè)井是非常規(guī)油氣藏開發(fā)的重要技術(shù)手段，本文通過(guò)一維interp1插值函數(shù)的spline三次樣條插值方式，將井下離散伽馬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠反映井下全方位信息的插值曲線，并根據(jù)不同深度整合成完整數(shù)據(jù)矩陣與選定hot色譜進(jìn)行色度標(biāo)定，初步生成隨鉆伽馬測(cè)井圖像。接下來(lái)，借助Matlab的interp2二維插值函數(shù)，對(duì)原有圖像插值處理進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)比前后圖片，發(fā)現(xiàn)處理后光譜圖消除了原有的階梯現(xiàn)象，不同顏色之間能夠平滑過(guò)渡。與目前市場(chǎng)上的斯倫貝謝GeoFrame、阿特拉斯eXpress以及中油測(cè)井LEAD等軟件平臺(tái)相比，本文借助Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)及圖像處理能力，實(shí)現(xiàn)了隨鉆方位伽馬測(cè)井儀數(shù)據(jù)生成功能，從而更加直觀反映了井下不同巖層信息圖像，為后續(xù)地質(zhì)鉆井提供良好的技術(shù)支持，也為商業(yè)化軟件發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。