数学建模 测井曲线自动分层问题

基于测井曲线自动分层的岩性识别方法研究吴非1王卫1王佳琦2摘要：根据测井曲线数据，运用移动平均方法实现自动分层，再对得到的分层数据，采用交会图、BP神经网络、支持向量机这三种岩性识别方法，对比分析每种方法使用相同的测井资料作为样本，对相同的测井数据做预测分析，与此同时与MATLAB识别结果进行对比，从中选出比较合适的岩性识别方法。

关键词：测井数据；曲线分层；交会图；BP神经网络；支持向量机；岩性识别1 绪论地层岩性识别在水平井与地层关系解释、及随钻导向评价等方面具有的重要的研究意义。

目前，可以通过岩屑录井、取芯和测井资料的处理解释等方式来获取地下三维空间的岩性信息]。

在岩性识别过程中，主要以SP、GR、AC、RT、DEN和CN等曲线作为岩性响应特征数据，实现对测井曲线分层、岩性识别和预测进行分析。

而测井曲线分层、不同岩性识别方法对识别结果影响很大。

测井曲线分层一直是关注的热点。

目前，测井曲线分层主流的方法有人工智能、数理统计和非数理统计等方法。

雍世和认为测井曲线的数值变化不大的可以归为同一层，不同的层其差别比较大，就是所谓的层内差异法，基于统计学方法的测井曲线分层有李广场的有序聚类分析和Danilo R.Velis的变点分析法。

阎辉等提出了小波变换方法的非数理统计方法。

近年来人工智能的兴起，相关的算法也在测井曲线分层中有较多方法的应用，如刘春桃等提出了基于神经网络的测井曲线分层方法，梁亚纳等提出了基于支持向量机测井曲线分层方法等。

上述方法各有优劣，数理统计方法计算量大，但数学理论严密；非数理统计方法一般只考虑局部或整体，不适合于多因素综合；人工智能方法受样本数据影响较大，如果样本训练准确率较高，则识别的效果相对较好。

岩性识别方法更是受专家和学者探讨和研究的热点之一。

国内外关于这两方面的研究比较成熟，交会图技术法是利用测井资料进行岩性识别的常用方法[8]，随着IT技术的发展和多学科的交叉融合应用，模式识别领域的人工智能方法也被引入到岩性识别中来，比如：聚类分析法[9]、BP神经网络[10]等方法。

测井曲线自动分层问题测井曲线自动分层问题摘要本问题要求以1号井建立数学模型，对第2号至7号井进行自动分层，并与人工分层结果进行比较。

确定合适的数学模型后，再对第8号至13号这些未人工分层的井进行自动分层。

本文的研究包括三个部分：模型准备、已人工分层井的模型建立与求解以及未人工分层井的模型建立与求解。

模型准备中首先对数据进行了筛除、中值滤波和归一化，使数据受干扰更小，之后通过主成分分析，加权平均出一个新主成分曲线作为综合测井指标。

已人工分层井模型中，首先应用了层内差异法对1号井进行细分层,其分层结果局部过细，因此再应用聚类分析进行并层处理，使一些过细的分层与临近合并，得到合理结果。

之后与活度分层法进行对比，最终确定了层内差异结合聚类并层作为最终分层方案。

当有人工分层结果时，可以参考进行层名对应确定，但面对一个未知的井时，层名确定就是新的问题。

在未人工分层井模型的建立与求解中，提出了利用纯泥岩这个具有鲜明特征的地质现象作为定位标记，用来定位长71层。

在未人工分层井模型中，首先应用之前成熟的层内差异结合聚类并层得到不含层名的分层结果后，利用纯泥岩经验，确定长71层，以此为突破，先后推理可确定所有层名。

上述模型，应用在已人工分层的井上，和人工分层吻合得很好，比较成功。

应用在未人工分层的井上时，结果合理，分层清楚均匀。

层内差异和聚类并层结合使用，既能保证分层准确又可使层次合理，问题得到了很好地解决，但是极个别会出现两层合并的现象。

最后我们对所有井进行井层剖面展示和简要分析，以新的角度看到所有井的层面分布和地形变化。

本文编程和数据处理在Matlab和Excel中完成，绘图在“卡奔”地质研究软件中完成。

关键字：主成分分析层内差异聚类层名对应活度函数分析1问题重述地质人员通过经验，从一定深度开始对井进行井层划分和命名，通常这些工作都是通过人工来进行的，即人工分层方法。

该方法费时费力，且分层取值过程中主观性较强，会因为不同的个人标准出现不同分层结果。

测井曲线自动分层问题摘要在地球物理勘探中需要利用测井资料了解地下地质情形，其中测井曲线分层是第一要完成的基础工作，本文那么为进行此类大量工作而作探讨。

模型一从有效、有效的角度, 论述了测井曲线自动分层的步骤和人工分层的判别分析法。

采纳值滤法和归一法, 以此来排除因测量误差对模型的干扰。

建模期论述了模糊数学模型，新切近度公式在自动分层模型设计中的应用, 实现了测井曲线的自动分层, 模型计算期采纳主成份分析和聚类分析法，使理论取得有效的应用, 同时也验证了模型的可行性和有效性。

模型二通过先对测井曲线数据进行人工挑选，去除对结果阻碍不大的部份，通过网上查阅大量数据，得知GR和RT对分层最有阻碍，其中RT次于GR。

因此给予GR系数为0.9，RT系数为0.1，组合出一条新的测井曲线，再通过人工去除首尾毛刺，使数据更精炼，再通过中值滤波，归一化处置后，取得较明显的曲线，最后写极值分层指标函数和方差分层指标函数（程序见附录）进行两次分层，给出2至7号井的分层结果，最后用聚类分层方式做分层处置。

误差分析说明1至7号井的自动分层结果与人工分层结果吻合地专门好，模型是合理的。

关于问题二，咱们依照问题一中模型的不足作了改良，给出了8至13号井的分层结果并对结论作了大量的讨论。

关键词：测井曲线聚类分析中值滤波极值主成份分析一、问题重述在地球物理勘探中需要利用测井资料了解地下地质情形，其中测井曲线分层是第一要完成的基础工作。

测井曲线分层的目的是为了在尔后的研究中，便于对具有不同特点的地层确信研究目标，和确信将要重点研究的地层，统一不同井号的研究范围。

通常，在一个区域内，通过前期地质研究工作，结合各类测井数据，第一对最先开发的参考井进行详细研究。

一种测井数据，都反映了地质结构的特点和地层的转变，地质人员通过体会，综合各类测井数据反映的地层特点，将井从必然深度开始，对井进行井层划分和命名，如1号井从距井口深294米处开始，依次往下，定名为长3一、长3二、长33、长4一、长4二、长6一、长6二、长63、长7一、长7二、长73、长8一、长8二、长9一、长92等地层。

测井曲线的自动分层问题摘要本文研究了根据人工分层标准，利用计算机实现测井曲线自动分层的问题。

为了建立合理、合适的数学模型，首先利用人工智能方法建立有导师监督的科荷伦神经网络模型（模型一），该模型能够模拟人的思维来进行分层，理论上十分适合自动分层的问题；还利用数理统计的方法建立了层内差异法与聚类分析法相结合的模型（模型二），该模型每次能对每条曲线上的每个点进行分析，并且能够考虑整体与局部的曲线特性关系。

问题一:首先应用Kohonen自组织映射神经网络算法对测井曲线进行分层，将测井曲线数据归为输入层并进行随机训练，使竞争层的对应神经元及其邻域内的神经元受到刺激。

并以标准井为导师监督，对测井数据进行模式聚类，得出结论：该方法有强大的数据处理能力，但自动分出的层段较少，对数据识别能力不足。

然后选择层内差异法对66条测井曲线进行处理，筛选出分层能力较好的曲线，根据标准井的分层精度和数据特点，使用聚类分析法对筛选出的曲线进行聚类，得出结论：层内差异法与聚类分析法结合的分层效果比神经网络更为精细，有较高的识别能力，自动分层结果与人工分层结果近似度达到70%。

问题二:用以上两种模型对2~7号井进行自动分层，将两种方法的分层结果与人工分层结果的对比分析，决定采用层内差异法和聚类分析结合的方法对第8号~第13号井进行自动分层，得出结论：层内差异法和聚类分析相结合有助于进一步提高分层精度，且能正确识别出缺层情况，得到较为满意的分层结果。

【关键词】神经网络 Kohonen自组织映射层内差异法聚类分析法测井曲线分层1、问题重述1.1问题背景1.1.1 测井分层背景在地球物理勘探中需要利用测井资料了解地下地质情况，其中测井曲线分层是首先要完成的基础工作。

通常在一个区域内，结合各种测井数据，首先对最早开发的参考井进行详细研究。

每一种测井数据，都反映了地质结构的特点和地层的变化，地质人员通过经验，综合各种测井数据反映的地层特点，将井从一定深度开始，对井进行井层划分和命名，接着在分析随后开发的井时，也根据和参考井分层的特点和规律，依次定名。

基于有序聚类分析的测井曲线自动分层策略武汉科技大学 邹奇林 胡卫 赵亚洲指导老师：李明摘要：测井曲线的分段要求样本分类时不打乱次序，本文基于有序最优分段的理论，针对样本过大的问题首先进行中值滤波处理进而运用边缘检测的方法压缩采样点数目，对于窗口大小的选择利用BP 神经网络自我反馈寻求最佳窗口大小，在综合各种测井曲线的基础上运用主成分分析法提取主因子作为样本指标，结合有序聚类分析初步确定拟划分地层数，然后运用爬山法并做出分层数目—总变差图寻求最佳分段数，从而获得全局最优解。

最后利用Fisher ’s 判别分析进行井的地层命名，通过对分类效果进行检测，结果表明该模型求解效果精确度较高。

关键词：总变差，最优分割，边缘检测，主成分分析，爬山法，BP 神经网络 ，Fisher ’s 判别分析。

一、最优分割的介绍：1.1、测井曲线的分层问题，可以等效为对一批有序样本进行划分分段问题，这类问题的提法如下：设有一批（N 个）按一定顺序排列的样品，每一个样品测得p 项指标，其原始资料矩阵：⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⨯x x x x x x x x x X Np N N p p P N212222111211)(其中元素x ij 表示第i 个样品第j 个指标的观测值。

如果把N 个样品按顺序（不破坏序列的连续性）进行分割，其所有的可能分割方法共有：121112111-=+++-----N N N N N c c c种。

现在要求在所有的分割中找出一种分割方法，这种分割方法满足各段内的差异最小，而各段间的差异最大。

称这样的一种分割方法为最优分割法。

各段内部差异最小，即各段内的数值变化最小。

段内数值变化可用变差（类的直径）表示，样品段{1,,i i j x x x + }的变差可以表示为： )()(x x x x d ij l Tij ji l l ij -∑-==，其中∑=+-=ji l lijx x i j 11d ij 表示样品段{1,,i i j x x x + }内样品间的差异情况，d ij 越小表示段内各样品之间的数值比较接近，反之，d ij 越大表示段内个各样品数值之间的差异大，要各段内的差异达到最小，即所分成各段内的变差总和（总变差）为最小。

油、气、水层在测井曲线上显示不同的特征：1油层：声波时差值中等,曲线平缓呈平台状;自然电位曲线显示正异常或负异常,随泥质含量的增加异常幅度变小;微电极曲线幅度中等,具有明显的正幅度差,并随渗透性变差幅度差减小;长、短电极视电阻率曲线均为高阻特征;感应曲线呈明显的低电导高电阻;井径常小于钻头直径;2气层：在自然电位、微电极、井径、视电阻率曲线及感应电导曲线上气层特征与油层相同,所不同的是在声波时差曲线上明显数值增大或周波跳跃现象,中子、伽玛曲线幅度比油层高;3油水同层：在声波时差、微电极、井径曲线上,油水同层与油层相同,不同的是自然电位曲线比油层大一点,而视电阻率曲线比油层小一点,感应电导率比油层大一点;4水层：自然电位曲线显示正异常或负异常,且异常幅度值比油层大；微电极曲线幅度中等,有明显的正幅度差,但与油层相比幅度相对降低；短电极视电阻率曲线幅度较高而长电极视电阻率曲线幅度较低,感应曲线显示高电导值,声波时差数值中等,呈平台状,井径常小于钻头直径;2、定性判断油、气、水层油气水层的定性解释主要是采用比较的方法来区别它们;在定性解释过程中,主要采用以下几种比较方法：1纵向电阻比较法：在水性相同的井段内,把各渗透层的电阻率与纯水层比较,在岩性、物性相近的条件下,油气层的电阻率较高;一般油气层的电阻率是水层的3倍以上;纯水层一般应典型可靠,一般典型水层应该厚度较大,物性好,岩性纯,具有明显的水层特征,而且在录井中无油气显示;2径向电阻率比较法：若地层水矿化度比泥浆矿化度高,泥浆滤液侵入地层时,油层形成减阻侵入剖面,水层形成增阻侵入剖面;在这种条件下比较探测不同的电阻率曲线,分析电阻率径向变化特征,可判断油、气、水层;一般深探测电阻率大于浅探测电阻率的岩层为油层,反之则为水层,有时油层也会出现深探测电阻率小于浅探测电阻率的现象,但没有水层差别那样大;3邻井曲线对比法：将目的层段的测井曲线作小层对比,从中分析含油性的变化;这种对比要注意储集层的岩性、物性和地层水矿化度等在横向上的变化,如下图所示;4最小出油电阻率法：对某一构造或断块的某一层组来说,地层矿化度一般比较稳定,纯水层的电阻率高低主要与岩性、物性有关,所以若地层的岩性物性相近,则水层的电阻率相同,当地层含油饱和度增加,地层电阻率也随之升高;比较测井解释的真电阻率与试油结果,就要以确定一个电性标准最小出油电阻率,高于电性标准是油层,低于电性标准的是水层;从而利用地层真电阻率感应曲线所求的电阻率和其它资料,可划分出油气、水层;但是应用这种方法时,必须考虑到不同断块、不同层系的电性标准不同,当岩性、物性、水性变化,则最小出油电阻也随之变化;5判断气层的方法：气层与油层在许多方面相似,利用一般的测井方法划分不开,只能利用气层的“三高”特点进行区分;所谓“三高”即高时差值或出现周波跳跃；高中子伽马值；高气测值甲烷高,重烃低;根据油、气、水层的这些曲线特征和划分油、气、水层的方法,就可以把一般岩性、简单明显的油、气、水层划分出来;注解：周波跳跃现象：声波测井在含气裂缝性地层处的典型响应特征；裂缝和气显示强烈,声波会周波跳跃；当遇到气层时候,声波时差会引起周波跳跃;挖掘效应：挖掘效应是气层段中子与密度曲线交叉,分开明显的曲线特征;周波跳跃现象 挖掘效应井下地层是由各类岩石组成,不同的岩石具有不同的物理化学性质,为了研究各类岩石的物理性质及井下地层是否含有石油天然气和其他有用矿产,建立了一门实用性很强的边缘学科---地球物理测井学,简称“测井”,它以地质学、物理学、数学为理论基础,采用计算机信息技术、电子技术及传感器技术,设计出专门的测井仪器,沿着井身进行测量,得出地层的各种物理、化学性质、地层结构及井身几何特性等各种信息,为石油天然气勘探、油气田开发提供重要数据和资料;测井的井场作业如图所示,由测井地面仪器、绞车和电缆组成,通过电缆把下井仪器放到井底,在提升电缆过程中进行测量;概述分类主要方法应用" alt="地球物理测井概述分类主要方法应用" src=""width=1 height=1 real_src="" eventslistuid="e4">第一节：概述普通电阻率测井就是把一个电极系放入井内,测量井内岩层电阻率变化,用以研究地质剖面、判断油气水层;又称视电阻率测井;内容：梯度电极系、电位电极系、微电极测井主要任务：通过测井岩石电阻率的差别来区分岩性、划分油气水层,进行剖面地层对比等; 岩石电阻率一、岩石电阻率与岩性的关系不同岩性的岩石,电阻率不同;主要造岩矿物的电阻率很高,石油的电阻率很高,几乎不导电;沉积岩是靠岩石孔隙中所含地层水中的离子导电的;二、岩石电阻率与地层水性质的关系岩石骨架：组成沉积岩的造岩矿物的固体颗粒部分;沉积岩的导电能力主要取决于其孔隙中的地层水的性质—地层水电阻率;1.地层水电阻率与含盐类化学成分的关系2.地层水Rw与矿化度Cw的关系：反比与温度的关系：反比三、含水岩石电阻率与孔隙度的关系地层因素F：完全含水100%含水岩石的电阻率Ro与地层水电阻率的比值;即F=Ro/Rw该比值只与岩石的孔隙度、胶结情况和孔隙结构有关,与Rw无关;实验证明：F=a/φm其中：a—与岩性有关的系数,；m—胶结指数,随岩石胶结程度不同而变化,；例：某油田第三系一含水砂岩的电阻率为欧姆.米,地层水电阻率为欧姆.米;试求该层的孔隙度;a=,m=解：F=Ro/Rw==6F=a/φm=φ得,φ=32%四、含油岩石电阻率Rt与含油饱和度So的关系电阻增大系数I：含油岩石的电阻率与该岩石完全含水时电阻率的比值;即I=Rt/Ro对一定的岩样,该比值只与岩样的含油饱和度有关,与Rw、φ及孔隙形状无关;实验证明：I=Rt/Ro=b/Swn=b/1-Son其中：b-系数,与岩性有关n—饱和度指数,与岩性有关;例：已知某砂岩层的电阻率为14欧姆.米,地层水电阻率Rw为欧姆.米;地层孔隙度为25%;求含油饱和度So.a=b=1,m=n=2解：由F=Ro/Rw=1/φ2得Ro=Rw/φ2=2=由I=Rt/Ro=1/Sw2得Sw=Ro/Rt=14=%So=1-Sw=%=%普通电阻率测井原理一、均匀介质中电阻率的测量原理1.均匀介质中电阻率R、电流强度I与电位U的关系R=4пrU/I其中,I—点电源的电流强度U—距点电源距离为r点处的电位2.均匀介质电阻率的测量原理Rt=KΔU/I其中,K—电极系系数,只与电极系结构尺寸有关ΔU—测量电极M、N之间的电位差二、非均匀介质电阻率的测量1.泥浆侵入冲洗带：侵入带：原状地层：泥浆侵入类型：泥浆高侵：是指冲洗带电阻率Rxo明显高于地层电阻率Rt.淡水泥浆钻井的水层多位泥浆高侵;泥浆低侵：是指冲洗带电阻率Rxo明显小于地层电阻率Rt;油层多为泥浆低侵或侵入不明显;2.视电阻率RaRa=KΔU/I三、电极系按一定顺序排列的一组电极;由供电电极和测量电极组成;成对电极不成对电极单电极1.梯度电极系：在电极系的三个电极中,成对电极间距离最小的电极系; 分为：顶部梯度电极系—成对电极在不成对电极之上的梯度电极系;底部梯度电极系—之下理想梯度电极系：成对电极之间距离无限小时的梯度电极系;记录点O：在成对电极的中点上;即AB或MN的中点;电极距L：记录点到单电极之间的距离;L=OA或OM2.电位电极系：在电极系的三个电极中,成对电极之间距离较大的电极系; 理想电位电极系：成对电极之间距离无限大时的电极系;记录点O：单电极同与它最近的成对电极的中点上;即AM的中点;电极距L：单电极到与它最近的电极之间的距离,L=AM;3.电极系的表示法：符号法图示法4.电极系的探测深度：探测半径r在均匀介质中,电位电极系：r=2L梯度电极系：r=视电阻率曲线的特点及其影响因素一、梯度电极系理论曲线1.理想梯度电极系视电阻率简化公式对理想梯度电极系,MN→0,其视电阻率公式可简化为：Ra=4п.AO2Eo/I在记录点,Eo=所以,Ra=Rojo/joj其中,joj=I/4п.AO2,为均匀介质中记录点处的电流密度,常数;上式表明,在测量条件不变的情况下,所测的Ra与记录点处的电流密度、电阻率成正比; 对一定的地层来讲,记录点处的电流密度jo是引起视电阻率变化的主要因素,分析Ra曲线变化,主要分析jo变化即可;2.梯度电极系曲线特点图2-9,2-10,2-111Ra曲线对地层中部不对称,对高祖层,底部梯度电极系的Ra曲线在高阻层的底界面显示极大值,顶界面显示极小值；顶部梯度电极系则正好相反;2地层厚度很大时,对着地层中部Ra曲线出现一个直线段,其幅度值接对应地层的真电阻率Rt;3对厚度大于电极距的中厚层,其视电阻率曲线形状与厚层相似;但随厚度变薄,地层中部的直线段变小直至消失,幅度变小;二、电位电极系Ra曲线图2-12由图2-12可看出：1.电位电极系的Ra曲线对地层中部对称；曲线对着地层中点取值;当厚度h大于电极距L时,对应地层中点,Ra呈现极大值,且h越大,极大值月接近Rt；当h<L时,对应地层中点,Ra呈现极小值,不反映地层Rt的变化;要求：实际工作中使用的电位电极系的电极距小于要求划分地层的最小厚度;四、Ra曲线的影响因素1.电极系的影响不同电极系,其电极距不同,探测深度不同,泥浆、围岩等的影响不同,曲线也就不同;2.井的影响—井内泥浆Rm的影响见图2-14实际工作中,要求Rm>5Rw;3.围岩—层厚的影响4.泥浆侵入影响：高侵,使Ra增大；低侵使Ra减小;5.高阻邻层的屏蔽影响：增阻屏蔽影响视电阻率曲线的应用一、划分岩性剖面在砂泥岩剖面,利用Ra曲线的幅度差异将高阻层分辨出来,然后参考SP曲线,将显示负异常的高阻层段划分出来即为渗透层;二、求岩层的电阻率三、求岩层的孔隙度首先在Ra曲线上找出厚度很大的含水纯地层,取其Ra值,经过相应校正作为Ro,再通过水样化验或其它资料求得Rw,然后利用阿尔奇公式F=Ro/Rw,F=fφ关系求得φ;四、求含油饱和度由孔隙度测井Δt、ρ中子→F →Ro=FRw Rt →So球物理测井的分类：分为电法测井和非电法测井两种;1、电法测井：a：视电阻率、b：微电极、c：自然电位、d：微球型聚焦、e：感应测井、f：侧向测井、g：电磁波传播测井;2、非电法测井：a：声速测井、b：自然伽玛测井、c：中子测井、d：密度测井,e：井径、f：井斜、g：井温、h：地层倾角HDT、I：地层压力RFT、j：垂直地震测井VSP第二节：电法测井一、视电阻率曲线：测井时将电极系放入井下,在上提过程中测量记录一条△Vmn电位差随井深变化的曲线,称为视电阻率曲线;梯度电极系：成对电极间的距离小于不成对电极到靠近它的一个成对电极间的距离的电极系称为梯度电极系;电位电极系：成对电极间的距离大于不成对电极到靠近它的一个成对电极间的距离的电极系称为梯度电极系;底部梯度电极系在高阻层测井曲线的形状特点如下：1对着高阻层视电阻率升高,但曲线不对称于地层中点,高阻层顶界面、底界面分别在极小值、极大值的1/2mn处;2对于厚层、地层中部附近曲线出现平直或变化平缓,随地层减薄平直段缩短直至消失,该处视电阻率值接近地层真电阻率;3对于薄层,在高阻层底界面以下一个电极处,在视电阻率曲线上出现一个“假极大”,极小也比原层上移;视电阻率曲线的应用：1、划分岩层界面：利用底部梯度电极系视电阻率曲线划分岩层界面的原理是高阻层顶界面底界面位于视电阻率曲线极小值极大值以下1/2MN处;2、判断岩性：在砂泥岩剖面中,当地层水含盐浓度不是很大时,砂岩电阻率大于泥岩的电阻率,粉砂岩泥质砂岩、砂质泥岩介于它们之间;但视电阻率曲线无法区分灰岩和拉拉扯扯云岩,它们的电阻都非常大;3、地层对比和定性判断油水层：对于同一储层,如果底部梯度幅度高于4m底部梯度梯度测井曲线幅度该层可能为水层,反之则为水层;二：微电极测井微电极测井：利用特制的短电极系帖附井壁,测量井壁附近的岩层电阻率的一种测井方法叫微电极测井;微电极测井曲线的应用：1、详细划分地层：地层界面一般在曲线的转折点或半幅点2、划分渗透层,判断岩性：微电极曲线在渗层上显示正幅度差,数值中等,地层渗透率越好,二者的幅度差越大,因此可以根据微电极曲线的幅度差判断地层的渗透性好坏;各种岩性的微电极曲线特征如下：1泥岩和粘土,为非渗生地层,没有幅度差,值很低;2渗透性砂岩：渗透性砂岩在微电极曲线上显示中等幅度和较大正异常,对于含油砂岩,由于冲洗带孔隙中有残余油存在,在其它条件相同的条件下,含油砂岩比含水砂岩有较高的幅度和幅度差;3致密砂岩：渗透性很差,在微电砐曲线上读数很高,曲线呈剧齿状钙质砂岩薄层在曲线上呈“刺刀状”的突起;4渗透性灰岩：渗性灰岩与渗透性砂岩相近,但曲线幅度更高;5致密灰岩：与致密砂岩相近,曲线幅度高,呈锯齿状,并有正负不定的差异;6石膏或硬石膏：石膏或硬石膏地层电阻率高,井壁无泥饼,曲线与石灰岩相似;7盐岩：盐岩地层易溶于泥浆,使井径扩大,微电极曲线幅度低;8油面岩：油面岩处微电极曲线呈锯齿状,并且大多数为负差异,曲线幅度高于泥岩;三：自然电位测井自然电位测井：沿井剖面测量自然电位变化叫自然电位测井;影响自然电位曲线异常幅度的因素：1岩性、地层水与泥浆含盐度比值的影响;2地层厚度、井径的影响;3止的层电阻率,泥浆电阻率的影响;4泥浆侵入带的影响;自然电位曲线的应用：1、自然电位曲线在砂泥岩剖面中的应用：1划分岩层界面：从自然电位曲线特点可知,当地层厚度大于四倍井径时,自然电位曲线异常幅度的半幅点为渗透层的顶底界,岩层变薄,则划分不准;2分析岩性、确定渗透层;当地层水含盐浓度大于泥浆含盐浓度时,测得自然电位曲线是以泥岩为斟线,对着渗透性砂岩则为负异常,渗透性越好则异常越大;3判断油、水层;当地层水含盐浓度大于泥浆含盐浓度时,油、水层在自然电位曲线上均为负异常,在其它条件相同的情况下,含油气砂岩的幅度比含水砂岩要小些;4判断水淹层：水淹层在自然电位曲线上的显示特点较多,如基线偏移等;5求地层水电阻率和储层的泥质含量;2、自然电位曲线在碳酸盐岩地层中不能反映地层孔隙度和渗透率的好坏;3、不能反映膏盐岩剖面地层的岩性;四：侧向测井侧向测井也叫聚焦测井,它的电极系除主电极外,上下设置了两个屏蔽电极,降低井内泥浆及围岩和高阻邻层的影响;侧向测井的应用：1、划分岩层界面：侧向测井受井眼、层厚、邻层等的影响较小,分层能力较强;2、判断油水层：当深浅侧向重叠显示为正差异即深侧向曲线幅度高于浅侧向曲线幅度为油层,反之遇为水层;3、配合其它曲线在碳酸盐岩地层剖面划分储集层;如电阻率曲线较低值时可能为储集层;4、求地层真电阻率;五：微球型聚焦测井普2型、CSU微球型聚焦测井的应用：划分渗透层,利用冲冼带电阻率曲线和泥饼电阻率曲线的幅度差可以划分渗透层,比微电极明显;六：感应测井感应测井：应是利用电磁感应的原理测量地层电导率的一种测井方法;感应测井曲线的应用：1、确定岩性,划分岩层界面：在砂泥岩地层剖面中,感应曲线反映井剖面地层电性的变化较为清楚,当地层厚度大于2米时,感应测井按半幅点确定地层界面,当地层厚度小于2米时,地层界面不在半幅点处,一般不用感应曲线单独分层;2、定性估计油、水层：在淡水钻井液,侵入较浅,地层较厚的条件下,利用感应曲线测得的视电阻率接近地层真电阻率,根据渗透性砂岩视电阻率数值的大小,配合其它曲线能够估计油层和水层;3、求地层真电阻率;第三节：非电法测井一：声速测井声速测井是测量地层声波传播速度,主要用来判断岩性、求孔隙度和判断气层;1、声波时差测井曲线的特点：1、对于岩性均匀的厚地层砂岩或石灰岩曲线上下对称,在岩层中部曲线显示平行于井轴的直线,并且曲线的半幅点与岩层界面相对应;2、致密砂岩、渗透性砂岩、泥质砂岩、粉砂岩、泥岩等不同岩性,显示不同的声波时差数值;3、界面处井径严重扩大时,由于同一个滑行波的首波到达两个接收探头时在泥浆中的路程不等,故在岩层下界面处时差增大,曲线出现增高的尖峰；在岩层上界面处时差减小,曲线出现减低的小峰;2、声波时差曲线的应用：1、判断岩性：各种岩性地层其声波速度是不同的,并且有不同的曲线特征,因此可以根据岩层的声波时差和曲线特征判断岩性;在砂泥岩剖面中,粘土泥岩的声波时差较大350-500微秒/米并且曲线变化剧烈;砂岩时差250-450微秒/米曲线较平直,时差大小与孔隙大小有关;碳酸盐岩地层曲线平直时差值较低,缝洞地层曲线变化剧烈,值增大;膏盐岩剖面的盐比无水石膏声波时差大,盐溶解井径扩大,测的可能是泥浆的声波时差;2气层：气层在声波时差上显示的高时差特征或周波跳跃,但泥浆侵入较深时不一定明显; 3岩层孔隙度;二：声幅测井声幅测井：用声波幅度的衰减变化来认识地层特点及水泥胶结情况的测井方法;用来进行固井质量检查测井;三：自然伽玛测井自然伽玛测井：就是测量井剖面上各深度地层的自然伽玛射线强度的一种测井方法;自然伽玛测井应用：1、确定岩性：在砂泥岩剖面中,纯砂岩在自然伽玛显示为最低值幅度最小,泥岩显示为最高值幅度最大,泥质砂岩、粉砂岩介于中间,并随着砂岩中泥质含量的增加而自然伽玛读数增高;在碳酸盐岩地层剖面中,沾土岩泥岩的自然伽玛读数最高,纯灰岩、折云岩读数最低,而泥灰岩泥质白云岩介于两者之间,并随泥质含量的增加而增高;2、地层对比：利用自然伽玛测井曲线进行地层对比有下列优点：1自然伽玛测井值与岩石孔隙中的流体性质油或水无关;2自然伽玛测井值与地层水和泥浆的矿化度无关;3自然伽玛曲线容易找到标准层;四：中子测井中子测井：就是使用中子源发射一定能量的中子流,中子穿过泥浆井入地层,中子的能量逐渐衰减,最后减速为热中子,热中子被岩石的原子核俘获,便放出伽玛射线,选用不同的探测器,记录俘获前的热中子或超热中子的方法叫中子测井;五：中子测井的作用：a判断岩性,在砂泥岩剖面中假设地层水矿化度较低,泥岩的中子伽玛值低,砂岩的值高；在碳酸盐岩地层中,致密灰岩、白云岩的中子曲线幅度较高,孔隙性、裂缝性岩层承受孔隙度和泥质含量的增大而其幅度降低;b划分气层：若储集层含气时,中子伽玛测井曲线的幅度将明显升高;c划分油水层：当地层水矿化度低时,用中子伽玛测井曲线将很难划分油水界面；但当地层水矿化度高时,水层中中子伽玛值要比油层高15-20%,利用中子伽玛可划分油水层;d定位射孔计算深度;e确定地层也隙度：在地层水矿化度不高和泥浆含氯量较少的地层,用中子伽玛可以确定地层孔隙度;六：密度测井密度测井：密度测井是一种孔隙度测井,它是通过测量伽玛源发射的伽玛射线被地层散射后到达探测器的强度,来反映岩层体积密度的一种方法;作用：在油气井中密度测井的主要作用是确定岩层的孔隙度;七：井径测井井径测井：就是测量井径大小的测井方法;作用：1为固井计算水泥量提供平均井径;2划分剖面,判断岩性;A：泥岩井径出现扩大现象,在井径曲线上一般大于钻头直径;B：页岩对于泥质页岩,井径稍大于或接近于钻头直径,但对于膨胀性面岩井径却小于钻头直径;C：砂岩由于渗透性好,有泥饼行成,井径曲线一般小于钻头直径;曲线光滑平直;D：粉砂岩在井径曲线上的显示介于砂岩和泥岩之间;E：砾岩和砾石层致密坚硬砾岩井拚接近于钻头直径,砾石层会因胶结不紧井径会扩大;G：石灰岩和白云岩致密坚硬的石灰岩和白云岩井径等于钻头直径,含泥质的石灰岩、白云岩井径略有扩大,孔隙性、渗透性灰岩白云岩井径略小,裂缝性石灰岩、白云岩因井径不规则,井径曲线上呈锯齿状变化;H:盐岩,在膏盐岩剖面由于盐岩易溶于泥浆井径重扩径.I:石膏井径等于钻头直径,或因溶解井径圹大.3判断渗透层;根据井径的缩径现象可反渗透层在井径曲线上划分出来.八：井斜测井井斜：井斜倾角是指井轴和铅垂线之间的夹角;方位角：是磁北方向与井轴的水平投影线之间按顺时针方向的夹角;九：井温测量用井温仪测定井下温度的变化,井下温度随井深变化的曲线叫做井温曲线;十：地层倾角测井 HDT测量地层的倾角和倾向的测井方法;作用是判断地层倾角、倾向、断层等;十一：地层压力测井RFT测量地层压力的方法;第四节：测井资料的综合利用一：标准测井曲线的应用一、在绘制综合录井图中的应用1、确定岩性,划分地层界面：在砂泥岩剖面,非渗透性泥质岩地层在自然电位曲线上显示为基值,砂岩随其渗透性的不同,地层水矿化度的变化,显示幅度不同的正、负异常;泥岩在视电阻率曲线上显示最低值致密砂岩灰质砂岩、石英砂岩等电阻率最高,渗透性砂岩电阻率较高,但在地层水矿化度很高时,也可能在曲线上显示出较底的电阻率值;泥质砂岩,粉砂岩在标准曲线上的显示是界于砂岩和泥岩之间,页岩的电阻率较泥岩高些,但自然电位曲线显示与泥岩相同;利用井径曲线一般可以把砂质和泥质的岩层区分开来,泥质岩层在井径曲线上表现为井径扩大大于钻头直径砂质岩层在其是渗透性好的砂岩在井径曲线上显示为缩径小于钻头直径或近等于钻头直径;利用标准曲线划分地层界面时两条曲线要综合考虑,一般以米底部梯度电极系视电阻率曲线的极大值为准并参考自然电位曲线的半幅点来划分岩层底界面,以米底部梯度电极系的视电阻率曲线的极小值和自然电位曲线的半幅点来划分岩层顶界面;高阻层被划分出来了,低阻层也相应的被划分出来了,但对于一些特殊岩性和有意义的薄层在标准曲线上不能很好的反映出来,可根据微电极曲线划分界面;2、估计油、水层：根据标准曲线判断油气水层往往拫粗略,在相同条件下,油气层的视电阻率曲线比水层的视电阻率高,所以结合录井资料,比较渗透层视电阻率数值的大小要以估计油气、水层;目前现场绘制砂泥岩综合录井图时,还要参考组合测井图,以确定岩性和判断油气水层;二、在地层对比中的应用：。

数学建模测井曲线自动分层2011年7月18日测井曲线自动分层摘要在地球物理勘探中需要利用测井资料了解地下地质情况，其中测井曲线分层是首先要完成的基础工作。

由于数据庞大，测量、计算、分层受主观因素影响较大，耗费时间与人力，快速、精确的利用计算机自动分层方法便应运而生。

为有效消除测井数据误差的干扰，通过数据处理、分层计算和分层处理三个阶段实现自动分层。

而由多种相关变量的各条测井曲线合成综合参考曲线,解决了单一曲线的不确定性和局限性，提高了分层精度。

在数据处理中，用MATLAB语言编写了数据滤波器程序，采用中值滤波法，消除因仪器设备产生的测量数据扰动；应运极值归一化处，使量纲一致。

再通过主成分分析方法及井一的数据拟合图，选出了SP、GR、AC三个相关变量作为自动分层的影响因子。

通过对三个因子进行加权处理，合成综合参考曲线。

在分层计算中，通过聚类分析、极值分析、趋势方法分析等数学分析方法对综合参考曲线经行处理，依次处理离散曲线点，从而确定每层的上下界面。

在分层处理中，对层面进行归并处理，使得分层更加清晰、条理化。

再计算测井值，自动得出所求问题中的答案。

根据分层标准对2号至7号井的原始数据进行处理分析并计算，并将其数学模型进行自动分层的结果与附件中给出的人工分层结果进行比较分析，进一步验证和完善本文的数学模型。

并利用附件中8号至13号井的原始数据将其自动分层，从而达到实际应用的目的。

本模型通过井一建立数学模型，实现了测井曲线的自动分层，并通过2-7井对模型进行验证和完善，最后应用模型解决了8-13号井的自动分层。

【关键词】：测井曲线；主成分分析法；中值滤波；归一化处理；权重分析；聚类分析目录一.问题重述 (3)二.符号说明 (3)三.问题分析 (3)四.模型假设 (4)五.模型建立 (4)5.1自动分层计算流程 (4)5.2数据处理阶段 (5)5.3分层计算阶段 (10)5.4分层处理阶段 (14)六.模型的求解和检验 (15)6.1根据一号井得到分层值 (15)6.2中值滤波及归一化处理 (15)6.3曲线选择分析 (15)6.4确定综合参考曲线 (17)6.5由极值分析得出分层范围 (17)6.6对8-13号井自动分层 (22)七、模型扩展 (22)八、模型评价 (23)九、参考文献 (23)十、附录 (24)一、问题重述地球物理测井资料在判断岩性、划分储层和识别油气水层中起着非常重要的作用。