地球物理学报  2017, Vol. 60 Issue (12): 4945-4955   PDF    
基于小波变换图像分割技术的电成像测井资料裂缝、孔洞面孔率提取方法
刘瑞林1, 谢芳1, 肖承文2, 张丽莉3     
1. 长江大学地球物理与石油资源学院, 武汉 430100;
2. 中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院, 新疆库尔勒 841000;
3. 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029
摘要:对于裂缝、溶蚀孔洞发育的碳酸盐岩缝洞储层,如何从测井资料中提取裂缝、溶蚀孔洞信息是评价储层有效性的关键问题.为了从电成像测井静态图像上准确地分割出清晰的裂缝、溶蚀孔洞子图像进而提取其参数信息,本文提出了一种基于小波变换模极大值图像分割技术的电成像测井资料缝洞面孔率提取方法.以钮扣电极电导率曲线为对象,先消除井壁凹凸不平导致的地层背景噪声的影响,利用小波变换模极大值图像分割方法得到包含裂缝和溶蚀孔洞目标的子图像,根据子图像提取裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率等信息.本文利用塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩地层的电成像测井数据提取了缝洞面孔率参数,还利用同井岩心CT扫描图像计算的平均缝洞面孔率、双侧向电阻率、常规测井资料三孔隙度模型计算的相对连通缝洞孔隙度进行了对比,并进行了试油验证.对比表明,电成像测井裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率与岩心CT扫描图像平均缝洞面孔率、双侧向电阻率、相对连通缝洞孔隙度、试油结果均有较好的一致性.这一方面验证了采用本文方法提取的裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率的合理性,另一方面表明所提取参数可用于指示缝洞型碳酸盐岩储层的渗透性和有效性.
关键词: 碳酸盐岩缝洞储层      电成像测井资料      小波变换      图像分割      缝洞参数提取      岩心CT扫描     
Extracting fracture-vug plane porosity from electrical imaging logging data using dissection of wavelet-transform-based image
LIU Rui-Lin1, XIE Fang1, XIAO Cheng-Wen2, ZHANG Li-Li3     
1. Geophysics and Oil Institute, Yangtze University, Wuhan 430100, China;
2. Research Institute of Exploration and Development, Tarim Oilfield Company, PetroChina, Xinjiang Korla 841000, China;
3. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
Abstract: A key problem of effectiveness evaluation in fractured-vuggy carbonatite reservoirs is how to accurately extract fracture and vug information from well logging data. To solve this problem, we present a fracture/vug plane porosity extracting method based on wavelet transform modulus maxima and image dissection. Our processing object is button-electrode conductivity data. First we eliminate formation background noise caused by rugged borehole walls, then we dissect the de-noised data to get clear fracture-vug sub-images using the the image dissection method based on wavelet-transform-modulus-maxima, and calculate parameters including fracture-vug total plane porosity, fracture plane porosity and vug plane porosity from the sub-images. We extract plane porosity parameters from electrical imaging logging data collected from Ordovician carbonatite reservoirs in Tarim Basin. Besides, we use core average fracture-vug porosity calculated from CT scanning images, dual-lateral logging resistivity and relatively-connected fractured-vuggy porosity obtained by the triple-porosity model to confirm rationality of plane porosity parameters extracted from electrical imaging logging data. Moreover, we do a well testing operation. Comparison among these parameters or results indicates that there exists good consistencies between the fracture-vug plane porosity extracted from electrical imaging logging data and other results including the core CT average fracture-vug porosity, dual-lateral logging resistivity, relatively-connected fractured-vuggy porosity, and well testing results. These consistencies verify the rationality of fracture-vug total plane porosity, fracture plane porosity and vug plane porosity extracted from electrical imaging logging data using our wavelet-transform-based image dissection method, and indicate that the extracted parameters can be used to evaluate the permeability and effectiveness of fractured-vuggy carbonatite reservoirs.
Key words: Fractured-vuggy carbonatite reservoir    Electric imaging logging data    Wavelet transform    Image dissection    Fracture and vug parameter extraction    Core CT scan image    
1 引言

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩缝洞储层具有基块孔隙度低,裂缝、溶蚀孔洞等次生储渗空间发育的特点.对于这类裂缝、孔洞发育的碳酸盐岩储层,岩石基块孔隙度和渗透率的大小不能很好地表达储层的有效性,即储层能否产出工业油流或经储层改造后能否产出工业油流.裂缝、溶蚀孔洞的发育和组合情况是控制这类储层有效性的主要因素.因此,如何从测井资料中提取裂缝、溶蚀孔洞信息成为评价这类储层有效性的关键问题.电成像测井通过多钮扣电极测量井壁附近地层的电导率曲线,经过预处理,结合伴测的井斜、井径及方位测量数据将电导率曲线以图像的形式直观地表达出来(Luthi and Souhaité, 1990).地层被钻开后,由于导电泥浆对裂缝、溶蚀孔洞的侵入,裂缝、溶蚀孔洞处的导电性与基块岩石的导电性有差别,这为从电成像测井图像中提取裂缝、溶蚀孔洞信息来评价碳酸盐岩缝洞储层的有效性提供了条件.

为了从电成像测井资料中提取次生裂缝、溶蚀孔洞参数,一个基本的步骤是从预处理后的电成像测井静态图像中分离出只包含裂缝、溶蚀孔洞等高电导率目标的子图像.图像分割是目前从电成像测井提取裂缝、溶蚀孔洞子图像进而提取面孔率等参数的主要方法.按照对电成像测井数据的不同处理方式可将电成像测井图像分割分为两类,一类基于图像灰度数据,另一类基于钮扣电极电导率数据.基于图像灰度数据的电成像测井图像分割是将经预处理得到的电成像测井静态图以灰度图像的形式输出,将输出的灰度图像作为对象进行图像分割,得到只包含裂缝、溶蚀孔洞的灰度子图像,从灰度子图像上提取次生缝洞信息来评价碳酸盐岩储层溶蚀孔洞和裂缝发育情况(Delhomme, 1992; Cunningham et al., 2004; Hurley et al., 2006).这一类图像分割方法将电导率图像转换为灰度图像,分割得到的裂缝、溶蚀孔洞子图像上每个像素点的值不再是电导率,不具有物理意义.基于钮扣电极电导率数据的图像分割是以经浅电阻率刻度后的钮扣电极电导率数据为对象,根据裂缝、溶蚀孔洞测量值的大小及随深度的形状进行图像分割,仅保留裂缝、溶蚀孔洞等高电导目标发育处的钮扣电极电导率数据,再绘图显示分割出的次生缝洞等高电导目标的子图像,从分割后的子图像中提取次生缝洞等高导电目标的长度、宽度、圆度、面孔隙度等参数(张丽莉和刘瑞林, 1999; 张丽莉和刘波, 2001; Liu et al., 2005).图像分割方法的合理性和有效性直接影响到所提取裂缝、溶蚀孔洞信息的准确性,以及与常规电阻率测井资料、孔隙度测井资料、储层有效性之间的关联度.

为了在电成像测井资料上自适应地从背景地层响应中提取次生裂缝、溶蚀孔洞参数用于评价储层有效性,我们提出一种以钮扣电极电导率曲线为处理对象、基于小波变换模极大值图像分割的缝洞面孔率提取方法.提取的缝洞面孔率是经图像分割出来的缝洞部分面积占电成像静态图经图像总面积的比,用来指示储层渗透性好坏.以塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩地层的电成像测井数据为例,应用该分割方法对多阈值去噪后的电成像测井资料进行小波变换模极大值图像分割,得到裂缝、溶蚀孔洞子图像,进而提取裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率等参数.最后,通过与岩心CT扫描图像、常规测井资料和试油结果的比较,验证了所提取裂缝、孔洞参数的合理性.

2 钮扣电极电导率曲线小波变换模极大值图像分割 2.1 基于小波变换模极大值的图像分割原理

小波变换体系最早由Grossman和Morlet(1984)提出,随后Lemarié-Rieusset1986Meyer(1986)Daubechies(1988, 1993)、Mallat和Hwang(1992)Mallat和Zhong(1992)Cohen(1993)共同构建了小波变换的基本理论框架.小波变换是具有局部化和多尺度分析能力的时-频局域变换.平方可积函数f(x)∈L2(R)在位置x的尺度为2j的小波变换为

(1)

其中*号表示褶积.函数族为正交尺度函数φ(x)∈L2(R)生成的小波库, g={gk}={(-1)kh1-k}∈L2(R)是正交小波函数ψ(x)∈L2(R)对应的高通滤波器.

定义,则函数f(x)对尺度为2j的小波变换为

(2)

θ(x)为一平滑函数,令Ψ(x)为θ(x)的一阶导数:

(3)

,则对尺度为2j的小波变换为

(4)

由此可见,小波系数wj(x)正比于θ2j所平滑函数f(x)的一阶导数,故wj(x)的极值对应于f*θ2j(x)导数的极大值.而f*θ2j(x)导数的极大值是函数f(x)对尺度为2j时的局部突变点,因此小波系数wj(x)的模极大值指示函数f(x)对尺度为2j时的局部突变点位置.值得指出的是,在二进小波变换对信号的分解过程中存在极值点漂移的问题,即存在模极大值点位置与函数f(x)局部突变点位置偏离的问题.如图 1所示,图中红线标出的模极大值点位置随尺度的变化而变化的,且部分模极大值点位置不在函数f(x)局部突变点位置,而是在函数f(x)局部突变点位置附近.这种情况下直接将模极大值点位置当作函数f(x)局部突变点位置是有误差的.针对这一问题,首先对于选定尺度的小波系数,将该尺度下小波变换系数的模极大值在原始信号上对应的位置点作为基准点;然后将基准点同时向上和向下移动10个采样点作为搜索区间的起点和终点来确定搜索区间,对搜索区间内的原始信号进行搜索,找出搜索区间内函数f(x)的最大值,取最大值的1/2处所对应的位置作为函数f(x)的局部突变点位置.

图 1 一维二进小波变换 f(x)为原始信号,wj(x)为第j小波变换,小波系数的模极大值点指示原始信号的局部突变点位置. Fig. 1 1-D dyadic wavelet transform f(x) is original signal, wj(x) is wavelet transform of by scale factor j, modulus maxima of wavelet coefficients indicate the local singular points of the original signal

在低电导背景向高电导目标(裂缝、孔洞)过渡处,电成像测井钮扣电极电导率曲线值升高,发生突变.不同尺度下小波变换系数的模极大值指示不同尺度下原始信号的突变点位置.因此对钮扣电极电导率曲线进行小波变换,选择合适的尺度,根据合适尺度下的小波变换系数的模极大值寻找钮扣电极电导率曲线上高电导目标与低电导背景之间的电导率突变点,将这些突变点作为分割的出发点保留高电导率目标,去掉低电导率的背景,可实现裂缝、溶蚀孔洞等有效高电导目标的提取.

2.2 电成像测井图像分割及裂缝、溶蚀孔洞面孔率计算

在实际电成像测井资料的图像分割处理过程中,以192个采样点的192条钮扣电极电导率数据作为一个图像框,以图像框作为基本处理单位,以去噪处理后的钮扣电极电导率曲线为对象,选用第3阶(23尺度)的小波系数进行图像分割.方法流程如图 2所示.

图 2 电成像测井小波变换模极大值图像分割及裂缝、溶蚀孔洞参数提取流程 Fig. 2 The flow chart of image segmentation and fracture-vug plane porosity calculation of electrical imaging logging data

(1) 裂缝、溶蚀孔洞等有效高导电目标分割

由于钻井过程中钻头震动导致井壁凹凸不平,造成电成像测井测量的背景岩石电导率发生波动.这些低电导背景岩石信息在电成像测井静态图像上表现为麻点状噪声或干扰.而目前国内外常用的基于电成像测井电导率数据的图像分割方法均未考虑地层背景噪声的影响,导致提取的裂缝、溶蚀孔洞参数与常规电阻率测井资料、孔隙度测井资料、储层有效性之间的关系较差.通常这些噪声电导率波动幅度较低,没有固定的频率,且在不同的尺度上均有响应.用简单的滤波方法(如中值滤波等)很难将其消除.为了避免图像分割得到的裂缝、溶蚀孔洞子图像中包含这类背景岩石信息,采用了一种基于小波包变换的多阈值去噪方法(Xie et al., 2017).这是我们针对井壁凹凸不平等地层背景噪声在电导率曲线上的响应特征专门提出的一种去噪方法,能有效地消除或减少地层背景噪声对缝洞参数提取的影响.

对经过去噪处理的电导率数据进行二次样条小波变换,得到小波系数为小波变换阶数;取第3阶的小波系数,寻找的极值点,舍弃小波系数值较小的极值点,确定钮扣电极电导率曲线电导率值突变点位置,即分割点位置;根据确定的分割点位置对钮扣电极电导率曲线进行分割,保留高导电目标处的电导率数据,再根据钻井时的泥浆电阻率数据对保留的高导电目标电导率数据进行进一步筛选,保留裂缝、溶蚀孔洞等有效高导电目标的电导率数据.逐次处理图像框内的钮扣电极电导率曲线,直到处理完全部图像框的电成像电导率数据,即可得到一个图像框内裂缝、溶蚀孔洞子图像.

(2) 裂缝、溶蚀孔洞参数提取

对经过图像分割提取出的裂缝、溶蚀孔洞的子图像进行边缘检测处理,提取单个裂缝或是孔洞的像素点数、圆度、长度和宽度等参数.按裂缝圆度大于等于2.0、长宽比大于等于4.5,溶蚀孔洞圆度小于2.0、长宽比小于4.5这一标准区分裂缝和溶蚀孔洞.最后分类统计不同深度点处裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率.

(3) 移动图像框,重复步骤(1)、(2)直至处理完全部井段的电成像测井资料,显示绘图,输出图像分割得到的裂缝、溶蚀孔洞子图像和提取的裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率曲线,裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率为孔隙度单位,为小数表示.

图 3是塔里木盆地塔北地区某一溶蚀裂缝发育井段的电成像测井静态图及其基于小波变换模极大值图像分割的分割效果图与参数提取结果.由图 3c可见,经过图像分割得到的裂缝、溶蚀孔洞子图像上可见较为清晰完整的溶蚀裂缝;由于在图像分割之前进行了基于小波包变换的多阈值去噪处理,子图像上少见井壁凹凸不平等引起的背景噪声.提取的裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率、裂缝面孔率与溶蚀裂缝的发育情况有较好的对应关系.溶蚀裂缝发育,裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率值较高;溶蚀裂缝不发育,则裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率值较低.

图 3 溶蚀裂缝发育井段 (a)井径及伽玛曲线;(b)电成像测井静态图像;(c)基于小波变换模极大值图像分割的效果图;(d)提取的裂缝-溶蚀孔洞总面孔率TPHI(total plane porosity index)、孔洞面孔率TPHIVG(total plane porosity index of vug)、裂缝面孔率TPHIFF(total plane porosity index of fracture). Fig. 3 Results of image segmentation and fracture-vug parameter calculation of the fracture-developed well section (a) Caliper and gamma curve; (b) Static image of electric imaging logging data; (c) Fracture sub-image; (d) Extracted fracture parameters: fracture-vug total plane porosity (TPHI), fracture plane porosity (TPHIFF) and vug plane porosity (TPHIVG).

图 4是溶蚀孔洞发育井段成像测井静态图及其基于小波变换模极大值图像分割的分割效果图与信息提取结果.与图 3类似,在溶蚀孔洞发育层段,基于小波变换模极大值图像分割方法能较好地分割出溶蚀孔洞子图像(图 4c),且提取的裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率、裂缝面孔率与溶蚀孔洞的发育情况相对应.溶蚀孔洞发育,裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率较高;溶蚀孔洞不发育,则裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率值较低.

图 4 溶蚀孔洞发育井段 (a)井径及伽玛曲线;(b)电成像测井静态图像;(c)基于小波变换模极大值图像分割的效果图;(d)提取的裂缝-溶蚀孔洞总面孔率TPHI、孔洞面孔率TPHIVG、裂缝面孔率TPHIFF. Fig. 4 Results of image segmentation and fracture-vug parameter calculation of the vug-developed well section (a) Caliper and gamma curve; (b) Static image of electric imaging logging data; (c) VUG sub-image, (d) extracted vug parameters: fracture-vug total plane porosity (TPHI), fracture plane porosity (TPHIFF) and vug plane porosity (TPHIVG).
3 电成像测井图像分割提取的面孔率与岩心CT分割计算的面孔率对比

为了验证电成像测井图像分割提取的裂缝、孔洞参数的合理性,将其与岩心CT(Computer Tomography)图像分割计算的面孔率进行了对比.

岩心CT通过测定多组x射线束从多个方向透射过岩心某一选定切片后的x射线强度,数字化后得到该切片衰减系数分布,进而得到该切片的密度分布灰度图像(Cronwell et al., 1984; Honarpour et al., 1985).在岩心CT扫描图像上,灰度值越低、颜色越暗表示密度越小;灰度值越高、颜色越亮表示密度越大.在缝洞型碳酸盐岩岩石中,裂缝和溶蚀孔洞等次生孔隙部分的密度要比岩石骨架的密度小.因此,在岩心CT扫描图像中裂缝和溶蚀孔洞等次生孔隙部分的灰度值相对岩石骨架来说要低一些.如图 5a所示,裂缝和溶蚀孔洞等次生孔隙颜色较暗为黑色,岩石骨架颜色较亮为灰色.对岩心CT扫描图像进行图像分割可提取缝洞型碳酸盐岩岩心某一选定切片裂缝和溶蚀孔洞等次生孔隙的面孔率.

我们对电成像测井资料进行岩心深度归位,根据归位表及综合归位图,找出成像资料质量较好、对应深度的岩心段较完整的井段,采集3口井的6块岩心样本.

对岩心样本进行X-CT扫描,扫描图像矩阵为512×512,空间分辨率为200 μm,每块岩心沿轴向扫描128个切片,切片厚度为200 μm.对岩心CT扫描图片中值滤波后利用区域生长(Grane, 1997)的方法进行图像分割,提取出裂缝和溶蚀孔洞等次生孔隙部分(图 5b).统计分割后的二值化图像(图 5b)中灰度值为255(白点)的像素数目即为岩石骨架的面积S骨架.用边缘跟踪算法(周云才和李风珍,2007)从统计分割后的二值化图像拾取岩心CT切片的外边界,统计岩心CT切片外边界内的所有像素数目即为岩心切片面积S切片,则岩心切片缝洞孔隙面积S缝洞=S切片S骨架.求出单个岩心切片的缝洞面孔率,然后利用求出岩心沿轴向的平均缝洞面孔率.

图 5 缝洞型碳酸盐岩岩心CT扫描图片及分割效果图 (a)溶蚀孔洞CT扫描图片; (b)图a的分割效果图. Fig. 5 (a) Core CT scan image of vugs; (b) Segmentation result of (a)

3口井6块缝洞型碳酸盐岩岩心样品CT扫描图像计算的平均缝洞面孔率及对应归位深度点电成像测井提取的裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率等裂缝-溶蚀孔洞参数统计见表 1.

表 1 岩心CT扫描图像计算的平均缝洞面孔率与对应归位深度点电成像测井裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率统计表 Table 1 Average fracture-vug plane porosity calculated from core CT scan images and fracture-vug total plane porosity, fracture plane porosity, vug plane porosity extracted from electric imaging logging data

根据表 1的统计结果,绘制了电成像测井裂缝-孔洞总面孔率与CT扫描图像平均缝洞面孔率的交会图(图 6a)、电成像测井孔洞总面孔率与CT扫描图像平均缝洞面孔率交会图(图 6b).由于裂缝发育的井段岩心破碎,取样岩心主要取自岩心段较完整的溶蚀孔洞发育井段,取样岩心中的次生孔隙主要是溶蚀孔洞.因此,我们没有作电成像测井裂缝面孔率与CT扫描图像平均缝洞面孔率的交会图.

图 6 缝洞型碳酸盐岩电成像测井孔洞参数与岩心CT扫描图片平均缝洞面孔率交会图 (a)电成像测井提取的裂缝-孔洞总面孔率-CT扫描图像计算的平均缝洞面孔率交会图;(b)电成像测井提取的孔洞总面孔率-CT扫描图像计算的平均缝洞面孔率交会图. Fig. 6 Cross plot of electrical imaging logging fracture-vug parameters and core CT scan parameters of fractured-vuggy carbonatite (a) Cross plot of fracture-vug total plane porosity extracted from electric imaging logging data and average fracture-vug plane porosity calculated from core CT scan images; (b) Cross plot of vug plane porosity extracted from electric imaging logging data and average fracture-vug plane porosity calculated from core CT scan images.

图 6可见,岩心对应深度上电成像测井提取的裂缝-孔洞总面孔率和孔洞面孔率均与岩心CT扫描图像计算的平均缝洞面孔率有相关性,说明电成像测井图像分割提取的裂缝、溶蚀孔洞面孔率是合理的.

电成像测井提取的裂缝-孔洞总面孔率和孔洞面孔率明显大于岩心CT扫描图像计算的平均缝洞面孔率.由表 1中的数据可知,电成像测井裂缝-孔洞总面孔率和孔洞面孔率高出岩心CT扫描图像平均缝洞面孔率27倍以上.由于岩心CT扫描图片的分辨率为200 μm,岩心CT扫描图片分割计算的缝洞面孔率与缝洞的实际面孔率一致.因此,电成像测井提取的裂缝-孔洞总面孔率和孔洞面孔率比岩石裂缝、溶蚀孔洞的实际面孔率大.

电成像测井裂缝、溶蚀孔洞面孔率大于岩石裂缝、溶蚀孔洞实际面孔率的原因是:在裂缝、溶蚀孔洞处泥浆的侵入使裂缝和溶蚀孔洞边界处的导电性变好,在电成像测井钮扣电极电导率曲线上产生边界变宽效应,导致从电成像测井图像上雕刻出的裂缝、溶蚀孔洞的尺寸比实际尺寸大.模拟井的实验结果支持这一推测.图 7a是在微裂缝模拟井中模拟的水平微裂缝,宽度分别为0.2 mm、0.6 mm、0.8 mm、1 mm、1.5 mm、2 mm,图 7b是在微裂缝模拟井中实测的STAR微电阻率扫描图像.利用裂缝幅度变化的数据点数乘以采样间隔的方法,根据STAR微电阻率扫描测井钮扣电极电导率曲线计算出2 mm的水平裂缝的视宽度为38 mm.电成像测井资料确定的裂缝宽度是裂缝实际宽度的19倍.

图 7 微裂缝模拟井水平微裂缝示意图(a)及实测STAR微电阻率扫描图像(b)(单位:mm) Fig. 7 (a) Sketch map of horizontal microfracture in a simulated well; (b) measured STAR microresistivity scanning image in a simulated well
4 电成像测井分割提取的面孔率与常规测井资料及其计算结果比较

前面通过对比提取的缝洞面孔率参数与微观尺度的岩心CT扫描图像平均缝洞面孔率,验证了提取的缝洞面孔率参数的合理性.现从另一方面对比提取的缝洞面孔率参数与宏观尺度的常规测井资料及其计算结果,以进一步地验证电成像测井图像分割提取的缝洞面孔率参数的合理性.

在不含泥质的缝洞型碳酸盐岩中,泥浆侵入具有渗透性的储层引起双侧向电阻率曲线的降低.储层渗透性好,泥浆侵入多,双侧向测井值低;储层渗透性差,泥浆无侵入或侵入少,双侧向测井值高.因此,在不含泥质的缝洞型碳酸盐岩储层中双侧向电阻率的变化能很好地指示储层渗透性的变化.

三孔隙模型将碳酸盐岩划分为岩石骨架、岩石基块孔隙、连通缝洞、孤立孔洞四部分(Aguilera and Aguilera, 2003, 2004),根据基块孔隙、连通缝洞及孤立孔洞串并联导电模型公式(Liu et al., 2009),求解连通缝洞孔隙度、孤立孔洞孔隙度、基块孔隙度、相对连通缝洞孔隙度等参数.在塔里木盆地奥陶系缝洞型碳酸盐岩的实际应用表明,常规测井资料三孔隙度模型计算的相对连通孔隙度大小能较好的指示缝洞型碳酸盐岩储层的有效性(Liu et al., 2009),相对连通缝洞孔隙度大表示储层有效性好,相对连通缝洞孔隙度小表示储层有效性差.

综上所述,双侧向电阻率和三孔隙度模型计算的相对连通缝洞孔隙度能用来指示缝洞型碳酸盐岩储层的渗透性和有效性.缝洞型碳酸盐岩储层的渗透性、有效性好,双侧向电阻率值降低,相对连通缝洞孔隙度增大;缝洞型碳酸盐岩储层的渗透性、有效性差,双侧向电阻率值升高,相对连通缝洞孔隙度减小.

图 8是塔里木盆地塔中地区TZ8xx井电成像测井分割提取的缝洞面孔率参数与双侧向电阻率、三孔隙度模型计算的相对连通缝洞孔隙度对比图.图 8中可见,电成像测井资料提取的裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率、裂缝面孔率与双侧向电阻率曲线及三孔隙度模型计算的相对连通缝洞孔隙度曲线的变化趋势一致.电成像测井分割提取的裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率、裂缝面孔率的高值与双侧向电阻率的低值及相对连通缝洞孔隙度的高值相对应;裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率、裂缝面孔率的低值对应双侧向电阻率的高值和相对连通缝洞孔隙度的低值.这说明我们从亚观尺度的电成像测井资料上统计提取的裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率、裂缝面孔率等参数与宏观尺度的双侧向电阻率和相对连通缝洞孔隙度联系起来了.在缝洞型碳酸盐岩储层中,双侧向电阻率和相对连通缝洞孔隙度可以用来指示缝洞型碳酸盐岩储层的渗透性和有效性.因此,我们从电成像测井资料上提取的裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率、裂缝面孔率等参数亦可更直观地指示缝洞型碳酸盐岩储层的渗透性和有效性.

图 8 TZ8xx井电成像分割提取的面孔率与双侧向电阻率、三孔隙度模型计算的相对连通缝洞孔隙度对比图 (a)常规测井曲线,包括井径及伽玛曲线、双侧向电阻率曲线;(b)三孔隙度模型计算的基块孔隙度(CFAIM)、孤立孔洞孔隙度(CFAINC)、连通缝洞孔隙度(CFAI2)、相对连通缝洞孔隙度(FAI2/FAI);(c)电成像测井图像分割提取的缝洞面孔率参数. Fig. 8 Comparison diagram of Well TZ8xx of conventional well log data, processing results of conventional well log data and fracture-vug plane porosity extracted from electric imaging logging data (a) Conventional well log curves, including caliper, gamma and dual lateral resistivity; (b) Matrix porosity (CFAIM), non-connected vug porosity (CFAINC), connected fractured-vuggy porosity (CFAI2), and relatively connected fractured-vuggy porosity (FAI2/FAI) calculated by the triple porosity model; (c) Fracture-vug total plane porosity (TPHI), fracture plane porosity (TPHIFF) and vug plane porosity (TPHIVG) extracted from electrical imaging logging data.
5 试油验证

除了将提取的缝洞面孔率参数与岩心CT扫描图像计算的平均缝洞面孔率、双侧向电阻率、常规测井资料三孔隙度模型计算的相对连通缝洞孔隙度进行了对比,我们还对提取的缝洞面孔率参数进行了试油验证.

对TZ8xx井5369.0~5490.0 m井段进行酸压试油,8 mm油嘴,折日产油88.80 m3,折日产气332641 m3,试油结论为凝析气层.如图 8所示,TZ8xx井在试油井段内井段发育三段储层,分别为5421.0~5432.0 m井段、5441.0~5462.0 m井段和5469.0~5482.0 m井段.电成像测井资料提取的裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率、裂缝面孔率在5421.0~5432.0 m、5441.0~5462.0 m和5469.0~5482.0 m三个井段内均为相对高值,显示这三个井段的渗透性比较好.试油结果刚好验证了电成像测井资料提取的裂缝-孔洞总面孔率、孔洞面孔率、裂缝面孔率指示缝洞型碳酸盐岩储层渗透性好坏的正确性.

6 结论

本文提出了一种基于小波变换模极大值图像分割的电成像测井缝洞面孔率提取方法.在缝洞型碳酸盐岩储层中,消除井壁凹凸不平等引发的背景噪声后,应用小波变换模极大值图像分割方法进行图像分割能得到较为清晰的裂缝、溶蚀孔洞子图像,分割结果具有合理性.

电成像测井图像分割提取的裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率与岩心CT扫描图像分割计算的平均缝洞面孔率、双侧向电阻率、三孔隙度模型计算的相对连通缝洞孔隙度对比表明,电成像测井提取的裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率与岩心CT扫描图像平均缝洞面孔率、双侧向电阻率、相对连通缝洞孔隙度均有较好的相关性,可以用于指示缝洞型碳酸盐岩储层的渗透性和有效性;试油结果也验证了电成像测井图像分割提取的裂缝、溶蚀孔洞参数指示缝洞型碳酸盐岩储层渗透性好坏的合理性.

由于泥浆侵入裂缝、溶蚀孔洞,使裂缝和溶蚀孔洞边界处的导电性变好,在电成像测井钮扣电极电导率曲线上产生边界变宽效应.从而导致电成像测井提取的裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率比实际的裂缝-孔洞总面孔率、裂缝面孔率、孔洞面孔率大.

致谢

中国石油长城钻探工程公司测井技术研究院的伍东高级工程师为论文提供了微裂缝模拟井电成像测量实验数据,在此表示诚挚的谢意.此外,感谢评审专家在论文评审过程中提出的宝贵意见.

参考文献
Aguilera M S, Aguilera R. 2003. Improved models for petrophysical analysis of dual porosity reservoirs. Petrophysics, 44(1): 21-35.
Aguilera R F, Aguilera R. 2004. A triple porosity model for petrophysical analysis of naturally fractured reservoirs. Petrophysics, 45(2): 157-166.
Cohen A, Daubechies I. 1993. Orthonormal bases of compactly supported wavelets Ⅲ:better frequency resolution. SIAM Journal on Mathematical Analysis, 24(2): 520-527. DOI:10.1137/0524032
Cronwell V A, Kortum D J, Bradley D J. 1984. The use of a medical computer tomography (CT) system to observe multiphase flow in porous media.//SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Houston, Texas:SPE.
Cunningham K J, Carlson J I, Hurley N F. 2004. New method for quantification of vuggy porosity from digital optical borehole images as applied to the karstic Pleistocene limestone of the Biscayne aquifer, southeastern Florida. Journal of Applied Geophysics, 55(1-2): 77-90. DOI:10.1016/j.jappgeo.2003.06.006
Daubechies I. 1988. Orthonormal bases of compactly supported wavelets. Comm. Pure Appl. Math., 41(7): 909-996. DOI:10.1002/(ISSN)1097-0312
Daubechies I. 1993. Orthonormal bases of compactly supported wavelets Ⅱ:variations on a theme. SIAM Journal on Mathematical Analysis, 24(2): 499-519. DOI:10.1137/0524031
Delhomme J P. 1992. A quantitative characterization of formation heterogeneities based on borehole image analysis.//SPWLA 33TH Annual Logging Symposium. Oklahoma City, Oklahoma:SPWLA.
Grane R. 1997. A Simplified Approach to Image Processing:Classical and Modern Techniques in C. Prentice:Upper Saddle River.
Grossmann A, Morlet J. 1984. Decomposition of Hardy functions into square integrable wavelets of constant shape. SIAM Journal on Mathematical Analysis, 15(4): 723-736. DOI:10.1137/0515056
Honarpour M M, Cromwell V, Hatton D, et al. 1985. Reservoir rock descriptions using computed tomography (CT).//SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Las Vegas, NV:SPE.
Hurley N F, Zimmermann R A, Pantoja D. 2006. Quantification of vuggy porosity in a dolomite reservoir from borehole images and core, Dagger Draw Field, New Mexico.//SPE Annual Technical Conference and Exhibition. New Orleans, Louisiana:SPE.
Lemarié-Rieusset P G, Meyer Y. 1986. Ondelettes et bases hilbertiennes. Revista Matemática Iberoamericana, 2(1): 1-18.
Liu R L, Wu Y Q, Liu J H, et al. 2005. The segmentation of FMI image based on 2-D dyadic wavelet transform. Applied Geophysics, 2(2): 89-93. DOI:10.1007/s11770-005-0039-z
Liu R L, Li N, Feng Q F, et al. 2009. Application of the triple porosity model in well-log effectiveness estimation of the carbonate reservoir in Tarim Oilfield. Journal of Petroleum Science & Engineering, 68(1-2): 40-46.
Luthi S M, Souhaité P. 1990. Fracture apertures from electrical borehole scans. Geophysics, 55(7): 821-833. DOI:10.1190/1.1442896
Mallat S, Hwang W L. 1992. Singularity detection and processing with wavelets. IEEE Transactions on Information Theory, 38(2): 617-643. DOI:10.1109/18.119727
Mallat S, Zhong S. 1992. Characterization of signals from multiscale edges. IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence, 14(7): 710-732.
Xie F, Xiao C W, Liu R L, et al. 2017. Multi-threshold de-noising of electrical imaging logging data based on the wavelet packet transform. Journal of Geophysics and Engineering, 14(4): 900-908. DOI:10.1088/1742-2140/aa6ad3
Zhang L L, Liu R L. 1999. An application of two segmenting algorithms to FMI imaging. Journal of Jianghan Petroleum Institute, 21(4): 88-90.
Zhang L L, Liu B. 2001. Application of cluster division in FMI logging data. Oil Geophysical Prospecting, 36(1): 26-29.
Zhou Y C, Li F Z. 2007. On the algorithms of edge trace of image and its application in FMI image. Computer and Digital Engineering, 35(7): 133-134.
张丽莉, 刘瑞林. 1999. 两种图像分割算法在FMI成像资料中的应用. 江汉石油学院学报, 21(4): 88–90.
张丽莉, 刘波. 2001. 聚类分割在FMI测井资料中的应用. 石油地球物理勘探, 36(1): 26–29.
周云才, 李风珍. 2007. 边缘提取算法研究及其在FMI图像处理中的应用. 计算机与数字工程, 35(7): 133–134.