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BP神经网络在致密砂岩储层测井识别中的应用

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BP 神经网络 致密 砂岩 测井 识别 中的 应用
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第 卷 第 期年 月勘 探 地 球 物 理 进 展,文 章 编 号 一 一 一神 经 网 络 在 致 密 砂 岩 储 层 测 井 识 别 中 的 应 用邹 玮 ’ , 李 瑞 ‘ , 汪 兴 旺 ,成 都 理 工 大 学 “ 油 气 藏 地 质 与 开 发 工 程 ” 国 家 重 点 实 验 室 , 四 川 成 都 核 工 业 井 巷建 设 公 司 , 浙 江 湖 州摘 要 川 西 须 家 河 组 地 层 岩 性 复 杂 , 属 于 超 致 密 低 孔 渗 储 层 , 所 以 储 层 识 别 是 该 地 层 天 然 气 勘 探 中 所 面 临 的 关 键问 题 和 难 点 之 一 。 针 对 常 规 储 层 识 别 准 确 率 不 高 的 状 况 , 提 出 利 用 神 经 网 络 进 行 储 层 含 气 含 水 或 干 层 的 识别 。 利 用 模 糊 聚 类 和 产 层 测 试 结 果 标 定 建 模 样 本 , 采 取 随 机 抽 样 形 成 建 模 集 与 测 试 集 , 建 立 神 经 网 络 模 型 对口 井 的 储 层 进 行 含 气 含 水 或 干 层 预 测 , 正 确 率 达 以 上 , 明 显 地 提 高 了 该 地 区 的 测 井 解 释 精 度 , 是 一 种准 确 率 较 高 的 储 层 预 测 方 法 。关 键 词 致 密 砂 岩 储 层 识 别 神 经 网 络 算 法 测 井 解 释中 图 分 类 号 文 献 标 识 码川 西 坳 陷 须 家 河 组 烃 源 丰 富 , 砂 岩 发 育 , 储 层互 层 之 间 排 烃 条 件 良 好 , 各 种 类 型 圈 闭 众 多 , 孝 泉 、新 场 、 合 兴 场 和 丰 谷 地 区 非 常 有 利 于 油 气 富 集 , 是川 西 最 重 要 的 天 然 气 聚 集 带 之 一 。 由 于 川 西 地 区经 历 了 异 常 复 杂 的 区 域 地 质 和 构 造 演 化 , 油 气 藏 受到 反 复 改 造 和 重 组 , 极 无 规 律 ‘ ’ 」 , 因 此 , 储 层 识 别 是四 川 盆 地 天 然 气 勘 探 中 所 面 临 的 关 键 问 题 和 难 点之 一 ’ 〕 。 李 跃 纲 和 杨 跃 明 等 人 以 邓 西 构 造 须 家 河组 二 段 储 层 的 测 井 和 地 震 响 应 特 征 为 基 础 , 建 立 储层 地 球 物 理 模 型 , 开 展 了 以 须 家 河 组 二 段 为 主 的 储层 预 测 攻 关 研 究 , 进 而 预 测 储 层 有 利 区 带 , 获 得 了高 产 天 然 气 流 川 。 由 于 单 纯 使 用 常 规 的 测 井 识 别方 法 进 行 须 家 河 组 储 层 预 测 准 确 率 不 高 , 所 以 , 希望 通 过 神 经 网 络 预 测 算 法 对 须 家 河 组 储 层 进行 识 别 , 找 到 一 种 解 决 复 杂 岩 性 中 致 密 砂 岩 储 层 识别 的 方 法 。倍 的 数 量 级 增 加 。须 家 河 组 储 层 类 型 有 孔 隙 型 和 裂 缝 型 种 , 储层 值 较 低 , 在 受 到 有 机 质 影 响 的 情 况 下 ,值 会 有 所 增 加 。 井 径 一 般 比 较 规 则 , 在 遇 到 缝 洞 比较 发 育 的 时 候 , 井 径 会 有 明 显 的 增 加 。 中 子 和 声 波时 差 为 中 低 值 , 显 示 孔 隙 度 较 小 , 电 阻 率 较 高 , 深 浅双 侧 向 呈 “ 正 差 异 ” 。 由 于 须 家 河 组 岩 性 复 杂 , 储 层极 为 致 密 , 孔 隙 度 小 , 渗 透 率 低 , 含 气 砂 体 与 非 含 气砂 体 和 不 同 含 气 丰 度 砂 体 之 间 测 井 曲 线 特 征 差 异较 小 , 且 裂 缝 发 育 , 对 储 层 识 别 造 成 了 一 定 的 困 难 。工 区 测 井 资 料 分 析须 家 河 组 须 二 段 和 须 四 段 岩 石 成 分 以 细 中 粒岩 屑 砂 岩 、 岩 屑 石 英 砂 岩 和 岩 屑 长 石 砂 岩 为 主 , 有少 量 长 石 砂 岩 、 石 英 砂 岩 、 钙 屑 砂 岩 等 。 储 层 以 河流 沼 泽 沉 积 环 境 中 的 辫 状 河 道 砂 坝 、 曲 流 河 道 砂坝 、 河 口 砂 坝 和 浅 湖 砂 坝 的 砂 体 为 主 。 深 层 须 家 河组 地 层 发 育 一 系 列 褶 皱 和 断 裂 。 构 造 形 态 为 背 斜 ,是 由 个 鼻 状 构 造 在 鼻 根 高 部 位 复 合 而 成 。 一 个鼻 状 构 造 走 向 近 东 西 、 向 西 倾 没 , 另 一 个 鼻 状 构 造走 向 北 东 、 向 南 西 倾 没 , 主 体 构 造 在 东 部 。 储 层 物性 较 差 , 渗 透 率 一 般 小 于 。 又 一 拜 , 属 于 致 密砂 岩 范 畴 。 当 储 层 裂 缝 发 育 时 , 其 渗 透 率 可 能 呈神 经 网 络 储 层 识 别神 经 网 络 算 法 所 采 用 的 学 习 过 程 由 正 向 传播 处 理 和 反 向 传 播 处 理 组 成 。 在 正 向 传 播 过 程 中 ,输 人 模 式 从 输 人 层 经 隐 层 逐 层 处 理 并 传 向 输 出 层 。如 果 输 出 层 不 是 期 望 的 输 出 则 信 号 从 输 出 层 向 输人 层 传 播 , 即 反 向 传 播 川 , 在 反 向 传 播 过 程 中 调 整各 层 间 连 接 权 及 各 层 神 经 元 的 偏 置 值 , 误 差 逐 渐 减小 。 因 此 , 该 算 法 的 实 质 是 求 误 差 函 数 的 最 小 值 。它 通 过 多 个 样 本 的 反 复 训 练 , 权 值 沿 误 差 函 数 的 最速 下 降 负 梯 度 方 向 来 改 变 , 最 终 收 敛 至 最 小点 卜 〕 。 采 用 神 经 网 络 算 法 进 行 储 层 识 别 能够 以 自 身 特 有 的 样 本 学 习 能 力 获 得 识 别 模 式 , 不 仅克 服 了 传 统 识 别 方 法 差 别 因 素 少 和 多 解 性 等 弱 点 ,而 且 智 能 化 程 度 高 , 识 别 参 数 及 样 本 数 原 则 上 不收 稿 日 期 一 一 改 回 日 期 一 一 。第 一 作 者 简 介 邹 玮 一 , 男 , 成 都 理 工 大 学 固 体 地 球 物 理 专 业研 究 生 , 主 要 从 事 地 球 物 理 信 息 挖 掘 方 面 的 研 究 工 作 。基 金 项 目 中 国 石 化 西 南 分 公 司 年 重 大 科 研 项 目 资 助 。第 期 邹 玮 等 神 经 网 络 在 致 密 砂 岩 储 层 测 井 识 别 中 的 应 用受 任 何 限 制 , 可 以 充 分 利 用 一 切 可 用 的 参 数 , 进 一步 提 高 了 预 测 的 精 度 。神 经 网 络 模 型 体 系 结 构 由 层 组 成 。 第 一层 为 输 人 层 , 由 与 储 层 有 关 的 声 波 、 中 子 、 密 度 和 电阻 率 等 神 经 元 组 成 。 第 二 层 为 隐 层 , 其 神 经 元 与 外界 没 有 直 接 关 系 , 但 其 状 态 的 改 变 能 影 响 输 人 与 输出 之 间 的 关 系 。 第 三 层 为 输 出 层 , 由 气 层 、 水 层 和干 层 个 神 经 元 组 成 。神 经 网 络 算 法 识 别 流 体 的 流 程 如 图 。 利用 模 糊 聚 类 , 并 结 合 录 井 资 料 和 测 试结 果 标 定 建 模 样 本 , 采 用 随 机 抽 样 形 成 建 模 集 与 测试 集 , 建 立 神 经 网 络 模 型 对 口 井 的 储 层 进行 气 水 干 层 预 测 。本 进 行 分 类 , 以 声 波 , 中 子 , 密 度 及 电 阻 率 作 为 聚 类因 子 , 得 到 各 类 聚 类 中 心 如 表 。 由 于 干 层 岩 性 最致 密 , 所 以 干 层 的 声 波 时 差 和 中 子 值 最 低 , 但 电 阻率 和 密 度 值 最 大 中 子 和 电 阻 率 值 是 区 分 气 层 和 水层 的 个 重 要 指 标 , 由 于 天 然 气 的 影 响 , 气 层 的 中子 值 比 水 层 的 中 子 值 小 , 而 电 阻 率 值 比 水 层 的 要 高表 。表 须 四 段 储 层 模 糊 聚 类 中 心类 别 声 波拌 · 一 中 子 , 密 度 一 电 阻 率一录录 井 , 测 试 结 果果建建 模 子 集集测测 试 集集气气 水 干干 朋 吐吐吐吐吐吐吐吐吐网网 络 楼楼 型型型 判 别 式 形 成成储储 层 流 体 识 别 处 理理图 网 络 识 别 流 程建 模建 模 样 本 的 选 取 应 有 代 表 性 且 区 分 程 度 高 , 才能 保 证 算 法 识 别 的 高 准 确 度 。 以 须 四 段 储 层 样 本为 例 , 从 中 选 出 个 样 本 , 结 合 录 井 和 测 试 结 果 ,并 利 用 模 糊 聚 类 算 法 阁 对 样 本 的 气 、水 、 干 层 的 类 别 进 行 标 定 , 得 到 最 终 的 建 模 样 本 集 。利 用 模 糊 聚 类 算 法 对 该 个 样气 层水 层干 层注 一对 比 常 规 解 释 得 到 的 气 、 水 、 干 层 识 别 结 果 , 录井 资 料 和 测 试 结 果 , 模 糊 聚 类 的 结 果 比 较 准 确 。 将标 定 好 的 储 层 样 本 结 合 常 规 测 井 曲 线 对 储 层 测 井响 应 特 征 进 行 分 析 。气 层 的 典 型 测 井 响 应 如 图 。 从 图 中 可 以 看出 , 自 然 伽 马 值 低 , 平 均 约 为 声 波 时 差 呈指 状 中 高 值 , 约 为 衅 中 子 孔 隙 度 为 中 高 值 ,在 一 密 度 值 较 低 , 为 一侧 向 电 阻 率 正 差 异 明 显 , 深 侧 向 电 阻 率 值 为 一· , 浅 侧 向 电 阻 率 值 为 一 · , 二 者差 异 幅 度 较 大 。 从 曲 线 特 征 分 析 , 气 层 响 应 特 征 为井 径 规 则 , 自 然 电 位 呈 负 异 常 , 自 然 伽 马 值 低 , 声 波时 差 高 , 中 子 值 中 高 , 密 度 低 , 电 阻 率 低 , 深 浅 双 测向 呈 正 差 异 。图 须 四 段 井 气 层 测 井 响 应 特 征 。 一从 图 可 知 , 典 型 水 层 测 井 响 应 特 征 为 自 然伽 马 低 值 , 自 然 电 位 负 异 常 井 径 规 则 , 声 波 时差 值 较 高 , 达 一 衅 , 中 子 高 值 , 在一 , 密 度 低 值 , 为 , 电 阻 率勘 探 地 球 物 理 进 展 第 卷值 较 低 , 在 巧 一 · 。 从 曲 线 分 析 得 出 ,层 响 应 特 征 为 自 然 伽 马 低 , 声 波 高 , 中 子 高 ,度 低 , 电 阻 率 低 , 且 深 浅 双 测 向 呈 负 差 异 , 曲 线形 态 多 为 箱 型 或 钟 乳 型 。水密图 须 四 段 井 水 层 测 井 响 应 特 征从 图 可 知 , 干 层 的 典 型 测 井 响 应 为 自 然 伽 马值 低 , 声 波 时 差 值 较 低 , 在 衅 , 中 子 为, 密 度 值 较 高 , 在 一 , 电 阻 率为 高 值 , 大 于 · 。 从 曲 线 分 析 , 干 层 的 测 井响 应 特 征 为 低 自 然 伽 马 , 低 声 波 , 低 中 子 , 高 密 度 ,高 电 阻 率 , 曲 线 形 态 多 为 钟 型 。图 须 四 段 井 干 层 测 井 响 应 特 征 一网 络 补 练对 须 四 段 解 释 的 个 储 层 进 行 网 络 预测 , 在 输 人 变 量 进 行 标 准 差 归 一 化 的 基 础 上 表, 对 样 本 包 括 有 录 井 资 料 和 测 试 结 果 的 样 本 采用 随 机 选 样 , 建 模 样 本 个 , 回 判 样 本 个 , 网 络输 人 变 量 为 声 波 , 中 子 , 密 度 , 电 阻 率 输 出 变 量 为气 层 , 水 层 , 干 层 。 输 人 层 单 元 , 一 个 , 中 间 层单 元 一 个 输 出 层 单 元 , 一 个 。 训 练 结果 见 表 。表 网 络 输 入 变 量 标 准 差 归 一 化声 波 中 子 密 度 电 阻 率个 建 模 样 本 的 输 出 正 确 率 为 图 ,个 预 测 样 本 输 出 正 确 率 为 图 。建 模 样 本 回 判 结 果 变 量 八左回 判 类 别窿 呸口力类沐样了输 人 层 平 均 值输 人 层 方 差搜 刀 乃图 须 四 储 层 网 络 建 模 样 本 回 判 结 果第 期 邹 玮 等 神 经 网 络 在 致 密 砂 岩 储 层 测 井 识 别 中 的 应 用未 知 样 本 预 测 结 果 变 量五 司预 测 类 别。 数 据 点一 最 佳 线 性 拟 合一,广口 众拟月月期 望 类 别 样 本 一··· 建 模 类 别 错 点 动点 动一一 伪 颐 越 咬 必 必 一一一一一 臼 翻 助 肠 口 圈 翻 砚 创 硬 目 峨 顶 吸 目 口 度 吟 勿 乏 慈 趁 龙 口 屁 一一丫 刀 厂’样 本 号样 本 类 别 乏 绝 匆 道 顾 颐刀 刀蒙。 期 望 类 另 样 本 二 。二 建 模 类 别 错 点哪 必 级 自 必 廷 口 】 翻 祖越 绝 嗯吻 姗 傲 硬图 须 四 储 层 网 络 预 测 样 本 结 果 样 本 号图 中 输 出 层 类 表 示 气 层 , 类 表 示 水 层 ,类 表 示 干 层 。 对 个 样 本 , 个 建 模 样 本 的输 出 错 误 率 为 , 个 预 测 的 样 本 有 个 判 错 ,可 以 看 出 该 网 络 模 型 预 测 的 结 果 是 令 人 满 意的 。须 家 河 组 储 层 预 测 验 证 分 析应 用 该 网 络 模 型 对 须 家 河 组 口 井 进 行图 须 四 储 层 网 络 训 练 结 果储 层 识 别 , 验 证 结 果 有 测 试 结 果 的 共 口 井 , 预 测气 层 层 , 判 错 层 , 正 确 率 有 油 气 显 示 及录 井 评 价 的 共 口 井 , 预 测 气 层 层 , 判 错 层 ,正 确 率 。 对 口 井 进 行 储 层 预 测 , 预 测产 层 层 。 表 为 须 家 河 部 分 井 段 储 层 预 测与 测 试 结 果 对 比 。表 须 家 河 部 分 储 层 预 测 与 测 试 结 果 对 比测 井 解 释 测 试 结 果构 造 井 名 井 段 预 测 符 合 丫 油 气 显 示 及 录 井 解 释不 符 合 只 井 段 结 果井 涌 , 气 层寸︾丫丫丫丫︾一丫︾︾毛 凡 零 星 气 泡 , 微 含 气 层气 泡 , 裂 缝 气 层丰谷毛 及一一一气 层气 层干 层气 层气 层气 层气 层气 层气 层气 层干 层气 层干 层妞 产 气 耐毛 凡 气层一 产 气 只丫只曰八‘只尸六朽口吸’八毛毛 凡气 泡 , 气 层孝泉产 气 只 耐气 水 同 层︾丫一丫丫丫州凡含 气 层气 层气 层毛 从一 气 层一 气 层水 层寸一含 气 层干 层干 层气 层干 层一 产 水 只微 含 气任任一 未 获 产 能合兴场勘 探 地 球 物 理 进 展 第 卷续 表测 井 解 释 测 试 结 果构 造 井 名 井 段 预 测 符 合 丫 油 气 显 示 及 录 井 解 释不 符 合 井 段 结 果未 获 产 能只︾了了了丫︾只︾毛产 气 , 只 尹新场毛 凡干 层一 气 层气 层一 气 层气 层气 层一 气 层气 水 同 层一 气 水 同 层结 束 语川 西 坳 陷 须 家 河 组 致 密 储 层 识 别 , 是 该 区 域 油气 勘 探 首 要 解 决 的 难 点 之 一 。 常 规 测 井 解 释 方 法在 这 里 不 能 获 得 很 好 的 地 质 效 果 , 本 文 提 出 了 利 用神 经 网 络 进 行 储 层 识 别 。神 经 网 络 方 法 是 以 自 身 特 有 的 样 本 学 习 能力 获 得 识 别 模 式 。 它 具 有 自 组 织 、 自 学 习 、 自 适 应 、容 错 及 抗 干 扰 能 力 , 对 输 人 测 井 参 数 在 理 论 上 是无 限 制 的 , 可 充 分 利 用 测 井 信 息 , 不 用 选 择 解 释 参数 , 计 算 结 果 与 解 释 人 员 经 验 无 关 , 识 别 结 果 客 观可 靠 具 有 自 动 学 习 的 特 点 , 不 需 要 事 先 建 立 任 何理 论 模 型 , 只 需 通 过 对 提 供 样 本 的 学 习 , 自 适 应 地建 立 测 井 响 应 与 储 层 参 数 间 的 映 射 关 系 , 克 服 了 传统 测 井 解 释 方 法 中 的 非 线 性 数 学 建 模 困 难 川 。在 川 西 坳 陷 须 家 河 组 口 井 的 实 际 处 理 中 ,利 用 模 糊 聚 类 方 法 和 测 试 结 果 标 定 样 本 集 , 对 所 有样 本 采 用 随 机 挑 样 , 建 立 神 经 网 络 模 型 , 进 行储 层 流 体 识 别 , 准 确 率 达 到 以 上 , 大 大 提 高 了储 层 识 别 准 确 率 , 并 针 对 川 西 致 密 砂 岩 储 层 提 供 了一 种 准 确 率 较 高 的 储 层 预 测 方 法 。 该 网 络 模气 层气 水 同 层型 只 适 应 须 家 河 组 地 层 , 如 果 要 推 广 到 其 他 区 域 ,则 需 要 重 新 建 立 模 型 。参 考 文 献李 瑞 裂 缝 性 碳 酸 盐 岩 测 井 储 层 参 数 研 究 及 应 用成 都 四 川 科 学 技 术 出 版 社 , 一李 跃 纲 , 杨 跃 明 工 区 妹 西 部 地 区 须 家 河 组 二 段 气 藏 储 层预 测 技 术 研 究 〕 四 川 地 质 学 报 , ,’ 卜 〔 〕席 道 瑛 , 张 涛 网 络 的 改 进 及 模 拟 退 火 神 经 网 络 在 地学 中 应 用 仁 〕 物 探 化 探 计 算 技 术 , ,肖 慈 询 , 娄 建 立 , 谭 世 君 等 神 经 网 络 技 术 用 于 测 井 解 释的 评 述 〕 测 井 技 术 , ,李 瑞 , 杨 光 惠 , 胡 奇 凯 鄂 尔 多 斯 盆 地 碳 酸 盐 岩 储 层 测井 产 能 预 测 研 究 「 〕 勘 探 地 球 物 理 进 展 , ,张 学 庆 , 刘 燕 , 肖 兹 询 等 在 测 井 中 用 一 种 组 合 进 化 神经 网 络 识 别 油 水 层 〕 石 油 物 探 , , 一杨 斌 , 肖 慈 殉 , 王 斌 基 于 神 经 模 糊 系 统 的 储 层 参 数 反 演〔 石 油 与 天 然 气 地 质 , , 一李 云 省 , 李 士 伦 网 络 快 速 识 别 油 气 层 初 探 天 然气 工 业 , ,
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