一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法与流程

本发明涉及矿产油气资源勘查，特别涉及一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法。
背景技术：
：砂岩储层是可以储集和渗滤流体的岩层，即储集层，能够储存和渗滤油气的岩层。沉积微相对砂岩储层寻找和评价有着重要指导作用，通过研究沉积微相空间配置关系确定砂岩储层分布特征及其储集性能评价是油气勘探的主要内容之一。现有沉积微相研究方法一般是通过单井资料研究某点沉积特征，然后通过连井分析剖面沉积特征，最后确定沉积微相空间配置关系。现有研究方法主要适用于井资料较少地区，借助研究者既有经验，充分挖掘单井所提供的地质信息。而对于勘探程度较高，井资料较多，上述方法工作量大，研究周期长，不能满足实际勘探需要。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，如何快速判别多井沉积微相，通过利用数学统计的方法实现多井沉积微相的定量识别，从而提高沉积微相评价效率，为油气勘探提供技术支撑。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，包括以下步骤:s1，收集各井位录井地质数据从而获得岩性组合指数；s2，从步骤s1中获得的数据中选取能反映不同沉积微相间岩性组合指数；s3，对步骤s1中各所述井位进行分层，根据分层数据统计各层内步骤s2中选取的所述岩性组合指数；s4，对步骤s3中得到的所述岩性指数的值域控制在存在最小值为0，最大值为1的范围内，对超过所述范围的所述岩性指数进行归一化处理；s5，通过步骤s4所得岩性指数对多井样本空间进行聚类分析；s6，根据聚类分析结果，选择不同的分类级别进行沉积相组合和沉积微相识别；以及s7，利用单井沉积微相分析结果，根据沉积微相空间配置规律绘制沉积微相平面分布图。本发明的有益效果是：本发明方法能够充分利用现有岩性组合数据资料，统计运算过程自动化，实现沉积微相识别定量分析，在提高分辨率的同时大幅度减少工作量，缩短研究周期，研究成果可以快速被工业化应用。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，所述一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，步骤s2中所述岩性组合指数包括岩性指数i1、砂岩粒级指数i2、砂岩粒级分异度i3、砂岩厚度指数i4、砂岩厚度分异度i5、泥岩颜色指数i6和泥岩厚度指数i7；公式(1)中h1为泥岩厚度，h2为泥质砂岩厚度，h3为砂岩厚度，h0为地层厚度；公式(2)中h1为粉砂岩厚度，h2为细砂岩厚度，h3为中砂岩厚度，h4为粗砂岩厚度；公式(3)中α1为粉砂岩在砂岩中所占百分比，α2为细砂岩在砂岩中所占百分比，α3为中砂岩在砂岩中所占百分比，α4为中砂岩在砂岩中所占百分比；公式(4)中n0为砂岩的总层数，h1为粉砂岩厚度，h2为细砂岩厚度，h3为中砂岩厚度，h4为粗砂岩厚度；公式(5)中h1为粉砂岩厚度，h2为细砂岩厚度，h3为中砂岩厚度，h4为粗砂岩厚度，h0为砂岩平均厚度；公式(6)中h0为泥岩厚度，h1为深灰色泥岩厚度，h2为灰色泥岩厚度，h3为绿色泥岩厚度，h4为棕红色泥岩厚度；公式(7)中n1为泥岩总层数；h0为泥岩总厚度。采用上述进一步方案的有益效果是采用能够用于识别沉积微相的岩性组合指数定量化表证岩性组合特征，把复杂的岩性组合特征用数字形式直观地反映出来，通过定义各指数所代表的地质意义，为进一步分析沉积微相奠定基础。进一步，所述一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，步骤s4中所述归一化处理采用公式公式(8)中i＝(1,2,3,…,m)表示m口井的所需归一化岩性组合指数，ii为第i口井所需归一化岩性组合指数的值，imin为所需归一化岩性组合指数的最小值，imax为所需归一化岩性组合指数的最大值。采用上述进一步方案的有益效果是把各岩性组合指数值域统一到0～1之间，在聚类分析计算样品之间的距离时，各岩性组合指数之间互为平等的关系，所得到的距离不会因某岩性组合过大而掩盖了其它参数。进一步，所述一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，步骤s5中所述聚类分析包括以下步骤：s51，将m口某研究层位所代表的沉积微相自划分一类，共m个类，然后根据步骤s4所得岩性组合指数进行聚类分析；s52，使用类平均法计算沉积微相之间的距离；s53，计算比较各沉积微相之间的距离，将距离最小的两个沉积微相合并为一类；s54，重复步骤s53，，直到m个类归为一个总类为止。采用上述进一步方案的有益效果是在聚类过程中，选择合适的距离对所有井进行聚类分析，所选取的距离小，所得到的类越多。在实际聚类过程中，最初无法确定一个合适的距离，按照距离的远近，逐一进行聚类分析，后根据分析结果，选择合适的距离，确定合理分类。进一步，所述一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，步骤s51中，设有s种沉积微相，m口井，第g口井为ng，每口井某层段共提取p项岩性组合指数，用xgjk表示第g种沉积微相内第j口井的第k项岩性组合指数；沉积微相1沉积微相2沉积微相ss、m、nm、p为正整数；计算需判别样品属于第g种沉积微相的概率p{g/y}，其中g＝1,2，...s；然后比较p{1/y}，p{2/y}，...，p{s/y}的大小；最后将该样品归于概率最大的沉积微相；qg为第g组的先验概率，fg(y1,y2,...yp)为样品属于沉积微相g的概率密度；所述先验概率采用样本频率作为估计值，式中，ng为第g口井，n为全部井位总数；求解样品属于沉积微相g的概率密度fg(y1,y2,...yp)时设m个总体均服从正态分布，第g个总体的均值为μg向量，协方差矩阵为vg，可得概率密度fg(y1,y2,...yp)，式(10)中x＝(x1,x2,…,xp)’是p维向量，μg＝(μg1，μg2，…，μgp)’是均值向量，是协方差矩阵，是协方差矩阵的逆矩阵；假设v1＝v2＝…＝vm＝v，此时在确定沉积微相的过程中，采用样本均值来估计μg，用样本的协方差矩阵s来估计v；其中g＝1,2，…，m；(12)式(12)中其中k＝1,2，…，p；式(13)中，其中sg是第g种沉积微相的离差矩阵，式(13)中n是全部井位，将式(12)、(13)代入式(11)中得出将式(14)代入式(9)得，对式(15)的分子取自然对数，得对式(16)中与g有关的项记作fg(y),得其中，g＝1,2,3，…，m；式(17)是判别函数的矩阵形式，利用矩阵运算得式(18)中式中是s的逆矩阵s-1中第k行第t列元素。采用上述进一步方案的有益效果是对聚类分析结果进行检验和新井沉积微相判别。通过聚类分析得到的分类结果，利用已知井位进行校验所得模型，验证模型准确性，对于新井沉积微相识别，可单独采用此步骤进行判别分析。进一步，所述一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，步骤s52中，沉积微相之间的距离dg(p,q)为式(19)中，d、i和j代表任意两沉积微相之间的距离，gp和gq用来代指任意两个沉积微相，l和m分别为gp和gq中的样本数，d、i和j为gp沉积微相中第i个样品与gq沉积微相中第j样品之间的距离。采用上述进一步方案的有益效果是通过定义并计算两沉积微相间的距离，把各岩性组合指数从p维空间降到一维空间内，在实际分类中，通过设定距离的大小，既可实现沉积微相聚类。进一步，所述一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，步骤s6中，根据聚类分析结果，划分为不同的类别；岩性指数i1接近于1时砂岩所占比例大，砂岩粒级指数i2接近于1时粗砂岩含量高，砂岩粒级分异度i3接近于0.75时砂岩粒级越单一，砂岩厚度指数i4值越大平均单层砂岩厚度越小，砂岩厚度分异度i5值越大砂层之间厚度差异性越大，泥岩颜色指数i6接近于1时氧化色泥岩所占比例大，泥岩厚度指数i7值越大单层泥岩厚度越小。采用上述进一步方案的有益效果是把各岩性组合指数赋予其地质意义，判别各类所代表沉积微相。进一步，所述一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，步骤s7中，利用单井沉积微相分析结果，根据沉积微相空间配置规律，结合沉积微相平面配置关系绘制沉积微相平面分布图。采用上述进一步方案的有益效果是在平面图上直观表达沉积微相聚类分析结果。附图说明图1为本发明方法步骤框图；图2为本发明聚类分析平均联接树状图；图3为本发明某一研究层沉积微相平面分布图。具体实施方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。本发明提供一种利用聚类方法识别多井沉积微相的方法，包括以下步骤:s1，收集各井位录井地质数据从而获得岩性组合指数；s2，从步骤s1中获得的数据中选取能反映不同沉积微相间岩性组合指数；s3，对步骤s1中各所述井位进行分层，根据分层数据统计各层内步骤s2中选取的所述岩性组合指数；s4，对步骤s3中得到的所述岩性指数的值域控制在存在最小值为0，最大值为1的范围内，对超过所述范围的所述岩性指数进行归一化处理；s5，通过步骤s4所得岩性指数对多井样本空间进行聚类分析；s6，根据聚类分析结果，选择不同的分类级别进行沉积相组合和沉积微相识别；以及s7，利用单井沉积微相分析结果，根据沉积微相空间配置规律绘制沉积微相平面分布图。步骤s4中岩性组合指数的值域控制在存在最小值为0，最大值为1的范围内，具体是同一研究层对应的各井的同一指数中的值域需要最小值为0，最大值为1。在步骤s1中,岩性录井资料也就是各井位录井地质数据是确定岩性组合指数的主要数据来源,但岩性录井资料受起下钻、接单根、钻井取心、钻时、钻井液循环流量等因素的影响，降低了录井数据的分辨率，因此需要通过测井和取心资料对录井资料进行校正。沉积微相所对应的纵向尺度应控制在百米级范围内。在聚类分析之前，根据旋回关系，在三级、四级层序格架的基础上，建立五级层序格架，并完成所有井位的分层工作。在本实施例中，主要描述某一研究层沉积微相分析及沉积微相平面图的绘制过程。某一研究层沉积微相主要受环湖物源控制，主要发育三角洲平原沼泽、三角洲平原河道、三角洲前缘水下分流河道、河口坝、远砂坝、滨浅湖泥、半深湖泥、深湖泥等沉积微相，碳酸盐相不发育。对此，步骤s2中选取岩性指数i1、砂岩粒级指数i2、砂岩粒级分异度i3、砂岩厚度指数i4、砂岩厚度分异度i5、泥岩颜色指数i6和泥岩厚度指数i7参数来描述研究层段录井岩性组合指数。公式(1)中h1为泥岩厚度，h2为泥质砂岩厚度，h3为砂岩厚度，h0为地层厚度。公式(2)中h1为粉砂岩厚度，h2为细砂岩厚度，h3为中砂岩厚度，h4为粗砂岩厚度。公式(3)中α1为粉砂岩在砂岩中所占百分比，α2为细砂岩在砂岩中所占百分比，α3为中砂岩在砂岩中所占百分比，α4为中砂岩在砂岩中所占百分比。公式(4)中n0为砂岩的总层数，h1为粉砂岩厚度，h2为细砂岩厚度，h3为中砂岩厚度，h4为粗砂岩厚度。其中砂岩厚度指数i4选取100米砂岩的层数，当然也可以选取其他尺寸的砂岩层数。公式(5)中h1为粉砂岩厚度，h2为细砂岩厚度，h3为中砂岩厚度，h4为粗砂岩厚度，h0为砂岩平均厚度。公式(6)中h0为泥岩厚度，h1为深灰色泥岩厚度，h2为灰色泥岩厚度，h3为绿色泥岩厚度，h4为棕红色泥岩厚度。公式(7)中n1为泥岩总层数；h0为泥岩总厚度。其中泥岩厚度指数i7选取100米泥岩的层数。步骤s4中所述归一化处理采用公式公式(8)中i＝(1,2,3,…,m)表示m口井的所需归一化岩性组合指数，ii为第i口井所需归一化岩性组合指数的值，imin为所需归一化岩性组合指数的最小值，imax为所需归一化岩性组合指数的最大值。针对步骤s1中根据分层数据，统计各单井某一研究层内的岩性组合指数，在此仅给出部分数据,如表1所示。具体统计方法可利用相关软件程序进行。表1序号表示研究层对应的井号,每口井有一个编号,共78口井。。i3为砂岩粒级分异度最小值为0.39，大于0，砂岩厚度指数i4值域大于1，砂岩厚度分异度i5值域大于1，泥岩厚度指数i7值域大于1。在聚类分析之前需要对此四项岩性组合指数进行归一化处理。在本实施例中归一化处理采用公式公式(8)中i＝(1,2,3,…,m)表示m口井的所需归一化岩性组合指数，ii为第i口井所需归一化岩性组合指数的值，imin为所需归一化岩性组合指数的最小值，imax为所需归一化岩性组合指数的最大值。通过归一化处理，将归一化后的数据进行聚类分析。岩性指数i1、砂岩粒级指数i2和泥岩颜色指数i6值域在0～1之间，且存在最小值为0，最大值为1无需处理。通过归一化处理，得到归一化后的岩性组合指数如表3所示。表2归一化处理是为了在聚类过程中，避免岩性组合指数单个数据过大或过小，对聚类结果产生影响，此数据仅用于聚类分析，在沉积微相判别过程中，使用未归一化的数据。如表3所示。表3岩性组合指数值域代表意义岩性指数i10～1接近于1时砂岩所占比例大砂岩粒级指数i20～1接近于1时粗砂岩含量高砂岩粒级分异度i30～1接近于1时砂岩粒级越单一砂岩厚度指数i4>1值越大平均单层砂岩厚度越小砂岩厚度分异度i5>0值越大砂层之间厚度差异性越大泥岩颜色指数i60～1接近于1时氧化色泥岩所占比例大泥岩厚度指数i7>1值越大单层泥岩厚度越小把表2中归一化的数据输入到spss软件内，把每种岩性组合指数作为变量，在贝叶斯准则下进行系统聚类分析。步骤s5中所述聚类分析包括以下步骤：s51，将m口某研究层位所代表的沉积微相自划分一类，共m个类，然后根据步骤s4所得岩性组合指数进行聚类分析；s52，使用类平均法计算沉积微相之间的距离；s53，计算比较各沉积微相之间的距离，将距离最小的两个沉积微相合并为一类；s54，重复步骤s53，每重复一次减少一个类，直到n个类归为一个总类为止。在一实施例中，步骤s51中，设有s种沉积微相，m口井，第g口井为ng，每口井某层段共提取p项岩性组合指数，用xgjk表示第g种沉积微相内第j口井的第k项岩性组合指数；沉积微相1沉积微相2沉积微相ss、m、nm、p为正整数。计算需判别样品属于第g种沉积微相的概率p{g/y}，其中g＝1,2，...s；然后比较p{1/y}，p{2/y}，...，p{s/y}的大小；最后将该样品归于概率最大的沉积微相；qg为第g组的先验概率，fg(y1,y2,...yp)为样品属于沉积微相g的概率密度，是关于y1,y2,...yp的函数，y1代表矿物成分1属于g沉积微相的概率密度，y2代表矿物成分2属于g沉积微相的概率密度，yn代表矿物成分n属于g沉积微相的概率密度。先验概率采用样本频率作为估计值，式中，ng为第g口井，n为全部井位总数。求解样品属于沉积微相g的概率密度fg(y1,y2,...yp)时设m个总体均服从正态分布，第g个总体的均值为μg向量，协方差矩阵为vg，可得概率密度fg(y1,y2,...yp)。式(10)中x＝(x1,x2,…,xp)’是p维向量，p是岩性组合指数的项数，μg＝(μg1，μg2，…，μgp)’是均值向量，μg1代表g个总体的第1种轻重矿物成分均值，μg2代表g个总体的第2种轻重矿物成分均值，μgp代表g个总体的第p种轻重矿物成分均值。是协方差矩阵，是协方差矩阵的逆矩阵。σ(g)用来表示两种矿物成分共同产生的方差，用来衡量两个中矿物成分的相互影响。例如用来表示第g个总体中第1种矿物成分与第2中矿物成分之间的方差，用来表示第g个总体中第2种矿物成分与第1中矿物成分之间的方差。假设v1＝v2＝…＝vm＝v，此时在确定沉积微相的过程中，采用样本均值来估计μg，用样本的协方差矩阵s来估计v。其中g＝1,2，…，m；(12)式(12)中其中k＝1,2，…，p。xg·p是样本空间m中属于某种沉积微相的所有井的岩性组合指数平均值向量。式(13)中，其中sg是第g种沉积微相的离差矩阵。式(13)中n是全部井位，ng为第g口井。m为井数。将式(12)、(13)代入式(11)中得出将式(14)代入式(9)得，对式(15)的分子取自然对数，得对式(16)中与g有关的项记作fg(y),得其中，g＝1,2,3，…，m。m是井数。fg(y)是y1,y2,...yp的线性函数，共有m个；显然，当fg(y)在某沉积微相内取得最大值时，p{g/y}也属于该沉积微相的概率也达到最大，样品y就应归于此沉积微相，因此式(17)是判别函数的矩阵形式，利用矩阵运算得，式(18)中式中是s的逆矩阵s-1中第k行第t列元素。qg为第g组的先验概率。ckg、c0g用来简化物源判别函数，无实际地质意义。在一实施例中，步骤s52中，沉积微相之间的距离dg(p,q)为式(19)中，d、i和j代表任意两沉积微相之间的距离，gp和gq用来代指任意两个沉积微相，l和m分别为gp和gq中的样本数，d、i和j为gp沉积微相中第i个样品与gq沉积微相中第j样品之间的距离。步骤s6中，根据聚类分析结果，划分为不同的类别；岩性指数i1接近于1时砂岩所占比例大，砂岩粒级指数i2接近于1时粗砂岩含量高，砂岩粒级分异度i3接近于0.75时砂岩粒级越单一，砂岩厚度指数i4值越大平均单层砂岩厚度越小，砂岩厚度分异度i5值越大砂层之间厚度差异性越大，泥岩颜色指数i6接近于1时氧化色泥岩所占比例大，泥岩厚度指数i7值越大单层泥岩厚度越小。分析各类中岩性组合指数所代表的意义，综合判定各类别沉积微相，进而得到各单井研究层段的沉积微相。具体的，聚类过程中先将所有的样本都自成一类，然后计算哪两者的距离较近，最近的先聚，即先成一类，直到所有样品都规为一类位置，最终得到q型样本聚类树状图如图2所示，最左侧一列数字代表井号，井号14与井号58之间的距离为0.9，首先划归为一类，然后依次将井号14～井号9归为1类；井号4在距离为1.4时，可与井号14～井号9归为一类。通过分析聚类树状图，最终选择距离10和距离15将78井共分为7类，分别标记为①～⑦。①岩性指数为0，砂岩粒级分异度在0.56～1之间，泥岩颜色指数在0～0.25之间，泥岩厚度指数在1.4～12.7之间，表现为稳定还原条件下泥岩沉积，为半深湖沉积微相；②岩性指数在0～0.04之间，砂岩粒级指数在0～0.5之间，砂岩粒级分异度在0.51～0.87之间，砂岩厚度指数在0～200之间，砂岩厚度分异度在0～2之间，泥岩颜色指数在0～0.26之间，泥岩厚度指数在7.69～57.69之间，为平原沼泽沉积微相；③岩性指数在0.08～0.77之间，砂岩粒级指数在0.25～0.69之间，砂岩粒级分异度在0.5～0.87之间，砂岩厚度指数在11.76～100之间，砂岩厚度分异度在2～20.96之间，泥岩颜色指数在0.29～1之间，泥岩厚度指数在6.94～44.83之间，为平原河道沉积微相；④岩性指数在0.05～0.24之间，砂岩粒级指数在0.25～0.75之间，砂岩粒级分异度在0.74～0.1之间，砂岩厚度指数在26.09～80之间，砂岩厚度分异度在2.6～8.9之间，泥岩颜色指数在0～0.36之间，泥岩厚度指数在7.79～22.22之间，为前三角洲沉积微相；⑤岩性指数在0.09～0.53之间，砂岩粒级指数在0.25～0.75之间，砂岩粒级分异度在0.87～1.0之间，砂岩厚度指数在14.29～85.71之间，砂岩厚度分异度在2.08～14之间，泥岩颜色指数在0～0.25之间，泥岩厚度指数在20.37～53.66之间，为远砂坝沉积微相；⑥岩性指数在0.33～0.83之间，砂岩粒级指数在0.25～0.75之间，砂岩粒级分异度在0.87～1之间，砂岩厚度指数在10.71～20.51之间，砂岩厚度分异度在11.11～22.81之间，泥岩颜色指数在0～0.68之间，泥岩厚度指数在6.67～47.62之间，为水下分流河道沉积微相；⑦岩性指数在0.15～0.74之间，砂岩粒级指数在0.25～0.75之间，砂岩粒级分异度在0.39～0.7之间，砂岩厚度指数在17.95～65.22之间，砂岩厚度分异度在3.7～11.2之间，泥岩颜色指数在0～0.21之间，泥岩厚度指数在15.56～54.55之间，为河口坝沉积微相。步骤s7中，利用单井沉积微相分析结果，根据沉积微相空间配置规律，结合沉积微相平面配置关系绘制沉积微相平面分布图。在确定78口单井研究层沉积微相之后，把井位坐标投到平面图中，结合沉积微相平面配置关系，绘制沉积微相平面分布图如图3所示。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12