氧闭合模型的构建方法及氧闭合模型的应用方法与流程

本发明涉及石油与地质勘查
技术领域：
，具体而言，涉及一种氧闭合模型的构建方法及氧闭合模型的应用方法。
背景技术：
：元素俘获测井是用测井的方法获得连续矿物含量的最新引进技术。元素俘获测井可获得沿井轴连续的多种元素的放射性俘获谱。在此基础上，通过数据处理可获得沿井轴连续的矿物含量。氧闭合模型是数据处理的核心技术，应用氧闭合模型可以求解元素俘获产额对应的氧化物的含量。目前，现场上应用的氧闭合模型多为斯伦贝谢公司提供的WALK2模型，该模型对矿物类型较为单一的砂泥岩地层或灰岩地层适应性较好，对于陆相岩性复杂的碎屑岩和碳酸盐岩过渡性岩类地层适应性较差，无法满足技术需求，从而限制了该技术的有效应用。斯伦贝谢公司的元素俘获测井处理模型可以提供20种元素的产额，但是由于元素俘获测井仪器采用的中子发射器能量较低，只对其中部分元素反映较好，所以其在市场中通用模型，即WALK2模型提供的元素种类只为8种，分别是硅、钙、铁、硫、钛、钆、氢与铝。该WALK2的核心内容主要之一是敏感度因子，斯伦贝谢公司提供的计算方法是首先令硅元素的敏感度为1，其余元素的敏感度均为相对敏感度，然后采用如下公式进行计算：其中，Sj为第j种元素的相对敏感度；yj为第j种元素的产额；Wtj第j种元素的干重；ysi为硅元素的产额；Wtsi为硅元素的干重。然而，数据斯伦贝谢公司并未提供获取上述参数的方法以及处理过程中每种元素的敏感度因子。此外，对于WALK2模型中所提供的铝元素干重，斯伦贝谢公司对外只宣布其由硅、钙以及铁元素获得，并未提供具体计算公式。而在碎屑岩与碳酸盐过渡性岩类，铝元素(或氧化铝)与铁元素(或氧化铁)之间相关性较差(如图8所示)，因此WALK2模型无法应用于铝元素的计算。综上所述，WALK2模型的主要技术缺陷有两点。一是求解元素的种类少，由于未提供钾、钠、镁等元素的计算，造成了无法求解白云石、钾长石、钠长石的含量，而在碎屑岩和碳酸盐岩过渡性岩类这些矿物是主要的造岩矿物，因而无法满足多矿物求解的技术需求；二是钙、铝、铁元素计算误差过大(如图1和图4所示)，使得无法准确地求解碳酸盐岩和粘土矿物的含量。技术实现要素：本发明旨在提供一种氧闭合模型的构建方法及氧闭合模型的应用方法，以解决现有氧闭合模型中存在的求解元素的种类少、求解元素的计算精度较低的技术问题。为此，本发明提供了一种氧闭合模型的构建方法，该构建方法包括以下步骤：分析化验样品所含的主要元素，并确定能够反映化验样品岩性的主要氧化物组合；根据各主要元素的产额，将主要元素分为对元素俘获测井仪器反应敏感的第一类元素和对元素俘获测井仪器反应不敏感的第二类元素；利用第一类元素的产额计算各第一类元素的敏感度因子；利用第一类元素的敏感度因子以及第一类元素的产额计算第一类元素的氧化物干重；利用岩石物理实验资料建立第二类元素的氧化物干重与第一类元素的氧化物干重的相关关系，进而确定各种第二类元素的氧化物干重；利用第一类元素的氧化物干重和第二类元素的氧化物干重进行氧闭合计算，令第一类元素的氧化物干重和第二类元素的氧化物干重的总和为1，以获得氧闭合因子F，从而建立氧闭合模型。进一步地，确定能够反映化验样品岩性的主要氧化物的步骤中，主要氧化物的含量占化验样品所含的全部氧化物的含量的95％以上。进一步地，利用元素俘获测井获取各主要元素的产额。进一步地，第一类元素主要包括硅、铁、钙、氢、硫、钛、钆、钾、铝和氢；第二类元素主要包括钠和镁。进一步地，计算第一类元素的敏感度因子的步骤包括：设定硅元素的灵敏度为SSi；利用其余第一类元素的产额和硅元素的产额计算其余第一类元素的的敏感度因子。进一步地，计算其余第一类元素的敏感度因子的公式为：Si＝(Ai·Yini)/YSi，其中，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，YSi为硅元素的产额，Ai和ni为刻度常数。进一步地，计算第一类元素的氧化物干重的公式为：为第i种第一类元素的氧化物干重，Wi为第i种主要元素与相应的主要氧化物之间的转换系数，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，F为氧闭合因子。进一步地，第二类元素的氧化物干重与第一类元素的氧化物干重的相关关系的计算公式为：其中，为第j种第二类元素的氧化物干重，为第1种第一类元素的氧化物干重，为第2种第一类元素的氧化物干重，为第i种第一类元素的氧化物干重。进一步地，第二类元素的氧化物干重的计算公式为：其中，为第j种第二类元素的氧化物干重，W1为第1种第一类元素与第1种第一类元素的主要氧化物之间的转换系数，S1为第1种第一类元素的敏感度因子，Y1为第1种第一类元素的产额，Wi为第i种第一类元素的敏感度因子，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，F为氧闭合因子。进一步地，氧闭合计算的公式为：其中，Wi为第i种第一类元素与第i种第一类元素的主要氧化物之间的转换系数，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，为第j种第二类元素的氧化物干重，F为氧闭合因子，n1为第一类元素的主要氧化物的个数，n2为第二类元素的主要氧化物个数，且n1与n2的和等于m，m为所有主要氧化物的种类。同时，本发明还提供了一种氧闭合模型的应用方法，该应用方法包括以下步骤：利用本发明提供的氧闭合模型计算化验样品所含的主要元素的干重和主要元素的主要氧化物的干重。进一步地，主要元素分为对元素俘获测井仪器反应敏感的第一类元素和对元素俘获测井仪器反应不敏感的第二类元素，计算第一类元素的干重的公式为：其中，为第i种第一类元素的干重，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，F为氧闭合因子。进一步地，计算第二类元素的干重的公式为：其中为第j种第二类元素的干重，S1为第1种第一类元素的敏感度因子，Y1为第1种第一类元素的产额，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，F为氧闭合因子。进一步地，计算主要元素的主要氧化物的干重的公式为：WOi＝WEi·Wi，其中，WOi为第i种主要元素的主要氧化物的干重，WEi为第i种主要元素的干重，Wi为第i种主要元素与第i种主要元素的主要氧化物之间的转换系数。本发明提供的氧闭合模型除了能够计算原有氧闭合模型可提供的主要元素外，还能够计算对求解碎屑岩和碳酸盐岩过渡性岩类至关重要的钾、钠、镁等更多种主要元素的含量，同时提高了各主要元素及相应的主要氧化物的计算精度(特别是钙、铝、铁元素氧化物的计算精度)，从而解决现有氧闭合模型中存在的求解元素的种类少、求解元素的含量误差过大的技术问题，扩宽了的氧闭合模型应用范围及计算精度。附图说明构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1示出了采用WALK2氧闭合模型计算获得主要元素的含量与分析化验获得主要元素的含量的对比图；图2示出了示出了本发明提供的氧闭合模型的构建方法的流程示意图；图3示出了采用本发明提供的氧闭合模型计算获得主要元素的含量与分析化验获得主要元素的含量的对比图；图4示出了本发明提供的氧闭合模型和WALK2氧闭合模型的相对百分比误差统计图；图5示出了氧化钾、氧化钠的干重之和与氧化铝的干重之间的关系图；图6示出了氧化钙干重与烧失量干重之间的关系图；图7示出了氧化钙干重与氧化镁干重之间的关系图；以及图8示出了氧化钙干重与氧化铁干重之间的关系图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。由
背景技术：
可知，现有氧闭合模型中存在的求解元素的种类少、求解元素的计算精度较低的技术问题。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种氧闭合模型的构建方法。如图2所示，该构建方法包括以下步骤：分析化验样品所含的主要元素，并确定能够反映化验样品岩性的主要氧化物组合；根据各主要元素的产额，将主要元素分为对元素俘获测井仪器反应敏感的第一类元素和对元素俘获测井仪器反应不敏感的第二类元素；利用第一类元素的产额计算各第一类元素的敏感度因子；利用第一类元素的敏感度因子以及第一类元素的产额计算第一类元素的氧化物干重；利用岩石物理实验资料建立第二类元素的氧化物干重与第一类元素的氧化物干重的相关关系，进而确定各种第二类元素的氧化物干重；利用第一类元素的氧化物干重和第二类元素的氧化物干重进行氧闭合计算，令第一类元素的氧化物干重和第二类元素的氧化物干重的总和为1，以获得氧闭合因子F，从而建立氧闭合模型。本发明提供的上述氧闭合模型除了能够计算原有氧闭合模型可提供的主要元素外，还能够计算对求解碎屑岩和碳酸盐岩过渡性岩类至关重要的钾、钠、镁等更多种主要元素，同时提高了各主要元素及相应的主要氧化物的计算精度(特别是钙、铝、铁元素氧化物的计算精度)，从而解决现有氧闭合模型中存在的求解元素的种类少、求解元素的含量误差过大的技术问题，扩宽了的氧闭合模型应用范围及计算精度。更为具体地，本发明通过对碎屑岩和碳酸盐岩过渡性岩类氧化物组成进行分析，针对该主要氧化物组合，在研究元素俘获测井仪器结构特点和伽马射线与能量道关系研究的基础上，利用蒙特卡罗方法模拟得到硅、钙、硫、铁、镁、铝、钾、钠等11种元素标准伽马能谱，对比研究了每种元素的信噪比，综合认为在研究区地层钾元素与铝元素产额的信噪比较高，可以直接将这两种元素的产额代入氧闭合计算中；对于钠、镁等第二类元素，本发明中以岩石物理实验为基础，利用钾元素与钠元素之和与铝元素之和相关关系好的特点，用钾元素氧化物干重与铝元素的氧化物干重来替代钠元素的氧化物干重。同理，利用镁元素、钙元素以及烧失量(主要为碳与氧元素)三者之间的约束关系，用钙元素的氧化物干重来表征镁元素的氧化物干重，这样就解决了元素俘获测井对部分元素不敏感的技术难题。紧接着，利用本发明提供的元素敏感度方法计算元素俘获测井敏感的第一类元素的灵敏度因子后，利用利用敏感度因子和各第一类元素的产额计算第一类元素的氧化物干重，然后用第一类元素的氧化物干重表征元素俘获测井不敏感的第二类元素的氧化物干重，最后利用的第一类元素的氧化物干重以及第二类元素的氧化物干重，令第一类元素的氧化物干重和第二类元素的氧化物干重的总和为1以获得氧闭合因子，这样就完成了适用于碎屑岩与碳酸盐过渡性岩类的氧闭合模型的建立。下面将更详细地描述根据本发明提供的氧闭合模型的构建方法示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。首先，分析化验样品所含的主要元素，并确定能够反映化验样品岩性的主要氧化物组合。在该步骤中，可以通过综合分析地层剖面以确定化验样品所含的主要元素。一般情况下，例如，主要元素包括硅、钙、铁、硫、钛、钆、氢、铝、钾、钠和镁。同时，所选的主要氧化物要能够代表岩石组合的岩石学特征。对于复杂性的岩性地层，往往氧化物种类繁多，但为数不多的主要元素通常占元素含量的大部分。另外，元素俘获测井也仅对一定数量的元素敏感。因此，选择求解的主要氧化物要既要考虑地层岩石学特征的代表性，又要考虑仪器的因素。具体地，设化验样品含有n种主要元素，选择的主要氧化物为m种，要主要氧化物能够有效地反映地层的岩石学特征，通常需要满足：其中，WEOi为第i种主要元素相应的主要氧化物的干重。在本实例中氧化钠、氧化钾、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化铁以及烧失量是主要氧化物(表1，该表中各氧化物的单位为干重百分比)。表1完成分析化验样品所含的主要元素，并确定能够反映化验样品岩性的主要氧化物组合的步骤之后，根据各主要元素的产额，将主要元素分为对元素俘获测井仪器反应敏感的第一类元素和对元素俘获测井仪器反应不敏感的第二类元素。优选地，第一类元素主要包括硅、铁、钙、氢、硫、钛、钆、钾、铝与氢等元素；第二类元素主要包括钠元素、镁元素、碳元素(烧失量的主要组成元素)。对于第二类元素，利用第一类元素的氧化物干重来表征第二类元素的氧化物干重，该区的表征公式如下：对于钠元素(氧化钠)：对于镁元素(氧化镁)：对于烧失量：其中：分布为第二类元素的氧化物干重；分别为第一类铝、钾以及钙的氧化物干重。完成根据各主要元素的产额，将主要元素分为对元素俘获测井仪器反应敏感的第一类元素和对元素俘获测井仪器反应不敏感的第二类元素的步骤之后，利用第一类元素的产额计算各第一类元素的敏感度因子。在该步骤中，可以利用元素俘获测井获取各主要元素的产额。另外，这里的敏感度因子为相对敏感度因子，即硅元素的敏感度为常数Ssi，其他元素的敏感度因子为相对敏感度因子。具体地，计算各主要元素的敏感度因子的步骤包括：设定硅元素的灵敏度为SSi；利用其余主要元素的产额和硅元素的产额计算其余主要元素的敏感度因子。计算其余主要元素的敏感度因子的公式为：Si＝(Ai·Yini)/YSi，其中，Si为第i种主要元素的敏感度因子，Yi为第i种主要元素的产额，YSi为硅元素的产额，Ai和ni为刻度常数。几种主要元素的刻度常数如下表所示：表2.几种主要元素的刻度常数表硅铝钙铁钾Ai1.40.071.40.181ni11220.0025完成利用第一类元素的产额计算各第一类元素的敏感度因子的步骤之后，利用第一类元素的敏感度因子以及第一类元素的产额计算第一类元素的氧化物干重。该步骤中，利用如下公式计算第一类元素的氧化物干重，计算公式如下：其中，为第一类元素的氧化物干重，Wi为第i种主要元素与相应的主要氧化物之间的转换系数，Si为第i种主要元素的敏感度因子，Yi为第i种主要元素的产额，F为氧闭合因子，i分别为钙、硅、铁、钾与铝。完成利用第一类元素的产额计算各第一类元素的敏感度因子的步骤之后，利用岩石物理实验资料建立第二类元素的氧化物干重与第一类元素的氧化物干重的相关关系，进而确定各种第二类元素的氧化物干重。其中，第二类元素的氧化物干重与第一类元素的氧化物干重的相关关系的计算公式为：其中，为第j种第二类元素的氧化物干重，为第1种第一类元素的氧化物干重，为第2种第一类元素的氧化物干重，为第i种第一类元素的氧化物干重。而第二类元素的氧化物干重的计算公式为：其中，为第j种第二类元素的氧化物干重，W1为第1种第一类元素与第1种第一类元素的主要氧化物之间的转换系数，S1为第1种第一类元素的敏感度因子，Y1为第1种第一类元素的产额，Wi为第i种第一类元素的敏感度因子，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，F为氧闭合因子。具体地，对于钠元素，利用钾元素与铝元素求取，系统的分析化验表明，钠元素与钾元素之和与铝元素的相关关系较好，利用该关系求取钠元素代入氧闭合模型的表达式为：其中，为钠元素的氧化物干重，WAl与WK为铝元素、钾元素与相应的氧化物之间的转换系数，SAl与SK为铝元素、钾元素的敏感度因子，YAl与YK为铝元素、钾元素的产额，F为氧闭合因子。同理利用钙元素以烧失量以及氧化镁之间的关系，可以分别求出该氧闭合模式中的最后两项。即：烧失量代表氧闭合中的表达式为：氧化镁代入氧闭合中的表达式为：其中，WCa为钙元素与氧化物之间的转换系数，SCa为钙元素的敏感度因子，YCa为钙元素的产额，F为氧闭合因子，F为氧闭合因子。最后，利用第一类元素的氧化物干重和第二类元素的氧化物干重进行氧闭合计算，令第一类元素的氧化物干重和第二类元素的氧化物干重的总和为1，以获得氧闭合因子F，从而建立氧闭合模型。氧闭合计算的公式为：其中，Wi为第i种第一类元素与第i种第一类元素的主要氧化物之间的转换系数，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，为第j种第二类元素的氧化物干重，F为氧闭合因子，n1为第一类元素的主要氧化物的个数，n2为第二类元素的主要氧化物个数，且n1与n2的和等于m，m为所有主要氧化物的种类。具体地，几种主要元素和主要氧化物(或碳酸盐)的转换系数如下表2所示。表3.几种主要元素和主要氧化物(或碳酸盐)的转换系数同时，本发明还提供了一种氧闭合模型的应用方法，该应用方法包括以下步骤：利用本发明提供的氧闭合模型计算化验样品所含的主要元素的干重和主要元素的主要氧化物的干重。上述应用方法中，主要元素分为对元素俘获测井仪器反应敏感的第一类元素和对元素俘获测井仪器反应不敏感的第二类元素，计算第一类元素的干重的公式为：其中，WEi为第i种第一类元素的干重，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，F为氧闭合因子；计算第二类元素(即氧化钠、氧化镁)的干重的公式如下：其中为第j种第二类元素的干重，S1为第1种第一类元素的敏感度因子，Y1为第1种第一类元素的产额，Si为第i种第一类元素的敏感度因子，Yi为第i种第一类元素的产额，F为氧闭合因子。计算主要元素的主要氧化物的干重的公式为：WOi＝WEi·Wi，其中，WOi为第i种主要元素的主要氧化物的干重，WEi为第i种主要元素的干重，Wi为第i种主要元素与第i种主要元素的主要氧化物之间的转换系数。具体地，其中，DWNA为钠元素的干重，WAl与WK为铝元素、钾元素与相应的氧化物之间的转换系数，SAl与SK为铝元素、钾元素的敏感度因子，YAl与YK为铝元素、钾元素的产额，F为氧闭合因子。其中，DWMG为镁元素的干重，SCa为钙元素的敏感度因子，YCa为钙元素的产额，F为氧闭合因子。下面将结合图1以及图3至图8进一步说明本发明提供的氧闭合模型和WALK2氧闭合模型的区别。图1示出了采用WALK2氧闭合模型计算获得主要元素的含量与分析化验获得主要元素的含量的对比图。图中，第一道为井径与自然伽马测井曲线；第二道为深度道；第三道为计算钙元素曲线与分析钙元素含量(散点)；第四道为计算铝元素曲线与分析铝元素含量(散点)；第五道为计算硅元素曲线与分析硅元素含量(散点)；第六道为计算铁元素曲线与分析铁元素含量(散点)。从计算数据与分析数据的对比情况看，与碎屑岩相关的铝、硅元素计算误差相对较小，而与碳酸盐岩相关的钙、铁元素的计算误差过大。图3示出了采用本发明提供的氧闭合模型计算获得主要元素的含量与分析化验获得主要元素的含量的对比图。图中，第一道为井径与自然伽马测井曲线；第二道为深度道；第三道为计算钙元素曲线与分析钙元素含量(散点)；第四道为计算铝元素曲线与分析铝元素含量(散点)；第五道为计算硅元素曲线与分析硅元素含量(散点)；第六道为计算铁元素曲线与分析铁元素含量(散点)；第七道为计算钾元素曲线与分析钾元素含量(散点)；第八道为计算钠元素曲线与分析钠元素含量(散点)；第九道为计算镁元素曲线与分析镁元素含量(散点)。从对比结果看计算元素含量与分析化验数据一致性好，计算误差相对较小。与引进WALK2氧闭合模型处理结果对比，两种模型均能提供的钙、铝、硅、铁四种元素，硅元素的计算相对误差基本一致，钙、铝、铁三种元素的计算相对误差显著降低，特别是钙元素计算相对误差大幅度降低(图3)，对于碎屑岩与碳酸盐岩过渡性岩类氧化物含量的计算提供了技术保障。本模型对于WALK2模型无法提供的钾、钠、镁三种元素计算精度相对较高，平均计算相对误差均低于7％，完全能够满足矿物求解的精度，为钾长石、钠长石与白云石含量的计算提供了准确的基础资料。图4示出了本发明提供的氧闭合模型和WALK2氧闭合模型的相对百分比误差统计图。引进的WALK2氧闭合模型可计算钙、铝、硅、铁、钛、钆、氢与硫等8种元素，发明模型除了可计算上述8中元素外，还能计算钾、钠与镁3种元素。由于本实验采用的化学元素分析实验中，氢与硫按照烧失量处理，没有具体实验数据，所以未进行精度分析。图5示出了氧化钾、氧化钠的干重之和与氧化铝的干重之间的关系图。从图5可以看出，氧化钾、氧化钠的干重之和与氧化铝的干重之间呈线性关系，因此可以由氧化铝的干重计算得到氧化钾、氧化钙钠干重之和。图6示出了氧化钙干重与烧失量干重之间的关系图。从图6中可以看出，烧失量干重(包括氧化硫、氧化氢以及氧化碳)可以由氧化钙干重计算得到。图7示出了氧化钙干重与氧化镁干重的干重之间的关系图。从图7中可以看出，氧化镁干重可以由氧化钙干重计算得到。图8示出了氧化铝干重与氧化铁干重之间的关系图。从图8中可以看出，氧化铝不可以由氧化铁干重计算得到。从以上实施例可以看出，本发明上述的实例实现了如下技术效果：本发明提供的氧闭合模型除了能够计算原有氧闭合模型可提供的主要元素外，还能够计算对求解碎屑岩和碳酸盐岩过渡性岩类至关重要的钾、钠、镁等更多种主要元素，同时提高了各主要元素及相应的主要氧化物的计算精度(特别是钙、铝、铁元素氧化物的计算精度)，从而解决现有氧闭合模型中存在的求解元素的种类少、求解元素的含量误差过大的技术问题，扩宽了的氧闭合模型应用范围及计算精度。以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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1 2 3