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1、碳酸盐岩快速识别技术 研究及应用,地质录井处,二零零九年二月,汇报提纲,一、概述 二、取得的主要技术成果 三、应用及效果评价,一、概述,项目来源：中原油田科技部，2008年4月-12月,一）项目来源及目的意义,目的：针对碳酸盐岩地层岩性识别问题，对实验室薄片染色技术进行研究、改进，应用于现场混合样，结合数字图像技术，形成碳酸盐岩快速识别技术，实现在PDC钻井条件下细岩屑的准确、快速识别。,1、现场试验应用3口井以上 1、实验应用10口井 2、岩性识别符合率大于90% 2、岩性识别符合率达到93.7%以上 3、剖面解释符合率大于85% 3、剖面解释平均符合率87.3% 4、技术完善提高 4、3项
2、技术改进，3项技术创新 5、成果信息应用及时率90% 5、成果信息应用及时率95%,二）技术指标,合同要求 实际完成,图像采集技术研究改进,碳酸盐识别技术研究,图像分析应用技术研究,软件系统设计与开发,成果推广应用,岩石学特征研究,三）技术路线,四）完成的主要工作,2、通过495个染色样品、325个薄片及2000多幅图像分析，对采集技术进行研究，形成了适合碳酸盐岩岩屑图像的采集方法。,1、研究并建立了11种具有代表性的碳酸盐岩岩石学特性和识别标准；,3、研究目前三种碳酸盐岩岩性识别技术：碳酸盐岩含量测定、X射线分析技术、岩屑图像识别技术。对其适用性进行评价、优选后，重点开展了图像识别技术的改进
3、与完善。,4、通过普光10口井应用，采集图像4921张，分析薄片747块，分析岩屑图像4500张，完成图像分析综合图10份，形成了成熟的碳酸盐岩快速识别技术。,5、研发了碳酸盐岩专家解释系统，实现了岩性的智能化鉴定，使岩性识别符合率达到93.7%，剖面解释符合率87.3%，,二、取得的主要技术成果,一）根据碳酸盐岩的化学性质差异性，对实验室薄片染色技术进行改进，并应用于现场混合样中实现岩性的快速识别；,二）对岩屑图像识别技术进行改进、完善，将研究对象由碎屑岩扩展到碳酸盐岩，将染色技术、地质技术、图像技术和计算机技术综合应用于碳酸盐岩地层岩性的解释与识别，形成了碳酸盐岩图像识别新技术。,三）研发
4、的碳酸盐岩专家解释系统，从根本上突破了岩性智能化鉴定技术难题，同时实现成果图的实时传输与打印。,碳酸盐岩性质特征表,根据灰岩与白云岩的化学差异性，将实验室薄片染色技术应用于现场混合样，使其呈现出不同特征，借助“岩屑显微图像系统”进行识别。,取得的主要技术成果一染色技术的改进,1、染色原理,茜素红溶液与碳酸盐岩反应机理：方解石在茜素红溶液中释放出的钙离子与茜素磺酸钠作用生成红色螯合物茜素磺酸钙，并覆盖在方解石矿物表面而呈红色；白云石无钙离子释放或释放出来的量达不到生成茜素磺酸钙的离子浓度，因此白云石不染色。 三氯化铁溶液与碳酸盐岩反应机理：三氯化铁溶液中水解产物H+与方解石反应生成碱性物质碳酸氢
5、钙，并不断吸附氢氧化铁溶液中的胶体物质氢氧化铁，同时释放出二氧化碳气体。这样就在方解石矿物表面形成了一层黄色或黄褐色物质的薄膜，其颜色深浅与胶体物质多少有关，而胶体物质多少与化学反应程度有关。,染色技术的改进,2、染色剂的优选,三氯化铁染色,三氯化铁染色,茜素红染色,云质灰岩-薄片,云质灰岩-薄片,染色技术的改进,茜素红染色,白云岩-原样,灰岩-原样,三氯化铁染色规律：灰岩呈黄色，上色均匀，染色后视觉效果突出。白云岩不变色。 茜素红染色规律：灰岩呈紫红色，染色效果受岩石本色影响，上色不均匀、不明显。白云岩不变色。 优选视觉效果明显的三氯化铁试剂进行样品处理分析。,不同浓度三氯化铁染色效果图,3
6、、三氯化铁浓度的确定,染色技术的改进,不同染色时间效果图,4、 三氯化铁染色时间的确定,染色技术的改进,5、岩屑掉色现象分析,染色技术的改进,混合样薄片结论：主要为云质灰岩，少量泥质灰岩，白云石含量高达40%左右，分布均匀。因此掉色现象是岩性不纯和结构共同导致的。,云质灰岩-薄片,泥质灰岩-薄片,云质灰岩-混合样,6、结论,染色技术的改进, 三氯化铁染色剂识别灰岩、白云岩效果突出； 10%的三氯化铁的溶液浓度染色效果最佳； 30-50秒的染色时间染色效果最稳定； 掉色现象是岩性不纯和结构共同导致。,根据碳酸盐岩的化学差异性，首次将三氯化铁染色技术应用于现场混合样，取得了理想的效果，该技术不受样
7、品和操作工艺的制约，比薄片鉴定技术更具时效性。,将PDC钻头条件下的岩屑分为四个粒级进行分析： 0.9-0.45mm和0.45-0.15mm粒级岩屑多呈棱角状，真岩屑所占比例大（PDC+螺杆时部分也呈层理状或浑圆状）。经稀盐酸处理后可清晰还原其真实特征。,取得的主要技术成果二采集技术的改进,1、样品代表性分析, 粒度形态特征,0.9mm以上 0.9-0.45mm 0.45-0.15mm, 粒度岩性一致性分析,灰岩,膏质云岩,白云岩,采集技术的改进,采用0.9-0.45mm粒径岩屑建立的图像剖面，与取芯剖面对比，岩性符合率达到了90%以上，剖面符合率达到85%以上，证实了岩屑样品的真实性与可靠性
8、。, 与地层岩性一致性分析,普光302-1井图像录井综合图,采集技术的改进,碳酸盐岩采集系统技术参数表,2、采集系统的改进,色彩还原性好，图像品质高,采集技术的改进,取得的主要技术成果三碳酸盐岩识别技术,一）碳酸盐岩测定技术：定量检测混合样中方解石、白云石及其它组分含量识别岩性。 二）X射线荧光技术：通过分析（Si、Al、Fe、Ca、K、Mg、Ti、P、Mn、S、Ba、Cl等特征X射线产额高12种元素）不同元素组合特征识别岩性。 三）图像识别技术：运用先进的成图技术、染色技术将肉眼无法辨别的原始细岩屑实物转换、放大成可辨别的数字图像，并通过计算机对图像进行处理，提取用于识别岩性的特征属性，运用
9、专家知识实现岩性的自动识别。,目前碳酸盐岩岩性识别技术：,典型岩样标准曲线对比图,一）碳酸盐岩测定技术,纯灰岩曲线图,含云含泥灰岩曲线图,纯云岩曲线图,泥质云岩曲线图,根据盐酸与方解石及白云石反应速率的不同确定灰质与云质含量。,碳酸盐岩识别技术,1、原理：,普光305-2井岩性解释剖面图,优势： 技术比较成熟； 定量检测灰岩与云岩含量，检测曲线与图像技术检测曲线一致性较好，同时印证图像结论的准确性。 劣势： 分析的样品需碾磨，比较费时费力； 分析过程采用浓度较高的盐酸，操作过程存在安全隐患； 无法直接成图分析。,2、技术应用及资料分析,根据地壳的化学元素克拉克值得知，地壳上氧46.71%、硅2
10、7.69%、铝8.07%、铁5.05%、钙3.65%、钠2.75%、钾2.58%、镁2.08%、钛0.62%、氢0.14%、磷0.13%、碳0.094%、锰0.090%、硫0.052%、钡0.050%、氯0.013%等16种元素含量值占地壳总量的99.769%，其他元素占0.231%。在X射线荧光分析中，1-11号元素的特征X射线（X荧光）产额低，不易通过X射线荧光分析仪测定。 目前用于碳酸盐岩地层的X射线荧光分析选择了Si、Al、Fe、Ca、K、Mg、Ti、P、Mn、S、Ba、Cl等特征X射线（X荧光）产额高的12种元素。,1、分析元素,二）X射线荧光技术,碳酸盐岩识别技术,鄂尔多斯大70井
11、X射线荧光（XRF）分析成果图,2、识别效果,XRF 综合解释,优势：获得的岩石信息丰富；实时、定量识别和评价岩性；不同岩性元素组合特征差异明显；将模糊录井提升到真正意义上的数字录井。 劣势：从现场及时普及、推广角度考虑，目前价格比较昂贵；对操作精度要求高，过程繁琐。,白云岩：多数元素值平缓，没有幅度差，或幅度差很小。,灰岩：多数元素值大幅上升，尤其是K、Ca、Ba、P。,鄂尔多斯大70井X射线荧光（XRF）分析成果图,三）图像识别技术改进与完善,碳酸盐岩识别技术,图像识别技术是录井处自主研发录井新技术，主要应用于碎屑岩地层的解释与识别。通过研究对象的改变，应用染色技术扩展了该技术的适用性，比
12、常规茜素红识别技术更方便、快捷，形成了碳酸盐岩快速识别新技术。,四）碳酸盐岩图像分析应用技术,碳酸盐岩识别技术,（1）现场快速描述：通过图像分析仪，动态鉴别、描述染色混合样。该方法方便、快捷，突出时效性；,（2）智能化识别：运用专家知识，实现智能化识别岩性。该方法是染色技术、地质技术与图像技术有效结合及创新，从根本上突破了岩性智能化鉴定技术难题。,（3）人机交互识别：建立在智能化识别的基础之上，对没有进入专家知识的部分或个别特殊岩性解释的补充和完善。,1、应用方案,通过5000多幅图片资料综合分析，应用碳酸盐岩快速识别技术，对普光地区95%以上的岩性进行准确、快速的识别。,2、碳酸盐岩图像特征
13、对应染色规律,鲕粒白云岩,灰岩,灰质云岩,云质灰岩,图像特征对应染色规律,结晶白云岩,膏质白云岩,泥质白云岩,膏岩,膏质灰岩,泥质灰岩,3、碳酸盐岩图像分析技术,岩屑图像提供的地质分析信息是图像要素（色调、饱和度、亮度）。通过分析、提取各类岩屑的图像要素，搭建专家知识库，形成了碳酸盐岩图像分析技术。 图像要素受岩屑背景色影响较大因此采用两种图像模式建立图版及岩性识别标准。,第一种识别模式：用于识别灰岩与白云岩为主的岩屑图像。,(1) 岩性识别图版,第二种识别模式：主要用于识别棕红色泥质白云岩、灰色白云岩及膏岩、灰岩为主的岩屑图像。,第二种模式岩性识别标准,第一种模式岩性识别标准,（2）岩性识别
14、标准,A、第一种模式识别流程,（3）岩性自动识别流程,B、第二种模式识别流程,（4）图像解释方法,B、连续图像岩性解释方法 根据单幅图像资料处理分析，建立地层岩性含量变化曲线，运用数理统计方法（上下层变化情况、相对含量等），结合实际地层剖面资料，建立图像剖面自动解释标准。 解释依据：结合区域地层特征及测井解释、综合解释结论，以薄片鉴定结论为准。,A、单幅图像资料信息分析 通过不同类型单个岩屑颗粒的标定，确定不同类型岩石含量。,为适用于生产、科研应用需求，开发了以采集、处理、解释、成图于一体的碳酸盐岩解释系统。,系统特点： 岩性识别直观、准确、有效； 操作灵活、方便； 增加两种判别模式； 实现多
15、对象、多参数、多循环判别。,4、设计开发碳酸盐岩专家解释系统,单幅图像成果报告,特点：图像灵活分类显示 参数自动分析成图 统计计算分类报告,地质成果应用直观化、实时化、形象化、标准化,完善、扩充图像数据库结构、内容； 解决多项资料深度归位技术； 完善录井综合图图标图示技术； 完善主要模块功能、性能，增加应用灵活性； 改进、美化软件操作界面。,应用软件功能完善,应用效果,识别效果： 岩性符合率93.7% 剖面解释符合率89.5%,识别井段： 3200-5200m,识别层位： 飞仙关组,五）碳酸盐岩图像识别技术创新点, 首次采用三氯化铁染色技术现场识别碳酸盐岩混合样，比常规采用的薄片染色技术操作更
16、方便，并且提高了现场岩性识别的时效性；, 将染色技术、地质技术、图像技术和计算机技术综合应用于碳酸盐岩地层岩性的解释与识别；, 开发的碳酸盐岩专家解释系统，实现了岩性的智能化鉴定，并实时提供图像成果报告，形成网络化应用。,三、应用及效果评价,应用专家解释系统，对普光2011-3、305-2、101-3、老君2等井的主要层段进行识别、解释，图像剖面与测井解释、地质剖面及薄片结论对比分析：岩性识别符合率93.7%以上，地层剖面岩性平均解释符合率87.3%。,工作量统计表,实钻井效果图一,应用效果-,灰岩6328m,白云岩6360m,直观展示地层岩性变化,实钻井效果图二,应用效果-,膏质灰岩5278
17、m,膏质灰岩5278m,对薄层的有效识别,应用效果-,实钻井效果图三,膏质云岩4836m,膏岩4888m,膏质云岩4836m-薄片,对特殊岩性的有效识别,实钻井效果图四,应用效果-,泥质灰岩5420m,泥质灰岩5420m-薄片,泥质云岩5408m,分层界限直观明显, 通过现场实际应用，已形成成熟的碳酸盐岩性岩解释评价技术，开发的碳酸盐岩图像录井软件，采用成果图法直观解释，准确率高，实用性强，操作灵活、方便。适于在重点井或重要层位进行推广应用。,效益评价及结论, 碳酸盐岩快速识别技术提高了录井现场混合样岩性鉴定的时效性及综合解释剖面的精度，使现场录井手段得到了提升。, 碳酸盐岩图像识别技术对新钻井工艺下的细岩屑快速、准确的识别，尤其对薄互层、夹层、特殊岩性及岩性突变界面具有很好的识别效果。为分层、卡层、地层研究提供技术保障。通过实际应用将产生良好的经济效益。,谢谢！,团块状分布,吸附于岩屑颗粒表面,直观辨别钻井液处理剂产生的影响,灰质白云岩,泥质灰岩,碎屑岩成果报告,碳酸盐岩成果报告,