碳酸盐岩快速识别技术研究及应用

碳酸盐岩快速识别技术研究及应用汇报提纲一、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采集方法研究图像识别技术研究图像分割技术研究用户系统设计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硬件、软件改进其它识别方法应用研究图像要素与岩性关系研究软件开发专家知识、神经网络建模三）技术路线物理性质化学性质四）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。岩石类型矿物成分物理性质化学性质光学性质颜色形态光泽方解石CaCO3无色或白色，含各种混合物时呈不同颜色粒状块状玻璃光泽遇冷稀盐酸产生剧烈气泡遇茜素红溶液变成红色遇三氯化铁溶液变黄色一轴晶负光性、高级白干涉色、明显的闪突起白云石CaMg[CO3]无色或白色，含各种混合物时呈不同颜色粒状块状玻璃光泽遇冷稀盐酸反应微弱遇茜素红溶液不变色遇三氯化铁溶液不变色一轴晶负光性、高级白干涉色、明显的闪突起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。三氯化铁溶液浓度5%三氯化铁溶液浓度10%三氯化铁溶液浓度20%三氯化铁溶液浓度50%三氯化铁溶液浓度5%三氯化铁溶液浓度10%三氯化铁溶液浓度20%三氯化铁溶液浓度50%不同浓度三氯化铁染色效果图3、三氯化铁浓度的确定染色技术的改进染色时间20秒染色时间30秒染色时间50秒染色时间1分钟染色时间2分钟染色时间5分钟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①三氯化铁染色剂识别灰岩、白云岩效果突出；②10%的三氯化铁的溶液浓度染色效果最佳；③30-50秒的染色时间染色效果最稳定；④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：和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。>0.9mm层理状岩屑>0.9mm浑圆状岩屑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0.9-0.45mm0.45-0.15mm①粒度形态特征0.9mm以上

②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。③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技术指标碳酸盐岩图像仪分辨率300万像素最高画质2048x1536放大倍数光学放大

0.7-4.5x总放大倍数30-300x物方视场0.5-10mm工作距离95mm光源类型照明方式冷光源直射计算机配置P4/2.4/512/128白平衡自动白平衡（R:82B:101）曝光补偿日光补偿光照度直射光3档图像画质1024x768图像放大45x碳酸盐岩采集系统技术参数表2、采集系统的改进改前改后704x5761024x768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：①技术比较成熟；②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：①分析的样品需碾磨，比较费时费力；②分析过程采用浓度较高的盐酸，操作过程存在安全隐患；③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27.69%、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X射线荧光（XRF）分析成果图

2、识别效果云岩灰岩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。录井技术改前改后图像识别技术适用于常规钻井、空气钻井碎屑岩地层岩屑原样适用于常规钻井、空气钻井碎屑岩、碳酸盐岩地层岩屑原样、染色样四）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。124灰岩过渡性灰岩白云岩第一种识别模式：用于识别灰岩与白云岩为主的岩屑图像。12134灰岩白云岩膏缝隙(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。1345灰岩泥质云岩白云岩膏缝隙第二种模式岩性识别标准第一种模式岩性识别标准（2）岩性识别标准输入参数色调>60色调≤60黄色亮度<75黑色缝隙180>亮度≥75亮度≥180亮度<75灰色白云岩灰白色石膏黑色缝隙灰色饱和度≥7070>饱和度≥40浅黄色过渡性灰岩棕黄色灰岩饱和度<40灰色白云岩亮度≥75A、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泥质白云岩输入参数亮度<75黑色缝隙灰白色石膏亮度≥180180>亮度≥110灰色白云岩110>亮度≥75棕红色黄色灰岩150>亮度>75饱和度≤100饱和度>50饱和度≤50（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：①岩性识别直观、准确、有效；②操作灵活、方便；③增加两种判别模式；④实现多对象、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

①

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方便，并且提高了现场岩性识别的时效性；

②

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；

③

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%。分析内容井号井段三氯化铁染色薄片分析图片采集碳酸盐岩分析综合剖面散点图版备注识别技术普光305-23671-6020117514113352筛析样5230-54301002001筛析样5250-535050501混合样普光302-15220-5480260903501筛析样老君26200-64001001001001混合样普光2011-34800-5200200202001筛析样普光101-35380-5680150151501筛析样采集技术普光302-34926