基于常规测井曲线频谱特征提取的裂缝识别方法及系统与流程

本发明涉及非常规油气勘探开发，尤其涉及基于常规测井曲线频谱特征提取的裂缝识别方法及系统。

背景技术：

1、天然裂缝对低渗致密储层的油气富集成藏和渗流开采机制具有显著影响，准确识别与预测储层裂缝对非常规油气资源的勘探开发至关重要。通过野外露头观测和岩心描述可以统计储层裂缝特征，但操作难度大、成本高且耗时长。成像测井资料（如fmi）能够提供高清的井壁图像，直观反映裂缝的倾角、走向和密度等裂缝信息，但其技术复杂且成本昂贵，难以覆盖全井区。常规测井曲线在一定程度上能够反映地下裂缝发育所引起的岩石物理性质变化（如地层电阻率、声波特性、岩石孔隙度等），然而测井曲线对裂缝的异常响应往往表现出较强的波动性和多解性，仅依靠人工观测难以准确识别裂缝。

2、现有专利（申请号202211256641.4）公开了一种基于rs分形的裂缝预测方法，利用rs分析提取常规测井曲线中的裂缝响应特征；专利（申请号202510236775.7）公开了一种基于双变量变尺度分形技术的天然裂缝识别方法，借助rs分析计算测井数据的分形维数，并通过正序和倒序数据区域的比对来识别裂缝发育段。

3、上述两个技术方案均通过rs分形方法建立了常规测井曲线与裂缝之间的关联，但未充分处理rs曲线在裂缝响应处所表现出的显著波动特征和多解性问题，也未有效抑制噪声对分形识别裂缝结果所产生的干扰。因此，尚未确立一种有效判别rs曲线凹凸形态与裂缝发育之间关系的合理且适用的方法。

4、基于常规测井rs曲线凹凸形态识别裂缝本质上属于信号波动处理问题。短时傅里叶变换（stft）方法通过窗函数截取信号源的局部段并分析其频谱特性，已在处理非平稳的信号波动问题上得到广泛应用。调研发现，目前stft在一维测井曲线中的应用多集中在数据标准化和去噪处理，而在识别rs曲线中隐含裂缝信息的凹凸位置方面鲜有报道。

技术实现思路

1、本发明在分析多种信号异常处理方法的基础上，提出一种基于常规测井曲线频谱特征提取的裂缝识别方法及系统，结合rs分析和stft方法，有效增强和提取rs曲线局部凹凸的频谱特征，最后通过灰色关联法（gra）加权计算获得综合裂缝判别指数f，与少量成像测井资料比对和校正，实现生产井全井段裂缝的识别与预测。

2、本发明一种基于常规测井曲线频谱特征提取的裂缝识别方法，包括以下步骤：

3、步骤s1.获取常规测井曲线，绘制裂缝区和非裂缝区的交汇图，优选对裂缝响应敏感的测井曲线；

4、步骤s2.利用rs分析法构建步骤s1所得到的测井曲线的rs曲线；

5、步骤s3.采用stft方法增强并提取步骤s2所得到的rs曲线中局部波动的频谱特征，识别其中包含裂缝信息的凹陷段；

6、步骤s4.基于gra方法量化各rs曲线对裂缝识别的贡献程度，计算综合裂缝判别指数f；

7、步骤s5.结合成像测井资料设定阈值f'，抑制非裂缝因素的干扰，实现水平井全井段天然裂缝的准确识别及预测。

8、优选地，步骤s1中，对常规测井曲线进行深度校准和对齐处理，通过成像测井资料获取常规测井曲线的裂缝段与非裂缝段，绘制不同测井曲线的裂缝-非裂缝交汇图；

9、通过观察测井数据点的分布规律来区分裂缝区和非裂缝区，进而优选出对裂缝响应明显的测井曲线，即为裂缝响应测井曲线。

10、优选地，步骤s2中，rs曲线曲线构建方法如下：

11、对裂缝响应明显的测井曲线为裂缝响应测井曲线，对裂缝响应测井曲线进行归一化处理，对归一化处理后的裂缝响应测井曲线进行rs分析，依次计算全井段不同窗口内n个采样点的极差r(n)以及标准差s(n)，获得r(n)/s(n)值，其中n>2，在双对数log(n)-log(rs)空间中构建rs曲线；

12、具体地，裂缝响应测井曲线的归一化处理过程如下：；

13、式中，为裂缝响应测井曲线的数值；为裂缝响应测井曲线的最小值；为裂缝响应测井曲线的最大值；为裂缝响应测井曲线归一化后的数值；

14、对裂缝响应测井曲线进行rs分析的公式如下：

15、测井曲线极差r(n)定义为：

16、；

17、测井曲线标准差s(n)定义为：；

18、双对数空间中的测井曲线r(n)/s(n)定义为：；

19、分形维数d定义为：d=2-h；

20、式中，为深度域的测井曲线序列；

21、n为测井曲线窗口数据的总采样点数；

22、u为[0, n]窗口内选取的采样点；

23、i和j为采样点个数的变量；

24、h为hurst指数，即为rs曲线的斜率；

25、c为常数，即为rs曲线的截距；

26、d为分形维数，用于表示裂缝响应测井曲线一维波动的复杂程度，d越大，说明曲线波动越大，储层裂缝发育程度越高。

27、优选地，步骤s3具体如下：

28、将rs曲线作为stft方法的输入，基于海森堡不确定性原理，选择合适的窗口函数、窗口大小和窗口步长；

29、stft方法将rs曲线局部去噪后，增强和提取rs曲线的频谱特征，并识别出rs曲线包含裂缝信息的凹陷点，窗函数在时域内综合考虑曲线频谱强度、高频能量比以及窗口内曲线凹陷形态的宽深比、陡峭度和对称性，依据信号对裂缝的贡献程度对其进行加权处理，得到rs曲线的裂缝强度指数k，根据有无k值判断裂缝位置，根据k值大小分析裂缝的发育程度。

30、优选地，步骤s3中，stft增强rs曲线频谱特征及识别凹陷位置的公式如下：；

31、式中，为原始rs曲线波动信号，在测井曲线中可视为深度域信号；为窗口函数，用于在深度域上对rs曲线进行局部分割；为复指数项，用于频域分析；stft的输出表示rs曲线波动信号在不同深度和频率处的频谱特征。

32、优选地，步骤s4中，得到综合裂缝判别指数f具体如下：

33、利用gra方法对裂缝强度指数k进行均值化处理，并依次计算关联系数和关联度，然后通过线性加权计算得到综合裂缝判别指数f：

34、均值化无量纲数据处理：；

35、式中，为第i条裂缝响应测井曲线的裂缝强度指数k的均值化；i为裂缝强度测井曲线的序号；k为裂缝强度指数k的序号；为第i个裂缝响应测井曲线的裂缝强度指数k的值；为，，…，的算数平均值；m为裂缝响应测井曲线的条数；n为裂缝强度指数k的个数；

36、关联系数采用下式计算：；

37、其中：；；；

38、式中，为关联系数；为子序列的均值化，即为第i条裂缝响应测井曲线的裂缝强度指数k的均值化；为母序列的均值化，即为fmi识别的裂缝带的均值化，在深度域上，有裂缝处标注为1，无裂缝处标注为0；为第i个子序列与母序列绝对差值的最小k值在i个子序列中的最小值；为第i个子序列与母序列绝对差值的最小k值在i个子序列中的最大值；为均值化后的第i个子序列与母序列的绝对差值；为分辨系数，取值0.5；

39、关联度采用下式计算：；

40、式中，为关联度；

41、n为裂缝强度指数k的个数，也为测井曲线数据的个数，=1，2，…，n；

42、权重系数采用下式计算：；

43、式中，为裂缝响应测井曲线对裂缝敏感性的权重系数；

44、m为裂缝响应测井曲线的条数，=1，2，…，m；

45、综合裂缝判别指数采用下式计算：；

46、式中，f为综合裂缝判别指数；为第m条裂缝响应测井曲线对应的rs曲线的裂缝强度指数，k值大小能够反映裂缝发育程度。

47、优选地，步骤s5中，结合成像测井资料设定阈值f'，抑制非裂缝因素的干扰，具体为：获取成像测井资料解释的裂缝带与非裂缝带作为真实标签，在成像测井覆盖的井段内计算各深度点对应的综合裂缝判别指数f值；所述综合裂缝判别指数f为多条裂缝响应测井曲线经gra加权后的综合结果，在裂缝发育段，多条测井曲线同时产生裂缝响应，加权叠加后f值显著增大，在非裂缝段，单一测井曲线因岩性等非裂缝因素产生的异常响应经加权后其贡献被稀释，f值相对较小；设定一组候选阈值，对于每个候选阈值，将f值大于等于该阈值的深度点判定为裂缝点、否则为非裂缝点，并与所述真实标签进行比对，统计裂缝识别准确率，选取使准确率最高的候选阈值作为最优阈值f′；将全井段计算的f值与所述最优阈值f′进行比较，若f≥f′则判定为裂缝发育段，否则为非裂缝段，从而在保留多曲线综合增强的裂缝信号的同时，有效滤除非裂缝因素引起的单一曲线异常响应，实现水平井全井段天然裂缝的准确识别及预测。

48、一种基于常规测井曲线频谱特征提取的裂缝识别系统，应用于如权利要求1所述的基于常规测井曲线频谱特征提取的裂缝识别方法，包括以下模块：

49、输入模块，用于获取常规测井曲线或基于常规测井曲线重构测井曲线，并检查测井曲线的完整性和异常值；

50、预处理模块，用于根据成像测井资料，绘制不同测井曲线的交汇图以区分裂缝区和非裂缝区，优选裂缝响应测井曲线；

51、裂缝识别模块，用于构建不同裂缝响应测井曲线的rs曲线，采用stft分析提取每条rs曲线的凹陷位置和频谱特征，通过gra计算各条裂缝响应测井曲线对裂缝识别的关联度，并分配权重系数，得到综合裂缝判别指数f；

52、输出模块，用于比对成像测井资料，实现水平井全井段天然裂缝的准确识别及预测。

53、本发明仅需利用常规测井和少量成像测井资料，通过rs分析生成裂缝响应测井曲线在储层裂缝处的波动特征曲线（rs曲线），采用stft分析方法提取rs曲线的凹陷位置和水平井全井段的频谱特征，运用gar方法计算不同裂缝响应测井曲线对裂缝敏感性的权重占比，以此构建综合裂缝判别指数f，即可实现储层裂缝准确识别及区域多井的裂缝预测。

54、本发明一种基于常规测井曲线频谱特征提取的裂缝识别系统能够实现非常规储层大井组水平井全井段天然裂缝的准确识别和预测。