用Matlab实现成像测井图象的生成和显示.docx
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用Matlab实现成像测井图象的生成和显示
・计算机应用・
用Matlab实现成像测井图象的生成和显示
赖富强 孙建孟 封立香
(中国石油大学地球资源与信息学院 山东东营
摘 要:
成像测井图象为裂缝识别、地层分析、套管检查等提供了最为直观和清晰的依据,因此图象的生成和显示技术是成像测井解释的基础和关键。
文章利用Matlab工具箱提供的数值计算、图象处理等函数,对成像测井数据进行分析处理,生成了特定的色图,完成了色度标定,实现了图象的生成和显示。
对A-1井、A-2井进行成像处理表明,生成的图象能更清晰地反映地下地质构造特征。
关键词:
成像测井;Matlab;色度标定;图象显示
中图法分类号:
TE19 文献标识码:
B 文章编号:
100429134(20060620080203
0 引 言
成像测井以阵列电子扫描技术或超声波得到井周
的二维图象,对井壁描述达到0.2in(1in=25.4mm的分辨率,方便地用于识别裂缝、分析薄层以及沉积构造等方面的研究。
其中,成像图象的生成和显示是整个成像解释的基础和关键。
目前,Schlumberger、Atlas、Halliburton三大石油公司,具有各自独立的成像处理系统,但以Schlumberger的FMI电成像效果最好。
国内北京吉奥特公司具备了成熟的成像软件,但成像效果也不如Schlumberger的FMI。
本文借助Matlab大型工业软件强大的数值计算和图象处理功能,通过对原始声电成像数据进行分析处理,生成特定的色图,经过颜色标定生成了可以与Schlumberger的FMI电成像相媲美的图象。
对A-1井、A-2井的应用表明,本文提出的图象生成方法得到的图象与Atlas公司所生成的图象相比,效果要好,与Schlumberger公司生成的图象有较好的一致性,能更好地描述井壁特征。
1 成像测井原理及仪器结构
成像测井技术,就是在井下采用传感器阵列扫描测量或旋转扫描测量,沿井眼纵向、周向或径向大量采集地层信息,传输到井上以后通过图象处理技术得到井壁的二维图象或井眼周围某一探测深度以内的三维图象[1]。
可见,成像测井的基本原理是把由井壁及井
壁附近地层的岩性、裂缝、孔洞、层理等变化而引起岩石声阻抗或电阻率的变化转换成为伪彩色,从而使人直观而清晰地看到地层的岩性及几何界面的变化,用来识别地质特征。
图1 FMI结构示意图本文以斯伦贝谢公司的全井眼地层微电阻率扫描成像测井仪FMI(FullboreFormationMicroImager为例,介绍一下电成像测井仪器的结构及测量原理。
FMI仪器主要由遥测部分、控制部分、绝缘短节、采集线路和测斜部分、极板和探头5个部分组成[2],如图1所示。
FMI有4个能够伸缩的臂,在仪器平面上,相邻2个臂相互垂直。
在每个臂上安装2个极板,上部是
主极板,下部是副极板,副
极板可以活动。
测量时,由液压系统向极板提供压力,使极板部分始终紧贴井壁,由地面装置控制向地层发射电流,记录每个电极的电流强度及所施加的电压,它们反映井壁四周地层微电阻率的变化。
电流回路为上部电极—地层—下部电极,上部电极是电子线路的外壳,下部电极是极板。
第一作者简介:
赖富强,男,1982年生,中国石油大学(华东地球探测与信息技术专业在读硕士研究生。
研究方向:
成像测井裂缝识别及地应力分
析。
邮编:
257061
・
08・ 石 油 仪 器
PETROLEUMINSTRUMENTS
2006年12月
2 成像测井的图象生成与显示
成像测井数据(本文电成像以FMI为例生成图象的过程,就是对4个极板(每个极板包括主、副两极板上的192个电极所测得的192条电导率曲线数据进行处理成像的过程。
同理,声成像是利用下井仪器测得的回波时间和声波幅度信息,把时间的长短和幅度的大小刻度成不同的颜色而得到成像图。
成像测井图象属于数字图象的范畴,而数字图象就是将一幅二维的图象表示成一个数值矩阵,矩阵的元素被解释为像素的颜色值(灰度值,或被解释为相应调色板的索引号。
为了显示由矩阵表示的数字图象,Matlab一般是将矩阵的每个元素对应到当前色谱的某个行标号,并取该行的颜色值作为图象相应像素点的颜色[3]。
一般来说,每幅图的色调不同,因此作为数字图象必须有自己特殊的色图,这样才能真实地显示图象[4、5]。
2.1 成像测井图象的色图生成
数字图象的色图(Colormap是一个m×3的矩阵,矩阵元素都用0到1的数来表示,矩阵的每一个行向量代表一个RGB值,即定义了一种颜色。
通过调用矩阵的行标号来指定该行代表的颜色值作为图象相应点的颜色,如:
(k,:
=[r(k,g(k,b(k]。
成像图象的色图是按白—黄—橙—黑序列刻度的,把此颜色序列按0~255的顺序刻度成256种颜色,即0代表白色,255代表黑色。
把这256种颜色等分成16(或32、64份,得到每一个节点的颜色代表值,把该值分配到每一等级上,由于每个等级具有相等的颜色数(如256/16,这使得最终成像色图里每个等级的颜色具有相同的面积。
2.2 成像测井图象的色度标定
图象色度标定就是建立扫描曲线幅度大小与灰度或色度的对应关系,即把成像测井数据刻度成相应的像素值。
根据成像测井的不同地质用途,采用两种色度标定方法:
(1静态色度标定法
在整个处理层段或目的层段作一次频率统计,根据频率直方图对数据集中的区域进行线性刻度[6],这样既能保持井段内电导率的整体变化特征,也能在一定程度上反映电导率的细微变化。
此方法适用于地层电导率的宏观变化,易于进行地层对比。
(2动态色度标定法
当测量地层电导率值变化范围很大时,为了使小的电导率反差能在图象中清楚地显示出来,要采用动态色度标定方法,即在一小段深度内,根据用户的要求,对滑动窗长(通常小于3ft(1ft=304.8mm做一次静态色度标定。
相邻窗长之间有一部分重叠。
这样虽然失去了处理层段内电导率的整体变化特征,但更详细地突出了电导率的局部变化特征。
本文对成像图象静态标定的具体步骤:
1判断失效电极,并补偿
由于仪器上某一个或几个电极可能临时性工作不正常,其测量数据不能真实地反映地层电导率的变化,甚至可能出现电导率为负的情况,这就需要通过相邻电极的插值使失掉的数据得到“恢复”。
本文采用三次样条插值进行失效电极补偿。
2对整个处理井段统计极值,并把电导率值线性刻度为像素值,如下所示:
S=(255-0/Vmax-Vmin(1
Voffset=-1×Vmin×S(2
Vpixel=VFC×S+Voffset(3
式中,S为线性刻度时的斜率;Vmax、Vmin分别为统计的电导率极大、极小值;Voffset为线性刻度时的截距;Vpixel为转换后的像素值;VFC为每个电极所测的电导率值。
3对整个处理层的像素值进行频率统计,绘出频率直方图;
4设定一个频数的阈值,找出大于该阈值的像素区域;
首先,求出图象中全部像素G,例如一幅M×N的图象,它的全部象素为G=M×N;然后给定一个灰度级K,本文设定为256;最后得到频数的阈值为G/K。
对于大于该阈值的像素值,并满足一定的连续性,就视为像素集中的区域。
5对像素集中的区域,再次执行步骤2的操作,完成静态色度标定。
动态色度标定是在给定的窗长上进行静态标定,其中为保持图象的连续性,步长要略小于窗长。
2.3 图象生成与显示
成像数据在经过速度校正、深度对齐、均衡处理等一系列预处理和色度标定后,在每个记录深度点上将获得两个数据矩阵,一个是方位数据,另一个是代表电导率或回波时间或声波幅度的像素值数据。
每个像素值都用一个颜色显示在图象上,它的空间位置取决于它的方位数据和图象绘图时选用的比例。
成像图象通常是二维的平面图象,纵坐标是深度刻度,可以选用不同的深度比例绘图,横坐标代表图象的方位,自左至右为0°-90°-180°-270°-360°,得到的整个图象是沿井壁正北方向向右的展开图[7]。
Matlab用函数image显示图象,image(X是将数
・
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8
・
2006年 第20卷 第6期 赖富强等:
用Matlab实现成像测井图象的生成和显示
据矩阵X的值直接作为索引号在色图Colormap中提
取RGB颜色值,对m×n片小矩形(像素进行着色。
为了保证图象的显示效果,要正确设置图象的纵、横方向的比例,通过对坐标轴axis函数的操作来实现。
3 实例分析
A-1井井深3776m~3777.5m处FMI微电阻
率扫描成像测井图如图2、3所示,其中图2是用本文的方法在Matlab里生成的FMI动态成像图,图3是Schlumberger解释处理生成的成像图。
经过对比分析,用Matlab生成的成像图与Schlumberger公司的成像图基本一致,从图上较为清晰地看到该层段主要岩石类型为藻叠层灰岩
。
图2 FMI电成像图 (Matlab
图3 FMI电成像图
(Schlumberger
在A-2井2167m~2172m井段,阿特拉斯
CBIL井周成像测井声波幅度成像如图4、5所示,图4是在Matlab里做出的成像图,图5是阿特拉斯(Atlas解释处理的成像图。
经过对比分析,用本文方法作出的成像图比Atlas所生成的成像图更为清晰,从该图上更容易识别出2168m~2169m处地层的垂直裂缝。
4 结束语
(1本文根据成像测井图象的配色原则,生成了成
像测井图象所需的色图(Colormap
;
图4 CBIL声波幅度成像图(Matlab
图5 CBIL声波幅度成像图
(Atlas公司
(2完成了动静态色度标定,把成像测井数据刻
度成相应的像素值;
(3在Matlab的环境下,把刻度成的像素值显示出来。
利用油田的实际资料生成图象,与Atlas公司所生成的图象相比,清晰度高;与Schlumberger公司生成的FMI电成像图有较好的一致性,能更好地描述井壁特征。
参考文献
[1] 贾文玉,田素月,孙耀庭.成像测井技术与应用[M].北
京:
石油工业出版社,2000
[2] 张守谦,顾学纯,曹广华.成像测井技术及应用[M].北
京:
石油工业出版社,1998
[3] 龚 剑,朱 亮.MATLAB5.X入门与提高[M].北京:
清华大学出版社,2000
[4] ZhouShuang-quan,ZhaoDa-zun.NeuralNetworkMet2
hodforColorimetryCalibrationofVideoCameras[J].JournalofBeijingInstituteofTechnology,2000,9(1
[5] 蒋继旺,王秀泽.应用色度学[M].北京:
解放军出版社,
1995
[6] 王秀娟,欧宗瑛,徐晓刚.彩色图象处理中的调色板技术
[J].中国纺织大学学报,1998,24(3
[7] 孙家广,杨长贵.计算机图形学(新版[M].北京:
清华
大学出版社,1994
(收稿日期:
2006-07-03 编辑:
高红霞
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28・ 石 油 仪 器
PETROLEUMINSTRUMENTS
2006年12月
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