微電阻率掃描成像測井解釋方法及應(yīng)用研究

楊鳴宇

（中石化華東石油工程有限公司測井分公司江蘇揚州225007）

微電阻率掃描成像測井解釋方法及應(yīng)用研究

楊鳴宇

（中石化華東石油工程有限公司測井分公司江蘇揚州225007）

成像測井技術(shù)自從引進我國后在沉積構(gòu)造識別、薄層識別以及裂縫檢測等物理屬性成像方面取得了一定的進展，但是井下地層地質(zhì)特征與成像圖形的對應(yīng)關(guān)系還需要進一步分析和探討。應(yīng)該在實際測井工作中根據(jù)成像儀的特征特點建立地區(qū)相應(yīng)關(guān)系，進一步研究成像解釋方法。

微電阻率掃描成像測井解釋方法裂縫檢測

本文以全井眼微電阻率掃描成像測井儀為代表，主要介紹了電成像測井技術(shù)的儀器指標、儀器結(jié)構(gòu)、基本原理、工作原理以及物理基礎(chǔ)。在對成像測井資料進行預處理的基礎(chǔ)上，進一步對成像測井在巖心刻度成像、裂縫檢測識別等方面的應(yīng)用展開了探討。

1　微電阻率掃描成像測井的必要性

由于油氣地域構(gòu)造復雜，采集資料品質(zhì)差，構(gòu)造形態(tài)作圖存在較大的誤差，油氣儲層存在嚴重的非均勻性且橫向預測結(jié)果多樣，導致影響了我國油氣的開發(fā)效益和全局勘探。我國的測井資料就目前而言還不能對其進行客觀準確的解釋和評價。主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，華東油氣田復雜多變的地質(zhì)特征使得資料解釋結(jié)果存在較大的偏差，需要進一步精細解釋井旁構(gòu)造形態(tài)，而且油田內(nèi)儲層巖石構(gòu)造的非均勻性、碳酸鹽高阻地層與砂泥巖低阻地層的復雜地質(zhì)特征使常規(guī)測井難以精細解釋井旁構(gòu)造形態(tài)。第二，華東油氣田砂泥巖類裂縫儲層、灰?guī)r縫洞類儲層的縱、橫分布復雜且不均勻，裂縫產(chǎn)狀伴隨泥漿入侵裂縫性儲層以及低孔等使得判別流體性質(zhì)存在較大的難度。因此有必要對微電阻率掃描成像測井的解釋方法和應(yīng)用進行深入的了解和探討，提高我國油田開發(fā)勘探效率和經(jīng)濟效益。

2　微電阻率掃描成像測井解釋方法

2.1儀器結(jié)構(gòu)及測量原理

本文以全井眼微電阻率掃描成像測井儀（英文全稱為Fullbore Formation MicroImager，簡稱FMI）為代表，對電成像測井資料處理進行了簡單的探討。

全井眼微電阻率掃描成像測井儀的四個手臂分別有一個折頁極板和一個主極板，這種狀如手掌的結(jié)構(gòu)使得極板增加，可以覆蓋更加廣泛的井壁范圍。全井眼微電阻率掃描成像測井儀收攏后直徑約為127mm，一共有8個極板共有192個電極陣列，每個折頁極板和主極板上分別裝有24個鈕扣電極陣列，儀器在測量徑向和深度方向的分辨力均為0.2英寸，探測深度和深度采樣間隔分別為2英寸、0.1英寸，測井數(shù)據(jù)并不能完全覆蓋井壁，對8英寸井眼而言，其測井數(shù)據(jù)能夠覆蓋80%左右。

全井眼微電阻率掃描成像測井儀在測井過程中，根據(jù)側(cè)向測井的屏蔽原理，借助液壓系統(tǒng)，使儀器的8個極板和極板上的小電極緊貼井壁形成回路，回路電極介質(zhì)為儀器上部金屬外殼，這樣將同級性電流發(fā)向地層。由于油氣地層中的巖石成分、所含流體及結(jié)構(gòu)的不同均能通過接觸電極導致電流發(fā)生變化，繼而可以通過灰色或彩色等級圖像反應(yīng)出井壁附近地層的電阻率變化，通過對測量結(jié)果直觀圖像的觀察和分析，可以獲取相對應(yīng)的地層地質(zhì)信息。

2.2測井質(zhì)量影響因素

全井眼微電阻率掃描成像測井儀進行成像測井是一種電法測井方法。它不能在油基泥漿等不導電的介質(zhì)中進行成像測量，只能通過導電的水基泥漿，根據(jù)井壁附近地層的電流變化，利用成像技術(shù)原理，來反應(yīng)井壁附近地層的結(jié)構(gòu)、巖石成分及流體狀況。

全井眼微電阻率掃描成像測井儀的一個極板測量的有效長度的八倍即為儀器所能測量的整體有效長度。在測量的過程中，井壁與儀器測量極板通過推靠的方式進行相互貼合。測量的覆蓋率受到井眼直徑大小的影響，一般而言井眼越小，覆蓋率越高。比如，井眼直徑為12.25英寸時，能夠覆蓋50%的范圍，而井眼直徑為6.25英寸時，能夠覆蓋95%的范圍。

2.3相關(guān)技術(shù)指標

全井眼微電阻率掃描成像測井儀的主要技術(shù)指標如下：包括主板與副板在內(nèi)共8個極板，總體192個電極，儀器長度和直徑分別為8.02m、127mm，額定壓力為137.9Mpa，額定溫度為177℃，最大和最小井眼尺寸為別為533mm、158mm，采樣間隔為2.54mm，井斜角范圍為0～90°，最大泥漿電阻率為50ohm-m。而另外一些微電阻率掃描成像測井儀器如哈里伯頓（EMI和RXMI）共6個極板，總體150個電極；阿特拉斯（STAR）共6個極板，總體144個電極.可見全井眼微電阻率掃描成像測井儀總體而言還是具有一定的優(yōu)勢的。

2.4測井資料預處理

對成像測井數(shù)據(jù)的預處理是在進行定量計算以及解釋評價如進行裂縫檢測等之前首先應(yīng)該完成的工作。為了減少裂縫傾角及地層的計算錯誤，消除測量過程中的儀器干擾等因素的不利影響，應(yīng)該對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行校正，以保證測量結(jié)果的客觀性和準確度。采用全井眼微電阻率掃描成像測井儀對測井資料的預處理主要包括圖像數(shù)據(jù)均衡化、電扣深度對齊、壞電極剔除以及加速度校正等。

2.5加速度校正

測井儀器探頭進行測井的過程設(shè)計是勻速運動的，當井下儀器遇到特殊情況（如儀器輕微遇卡）時可能發(fā)生輕微跳動，但是井外的電纜一直保持勻速運動狀態(tài)，因此測井過程的深度數(shù)據(jù)并不能完全和真實反應(yīng)儀器探頭實際深度，只能反應(yīng)電纜深度。這就導致實際深度與測量數(shù)據(jù)之間存在一定的偏差。通過校正加速度能夠消除儀器探頭不均勻運動以及探頭跳動等產(chǎn)生的誤差，維持測量數(shù)據(jù)的真實性和可靠度。校正加速度是通過對測井采樣時間間隔（ETIM）、儀器探頭加速度（FCAZ）以及電纜深度（TDEP）等信息數(shù)據(jù)進行分析計算，得出探頭真實測量深度。同時將真實深度與測井曲線數(shù)值對應(yīng)起來，利用電纜和探頭的深度差異通過拉伸或者壓縮校正測井曲線。在校正加速度的畸變曲線重采樣過程中，Akima分段三次多項式是一種比較高效的插值重采樣方法。

2.6電扣深度對齊

全井眼微電阻率掃描成像測井儀測量圖像生成之前，應(yīng)該對齊各排電極的測量深度，這是因為儀器主副極板上電極的縱向排列位置和相應(yīng)測量的曲線深度不相同。全井眼微電阻率掃描成像測井儀極板的上排電極與下排電極之間相距0.3in，折頁極板電極與主極板垂直相距為6in、5.7in。電扣深度對齊的標準是第一排電極視深度，具體深度對齊步驟如下：（1）保持主極板第一排電極位置不動，且作為電扣對齊過程中的測量基準（即主極板第一排電極板為基準電極）。（2）主極板上與基準電極同一深度點記錄的第二排電極數(shù)據(jù)往下移動0.3in，這是因為實際測量的深度數(shù)據(jù)在記錄的深度點垂直下方的0.3in處。由于全井眼微電阻率掃描成像測井儀的采樣間隔一般是0.1in，因此下移0.3in即下移3個采樣間隔。（3）根據(jù)上述原理，依次將副極板第一排、第二排電極向下移動5.7in（即向下移動57個采樣間隔）、6in（即向下移動60個采樣間隔）。全井眼微電阻率掃描成像測井儀的極板內(nèi)和極板間的紐扣對齊如圖1、2所示。

圖1　極板內(nèi)紐扣對齊

圖2　極板間紐扣對齊

2.7壞電極剔除

全井眼微電阻率掃描成像測井儀在測量成像前，可能出現(xiàn)一些不能真實反映電導率變化的數(shù)據(jù)（如儀器的一個或多個電極或者某個部件工作狀態(tài)出現(xiàn)臨時性的失常等），給圖像的生成造成假象和干擾，因此必須剔除壞電極，排除這些干擾因素對圖像的影響。當圖像曲線變化過于平緩或者過于劇烈，使得方差小于或大于某一門檻值，即超出設(shè)置的上下門檻值的合理范圍，表明存在壞電極，應(yīng)該剔除掉。通過設(shè)置合理的上下門檻值能夠在測量成像之前自動對壞電極數(shù)據(jù)進行識別和處理。在處理壞電極的過程中，可以通過相鄰電極間差值計算恢復失掉的數(shù)據(jù)。相鄰差值公式即為左鄰和右鄰的兩個電極數(shù)據(jù)值相加再除以2。當壞電極的數(shù)量很多時，則不能根據(jù)相鄰差值公式進行恢復，此時需要通過Kriging插值算法復原井壁未測部分。

2.8圖像數(shù)據(jù)均衡化

采用全井眼微電阻率掃描成像測井儀在成像測井過程中，還應(yīng)該統(tǒng)計和校正所有的鈕扣電極，保持每個極板標準偏差與測量值的平均值一致，還應(yīng)該將原始極板數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成視電阻率（通過使用增益及K因子），應(yīng)該剔除死電極數(shù)據(jù)，找出死電極并關(guān)閉，將成像測量過程中的噪音以及各種異常影響因素剔除，全面綜合地統(tǒng)計分析并校正對微電阻率掃描成像數(shù)據(jù)，保證圖像的客觀性和準確度，使之能夠更加清晰地反映出地層特征。這一過程主要是通過對電阻率值的校正來進行統(tǒng)計校正。統(tǒng)計校正是重采樣數(shù)據(jù)以及幾何校正的前提條件。主要處理方法步驟包括：（1）通過測量的電壓值等計算電阻率的換算值，最終得到視電阻率數(shù)據(jù)。（2）統(tǒng)計計算標每個電極的標準偏差和平均值，使每個電極和所有電極的標準偏差和平均值相匹配，通過均衡化處理消除各鈕扣電極記錄數(shù)據(jù)的偏差。（3）使圖像數(shù)據(jù)均衡化。

3　微電阻率掃描成像測井應(yīng)用研究

3.1巖心刻度成像

每種測井資料既有自己的局限性，又有其獨特性。在全井眼微電阻率掃描成像測井儀成像測井中生成的井壁微電阻率圖像表明，沿井壁的地層泥質(zhì)含量、孔隙結(jié)構(gòu)以及巖性等變化均可能引起電阻率發(fā)生變化，另外井壁的不規(guī)則性以及沖洗帶的流體性質(zhì)等也可能影響電阻率發(fā)生變化，這些都造成電阻率產(chǎn)生非勻質(zhì)的特征變化。由于不同情況下微電阻率圖像反映巖性的特征是多樣性的，如果巖石類型是未知的，則井壁微電阻率圖像很難反映出有價值的信息，通過動態(tài)加強處理，能夠使灰?guī)r和砂巖等不同類型的巖層表現(xiàn)為統(tǒng)一的巖層特征。應(yīng)該充分掌握地層測井資料和各種已知信息，對比巖心和成像資料，通過分析計算等處理，找出并確定巖心和成像資料之間的對應(yīng)關(guān)系，確定泥質(zhì)含量變化、孔隙度以及巖性等對成像資料的綜合影響，實現(xiàn)巖心刻度成像。

圖4　溪X2井層界面、高導縫、高阻縫

3.2裂縫性儲層評價方法研究

就目前而言，微電阻率掃描成像測井方法因其高縱向分辨率和全井眼覆蓋的優(yōu)勢，能夠?qū)谏霞毼⒌牡刭|(zhì)特征進行有效描述和清晰反映，因此能夠有效識別裂縫。天然裂縫因為溶蝕和構(gòu)造運動等復雜地質(zhì)特征導致電導率不規(guī)則且不平行，裂縫能夠切割層界面等任何介質(zhì)，裂縫成像顏色與地層沒有過渡，常伴隨溶蝕孔洞，導致電導率異常較大。裂縫的具體識別包括：（1）刮痕、鉆痕的成像曲線帶寬很密且細，條痕角度偏高，任何角度都可能出現(xiàn)（2）鉆具震動裂縫能夠在全井眼微電阻率掃描成像測井儀成像圖上由異常的高電導率表現(xiàn)出來。（3）層界面通過儀器成像圖上平行或近似平行的電導率異常體現(xiàn)出來，比較連續(xù)，異常均勻而窄。圖像正弦波幅度反映了地層層理傾斜角的大小。（4）泥質(zhì)條帶在儀器成像圖上邊界較清晰，電導率異常較規(guī)則，劇烈彎曲表明構(gòu)造因強烈運動導致柔性變形。泥質(zhì)條帶的典型特征是無鈾自然伽馬值的升高。（5）重泥漿壓裂縫在全井眼微電阻率掃描成像測井儀圖像上呈現(xiàn)180o或接近180o對稱出現(xiàn)在井壁。（6）壓力釋放裂縫為一組縫面十分規(guī)則的近乎平行的高角度裂縫，應(yīng)該注意應(yīng)力釋放裂縫中無泥漿侵入痕跡。（7）井眼崩落呈180o對稱分布，在成像圖上方向具有一致性，雙井徑曲線一條大于鉆頭直徑，一條近似鉆頭直徑。（8）縫合線受壓溶作用的影響，當縫合線與層理面基本平行時，則為上覆巖層壓力產(chǎn)生壓溶作用，當縫合線與層理面基本垂直時，則為水平構(gòu)造擠壓產(chǎn)生壓溶作用。

對裂縫定量計算的參數(shù)包括裂縫長度、裂縫面孔隙度、裂縫線密度以及裂縫張開度。

3.3溶洞評價方法

FMI成像測井資料能夠有效了解和掌握洞穴的非均質(zhì)分布、大小、形狀等信息，還能夠計算總孔隙度、面洞率、次生孔隙度、不同孔徑下的孔隙度、原生孔隙度等參數(shù)。

此外，全井眼微電阻率掃描成像測井儀還能有效識別和評價薄的滲透層隔層和薄的儲層、各種沉積構(gòu)造地質(zhì)等。

4　結(jié)語

微電阻率成像測井方法的應(yīng)用在中原油氣勘探中具有明顯的優(yōu)勢，它能夠提高測井解釋精度，對裂縫參數(shù)進行定量計算，可以有效提高我國油田開發(fā)勘探效率和經(jīng)濟效益。

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1000-405X（2015）-7-283-3