电测项目及原理

第一章Page: 1di第一 全井眼地层微电阻率扫描成像仪目前我们使用的电成像测井技术来自世界上三大测井公司，斯伦贝谢公司（Schlumberger）、阿特拉斯公司（Atlas）和哈里伯顿公司（Hulliburton）。下面主要以斯伦贝谢公司生产的FMI仪器为主介绍其原理和方法。一全井眼地层微电阻率扫描成像仪(FMI)1.1仪器的发展历史FMI，英文全称是Fullbore Formation Microimager，中文意为全井眼地层微电阻率成像仪。FMI是斯伦贝谢公司九十年代的产品，它是在地层倾角仪的基础上发展起来的，其产品的发展顺序是：CDM（1955）HDT（1965）SHDT（1975）FMS（1986）FMI（1992）。CDM是最早的倾角测井仪，它只有3个臂，测量3条电导率曲线，可用于倾角计算。HDT是高分辨地层倾角测井仪，一直沿用至今。它由4个臂，5个电极组成（其中1个测量电极用于加速度校正），它获得井周地层4个方位的微电阻率测量值以及井斜测量值和仪器方位记录，最终提供地层倾角、倾向处理结果。测井分析家及地质家最早用它来研究井下构造和沉积相，因其电阻率测量具有高分辨率，能反映地层的微细结构，而且在同一深度点的不同方向有四个测量值，用这四条曲线的横向对比和纵向变化特征来研究岩石的沉积结构，例如研究沉积层理（水平层理、前积层理、交错层理、槽状交错层理等），取得了一定的效果，但由于信息量太少，其应用受到很大的局限性。SHDT是地层学地层倾角测井仪。它由四个臂，10个电极组成（其中2个测量电极用于加速度校正），测量8条微电阻率曲线，由于每个极板上并排安装2个电极，电极之间的距离很近，同一极板测量的两条电导率曲线具有更好的相关性，也就是说，地层的同一结构特征可更好地进行纵横向对比，因此，它除了提供地层倾角测量值以外，还用来提取地层结构等方面的信息。FMS（FormationMicroScaner）为地层微电阻率扫描仪，它是SHDT测量方法的发展。它在同一极板上增加了更多的测量电极，有两种结构的仪器，一种是两个臂54电极式，另一种是4臂64电极式，电极之间的距离0.1英寸，因此，具有较大的方位覆盖率，2极板仪采用多次测量也可增加覆盖率，测量结果以成像图显示。FMI是FMS的发展，装有8个极板，192个电极，它具有更高的方位覆盖率。1.2、FMI测量原理及基本特点（1） FMI测量原理井壁微电阻率扫描成像仪的测量原理和地层倾角测量相似，由推靠器极板发射一交变电流，使电流通过井内泥浆柱和地层构成的回路而回到仪器上部的回路电极。推靠器、极板体金属连接等电位起到使处于极板中部的阵列电扣流出的电流垂直于极板外表面（即井壁）进人地层的聚焦作用。测量的阵列电扣上的电流强度反映出电扣正对着的地层邻域由于岩石结构或电化学上的非均质性引起的微电阻率的变化。 阵列电扣电流经适当处理可刻度为彩色或灰度等级图象，反映地层微电阻率的变化。 井壁微电阻率扫描成像仪器在均匀介质中测量时，发自极板体的电扣电流Ib和推靠臂及推靠器中心支架棒上的聚焦电流If构成的电流总是相似的，而与介质的电阻率无关。极板上电流密度随极板上的位置而变化，处在极板中心部位的电流密度较小而均匀，而极板边缘部位的电流密度较大。在均匀介质中每个电扣电流和总电流的比值是确定的。在有井眼的情况下，井眼泥浆电阻率和地层电阻率的不同改变了聚焦电流和电扣测量电流的电流线分布。 1电扣几何形状、分辨率、采样率之间关系 基于阵列电扣电极的井壁微电阻率扫描成像测井仪器的分辨率是指将仪器测量的微电导率映射地层特征的能力。比仪器分辨率大的地层特征可用几个分辨率单位像素来表示，而比仪器分辨率小的地层特征只能表示成一个分辨率单位。仪器的分辨率与极板电扣的几何结构密切相关。图12b示出了极板的阵列电扣电极结构。a电扣越小，分辨率愈高，井壁微电阻率扫描图象越清晰； b.电扣越小，电扣电流Ib越小，Ib/If愈小，要求仪器灵敏度越高； c.电扣越小，电扣与井壁之间泥饼厚度对分辨率影响愈大，电扣厚度应和测井中多数泥饼厚度相匹配以保持较好的分辨率，又不致受泥饼及极板和井壁微小贴合不紧密影响太大； d.电扣周边绝缘环带宽度对仪器测量信噪比有影响。绝缘环带愈宽，噪音愈低，信噪比愈大； e.实验表明，分辨率是由电扣电极有效直径决定的。所谓有效直径是指从金属电扣中心延伸到两电扣电极之间绝缘环带中点的两倍。FMI、EMI、STAR三种井壁微电阻率扫描成象测井仪的仪器分辨率周向为0.2in、垂向为0.2in（5.08mm）。 f.仪器采样数据是时间系列的。采样是和遥测总线频率同步的，每个电扣电极按62.5Hz的频率采样。仪器运动的速度用于将采样数据从时间微转换到深度维。速度越低，采样密度越高。对FMI最大测速为1800ft/h，用这个速度测井等价于每0.1in采样一次数据。 2极板和井壁之间间隙对测量响应的影响 极板和井壁之间的间隙会降低仪器垂向分辨率，而且这种间隙对极板上中心电扣和位于边缘部分的电扣垂向分辨率的影响是不一样的，对边缘部分的电扣影响应更大些。 用图1一2b中所示结构的极板和阵列电扣，使极板和井壁之间间隙分别固定为0、1/16、1/8、1/4 in，让极板从10m地层跨过边界移动到l00m地层，在电极运动过程中测量中心电扣电流在地层边界处的变化。试验表明：极板和井壁之间间隙为1/16 in时对仪器垂向分辨率几乎没有影响，1/8 in时分辨率降低不明显，间隙为1/4 in时，分辨率明显降低。 这种结果说明，在进行井壁微电阻率成像的数据处理和地层解释中应注意极板和井壁的贴合程度。3 侵入影响和探测深度在均匀地层中，侵人对井壁微电阻率扫描成像测井测量响应中低频分量的影响类似于对浅侧向测量响应的影响，在Rt=100/Rm，Rxo/Rm=3的无限厚地层中，LLs和井壁微电阻率扫描成像测井的测量响应随侵入半径rxo的变化表明，两种仪器探测深度很接近。在薄互层中，侵入对井壁微电阻率扫描成像测井测量响应的影响较之厚层时大得多。在厚6in的地层中，井壁微电阻率成像测井探测深度只有5in。（2）仪器结构FMI由4个臂（共8个极板）组成，每个臂包括一个主极板和一个副极板，主极板是主动受力，副极板随主极板活动，并与主极板用弹簧相连，弹簧片和液压系统迫使主极板与地层接触。副极板打开后将自适应井眼的形状，而与主极板无关。螺旋式的弹簧使得副极板与地层保持良好的接触，这种设计的好处是极板可与井壁实现最佳接触。所有极板闭合的最小直径为5英寸，当仪器闭合直径小于6英寸时，副极板被迫折叠于相邻主极板之下；极板的曲率固定，曲率半径与8.5英寸井眼相当。每个极板设有24个电极，这些电极在极板上分2排，每排12个电极，电极横向间距0.2英寸，上下两排电极纵向间距0.3英寸，并且上下两排电极横向错开，因此，同一极板电极实际横向间距是0.1英寸。主极板和副极板之间电极的纵向间距为5.7英寸。192个电极都是由直径为0.16英寸金属钮扣组成；每个钮扣周围环绕直径为0.24英寸的绝缘体，采用绝缘体可达到钮扣电极的聚焦为0.2英寸，即仪器分辨率为0.2英寸；对于小于0.2英寸直径的地质特征能够被钮扣电极电流准确识别出来，但在图像上仍表现为0.2英寸的电导率异常。8极板共192个电极，可获得192条曲线，在8.5英寸的井眼中其方位覆盖率达80，在6英寸的井眼中其方位覆盖率达100。仪器结构见图1-1。FMI仪器具有以下特点： 具有高的分辨率，其钮扣电极的有效大小和分辨率为0.2英寸。 具有高的采样率，其纵向采样率为0.1英寸/点。 对于高电阻率地层（如碳酸盐岩）效果好。 高的灵敏度，只要电阻率有较小的变化，就能反映出来，它能区分出几几十微米的薄层（或裂缝）。 井眼形状影响小，因为它是贴井壁测量。 仪器测量的方位误差为2度，井斜角误差为0.2度。（3）测量模块FMI提供三种测量模式，即全井眼模块，4极板模块，倾角模块，供用户选择。全井眼模式：使用8个极板，测量192条微电阻率曲线，在8.5英寸井眼中的覆盖率为80%，最大测速为1800英尺/小时。其优点是具有最高的方位覆盖率，需要详细了解地层特征时采用此模块，如对于目的层和复杂地层的测量。4极板模式：只用4个主极板，测量96条电阻率曲线，在8.5英寸井眼中的覆盖率为40%，最大测速为3600英尺/小时。其缺点是方位覆盖率较全井眼模块低。这种方式主要用于兼测地层的测量，例如测量非目的层或地层特征较简单的地层。倾角模式：测量8条微电阻率曲线，最大测速为5400英尺/小时。它类似于SHDT倾角仪，只用于构造分析，这种方式用于不需要了解地层的详细结构，只需要了解构造情况时使用。不同测量方式可让用户进行最佳的测量选择，以最低的成本、最高的时效获得最大的收获。（4）FMI仪器的主要指标额定温度 350F（175）额定压力 20，000PSI（1400bar）仪器直径 5 in（127mm）最小井眼尺寸 6 1/4 in(158mm)最大井眼尺寸 21 in(533mm)仪器长度 316 in(8.02m)最大井斜 90（带挠性接头）最大泥浆电阻率 50 ohm-m推荐测速 成像方式：1800ft/hr 548 m/hr 倾角方式：3600 ft/hr 1097 m/hr1.3 FMI处理成果井场主要提供比例为1：200FMI图像，主要用于质量检查。也可以根据用户需要处理1：10或1：5FMI静态成像图和1：200MSD倾角成果图，用于现场储层评价和构造解释。针对FMI所提供的处理程序有：（1）MESTI成像处理，将成像测量结果转换成图像，包括静态、动态图像。FMI提供的成像图件一般有3种：1）一般静态平衡的图像；2）标定到浅侧向测井（LLS）的静态图像；3）动态加强的图像。（2）FRACVIEW 裂缝分析，提供裂缝分析成果，包括裂缝的产状、裂缝长度、裂缝密度、裂缝孔隙度、裂缝宽度等。成果图件包括3种：A）1:10FMI解释图像（FMI ANALYSIS）拾取各种地质特征，如层界面、裂缝面等，并用理论的正弦波曲线来拟合这些规则或不规则面，并以此计算出这些特征面相对于大地坐标系的产状，即真倾角（TD倾角/倾向）。B） 1:200 FMI DIP（倾角成果图）。为FMI图像拾取的真倾角蝌蚪图。用不同颜色代表不同的特征，如用红色代表张开缝，黄色为充填缝，绿色为层界面。C）1:200 FRACTURE LOG（裂缝定量计算成果）FVDC（校正后的裂缝密度）即每米井段见到的裂缝总条数，经过倾斜方位校正后的结果（即裂缝间的夹角及与井轴的夹角校正），单位为#/m；FVAH（平均水动力宽度）等于单位井段（1米）中各裂缝轨迹宽度的立方之和再开立方，是裂缝水动力效应的一种拟合，单位为mm；FVPA（裂缝视孔隙度）为所见到的裂缝在1米井壁上的视开口面积除以1米井段中FMI图像的覆盖面积。FVTL（裂缝长度）为每平方米井壁所见到的裂缝长度之和，单位为m/m2或1/m。（3）Prospect孔隙谱分析程序，提供溶洞参数定量计算结果。Prospect主要是一个在FMI图像上进行岩石结构分析的程序，可用于描述（统计）岩石颗粒和溶孔等地质特征及描述（统计）地质条带和裂缝等，当统计溶洞或颗粒特征时，根据FMI图像电导或电阻等级的划分来实现。（4）MSD倾角处理程序，提供倾角矢量图。（5）DIPSCAN类似MSD，提供倾角矢量图。（6）DIPA构造分析程序，利用倾角成果恢复井周构造剖面。二、EMI仪器2.1、EMI基本特点（1） 哈里伯顿公司生产的成像测井仪器EMI(Electronic MicroImaging)的机械部分以六臂倾角的六个铰接极板为基础即装有6个极板，各极板装在一个独立的支撑臂上。每个极板设有25个电极，这些电极在极板上分2排，上排12个电极，下排13个电极，电极横向间距0.2英寸，上下两排电极纵向间距0.3英寸，并且上下两排电极横向错开，因此，同一极板电极实际横向间距是0.1英寸。150个电极都是由直径为0.16英寸金属钮扣组成；仪器分辨率为0.2英寸。 （2）EMI仪器的主要指标分辨率 0.2 in 5.08mm测量范围 0.25000 ohm.m额定温度 350。F（177）额定压力 20，000PSI（137.9Mpa）仪器直径 5 in（127mm）最小井眼尺寸 6 1/4 in(158mm)最大井眼尺寸 21 in(533mm)仪器长度 24ft (7.3m)最大泥浆电阻率 50 ohm-m推荐测速 成像方式：1800ft/hr 548 m/hr 倾角方式：3600 ft/hr 1097 m/hr三、STAR 仪器3.1、STAR基本特点分辨率 0.2 in 5.08mm测量范围 0.21000 ohm.m额定温度 400。F（204）额定压力 20，000PSI（138Mpa）仪器直径 5.7 in（145mm）最小井眼尺寸 6 1/2 in(165mm)最大井眼尺寸 21 in(533mm)仪器长度 37ft (9.4m)最大泥浆电阻率 50 ohm-m推荐测速 ft/hr 91.2 m/hr 四、井壁微电阻率图象地质特征提取和地质应用井壁微电阻率图象代表沿井壁的地层电阻率非均质特征变化，电阻率的变化可能是因为岩性、孔隙结构和泥质含量变化所引起，冲洗带的流体性质、井壁不规则也存在某些影响。如果不知道岩石类型，就难于从井壁微电阻率图象中提取有意义的信息。因此在开始进行有意义的地质特征提取之前，应对比岩心，充分掌握地下地层已知信息，综合分析其它测井资料，实现对井壁微电阻率图像的地质刻度，确定岩性、孔隙度和泥质含量变化对电导率的影响。 井壁微电阻率扫描图象的地质应用正在继续开发，目前主要的应用有： （1）裂缝识别和评价 (2）进行高分辨率薄层评价；（3）地层沉积环境分析；（4）地层层内结构分析和地质构造解释；（5）帮助岩心定位和描述。五、质量控制1、测前要检查电极的灵敏度，要对井径刻度。2、无特殊情况，应在套管中做井径的测前测后刻度，并且其读值与实际套管内径值误差不超过0.50in（1.27cm）。3、仪器旋转周期不得小于10m（在6井眼的直井段旋转周期不得小于7m）。4、测井时应同时监视六条电导率曲线，不得保持在零或饱和值，出现饱和现象时一次不超过5m。5、每个极板上出现的死电极数不得超过8 个，连续死电极数不得超过4个。6、在井斜大于5磁偏角小于80时，方位的重复误差在2以内，井斜角的重复误差在0.5以内。7、图像能正确反映地层的地质现象，除仪器遇卡外，图像上不允许出现砖块状。8、按规定进行重复测量，重复井段不少于25m，重复图像应与主图像基本相似。9、必须有齐全正确的磁带记录。第二章 方位电阻率成像仪（ARI）ARI方位电阻率成像测井仪是新一代的侧向测井仪，它围绕井眼进行定向深测量，同原来的侧向测井仪相比，它具有更高的纵向分辨率。 ARI与一个双侧向阵列组合，使用12个方位电极，在保持深浅侧向读数的前提下，ARI提供12个深探测定向的电阻率测量值，一个非常浅的辅助测量值用来校正由井眼对方位电阻率产生的影响。 井眼四周的地层被显示成一个方位电阻率成像图，尽管这个全覆盖成像的分辨率比声波成像和微电阻率扫描成像的要低（这些成像分别来自于UBI一超声波井眼成像仪和FMI一全井眼地层微电阻率成像仪），但是对它们是很好的补充，这是因为它们对井壁以外的特征反应很灵敏，而对井壁附近的特征反应不灵敏。 一、测量原理（1）设计背景1951年引入侧向测井技术，二十年后诞生了双侧向电阻率仪。与感应测井一起，双侧向为评价地层饱和度提供了关键输入参数。双侧向仪通过重新放置测量电极与回流电极，克服了像Delaware和反Delaware影响等异常现象，但参考电极的位置一直影响着深侧向测量。例如：Groningen效应，依然是一个特殊的复杂问题，表现特征为当高电导率地层上覆有巨厚、高电阻率地层时，深侧向电阻率读值增高。深浅双侧向的测量电流束宽度大约28英寸，垂直分辨率为2.5英尺左右，随着薄层在石油开采中变得越来越重要，这种分辨率就不能完全适应各类储层的评价了。目前需要一种既具有高的垂直分辨率，又具有方位分辨率，且全井眼覆盖的地层深部电阻率定量测量仪。ARI仪器正是针对这一要求而设计的。（2）方法原理方位电阻率成像仪（ARI）将方位电极与常规的双侧向测井仪的电极阵列有机地结合在一起，它被安装在双侧向测井仪A2电极的中间，它在进行双侧向电阻率测量的同时，还进行方位电阻率测量、辅助测量及电极方位测量，见图2-1。 双侧向电阻率测量ARI仪的双侧向测量方式与双侧向仪一样。它采用两种工作频率：35Hz(用于深侧向)和280Hz(用于浅侧向)。测井仪通过马笼头与测井电缆相连，当测量电流Io从A0电极流出时记录监督电极(M2、M2)和鱼雷处缆皮间的电位差Vo，用下式计算电阻率R：R=K（Vo/ Io）其中：K为几何因子。 方位电阻率测量 在方位电极阵列的详细图解（图2-2）中显示了由这个电极阵列所做的深测量和辅助测量的电流路径。深探测的方位电阻率测量工作频率为35Hz，与深侧向的一样，其电流从12个方位供电电极流向地面，这些电流在顶部由A2电极上部发出的电流聚焦，在底部则由A2电极下部发出的电流及AO，A1，A1和A2发出的电流聚焦，另外，每一个方位电极电流都被动的由其相邻方位电极发出的电流聚焦。 为了克服电极泥桨接触面间的电化学影响，方位电极阵列短节类似于三侧向结构，这些电化学作用将会对简单的三侧向等势面产生不利影响。 在每个供电电极上都安装有一个监督电极，它通过一个反馈电路控制供电电极电流，而监督电极的电位与方位阵列电极两侧的屏蔽电极A2中的环状监督电极（图2-2中的M3和M4）的平均电位保持一致。在方位供电电极前面的泥浆面是一个有效的等势面。12个方位电流（Ii）以及M3、M4电极与电缆外壳间的平均电位（Vm）被测量出来，利用这些数据就可以用下式计算出12个方位电阻率： Vm R。k（） Ii 这里k为几何因子。 对12个方位电流求和，就可以得到一个高分辨率电阻率测量：LLhr，这种技术就相当于用相同高度的单柱状电极代替方位阵列电极。 辅助方位测量方位电阻率测量对仪器偏心和井眼不规则的反应很灵敏，为对这些影响加以校正，我们在方位电阻率测量的同时进行一个辅助测量，此辅助测量的工作频率为71kHZ，这一频率足够高，从而可以避免与35HZ的监督环路间的相互干扰。 在这种测量模式下，电流从每一个方位电极流向屏蔽电极AZ（见图2-2），而方位电极和环状监督电极M。为测量电极。测量记录方位监督电极的电位与环状监督电极的平均电位之间的电位差（dV）。 由于每个方位电极流过相同的电流（Ic），所以可以利用下面的公式计算出12条电阻率曲线： Rci=CdVi/Ic 这里C为这样选择的几何因子，就是在一个无限均匀的流体中，Rc；就是流体电阻率。 辅助测量的探测深度非常浅，其电流路径与仪器接近，并且大部分的电流回流到与方位阵列电极相接近的入电极中。 由于井眼流体比地层的导电性更强，所以绝大部分的电流流经泥浆，因此测量响应主要与每个方位电极前面的泥浆体积有关，也就是说测量响应受井眼尺寸和形状以及仪器偏心的影响极小。 辅助测量的主要目的是对方位电阻率进行井眼不规则和仪器偏心影响校正提供资料，次要目的是得到一个电间隙，根据这个电间隙，如果泥浆电阻率（Rm）是已知的或单独测量的，就可以计算出井眼的尺寸和形状。 定向测量 ARI测井仪是利用GPIT（常规测斜仪）测量井斜和方位的，并且对仪器定位，它通常也用于倾角和成像测井等测井仪。（3）格罗宁根(Groningen)效应校正当低电阻层上覆有高电阻厚地层时，深侧向测井常常会受到格罗宁根效应的影响。当存在格罗宁根效应时，因回路电流主要在井筒中流动，使得高电阻围岩中的参考电压变为负值，造成目的层电阻率异常增高。当套管下到高电阻围岩与低电阻地层界面附近时，格罗宁根效应更为明显，延续的井段也较长，甚至于鱼雷形电极位于高阻层的下边也会产生这种效应，这时仪器发射的总电流都流经套管的内壁，趋肤深度约为23mm，在接近高电阻层时电位梯度高。无格罗宁根效应时，以总电流作为基准的90度相位电压为零，有格罗宁根效应时，90度相位电压信号变大，这就提醒我们，可用这种现象鉴别格罗宁根效应并对其进行校正，校正公式如下： 其中：dV0为格罗宁根效应引起的电压偏移； V90为90度相位的电压值 g为系数，它与泥浆电阻率、地层电阻率同泥浆电阻率之比以及井径有关，可用模拟计算得出的图版确定。用比值V90/V0来指示是否存在格罗宁根效应，门槛值决定于地层参数，当对深侧向电阻率影响程度大于5时，选定的门槛值就打出标志。二、 主要技术指标（1） 最大测速及采样密度： 标准方式 ，测速3600 ft/h，采样密度1#/1in； 估算倾角方式，测速1800ft/h，采样密度1#/0.5in； 仅测双侧向方式，测速7200ft/h。（2） 纵向分辨率： 深浅双侧向2.5ft左右； 方位电阻率8in左右。（3） 径向探测深度： 深侧向22.5m左右； 方位电阻率与深侧向相当，界于深浅双侧向之间。（4） 测井方式：居中。（5） 井眼条件： 最小井径4 1/2”； 泥浆性质：水基。三、测量内容及处理内容（1）标准ARI测井可提供以下资料：12条方位电阻率曲线(RR0112)，可用来了解井周12个方向上的电阻率变化情况。1条高分辨电阻率(LLhr)，由12条方位电阻率曲线平均产生，其垂直分辨率为20厘米，径向探测深度近似于深双侧向。2条深浅双侧向(LLd、LLs)1条“格罗宁根”效应校正后的深侧向(LLG)12条方位电极与井壁间隙曲线(electrical standoff 112)，用作井眼影响校正。静态成像图(Static Image)，可在全井段对比各层段地质事件的电阻率高低。动态成像图(Dynamic Image)，突出每个地质事件，如裂缝、溶洞、层界面等的形态特征。（2）ARI中心机处理可提供以下数据： 图像处理(ARI-P)经中心机图像处理后可提供较大比例（1：50）的ARI图像，并且可以获得一条利用12条电间隙曲线计算得到的井径曲线CALA。倾角处理(ARI-DIP)对ARI进行倾角处理后，可以获得精度不太高的地层产状数据，但是由于其探测深度深，因而其倾角主要反映了构造倾角。四、主要应用范围和使用方法 （1）识别非均质地层ARI成像图反映了井周不同方位的地层电阻率变化情况，因此它可以识别非均质地层，进而识别裂缝、溶洞等不同类型的储层。在均质地层中，ARI测井特征表现为12条方位电阻率曲线在同一深度点变化一致，且差异甚微；成像图上呈现出良好的连续性。相反，在非均质地层则表现为12条方位电阻率曲线在同一深度点差异甚大，彼此相互交错；成像图上则呈现出各种直观的地质特征。（2）薄层解释对于薄层，为了达到提高测井分辨率的目的，在进行测井时，通常采取降低测井速度的方法；而在进行解释时则采用反褶积等数学方法。这些手段虽然取得了一些效果，但达到的程度毕竟有限，精度也不够，所以有较大的局限性。随着ARI的出现，情形出现了较大的改观。（3）储层有效性评价ARI由于它的分辨率较深浅双侧向提高了34倍，而探测深度与双侧向接近，可获得井眼全方位覆盖的测量结果。这对于研究储层的非均质性，计算储层含油气饱和度，与FMI结合研究裂缝的径向延伸程度，评价溶洞性储层和薄储集层等方面具有较高的价值。（4）估算地层倾角ARI可与FMI一样提取地层倾角的信息，其处理得到的地层倾角精度不如地层倾角测井所获得的结果，但由于ARI有很深的探测深度，可以反映较深地层的特性，因此它主要反映了构造倾角。第三章 高分辨率阵列侧向测井的方法原理 第一节 阵列侧向测井的方法原理一、仪器原理 1、电极系结构高分辨阵列侧向测井仪（HRLA）电极系结构示意图见附图3-1，它由一个中心测量电极A0、12个屏蔽电极（上下各6个）以及12个监督电极组成。2、 测量原理阵列侧向它通过六个对称排列的屏蔽电极进行有源聚焦同时测量，并且分区阵列达到多个探测深度的目的。HRLA有一个中心电极A0，上下各有6个屏蔽电极A1（A1）A6（A6），它的屏蔽电极部分主要用来完成多种探测深度的测量。像浅侧向电流模式一样，A0发出的电流“绕过”几个屏蔽电极回到回路电极。在三对屏蔽电极之间的监督电极用以保证无电流垂直流过，这样即可完成电流的聚焦。A0电极发射探测电流I0，通过以下公式可计算地层的视电阻率： V Ra=K* I0式中K是一个恒定的仪器几何因子，V是在仪器中央测量的相对于电缆外皮的电位。通过改变供电频率(供电频率的范围为75300HZ)，以中心电极保持等势面，探测深度随着回路电极的距离的增加而增加。这六种模式随着探测深度的增加而完成（从05）。模式0的电流从A0直接流到A1和A1，这种模式主要对泥浆柱参数（Rm和Dh）比较敏感。最深的模式是模式5，所有的电极A0(A0)A5(A5)发出电流回到A6(A6)，几种测量模式电流示意图见附图3-2。二、HRLA现场测量及后续处理结果HRLA0：非常浅的测量，用于计算泥浆电阻率。HRLA1HRLA5：随探测深度而增加的地层电阻率。这些测量用于计算Rt ，Rxo和Di（地层真电阻率，侵入带电阻率和侵入直径）。RLAD：电流回到地面的传统深测量，这种测量是可选择的。在不进行其它测量时，它需要一个侧向电流和加长电极。阵列侧向仪器的主要目的是提供地层真电阻率，这个值由上述所列的测量而计算，并考虑了环境影响。在MAXIS-500车载计算机上，或在Geoframe工作站上进行反演计算。三、 仪器技术指标及质量控制1、 仪器技术指标总长： 24ft总重量： 192kg内径： 41/4in适合泥浆性质： 水基实际操作温度范围： 25150最大无损害温度范围：55160最大压力： 1050bar/15000psi最大无损害压力： 1155bar/16500psi仪器伸张力： 20000 lbs仪器压缩力： 1300 lbs（无居中器），13000 lbs （带4个硬质居中器）最小井眼尺寸： 51/2in 最大井眼尺寸： 16in（12in响应更佳）构建弯曲率： 见下表活动头状态构建弯曲率井眼尺寸（in）活动头打开（Deg/100ft）活动头锁住（Deg/100ft）61/830227392777/8483281/25435电阻率Rt范围（Rm=1 Ohm.m）： 0.2100000 Ohm.m电阻率Rt范围（Rm=0.02 Ohm.m/ Dh=12in）： 0.220000 Ohm.m仪器探测深度： 50in纵向分辨率： 1ft最小井眼半径： 51/2in2、 质量控制当HRLA曲线出现异常时，应着重考虑到井眼条件（井眼大小、地层电阻率与泥浆电阻率之比Rt/Rm和是否有溶洞）。在均匀厚地层中，经过井眼校正后的阵列电阻率曲线（HRLA1HRLA5）是应由浅到深依次排列的，但在薄层中或地层电阻率与围岩电阻率之比很大时，会出现异常情况。在大井眼或Rm很小时，电流沿井眼流动可能会引起深浅电阻率曲线分得较开。为了确保即使在电阻率值达到饱和的情况下侵入带电阻率值都真实可靠，建议另加Rxo测量仪（MSFL，MCFL）。资料质量控制过程中，首先检查所有的刻度是否在误差范围之内。在测量时，建议随时观察测井质量控制曲线（LQC），以确保仪器能作出及时的校正和处理。第二节 与其它测井方法的对比分析目前的侧向测井仪器主要有DLT、ARI、HALS和HRLA。下面对三种仪器进行比较，分析其优缺点和解决问题的能力。四种电阻率测井仪的比较HRLAHALSARI DLT探测深度50in50inHRLA7080in纵向分辨率1ft1ft8in24in最大井眼16in12in12in12in最小井眼6in6in6in6in受井眼影响小大较大小 一、HRLA与方位电阻率仪器（ARI）的对比ARI的电极系结构是在双侧向测井仪的屏蔽电极A2的中部均匀地装有12个电极，用于测量井周地层12个方位的电阻率，反映井周地层介质电阻率特性是否均匀和对裂缝作出响应，是一种近似三维的测井方法。另外，ARI仪器还能通过12个方位电极系供电电流求和而提供一种高分辨率的侧向测井LLHR，因为采取聚焦式测量，具有良好的分层能力，其纵向分辨率比HRLA高（在井径68in时，LLHR为8in，HRLA为1ft）；探测深度HRLA为50in，比LLHR的高（LLHR的探测深度比深侧向略低，大于浅侧向）。但ARI受仪器偏心、井径和井眼不规则等因素影响较大。HRLA除了能获得包括不同探测深度的地层电阻率值在内的原始数据以外，还能通过1维、2维及2.5维反演技术得到更为丰富的地层信息。由于考虑了井眼、侵入、围岩、地层倾斜及地层各向异性等影响，故这些信息比ARI测量信息更加合理可靠、更接近于地层真实的地质情况。综上所述，ARI主要用于探测地层的各向异性，研究地层或洞缝的非均质性，而HRLA更倾向于提供受环境因素影响小的地层真电阻率和侵入带电祖率，同时研究径向上的侵入特征。二、HRLA与双侧向仪器（DLL）的对比虽然HRLA仪器是以双侧向仪为基础发展而来的，但在构造上作了某些本质上的改进，它完全抛弃了双侧向的“深”模式，通过改变供电电流的频率，得到一组相干的“浅”模式高分辨率电阻率测量值。通过反演，可将这些测量值用于校正最大探测深度测量值的侵入及围岩等环境影响。HRLA通过使所有侧向测井的电流都返回到仪器壳体，它将两种最有害的情况，即参考电极影响和围岩影响降到了最低程度。此外，由于仪器不再需要地面电流回路和绝缘马笼头，从而降低了成本和井下事故的风险。总之，HRLA与常规双侧向仪相比，其优点有：（1）因无马笼头，测量HRLA0HRLA5的电流直接回到仪器本身，而不是回到地面，这样就没有必要选定地面作为参考电压点，故消除了格罗宁根效应和马笼头、加长电极及TLC影响，使测量更加有效可靠。（2）组合性更强，可与PLATFORM EXPRESS（快速平台）和AIT-H CMR等仪器自由组合。 （3）无格罗宁根和TLC效应。事实上，电流回到了仪器串，而不是地面，从而消除了参考点效应，如格罗林根效应、TLC效应以及长的仪器串效应。（4）清楚地指示渗透性。更加完整的阵列侧向测井曲线常能解决含糊的渗透层，因为在存在侵入层的地方可以见到较大的曲线分离即差异，而与侵入无关的分离（如格罗林根效应）减少了。（5）可得到更精确的Rt，是因为减少了围岩和参考电极影响，且测量的地层信息更多，加之利用了地层反演技术，使计算的Rt值更精确。（6）由于阵列电极系的应用，可得到一系列不同探测深度的电阻率曲线，使测量的地层信息更为丰富，利用反演技术可对较复杂储层进行评价。 （7）改善了测井质量控制。阵列侧向的有关自然聚焦、深度调整、分辨率匹配，测量结果以曲线从最浅的HRLA0到最深的HRLA5应是分离的，除非有严重的围岩影响。第四章 超声波成像仪目前主要有三种井壁超声波成像仪，斯仑贝谢的USI（用于套管井测井）UBI（用于裸眼井测井），西方阿特拉斯的CBIL和，哈里伯顿的CAST。其测量原理基本一致，它们都是利用超声波反射波能量的强弱和声波双程传播时间与反射界面的物理性质及井眼几何形态有关的原理，评价井壁岩石特性、井眼及套管状况。一、UBI（USI）超声波成像测井仪USI超声波成像测井仪和井眼超声波成像测井仪是新一代的井下声波电视测井仪。这两种测井仪确实很相似，只是在使用时根据具体的应用和测量环境选用不同的换能器，其所测资料的解释根据应用目的不同也不一样。USI在套管井中的应用USI在套管井中的应用包括水泥胶结质量评价和360度方位的套管检查。套管内部及其厚度的准确声波测量结果可以提供一种像地图一样的包括套管内部和外部损坏以及套管变形的测井图。对反射超声波的分析可以提供套管外面物质的声阻抗。固井图可以直观地指示出固井质量的好坏。用低分辨率换能器可获得所必需的套管壁厚谐振，高阻聚焦的换能器是不能获得进行可靠振幅测量的套管谐振。UBI在裸眼井中的应用高分辨率的UBI井眼超声波成像可以代替FMI全井眼地层微电阻率扫描成像图，尤其是在油基泥浆中FMI不能测量的这种怀况下更是有用。用UBI测量的准确的井眼横截面图可以得到井眼稳定性和井眼垮塌方面的信息。对于裸眼井测量和不需要套管谐振的套管内部几何形状测量来说，UBI换能器的聚焦特性越好，其成像的分辨率就越高1. 1 USI和UBI仪器描述仪器原理 探头（声系）包括一个旋转的不同尺寸的换能器总成（图4-1），它可用于测量所有常规尺寸的套管井和裸眼井。总成的旋转方向决定了换能器的指向；逆时针旋转为面向套管和井壁的标准测量方式；顺时针旋转将使换能器在总成内旋转180度（换能器面向仪器内的反射板），这样就可以测量井内流体的特性（图4-2）。 超声波脉冲在井眼中的传播距离可以通过选择合适的换能器总成来优化，以便减小其在高密度井内流体中的衰减和维持较低的信噪比。 换能器即是发射器又是接收器，它发射的超声波脉冲的频率介于195kHZ和650kHZ之间，同时接收反射的超声波脉冲。在套管井中（USI测井）发射能量的实际频率是根据套管厚度和流体类型由采集软件来控制。对于裸眼井中的UBI测井来说，根据泥浆的的密度和类型，手动选择换能器的发射频率，不是250kHZ就是500KHz. USI和UBI测并仪之间的区别 对于水泥胶结评价的套管检查来说，USI测井仪使用了一个不聚焦的面向平面的换能器，其工作频率由软件来选择，但是一开始是根据套管和流体参数来选择的，之后再根据实际测量情况进行修改。 将USI面向平面的换能器换成高分辨率聚焦的裸眼换能器，USI就变成了UBI测井仪。对于棵眼井和套管内壁高分辨率成像应用来说，UBI使用的是高分辨率换能器，其测量速度相对较慢，其工作频率是根据换能器的间隙、泥浆类型和重量选择两个固定频率中的一个。1.2 USI测量原理 水泥胶结评价的测量原理与现有超声波测井仪的测量原理相似。面向平面的换能器发射较短的声波脉冲，它在套管中将激发套管壁厚谐振，然后再由同一换能器接收反射脉冲或回声，然后再对其进行分析和解释。 USI测井仪对在反射声波脉冲中所含有的壁厚谐振信号进行分析，但是该分析是以不同的方式完成的。USI测井仪只有一个旋转换能器，它探测整个套管。 跟没有方位分辨率的水泥胶结评价测井仪不一样的是：USI测井仪可以提供方位分辨率的测量结果，以便探测各方位上的水泥胶结质量。USI径向声波脉冲把套管和水泥间的微循环空间对水泥胶结质量评价的影响减至最小。换能器发射频率在195到650kHZ的超声波脉，然后转换到接收方式。超声波脉冲通过井内流体传播，然后撞击套管内壁。大部分超声波脉冲的能量被套管反射回换能器，剩余的能量折射进套管然后在套管和环形空间表面以及套管和井壁表面之间经过多次反射，在每一个反射界面一部分能量被反射，一部分能量被折射这取决于界面的声阻抗。实际上由于套管和井内流体的声阻抗基本是常数所以套管内的信号的衰减速率取决于套管外物质的声阻抗。换能器现在做为接收器，它探测高幅度的反射前波信号，其后跟着的是按指数规律衰减的信号，其峰到峰的时间是该信号传播到套管所需时间的两培。 T3测量技术 为了从USI采集的资料得到可靠的信息现已开发出一种称为中T3处理的新技术。这种以频率为基础的新处理技术用要三个阶段：测井仪实际测量阶段制作模型阶段和刻度阶段。USI数据的T3处理技术为了测量出下列参数，直接从基本的谐振响应得到声阻抗：水泥的声阻抗Z水泥（不管套管和地层间的物质是什么，都统统看作为水泥）； 套管厚度Th套管。一般来说套管壁的自然谐振频率近似地与套管的壁厚成反比； 套管的内半径。通过确定波峰的位置来测量发射脉冲和回声主峰之间的时间。使用流体特性测量结果（FPM）把这个时间转换成套管的内半径，以便在考虑到换能器自身尺寸的同时计算出泥浆的声波传播速度； 套管检查。根据声波传播时间和套管厚度测量结果可计算出套管的内径和外径。波形的最大幅度是套管内表面粗糙度的定性指示。 在测量阶段，通过快速傅里叶变换，将返回的时基信号转换成频率域，以便进行处理。通过对根据角频率导出的群延迟港进行分析可以找到基本的套管谐振，井确定出它的特性。 在处理阶段，一个非常短的标准化窗口被放在套管反射首波的中央，这样可以在没有套管谐振影响的情况下选择反射首波、由这个标准化窗口建立起来的系统响应可用于对由压力和温度对换能器的影响以及泥浆特性变化所引起的谱变化进行补偿。较长的 处理窗口”（包括反射首波和谐振信号的前部）可用于确定基本套管谐振的特性，以便初次评价套管的厚度和环形空间物质的声阻抗。 T3模型处理是从初步评价的套管厚度和声阻抗开始的，尔后产生一个脉冲响应谱再对该谱进行标准化处理然后就得出一个“准处理谱”。该模型的群延迟的计算及标准化方法和实际测量阶段所用的方法一样。再对得出的群延迟谱进行分析以便得出一套新的特征参数（Th套管和Z水泥）。将这些参数与测量得出的参数进行对比，如果它们不匹配就将这些参数通过模型再做一遍，再产生一套新的参以 然后再进行对比这种重复处理对比过程直至用模型得出的参数与测量得出的参数匹配为止（通常需要三次重复处理对比）。然后再对T3处理得到的平面结果做套管表面非平面性影响的校正。1.3 USI的显示和成像 根据不同的应用有数种显示方式。较差的情况用红色表示。例如红线可以表示仪器不居中、最小幅度、最大内半径、最小套管厚度，气指示等。在图像上红色强度的增加表示这种较差情况的增多，象低幅，金属损失以及在水泥胶结评价图上显示存在气等情况。 USI测量数据有以下几种显示： 流体特性显示；水泥胶结评价显示；腐蚀显示；综合显示；声阻抗成像；幅度成像；诊断成像；半外径成像；厚度成像。1.4 USI的应用 通过对换能器接收的回声信号的分析可得出4个独特的参数：套管的内半径套管内表面的粗糙度，套管厚度和水泥的声阻抗。这些参数使USI测井仪有两个主要应用： 一是水泥胶结质量评价测井，二是用于监控套管损坏和腐蚀的套管检查测井。我们也可用声成像进行广泛的套管检查应用，例如检查套管的物理损坏和确定射孔层段等。使用为UBI设计的新型换能器可以得到更高的成像分辨率只有在需要详细检查套管的内表面时才建议使用这种UBI测井仪。水泥胶结质量评价水泥胶结评价测井的目的之一是确定套管周围是否有水泥，目的之二是水泥是否对套管起到了固定和支持作用 目的之三是水泥是否起到了不同层间的隔离作用。水泥的声阻抗指示水泥的存在和质量。进行水泥胶结质量评价的总体原因是为了获取做好以后固井工作的有用信息。一口井一口井地进行水泥胶结质量评价可使我们对不同的套管结构得出最佳的固井参数，从而获得最佳的固井效果。套管检查当使用US测井仪的主要目的是检查套管的腐蚀、磨损或损坏时必须降慢测速，以便获得较高的纵向和方位分辨率。通过测量套管的内半径、厚度以及计算内表面的粗糙度来监视管的实际状况。用一组成像图来显示这些信息（见UBI显示和成像）它们有如下用途： 套管腐蚀的识别、定位和定量评价； 评价由作业、打捞或塑性地层引起的套管损坏Z 根据剩余套管厚度评价腐蚀和损坏情况； 套管内部和外部的金属损失； 确定和识别射孔层段； 指示套管剖面和重量的变化；其它套管异常的识别。15 UBI测量原理UBI测量超声波的幅度和传播时间。全新的处理技术提高了精度、避免了周波跳跃和减少了回声损失。UBI的传播时间测量结果与帽度测量一样可靠通常是更准确。对两个工作频率（250或500kHz）可以进行选择高频给出较高的图像分辨率但是低频在高发散的泥浆中提供更好的测量结果。根据测井环境像泥浆的密度和类型以及所需的分辨率等来选择图像的分辨率。工作频率为250kHZ时标准分辨率已经很好如果再提高图像分辨率，就必须降低测速。在仪器偏心小于14英寸时对UBI的测量结果没有什么影响。即使在高斜度井中只要扶正器系统良好仍可得到清晰而易于解释的图像。1.6 UBI显示和成像成像显示；横截面图显示；“螺旋图”。二、CBIL井周声波成像2.1测井原理它是由一个旋转换能器以发射250400kHZ频率的超声波束，该声波束被聚焦，直径约0.2英寸，射向井壁，声波在井壁与泥浆接触面上被反射回来，又被换能器在发射点所接收。换能器是半球形聚焦的，这样可以提高分辨率是其在大井眼与重泥浆中比常规仪器具有更优越的性能。换能器以一定的速度环绕井壁360度旋转，仪器也以一定的测井速度上升，即测量点呈螺旋线上提，达到了纵横向上连续的测井记录。5700 CBIL超声波信号，每旋转一周发射250次，仪器每上升0.1英寸采样一次，因而能达到高分辨效果，其井壁覆盖率100%。超声波成像测井记录包括： 时间（TT），为发射器到井壁的双程旅行时间； 幅度（AMP），为反射回接收器的声波信号能量大小。测井解释主要根据对这两个测量信息的图像特征进行解释，但TT和AMP测量的是二维数据，必须经过处理。 2.2 CBIL测井资料的处理内容CBIL的处理包括以下四个步骤：（1）Accel加速度校正主要是消除仪器遇卡、遇阻等非匀速运动引起采样点深度位置不匹配。（2）Cbilprep曲线重采样曲线重采样的目的是： 图象定位主要对测量曲线按方位进行定位； 统一采样密度对电法成像及声波成像的所有测量曲线的采样密度进行统一； 标准化处理及误差计算。（3）Centrolize居中校正将仪器偏心校正到仪器居中时的测量状况（4）Filter滤波处理消除因井壁不规则引起的噪音，或进行信息增强处理。2.3 CBIL仪器技术指标直径 3.63英寸（92.1毫米）长度 14.9英尺（4.55米）重量 270磅（122.5公斤）最高温度 4000F（204）最大压力 20000磅/英寸2（138兆帕）最高测速 600英尺/小时（182米/小时）采样扫描 250个样/转扫描速率 6转/秒 三、声波成像的应用 声波成像仪器它可以在油基泥浆（非电导性泥浆）井中成像，它所提供的井眼声成像可以代替FMI成像，在高质量VBI图像的使用过程中已发现了一些令人激动的新应用，例如井眼稳定性的分析和地应力分析等。3.1在油基泥浆井中成像虽然在很多应用方面，电成像的解释更可靠但是电成像测井仪却不能在油基泥浆井中测量。如果井眼成像对储层的评价起决定性作用 那么在油基泥浆中唯一可用的就是声波成像。3.2探测裂缝和溶洞裂缝一直是测井解释所注意的目标。常规测井资料的解释方法不能确定裂缝的产状及组合特征。井下声波电视测井资料经常用于评价裂缝和溶洞。在很多情况下声波成像测井仪最适合于这种应用成像测井提供全井眼扫描图像，它以直观的图像表现出来，能提供裂缝的倾角和方位，还能区分张开缝与闭合缝，以及区分天然裂缝与诱导裂缝。 用声波半径测量结果和井眼横截面图有时可以探测出沿裂缝面的剪切滑动现象因此可有力证明地层的非平衡构造应力和开口裂缝的存在。溶洞是由于地层水对岩块溶蚀造成的。溶洞的存在，必然造成溶洞与溶洞周围岩块的反射情况的差异。溶洞在时间与幅度图上均表现为与溶洞本身形状一致的暗色团块，但要注意与井眼崩落相区别，两者的主要区别在于：井眼崩落往往总是发生在两个成180度对称的方向上，而溶洞可以发生在任何方向上。3.