地層微電阻率掃描成像測井(FMS)基本原理

地層微電阻率掃描成像測井，是指利用多極板上的多排紐扣狀的小電極向井壁地層發射電流，由於電極接觸的岩石成分、結構及所含流體的不同，由此引起電流的變化，電流的變化反映井壁各處的岩石電阻率的變化，據此可顯示電阻率的井壁成像的一種測井方式。

基本介紹

• 中文名：地層微電阻率掃描成像測井(FMS)基本原理
• 外文名：FMS fundamental 
• 學科：地球物理測井
• 開始時間：上世紀80年代
• 套用場所：分裂縫、小溶洞和溶
• 簡寫：FMS

概念

地層微電阻率掃描成像測井是由高分辨地層學地層傾角儀發展而成的，它利用多極板上的多排鈕扣狀的小電極向井壁地層發射電流，由於電極接觸的岩石成分、結構及所含流體的不同，由此引起電流的變化，電流的變化反映了井壁各處的岩石電阻率的變化，據此可以顯示電阻率的井壁成像，自從80 年代斯倫貝謝公司的地層微電阻率掃描測井(FMS)投入工業套用以來，由於其在地層評價和地質套用中的價值促進了該項技術的迅速發展，斯倫貝謝公司在推出FMS-A 型儀器後，用了不到三年時間做了三次重大發展，研製出了FMI 全井眼微電阻率成像測井儀。哈里伯頓公司、阿特拉斯公司也先後研製出了井壁微電阻率掃描成像測井儀EMI 和Star Imager 這些儀器的主要區別在於鈕扣式電極的排列。

電極排列

我們知道，微電阻率測井貼井壁測量，探測深度淺而垂向解析度高，因而對井壁附近地層的電性不均勻極為敏感。因此，人們利用微側向測井研究沖洗帶和裂縫，利用四條微電導率測井曲線確定地層傾角，識別裂縫，研究沉積相等。但是，這些微電阻率測井無法確定裂縫的產狀，無法區分裂縫、小溶洞和溶孔，這些問題都可由微電阻率掃描測井解決。

測量原理

地層微電阻率掃描成像測井採用了側向測井的禁止原理，在原地層傾角測井儀的極板上裝有紐扣狀的小電極，測量每個紐扣電極發射的電流強度，從而反映井壁地層電阻率的變化。通常把電流電平轉換成灰度顯示，不同級別的灰度表示不同的電流電平，這樣就可用灰度圖來顯示井壁底電阻率的變化。

第一代FMS是在地層傾角測井儀兩個相鄰極板上裝上紐扣狀電極，每個極板上裝有4排27各電極，共有54個電極，每排電極相互錯開，以提高井壁覆蓋率。對8.5in的井眼，井壁覆蓋率為20%。

為提高井壁覆蓋率，第二代儀器在4個極板上都裝有兩排紐扣電極，每排8個共16個電極，4個極板共64電極，對8.5in井眼，井壁覆蓋率達40%，這種儀器在電極上作了很大的改進，把原來的4排電極改為2排電極，能更準確地作深度偏移。

FMI

斯倫貝謝測井公司在前述儀器的基礎上，又研製了全井眼地層微電阻率掃描成像測井儀。該儀器除4 個極板外，在每個極板的左下側又裝有翼板，翼板可圍繞極板軸轉動以便更好地與井壁相接觸，每個極板和翼板上裝有兩排電極，每排有12 個電極，8 個極板上共有192 個電極，對 in 井眼，井壁覆蓋率可達80%，能更全面精確地顯示井壁地層的變化，極板下部兩個大的圓電極用於測量地層傾角。該儀器在電極排列及電極尺寸上都有改進，兩排電極中心間距離為0.3in (7.6mm)，使深度位移更準確，另外把鈕扣電極的直徑改為0.16in (4.1mm)，電極周圍絕緣環的外緣直徑為0.24in (6.1mm)，從而進一步提高縱向解析度的精度。兩排電極上下兩個電極中心間的橫向距離仍為電極的半徑，保證兩個電極有一半相重疊，這樣就能毫無遺漏掃過井壁。

測井模式

1.全井眼模式測井。用192個紐扣電極進行測量，進行井壁成像。

2.4極板模式測井。此時用4個極板上的96個電勢進行測量，翼板上的電極不工作，對於地質情況較熟悉的區域，採用這種方式測井可提高測速，降低採集數據量和測井成本，但對井壁覆蓋率降低一半。

3. 地層傾角測井。當用戶不需要井壁成像，而需要地層傾角時，可用這種模式測井。這是只用4個極板上的8個電極測量，得出高解析度地層傾角儀同樣的結果，測速可進一步。

在套用FMI資料時，通常在一個地區，選有代表性的參數井進行取芯，並作FMI測井，通過與岩芯柱的詳細對比，研究有關地質特徵在井壁圖像中的顯示，就能充分利用這些特徵解決地質問題。

數據處理

微電阻率掃描成像測井測量的是陣列電極電流和儀器姿態幾何信息。從這些測量信息中提取地層地質特徵信息需要經過兩個過程，第一個過程是將測量信息映射為井壁微電阻率圖像的過程，第二個過程是從新得到的井壁微電阻率圖像中提取地層地質特徵。由測量信息映射為井壁微電阻率圖像需經過下列處理步驟：

1.預處理

(1)自動增益和電流校正。

被測地層電阻率動態範圍變化大，要使測量電極電流的動態範圍變化相應地大，需通過自動增益控制和改變供電電流強度而實現。

(2)失效電扣檢測及補償。

通過對每個電極電流在選擇的處理視窗段上的電流分布直方圖分析，去掉那些電極電流不隨地層變化的電極信息，利用有效相鄰電極相應測點處的測量值的插值對失效電極測量進行填補。

(3)速度校正和電極方位定位。

第一步套用三分量加速度計測量信息將陣列電扣電流時間域測量信息映射為深度域測量自信息，即確定每個測點的深度。校正方法完全等同於地層傾角測井速度校正。

第二步利用三分量磁通量測量信息和加速度測量信息確定每個電極相對於磁北極的方位角。

還須要對每個電極測量的信息(或曲線)進"深度對齊"。由於極板上兩排鈕扣電極間的距離為0.3in，不做深度對齊時，兩排電極顯示的異常具有深度偏移。而翼板的電極(FMI)與主極板上的電極相距5.7in，顯示的異常更有較大的深度偏移。在對像素處理時必須首先將各電擊極的測量結做深度對齊處理，如圖是深度對齊前後的電極異常顯示。

2.圖像重構即把數字圖像信息集重構為井壁圖像。

為了把每個鈕扣電極的電流強度轉換為變強度的圖像，在輸出的圖像中用16 種級別的民灰度顯示，在解釋工作站上可用256 種色標來顯示圖像，圖像中的每一個"像素"點對應於自某一特定範圍的電流電平。通常可用兩種方案來選擇灰度和色彩級別，即所謂"靜態"歸一化和"動態"歸一化。又稱均衡處理。

(1)"靜態"歸一化。即在較大的深度段內(相應於某層段或某一儲集層段)，對儀器的回響進行歸一化，即在一個深度處特定色彩表示的電阻率，而另一深度處如果色彩相同，即表示該深度處具有同樣的電阻率，這種歸一化的優點是在較長的井段內通過灰度和顏色的比較來對比電阻率。其不足之處是不能分辨小範圍內微電阻率的變化，圖(a)是經過"靜態"歸一化處理的成像圖。

(2)"動態"歸一化。即在較短的井段內，選擇灰度的深淺和色彩的濃淡來表征電流電平的級別，因此能反映局部範圍微電阻率的變化，從而能更精細地研究井壁岩石結構、裂縫等變化，通常其縱向窗長為3ft。這種方法的優點能顯示局部範圍內微電阻率的相對變化。圖(b)是同一井段經過"動態"歸一化處理的成像圖，與圖(a)相比，能更詳細地劃分井壁地層的變化，尤其在剖面的頂部，清楚地顯示地層層理的變化等，而在圖(a)中則沒有這種顯示。

(3)圖形顯示。

當一平面與井身圓柱體垂直相切時，井壁在（0～360°）的展開圖上呈一直線。當平面與井身圓柱斜交時，井壁與斜交平面切出一橢圓，在0～360°展開圖上呈正弦曲線狀，平面與井軸相交的角度愈大，則正弦曲線的幅度也愈大，並能從展開圖上確定出平面的傾角與走向。根據這種成像顯示，就可以確定地層的層理或裂縫的產狀等，從而能利用井壁成像研究井壁地層的有關地質特徵。

資料解釋套用

通常在一個地區，選有代表性的參數井進行取心，並作全井眼微電阻率掃描成像測井，通過與岩心柱的詳細對比，研究有關地質特徵在井壁圖像中的顯示，就能充分地利用這些特徵解決地質問題，下面通過一些實例來說明其套用。圖9中清楚地顯示出地層的層理，層理的傾向為S-W。在剖面的頂部與底部有裂縫，裂縫的傾向為N-E。圖10 是白雲岩中的空洞孔隙的圖像，黑顏色表示空洞孔隙，自顏色為岩石骨架。以上的套用實例表明，全井眼地層微電阻率掃描成像測井在研究岩層層理、岩石結構等方面有較大的優勢，圖11是碳酸鹽岩中縫合線圖像，圖中標出0.2m 井段內有黑色條紋，即為縫合線。