FMI成像測(cè)井解釋方法及應(yīng)用

李全厚，裴警博

(東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

FMI是最先進(jìn)成像測(cè)井技術(shù)之一，是由斯倫貝謝公司研制的微電阻率掃描成像測(cè)井儀，儀器工作時(shí)記錄了很多條微電阻率曲線，這些曲線反映了極板所掃過的地層的電阻率的變化特征，具有非常高的采樣率和分辨率，可覆蓋80%的井壁.經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和圖像處理，將這些微電阻率曲線轉(zhuǎn)換成圖像，即FMI圖像，其外觀類似于巖心剖面，顏色的深淺表示電阻率的大小，電阻率越低，顏色越深.很適合用于識(shí)別裂縫、分析薄層、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和沉積學(xué)研究[1]，具有常規(guī)測(cè)井無法比擬的優(yōu)勢(shì)，在復(fù)雜油氣儲(chǔ)層的解釋評(píng)價(jià)中發(fā)揮著越來越重要的作用.

1 FMI基本原理

1.1 儀器結(jié)構(gòu)

FMI儀器有四個(gè)臂，每個(gè)臂上有一個(gè)主極板和一個(gè)折頁極板(儀器外形結(jié)構(gòu)如圖1，極板結(jié)構(gòu)如圖2)，每個(gè)極板上有兩排電極，每排有12個(gè)電極(上下電極互相錯(cuò)開)，上下兩排電極之間距離0.3英寸，電極之間的橫向間隔0.1英寸，主極板和副極板之間的垂向距離為5.7英寸.共計(jì)有4×2×2×12=192個(gè)測(cè)量鈕扣電極，直接記錄每個(gè)電極的電流強(qiáng)度及所施加的電壓，再由儀器系數(shù)換算出反映井壁四周的地層微電阻率.深度采樣間隔為0.1英寸，探測(cè)深度為 2英寸，儀器在測(cè)量深度方向和徑向的分辨力均為0.2英寸，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)只是部分覆蓋井壁，對(duì)于8英寸井眼的覆蓋率為80%.

圖1 儀器外形結(jié)構(gòu)

圖2 極板結(jié)構(gòu)

1.2 測(cè)量原理

FMI儀器的測(cè)量原理如圖3所示，下部電極(包含極板和測(cè)量電極)和上部返回電極(金屬外殼)之間保持一個(gè)已知電位差，它們之間用絕緣體隔開，這樣保證電流從下部電極經(jīng)過地層返回上部電極，在測(cè)井過程中，借助液壓系統(tǒng)，各個(gè)測(cè)量極板緊貼井壁，外加電壓驅(qū)使低頻交流電從極板上的小電極通過導(dǎo)電泥漿流向地層，經(jīng)過地層到達(dá)儀器上部的金屬外殼形成回路，由于極板周圍電位基本相同，沿著井壁方向產(chǎn)生了等電位面，同時(shí)對(duì)極板和測(cè)量電扣施加同極性的電流，同性相斥的原理使得極板電流對(duì)測(cè)量電流起到了聚焦的作用，確保測(cè)量電流以最佳角度流入地層，由于測(cè)量電扣接觸的巖石成分、結(jié)構(gòu)及所含流體的不同而引起電流的變化，記錄下變化的電流即反映出井壁附近地層的電阻率的變化.

圖3 測(cè)量原理

2 FMI圖像分析

2.1 圖像的生成

測(cè)得的192條微電阻率曲線經(jīng)過主副極板上四排電極的深度對(duì)齊、平衡處理、加速度校正、標(biāo)準(zhǔn)化、壞電極處理、圖像生成等一系列步驟得到FMI圖像.通常首先計(jì)算出微電阻率資料的頻率直方圖，然后把它們分成42個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)具有相同的數(shù)據(jù)點(diǎn)(這使得每種顏色在最終圖像上具有相同的面積)，42個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)著42種顏色等級(jí)，從白色(高電阻)到黃色，一直到黑色(低電阻).或者由灰色變化到褐色，直觀地反映地層電阻率的變化，從這些測(cè)量信息中，可提取井壁周圍地層的信息

2.2 圖像的類型

FMI可提供三種圖像：

1)靜態(tài)平衡圖像，該類圖像全井段統(tǒng)一配色，每種顏色代表著固定的電阻率范圍，因此反映了整個(gè)測(cè)量井段的相對(duì)電阻率變化.

2)標(biāo)定到淺側(cè)向的靜態(tài)圖像，它是專門為了計(jì)算裂縫寬度等參數(shù)設(shè)計(jì)的，標(biāo)定后的靜態(tài)圖像不僅反映井段微電阻率變化(不是相對(duì)變化)，而且與淺側(cè)向測(cè)井值對(duì)應(yīng)，可用于巖相分析和地層劃分.

3)動(dòng)態(tài)加強(qiáng)圖像，它是一種在用戶選定的滑動(dòng)深度窗口內(nèi)(通常不超過3英尺)，重新進(jìn)行顏色刻度，突出局部井段電阻率變化，使得圖像顯示更詳細(xì)的局部靜態(tài)(全井段內(nèi)動(dòng)態(tài))的圖像顯示方法.此時(shí)顏色更能揭示各種地質(zhì)事件，如結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、裂縫、結(jié)核、粒序變化、層理等，但此時(shí)顏色不再與電阻率具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，解釋時(shí)需特別注意.

2.3 圖像的模式

FMI圖像的顏色、形態(tài)能充分反映地質(zhì)、地球物理信息，可以結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料刻度FMI資料，建立起標(biāo)準(zhǔn)圖像模式，分類如下：

1)按照顏色不同，可分為：亮色、淺色、暗色和雜色.

2)按照形態(tài)不同，可分為：段狀模式、條帶狀模式、線狀模式、斑狀模式、雜亂模式、遞變模式、對(duì)稱溝槽模式、空白模式、規(guī)則條紋模式和不規(guī)則條紋模式.

3)按照有無地質(zhì)意義的形態(tài)模式[2]可分為兩種：

a)有地質(zhì)意義的模式，包括段狀模式、條帶狀模式、線狀模式、斑狀模式、雜亂模式、遞變模式、對(duì)稱溝槽模式；

b)無地質(zhì)意義的模式，包括空白模式、規(guī)則條紋模式和不規(guī)則條紋模式.

3 FMI圖像的應(yīng)用

FMI圖像比常規(guī)測(cè)井曲線直觀得多，在巖性識(shí)別、裂縫評(píng)價(jià)、薄層劃分、復(fù)雜儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、地應(yīng)力分析等有明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)油氣勘探開發(fā)意義重大[3].

3.1 判斷巖性及劃分砂泥巖薄互層

不同巖性的電阻率不同，因此在FMI圖像能判斷泥巖、砂巖和礫巖等巖性.通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MI圖像識(shí)別顆粒較粗的巖性效果很好，但識(shí)別較細(xì)的巖性效果不明顯，這就需要結(jié)合常規(guī)測(cè)井資料，以得到更準(zhǔn)確的結(jié)論.

1)泥巖

泥巖在圖像上為黑色，因?yàn)槟鄮r的電阻率很低，如圖4；但泥巖顆粒很細(xì)，需要結(jié)合常規(guī)測(cè)井曲線，才能識(shí)別更準(zhǔn)確，比如：自然電位與基線基本重合，自然伽馬值高.

2)砂巖

砂巖由碎屑巖、基質(zhì)和膠結(jié)物組成，因此圖像中顯示為淺色或白色的點(diǎn)狀，如圖4；常規(guī)測(cè)井曲線上，自然伽馬、電阻率、密度值較高，自然電位的異常幅度較大，聲波時(shí)差值較低.

3)礫巖

礫石電阻率高，但充填物和膠結(jié)物電阻率低，因此圖像中顯示為亮色斑點(diǎn)，斑點(diǎn)有大有小，反映礫石大小不等，如圖5.常規(guī)曲線上，自然電位幅度較低，電阻率和密度值較高，聲波時(shí)差值較小.

在巖性劃分的基礎(chǔ)上，F(xiàn)MI縱向分辨率非常高，能識(shí)別出5 mm的薄層，不同顏色和特征的界面就是地層界面，很容易識(shí)別，所以能有效地劃分薄互層.

圖4 砂巖、泥巖

圖5 礫巖

3.2 裂縫識(shí)別

FMI圖像類似于巖心照片，使裂縫識(shí)別變得更加直觀和深化.通過圖像可以對(duì)裂縫的產(chǎn)狀、類別、有效性、裂縫參數(shù)及分布格局進(jìn)行深入細(xì)致的研究.

井壁上的裂縫[4]分為天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫.

3.2.1 天然裂縫

1)按照產(chǎn)狀，可分為水平裂縫、垂直裂縫和斜交裂縫.

a)水平裂縫呈水平電導(dǎo)率異常；

b)垂直裂縫呈兩條垂直的電導(dǎo)率異常；

c)斜交裂縫的電導(dǎo)率異常為正弦波形，依據(jù)正弦波的高點(diǎn)和低點(diǎn)的深度和在展開圖上的方位可確定裂縫的傾角和方位.

2)按照成因可分為:由構(gòu)造作用形成的開啟裂縫、閉合裂縫；成巖作用和壓溶作用形成的收縮裂縫、縫合線.

a)開啟裂縫常充填泥漿，電阻率較低，在FMI圖像上顯示為深色線條，見圖6；

b)閉合裂縫常充填其他礦物，電阻率較高，在FMI圖像上顯示為淺色線條，見圖7；

c)收縮裂縫無固定充填物質(zhì)，在FMI圖像上顏色不固定，如圖6；

d)縫合線在FMI圖像上顯示為深色線條，近似正弦曲線，縫合面呈鋸齒狀，見圖8.

3.2.2 誘導(dǎo)裂縫

誘導(dǎo)裂縫有三種，即鉆井過程中重鉆井液與地應(yīng)力不平衡造成的壓裂縫和應(yīng)力釋放縫、由于鉆具震動(dòng)形成的震動(dòng)裂縫.

1)壓裂縫在FMI圖像上顯示為暗色線條，以180°或近于180°之差對(duì)稱地出現(xiàn)，以一條高角度張性縫為主，在兩側(cè)有羽毛狀的較細(xì)的剪切縫，如圖9.

2)應(yīng)力釋放縫在FMI圖像上呈高角度羽毛狀，縫面規(guī)則.

3)震動(dòng)裂縫在FMI圖像上很細(xì)小，成組出現(xiàn)，形態(tài)相似，猶如羽毛狀.

4 構(gòu)造特征分析

地下的構(gòu)造中，褶皺、斷層、層理、層面構(gòu)造和同生變形構(gòu)造是最常見的，它們使地層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或變形，這些特征在FMI圖像上都有直觀、清晰的顯示.

褶皺的特征是地層產(chǎn)狀連續(xù)、有規(guī)律地變化，小規(guī)模的褶皺在FMI圖像上顯示為穹隆狀、箱形或扇形，可以直接識(shí)別出來.較大規(guī)模的褶皺在圖像上不能直接識(shí)別，需要結(jié)合裂縫和地層的產(chǎn)狀關(guān)系才能識(shí)別出來.

圖6 開啟裂縫、收縮裂縫

圖7 閉合裂縫

圖8 縫合線

圖9 壓裂縫

斷層在圖像上的特征是斷層面處，地層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，斷層兩盤有明顯的位移，相同厚度的地層不連續(xù)，或兩盤巖性突變，見圖10.

層理在圖像上通常是一組互相平行(或接近平行)的電導(dǎo)率異常，而且異常的寬度窄而均勻，很有規(guī)律，通常低角度或水平，它能直接反映沉積時(shí)的水動(dòng)力條件，是沉積環(huán)境的標(biāo)志之一.常見的有水平層理、交錯(cuò)層理、波狀層理和透鏡狀層理等，見圖10～12.

層面構(gòu)造，最常見的是沖刷面，在圖像上通常上覆地層為淺色，下伏地層為深色，接觸面凹凸不平，而且在井徑曲線沖刷面處變大或變小.

同生變形構(gòu)造，最常見的是包卷層理、負(fù)載構(gòu)造和滑塌構(gòu)造.在圖像上，包卷層理特征最明顯，紋層成圓形、半圓形、橢圓形，甚至近圓形等不規(guī)則形狀，見圖13.

4.1 沉積學(xué)研究

圖10 斷層、水平層理

圖11 交錯(cuò)層理

圖12 波狀層理

圖13 包卷層理

FMI圖像可直觀識(shí)別出巖石顆粒大小、結(jié)構(gòu)、粒序特征和層理類型，根據(jù)這些沉積特征，可以劃分沉積相[5]，分析沉積環(huán)境[6].再根據(jù)解釋出沉積特征(層理、沖刷面等)，可以計(jì)算地層的方位，經(jīng)過構(gòu)造和傾角校正，可以推測(cè)出沉積相的展布和幾何形態(tài)，很利于進(jìn)行連井相對(duì)比和平面相展布分析，預(yù)測(cè)有利相帶的分布.

4.2 地應(yīng)力分析

在鉆井過程中，造成地應(yīng)力和巖石應(yīng)力的不平衡，會(huì)出現(xiàn)井眼崩落和產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫.在FMI圖像中，可以根據(jù)它們類型和發(fā)育方位來分析地應(yīng)力方向[7].一般井眼崩落的方位是最小主應(yīng)力方位，發(fā)育誘導(dǎo)裂縫的方位是最大主應(yīng)力方位.

5 結(jié) 語

FMI作為新一代的成像測(cè)井技術(shù)，解決了很多常規(guī)測(cè)井無法解決的問題，可以直觀地識(shí)別各種巖性、構(gòu)造特征，在研究裂縫性油氣藏和非均質(zhì)性油氣藏更有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于油氣勘探開發(fā)，取得了非常好的效果.

與此同時(shí)，F(xiàn)MI也存在一些問題，如費(fèi)用太高，測(cè)速慢，在不導(dǎo)電地層會(huì)漏測(cè)，井眼不規(guī)則時(shí)測(cè)量效果不太好，有時(shí)識(shí)別地質(zhì)特征存在多解性等.相信通過技術(shù)水平的提高[8-9]，F(xiàn)MI會(huì)取得更好的效果，在油氣勘探開發(fā)中發(fā)揮更大的作用.

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