第3章-成像測(cè)井技術(shù)

3.1成像測(cè)井系統(tǒng)3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMI3.3陣列感應(yīng)成像測(cè)井AIT3.4方位側(cè)向成像測(cè)井ARI3.5聲波成像測(cè)井技術(shù)USI3.6核磁共振成像測(cè)井CMR第三章成象測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介3.1成象測(cè)井系統(tǒng)3.1.1成象測(cè)井技術(shù)隨著世界油氣資源勘探程度提高，新發(fā)現(xiàn)油氣藏在規(guī)模上趨于小型化，在儲(chǔ)層物性及構(gòu)造形態(tài)上趨于復(fù)雜化，在這種形勢(shì)下，對(duì)測(cè)井技術(shù)也提出了更高的要求，而世界各大測(cè)井公司已將他們的研究集中于發(fā)展新的能更詳細(xì)地描述油氣藏非均質(zhì)特征，進(jìn)而提高對(duì)油氣藏參數(shù)定量解釋的新測(cè)井技術(shù)。地質(zhì)學(xué)家，測(cè)井分析家早就夢(mèng)想帶著照相機(jī)到井筒中去漫游，仔細(xì)審視地下地層結(jié)構(gòu)、流體分布。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，測(cè)井工程技術(shù)人員已奮斗了70多年。測(cè)井技術(shù)的發(fā)展也歷經(jīng)了四個(gè)階段：模擬測(cè)井、數(shù)字測(cè)井和數(shù)控測(cè)井技術(shù)階段，現(xiàn)在正處在成象測(cè)井技術(shù)階段。3.1成象測(cè)井系統(tǒng)3.1.1成象測(cè)井技術(shù)成象測(cè)井通過(guò)探測(cè)地層的某個(gè)特性(如巖石成分、孔隙度、滲透率)在以井軸為垂直坐標(biāo)(z)、以井徑為徑向坐標(biāo)(r)、以方位角為方向坐標(biāo)(θ)的柱狀坐標(biāo)系(r,θ,z)中的分布，然后按井壁的展開(kāi)平面或沿某個(gè)方位的剖面進(jìn)行圖像顯示(猶如觀(guān)察巖心一樣)。從而實(shí)現(xiàn)詳細(xì)描述井壁及其周?chē)貐^(qū)地層的非均質(zhì)性的目的。3.1成象測(cè)井系統(tǒng)3.1.1成象測(cè)井技術(shù)成像測(cè)井與常規(guī)測(cè)井的顯著區(qū)別在于其井下儀器是以?huà)呙璺绞交蜿嚵蟹绞絹?lái)測(cè)量巖石的某個(gè)物理量(電阻率、聲阻抗等)在柱狀坐標(biāo)系(r,θ,z)中的分布，按r坐標(biāo)上的探測(cè)范圍，可分為井壁和井周(3m范圍)兩類(lèi)。輸出的是該物理量的沿井壁或井周的分布圖。由于巖石的物理量與儲(chǔ)層的物性密切相關(guān)，所以這種數(shù)字圖像可以間接反映巖層在井壁或井周分布的非均勻性。成像測(cè)井技術(shù)在80年代中后期才達(dá)到工業(yè)應(yīng)用，目前國(guó)外成像測(cè)井儀器主要是斯倫貝謝測(cè)井公司的MAXIS-500系統(tǒng)、阿特拉斯測(cè)井公司的ECLIPS-5700系統(tǒng)和哈里伯頓公司的EXCELL-2000系統(tǒng)。表2-1列出了這三大系統(tǒng)的地面儀器裝備、井下儀器、電纜遙測(cè)方式及解釋處理軟件。3.1成象測(cè)井系統(tǒng)3.1.2成象測(cè)井系統(tǒng)的技術(shù)組成和特點(diǎn)成像測(cè)井系統(tǒng)由成像測(cè)井地面儀器、數(shù)據(jù)高速遙傳電纜系統(tǒng)、井下儀器和成像測(cè)井解釋工作站等四大部分組成。

1、成像測(cè)井地面儀器系統(tǒng)成像測(cè)井地面儀器硬件主體是一個(gè)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，軟件采用多用戶(hù)開(kāi)放性很強(qiáng)的操作系統(tǒng)。運(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)軟件，使數(shù)據(jù)獲取、儀器刻度、現(xiàn)場(chǎng)解釋可以同時(shí)進(jìn)行，提高了測(cè)井時(shí)效。

2、數(shù)據(jù)高速遙傳電纜系統(tǒng)成象測(cè)井系統(tǒng)中電纜遙傳采用了BFSK調(diào)制方式下發(fā)命令，傳輸率最高達(dá)40kb／s，上傳數(shù)據(jù)采用QAM調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)500kb／s，同時(shí)兼容數(shù)控測(cè)井系統(tǒng)中的電纜遙傳方式。3.1成象測(cè)井系統(tǒng)3、井下儀器系統(tǒng)成象測(cè)井下井儀器主要有電成像，聲成像和核磁共振成像測(cè)井三類(lèi)。具體地說(shuō)，成象測(cè)井儀器中有①描述井壁地層屬性的微電阻率掃描和井下聲波電視成象測(cè)井儀②描述地層徑向電阻率剖面圖象的陣列感應(yīng)測(cè)井儀③描述井眼軸向電阻率分布圖象的方位電阻率成象測(cè)井儀。④精細(xì)描述井眼鄰域地層構(gòu)造的井眼地震成象測(cè)井儀，核孔隙度巖性測(cè)井儀，多極陣列聲波測(cè)井儀，模塊式動(dòng)態(tài)地層測(cè)試器等。這些儀器獲取地下地層的非均質(zhì)特征及測(cè)井環(huán)境的豐富信息。

3.1成象測(cè)井系統(tǒng)3、井下儀器系統(tǒng)

井壁微電阻率掃描成象采用了陣列電扣(FMI采用192個(gè)電扣，EMI采用150個(gè)電扣，StarImager采用144個(gè)電扣)和2.5mm采樣間距，得到空間分辨率5mm的沿井壁切片的高清晰度地層巖石及結(jié)構(gòu)圖象，在8in井眼中，圖象覆蓋率達(dá)50％～80％。真正成為地質(zhì)家研究地下地層的顯微鏡。斯侖貝謝公司的陣列感應(yīng)成象測(cè)井儀采用多種工作頻率，一個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈，8組雙線(xiàn)圈組成的接收線(xiàn)圈系陣列。同時(shí)測(cè)量8組接收線(xiàn)圈上3種頻率的實(shí)分量和虛分量，記錄28條原始曲線(xiàn)。應(yīng)用軟聚焦和分段準(zhǔn)線(xiàn)性近似的處理方法，得到30cm、60cm、120cm三種垂向分辨率，25cm、50cm、75cm、150cm、225cm五種徑向探測(cè)深度，測(cè)量范圍為0.1-2000Ω.m的15條處理曲線(xiàn)，形成垂向分辨率匹配，沿深度、徑向二維電阻率剖面分布圖象。3.1成象測(cè)井系統(tǒng)方位電阻率成象測(cè)井儀在保持雙側(cè)向電極系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加12個(gè)方位電極，采用三種工作頻率實(shí)現(xiàn)三種測(cè)量模式，獨(dú)立測(cè)量每種模式下的陣列電極電流和電壓信號(hào)。應(yīng)用軟件聚焦處理方法，獲取深、淺雙側(cè)向測(cè)量曲線(xiàn)和12條方位電阻率曲線(xiàn)，構(gòu)成描述沿井軸和井周二維電性剖面圖象。垂向分辨率20cm。多極陣列聲波波形測(cè)井，獲得硬地層和軟地層縱、橫波速度，垂向分辨率15cm；核孔隙度巖性測(cè)井儀采用多能窗、陣列探頭，垂向分辨率15cm。

成象測(cè)井解釋工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自井下和地面的多學(xué)科、多種類(lèi)、多形態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)體進(jìn)行管理、處理、分析和解釋?zhuān)瑢⑺鼈冏優(yōu)槿藗円子谡J(rèn)識(shí)的、可利用的共享資源。成象測(cè)井解釋工作站為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)帶來(lái)了顯著變化。3.1成象測(cè)井系統(tǒng)POZO分析孔隙度與滲透率關(guān)系圖VIVIAN分析孔隙度與滲透率關(guān)系圖PONA分析孔隙度與滲透率關(guān)系圖CETICO分析孔隙度與滲透率關(guān)系圖一是可視化成象測(cè)井把從地下地層中獲取的各種信息以地層巖石結(jié)構(gòu)、礦物含量、地層孔隙、流體組分及其空間分布以圖象的形式展示在分析者面前，使地層評(píng)價(jià)工程師集中精力認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層特征，而不至于面對(duì)大量數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)而茫然不知所措；二是人機(jī)交互性，充分利用專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，提高對(duì)儲(chǔ)層特征認(rèn)識(shí)的準(zhǔn)確性；三是地質(zhì)、地震、測(cè)井、鉆井、地面巖心測(cè)量多學(xué)科協(xié)同工作，綜合評(píng)價(jià)，使從地質(zhì)獲得的儲(chǔ)層盆地歷史信息、地震獲得的儲(chǔ)層構(gòu)造幾何信息與測(cè)井獲得的儲(chǔ)層物性相結(jié)合，構(gòu)成對(duì)油藏歷史的、空間的、物性等特征的生動(dòng)描述；四是在評(píng)價(jià)儲(chǔ)層參數(shù)方法方面，不再經(jīng)驗(yàn)地把儲(chǔ)層認(rèn)為厚層是均質(zhì)的，而是先描述儲(chǔ)層的非均質(zhì)特征，然后評(píng)價(jià)儲(chǔ)層參數(shù)；五是測(cè)井分析家實(shí)現(xiàn)了從單井解釋到多井綜合評(píng)價(jià)的過(guò)渡。測(cè)井信息不再只是應(yīng)用于評(píng)價(jià)儲(chǔ)層參數(shù)，而且可以應(yīng)用于研究?jī)?chǔ)層精細(xì)結(jié)構(gòu)和沉積環(huán)境，拓寬了測(cè)井信息的應(yīng)用范圍。3.1成象測(cè)井系統(tǒng)我國(guó)自1993年引進(jìn)斯倫貝謝公司的MAXIS-500進(jìn)行技術(shù)服務(wù)以后，又購(gòu)買(mǎi)了多套5700系統(tǒng)，已經(jīng)在各個(gè)油田測(cè)了數(shù)百口井次，從測(cè)井效果及地質(zhì)應(yīng)用上看，F(xiàn)MI和ARI能夠識(shí)別裂縫、縫合線(xiàn)、不整合、斷層、層理及微裂縫。在硬地層聲波井下電視CBIL和CAST應(yīng)用較好。為此國(guó)內(nèi)已經(jīng)著手研制成像測(cè)井儀，其中井下聲波電視己達(dá)到國(guó)外同級(jí)水平，微電阻率掃描測(cè)井儀已做出下井試驗(yàn)的樣機(jī)。海洋測(cè)井公司做出了八臂傾角儀，正試驗(yàn)具有236個(gè)電極的高分辨微電率掃描成像儀。3.1成象測(cè)井系統(tǒng)當(dāng)前成像測(cè)井技術(shù)中問(wèn)題較突出的是資料處理和解釋技術(shù)。成像測(cè)井的資料處理有兩個(gè)主要內(nèi)容：其一是將測(cè)量信息用數(shù)字圖像處理的方法制作成地質(zhì)家可視的圖像；其二是對(duì)圖像進(jìn)行分析解釋出地質(zhì)現(xiàn)象。對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題主要是去噪技術(shù)；第二個(gè)問(wèn)題主要是面向地質(zhì)對(duì)象的圖像分析技術(shù)。由于對(duì)傳感器的物理和幾何分辨率研究不夠，對(duì)可識(shí)別的地質(zhì)現(xiàn)象歸納不夠，所以成像測(cè)井的地質(zhì)解釋仍停留在“相面”的水平上(受解釋人員的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、思維方式的制約)。3.1成象測(cè)井系統(tǒng)地層微電阻率掃描成像測(cè)井主要反映井壁附近的地層電阻率的變化，是在高分辨率地層傾角儀的基礎(chǔ)上發(fā)展而起來(lái)的。它利用多極板上的多排鈕扣狀的小電極向井壁地層發(fā)射電流，由于各電極接觸的巖石成分、結(jié)構(gòu)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巖石電阻率的變化，據(jù)此可以顯示電阻率的井壁成像，并把井壁上各點(diǎn)電阻率的微細(xì)差異，轉(zhuǎn)換成亮度不同的圖像，直觀(guān)反映井壁附近地層各種特征變化。圖像顏色越淺，電阻率越高，顏色深則電阻率低。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMS自從80年代斯倫貝謝公司的地層微電阻率掃描測(cè)井(FMS)投入工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，由于其在地層評(píng)價(jià)和地質(zhì)應(yīng)用中的價(jià)值促進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)的迅速發(fā)展，斯倫貝謝公司在推出FMS-A型儀器后，用了不到三年時(shí)間做了三次重大發(fā)展，研制出了FMI全井眼微電阻率成像測(cè)井儀。哈里伯頓公司、阿特拉斯公司也先后研制出了井壁微電阻率掃描成像測(cè)井儀EMI和STAR-Ⅱ。這些儀器的主要區(qū)別在于鈕扣式電極的排列。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMS2.2.1地層微電阻率掃描成像測(cè)井的測(cè)量原理1.FMS的結(jié)構(gòu)地層微電阻率掃描成像測(cè)井FMS(FormationMicroScanner)采用了側(cè)向測(cè)井的屏蔽原理，是一種以極板為基礎(chǔ)的聚焦型微電阻率測(cè)井裝置。其外形與高分辨率地層傾角測(cè)井儀(SHDT)相似，儀器結(jié)構(gòu)如圖a所示。它包括：電極系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，磁力計(jì)，多路轉(zhuǎn)換器，前置放大器及遙測(cè)裝置等。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMS3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMS電極系統(tǒng)由四個(gè)液壓推靠極板組成。1號(hào)與2號(hào)極板和SHDT的極板一樣，即每個(gè)極板上都有兩個(gè)測(cè)量電極和一個(gè)速度電極，3號(hào)和4號(hào)極板除保留了SHDT的測(cè)量電極外，還增設(shè)了一組微電阻率掃描電極。即在原地層傾角測(cè)井儀的極板上安裝了具有鈕扣形的小電極，電極的直徑為0.2in(5mm)，F(xiàn)MS-A型的電極排列如圖b所示，共有4排電極，第一排有6個(gè)電極，其他三排皆有7個(gè)電極，共27個(gè)電極。兩排電極中心間的距離為0.4in(10mm)，上、下兩排電極的橫向距離為0.1in，即兩個(gè)電極間相當(dāng)于有半個(gè)電極是重疊的，這樣在測(cè)量時(shí)，在電極陣列所控制的橫向范圍內(nèi)，所有井壁表面全部被電極掃過(guò)。

3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMS2.測(cè)量原理其測(cè)量原理類(lèi)似于側(cè)向測(cè)井。測(cè)井過(guò)程中，借助液壓系統(tǒng)，極板緊貼井壁，由電源給極板和電極供相同極性的電流，并使極板與電極的電位相等，由電極流出的電流受到極板的屏蔽作用，沿徑向流入地層。從小電極流出的電流通過(guò)掃描測(cè)量方式被記錄下來(lái)，如圖所示。由于極板電位恒定，回路電極離供電電極較近，小電極的電流大小，主要反映井壁附近地層的電導(dǎo)率。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMS當(dāng)鈕扣電極接觸井壁地層的電阻率不同時(shí)，電流強(qiáng)度發(fā)生變化。地層的電阻率高，電極的接地電阻大，電流強(qiáng)度變?。坏貙与娮杪实?，電極的接地電阻小，電流強(qiáng)度增大．因此測(cè)量每個(gè)鈕扣電極的電流變化，就能反映井壁上地層電阻率的變化。掃描測(cè)量27個(gè)小電極電流的變化，然后進(jìn)行特殊的圖象處理，就可把井壁附近各點(diǎn)之間電阻率的差別，轉(zhuǎn)變成黑白的或彩色的圖象，直觀(guān)地反映井壁附近地層電導(dǎo)率的變化。在圖像上，電阻率高的為“亮”色，電阻率低的為“暗”色。根據(jù)圖像的顏色和形狀進(jìn)行地質(zhì)解釋。第一代地層微電阻率掃描成像測(cè)井儀是在地層傾角測(cè)井儀兩個(gè)相鄰極板上裝上鈕扣狀電極，每個(gè)極板上裝有27個(gè)電極，共有54個(gè)電極，對(duì)于81／2in的井眼，井壁覆蓋率為20％。測(cè)量結(jié)果可以記錄出每個(gè)電極的電流強(qiáng)度，這種曲線(xiàn)能較好地檢查測(cè)井質(zhì)量，也可以顯示出灰度圖，通常顏色愈黑表明電阻率低，而顏色灰白表示電阻率高。為了提高井壁覆蓋率，第二代儀器在4個(gè)極板上都裝有兩捧鈕扣電極，每擇8個(gè)共16個(gè)電極，4個(gè)極板共64個(gè)電極．對(duì)于81／2in井眼，井壁覆蓋率達(dá)40％．這種儀器在電極排列上作了很大的改進(jìn)，把原來(lái)的4排電極改為兩排電極，能更準(zhǔn)確地作深度偏移。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMS3.2.2地層微電阻率掃描測(cè)井資料的處理和解釋微電阻率掃描成像測(cè)井測(cè)量的是陣列電極電流和儀器姿態(tài)的幾何信息。從這些測(cè)量信息中提取地層地質(zhì)特征信息需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程，第一個(gè)過(guò)程是將測(cè)量信息映射為井壁微電阻率圖像的成像過(guò)程，第二個(gè)過(guò)程是從新得到的井壁微電阻率圖像中提取地層地質(zhì)特征。首先輸入地層微電阻率掃描測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)并作預(yù)處理，然后根據(jù)電阻率的高低賦予它們對(duì)應(yīng)象元的不同灰度值（高阻呈白色，低阻呈暗色，同時(shí)進(jìn)行各個(gè)微電極之間測(cè)井響應(yīng)的歸一化處理，以便消除不應(yīng)有的系統(tǒng)誤差。對(duì)整個(gè)測(cè)量井段進(jìn)行稱(chēng)為“靜態(tài)平衡”的統(tǒng)計(jì)分析，得到的象元灰度變化反映了各巖層之間的相對(duì)高阻(巖層一般較致密)和低阻(巖層一般較疏松)的變化關(guān)系。然后，采用20cm井段的“動(dòng)態(tài)平衡”統(tǒng)計(jì)分析作灰度補(bǔ)償。經(jīng)處理后，突出了諸如裂縫、溶孔之類(lèi)與巖石基塊的反差，使地層微電阻率掃描圖像上有意義的細(xì)節(jié)清晰可辨。但是，肉眼的識(shí)別能力往往有限，所以還要用“模糊選擇”的方法識(shí)別出縫、孔、洞。方法是：利用統(tǒng)計(jì)方法尋找并追蹤電阻率離差最大的地方。對(duì)于裂縫和地層界面，還要確定其產(chǎn)狀(走向、傾向)和寬度。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMS3.2.3微電阻率掃描測(cè)井資料的應(yīng)用地層微電阻率掃描測(cè)井可以用來(lái)研究以下地質(zhì)問(wèn)題。①地層學(xué)；②裂縫識(shí)別和評(píng)價(jià)；③地層沉積環(huán)境分析；④地層內(nèi)結(jié)構(gòu)分析及地質(zhì)構(gòu)造分析；⑤幫助巖心定位和描述。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井FMS1．地層學(xué)可根據(jù)地層微電阻率掃描測(cè)井圖像的層狀明暗區(qū)域作地層學(xué)判斷：①較純的砂巖和灰?guī)r，靜態(tài)圖像呈白-灰白色，泥巖、含泥重的砂巖或灰?guī)r呈灰色甚至黑色，互層狀地層的產(chǎn)狀清楚，可區(qū)分厘米級(jí)的薄層；②礫巖圖像(動(dòng)態(tài))呈斑塊狀；③地層的揉皺圖像呈較有規(guī)律的條紋扭曲；④地層不整合和斷層圖像上見(jiàn)到上、下地層產(chǎn)狀和灰度的突變；⑤溶孔和鑄?？讏D像則呈星點(diǎn)狀的暗斑。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井2．裂縫識(shí)別和評(píng)價(jià)裂縫可分為張開(kāi)縫(泥漿充填)、半充填縫和充填縫。充填縫又分為泥質(zhì)等低阻物質(zhì)充填縫和方解石、硅質(zhì)等高阻物質(zhì)充填縫。①?gòu)堥_(kāi)縫和低阻物質(zhì)充填縫地層微電阻率掃描測(cè)井圖像呈近似正弦曲線(xiàn)形狀的暗色細(xì)線(xiàn)或斷斷續(xù)續(xù)，但仍可追蹤的暗色正弦“虛線(xiàn)”。網(wǎng)狀縫分割基塊，圖像上為清晰的暗色細(xì)脈交織在一起。②高阻物質(zhì)充填縫若充填物與基塊電性差異小，則這種閉合縫難以區(qū)分。當(dāng)存在較大電性差異時(shí)(如泥質(zhì)灰?guī)r中存在充填方解石的裂縫)，則圖像上出現(xiàn)依稀可辨的白色正弦曲線(xiàn)。3．微縫和微孔隙發(fā)育這種孔、縫中充填泥漿，大大降低了電阻率，導(dǎo)致地層微電阻率掃描測(cè)井圖像(靜態(tài))比無(wú)孔、縫層段灰暗些。顯然，因孔縫之微小，由地層微電阻率掃描測(cè)井圖像無(wú)法分辨出單個(gè)的孔或縫來(lái)。所以，在作判斷時(shí)，必須有其它資料(如取心、鄰井資料以及常規(guī)測(cè)井資料等)作參考。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井4．一些地質(zhì)現(xiàn)象的解釋①地層界面與裂縫的鑒別層界面常常是一組相互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。裂縫總是與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和溶蝕相連，因而電導(dǎo)率異常的圖形一般既不平行又不規(guī)則，如圖6.3.3，在地層的中部清楚地顯示了地層的層理面，層理的傾向?yàn)镾-W，在剖面的頂部與底部有裂縫，裂縫的傾向?yàn)镹-E。②縫合線(xiàn)與裂縫的鑒別縫合線(xiàn)是壓溶作用的結(jié)果，因而一般平行于層界面，且兩側(cè)有近垂直的細(xì)微的高電導(dǎo)異常，一般它不具滲透性。③斷層面與裂縫的鑒別在斷層面處地層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，相同厚度的地層不連續(xù)，根據(jù)地層錯(cuò)動(dòng)勾畫(huà)出的線(xiàn)條，有的是直線(xiàn)，有的是曲線(xiàn)。④泥質(zhì)條帶與裂縫的鑒別泥質(zhì)條帶為高電導(dǎo)異常，一般平行于層面而且比較規(guī)則，僅當(dāng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變形才出現(xiàn)劇烈彎曲，但寬窄變化不會(huì)很大。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井2.2.4全井眼地層微電阻率掃描成像測(cè)井（FMI）全井眼地層微電阻率掃描成像測(cè)井儀，除4個(gè)極板外，在每個(gè)極板的左下側(cè)又裝有翼板，翼板可圍繞極板軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便更好地與井壁相接觸，每個(gè)極板和翼板上裝有兩排電極，每排有12個(gè)電極，8個(gè)極板上共有192個(gè)電極，對(duì)8l／2in井眼，井壁覆蓋率可達(dá)80％，能更全面精確地顯示井壁地層的變化，極板下部?jī)蓚€(gè)大的圓電極用于測(cè)量地層傾角。該儀器在電極排列及電極尺寸都有改進(jìn)，兩排電極中心間距離為0.3in(7.6mm)，使深度位移更準(zhǔn)確，另外把鈕扣電極的直徑改為0.16in(4.1mm)，電極周?chē)^緣環(huán)的外緣直徑為0.24in(6.lmm)，從而進(jìn)一步提高縱向分辨率的精度。兩排電極上下兩個(gè)電極中心間的橫向距離仍為電極的半徑，保證兩個(gè)電極有一半相重疊，這樣就能毫無(wú)遺漏的掃過(guò)井壁。該儀器的縱向分辨率為0.2in(5m)，其探測(cè)深度約1～2in(2.5～5cm)，測(cè)量結(jié)果的成像圖可用于劃分裂縫、巖石結(jié)構(gòu)及地層分析等。3.2微電阻率掃描成像測(cè)井早在40年代，道爾(H.Doll)就提出了感應(yīng)測(cè)井幾何因子理論，發(fā)明了第一支感應(yīng)測(cè)井儀器。以后人們進(jìn)一步研究了感應(yīng)測(cè)井的傳播理論，推出以6FF40為代表的多種類(lèi)型的感應(yīng)測(cè)井儀器，廣泛應(yīng)用于油氣勘探與開(kāi)發(fā)中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，80年代，BPB公司推出早期的陣列感應(yīng)測(cè)井儀器—數(shù)字感應(yīng)測(cè)井儀；90年代，斯侖貝謝公司研制出商業(yè)化的AIT陣列感應(yīng)測(cè)井儀。繼斯侖貝謝公司之后，阿特拉斯公司于1996也推出自己的陣列感應(yīng)測(cè)井儀器—多道全數(shù)字頻譜感應(yīng)測(cè)井系統(tǒng)。3.3陣列感應(yīng)成象測(cè)井儀(AIT)3.3陣列感應(yīng)成象測(cè)井儀(AIT)3.3.1陣列感應(yīng)成像測(cè)井原理感應(yīng)測(cè)井是利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量地層電導(dǎo)率，基本測(cè)量單元是雙線(xiàn)圈系，一個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈和一個(gè)接收圈。常規(guī)感應(yīng)測(cè)井采用復(fù)合線(xiàn)圈系結(jié)構(gòu)，根據(jù)電磁場(chǎng)的疊加原理，采用多個(gè)基本測(cè)量單元進(jìn)行組合，即多個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈和多個(gè)接收線(xiàn)圈進(jìn)行串聯(lián)，產(chǎn)生具有直藕信號(hào)近似為零的多個(gè)測(cè)量信號(hào)矢量疊加，實(shí)現(xiàn)硬件聚焦的效果，從而測(cè)量具有一種或兩種探測(cè)深度的地層電導(dǎo)率。陣列感應(yīng)測(cè)井采用一個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈和多個(gè)接收線(xiàn)圈對(duì)，構(gòu)成一系列多線(xiàn)圈距的三線(xiàn)圈系，其中兩個(gè)接收線(xiàn)圈對(duì)中包括一個(gè)主接收線(xiàn)圈和一個(gè)輔助接收線(xiàn)圈，后者的主要作用是補(bǔ)償直耦信號(hào)。斯侖貝謝公司的AIT陣列感應(yīng)成像儀，具有1個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈和8組接收線(xiàn)圈對(duì)，其線(xiàn)圈系排列如圖6.3.1所示。其主線(xiàn)圈距有8個(gè)，分別為6in、9in、12in、15in、21in、27in、39in、72in，采用20kHz和40kHz的工作頻率。井下儀器測(cè)量28個(gè)原始實(shí)分量和虛分量信號(hào)，傳輸?shù)降孛娼?jīng)計(jì)算機(jī)處理，進(jìn)行陣列感應(yīng)電阻率成像處理，可得出1ft(30.5cm)、2ft(61cm)和4ft(122cm)三種縱向分辨率。每一種縱向分辨率又有10in、20in、30in、60in、90in(25.4cm、50.8cm、76.2cm、152.4cm、228.6cm)5種探測(cè)深度的電阻率曲線(xiàn)(圖6.3.2)，即5條感應(yīng)電阻率曲線(xiàn)，各自反映離井眼不同距離處電阻率剖面的變化。同時(shí)可應(yīng)用反演算法做出地層侵入剖面及原狀地層電阻率成像圖。3.3陣列感應(yīng)成象測(cè)井儀(AIT)

阿特拉斯公司的多道全數(shù)字頻譜感應(yīng)測(cè)井儀器由七個(gè)接收陣列組成，同樣使用三線(xiàn)圈系為基本測(cè)量單元，采用八種頻率工作，共測(cè)量112個(gè)原始實(shí)分量和虛分量信號(hào)。類(lèi)似地，采用軟件進(jìn)行數(shù)字聚焦和環(huán)境校正，可獲得三種縱向分辨率、六種探測(cè)深度的測(cè)井曲線(xiàn)。3.3陣列感應(yīng)成象測(cè)井儀(AIT)

3.3.2陣列感應(yīng)測(cè)井資料的應(yīng)用陣列感應(yīng)測(cè)井提供有三種縱向分辨率具有5種探測(cè)深度的曲線(xiàn)，利用這些豐富的測(cè)井信息，可以劃分薄地層，求取原狀地層電阻率Rt和侵入帶電阻率Rxo，并可研究侵入帶的變化，得出過(guò)渡帶的內(nèi)外半徑。根據(jù)陣列感應(yīng)測(cè)井合成的五種探測(cè)深度的曲線(xiàn)可研究井周?chē)橘|(zhì)的徑向變化。用1ft縱向分辨率研究薄地層，2ft縱向分辨率的曲線(xiàn)可與雙相量感應(yīng)測(cè)井進(jìn)行對(duì)比，4ft縱向分辨率可與雙感應(yīng)測(cè)井進(jìn)行對(duì)比。3.3陣列感應(yīng)成象測(cè)井儀(AIT)

側(cè)向測(cè)井是鹽水泥漿和高阻地層環(huán)境中的地層飽和度評(píng)價(jià)方法。1951年，Doll首先提出了側(cè)向測(cè)井的原理，21年后，Suau等人研制出雙側(cè)向測(cè)井儀器，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。1992年，Davies等人推出了新一代側(cè)向測(cè)井儀—方位電阻率成象測(cè)井儀ARI。ARI是一種陣列側(cè)向型宏觀(guān)電阻率成象測(cè)井儀器。它是由常規(guī)雙側(cè)向測(cè)井儀演變而來(lái)的，即在雙側(cè)向儀器屏蔽電極A2的中部增加一個(gè)由12個(gè)微小方形電極組成的方位電極陣列，以測(cè)量井周12個(gè)方位的定向電阻率值，同時(shí)保留了深、淺側(cè)向測(cè)量。其中方位電阻率測(cè)量的垂向分辨率為20cm，方位分辨率30cm，探測(cè)深度與深側(cè)向的相近。3.4方位電阻率成像測(cè)井ARI3.4.1方位側(cè)向電阻率測(cè)井（ARI）原理方位電阻率測(cè)井是在雙側(cè)向測(cè)井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，方位電阻率測(cè)井共有12個(gè)電極，裝在雙側(cè)向測(cè)井的屏蔽電極A2的中部，每個(gè)電極向外的張開(kāi)角為300，12個(gè)電極覆蓋了井周3600方位范圍的地層，電極為長(zhǎng)方形，其電流分布如圖6.4.1所示。圖6.4.1方位電極排列及電流線(xiàn)分布示意圖3.4方位電阻率成像測(cè)井ARI方位電極的詳細(xì)排列如圖6.4.2所示，在每個(gè)電極的中心有監(jiān)督電極，方位電極排列的上下裝有環(huán)狀監(jiān)督電極M3、M4(兩個(gè)電極短路相接)，每個(gè)方位電極供以電流IAZ，通過(guò)自動(dòng)控制回路調(diào)節(jié)電流IAZ，使得監(jiān)督電極的電位與環(huán)狀監(jiān)督電極M3(M4)的電位相等，這時(shí)由方位電極流出的電流受到屏蔽電極A2及其他相同極性電極屏蔽作用，同時(shí)也受到相鄰的方位電極的屏蔽作用，從而使電流IAZ沿電極張開(kāi)角的方向流入地層。測(cè)量每個(gè)方位電極的電流IAZ和M3(M4)電極相對(duì)于鎧裝電纜外皮的電位Um，用下式即可計(jì)算出12個(gè)方位的電阻率：圖6.4.2方位側(cè)向電極排列及電流分布示意圖

(a)主測(cè)量方式；(b)輔助測(cè)量方式3.4方位電阻率成像測(cè)井式中IAZ—每個(gè)方位電極的供電電流；

Um—環(huán)狀監(jiān)督電極M3(M4)相對(duì)于鎧裝電纜外皮的電位；

K—電極系系數(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)在應(yīng)用的電極系，k值為0.0142m。利用上式，對(duì)每個(gè)深度處可計(jì)算出12個(gè)電阻率值，該電阻率相當(dāng)于每個(gè)電極供電電流所穿過(guò)路徑上介質(zhì)的電阻率，穿過(guò)的路徑包括在電極300張開(kāi)角所控制的范圍。因此當(dāng)井周介質(zhì)不均勻或有裂縫存在時(shí)，得出的12個(gè)電阻率就會(huì)有變化，據(jù)此可以找出井周地層的非均質(zhì)變化，這對(duì)地質(zhì)和采油工程具有重要的指導(dǎo)意義，也是一種近似的三維測(cè)井方法。如果將12個(gè)方位電極供電電流求和，就可提供一種高分辨率的側(cè)向測(cè)井(LLHR)。這時(shí)12個(gè)方位電極可等效為高度相同的圓柱狀電極，測(cè)得的電阻率相當(dāng)于井周?chē)橘|(zhì)電阻率的平均值。其縱向分辨率為8in(20.3cm)，顯著高于深、淺側(cè)向測(cè)井。3.4方位電阻率成像測(cè)井3.4.2方位電阻率測(cè)井的應(yīng)用

方位電阻率測(cè)井可用于裂縫評(píng)價(jià)、薄層分析以及非均質(zhì)地層評(píng)價(jià)以及地層傾角等。1、探測(cè)深度和縱向分層能力

LLHR具有較強(qiáng)的的探測(cè)深度和縱向分層能力。通常在測(cè)井圖上，方位側(cè)向LLHR曲線(xiàn)基本上與LLD曲張接近，說(shuō)明其探測(cè)深度與LLD近似。同時(shí)，LLHR曲線(xiàn)的形狀與MSFL曲線(xiàn)基本相同，相應(yīng)的尖峰都可以對(duì)比。這說(shuō)明LLHR的分層能力接近于微球形聚焦測(cè)井。2、劃分薄互層通常LLHR曲線(xiàn)可清楚地劃分出厚度小于1ft的薄互層，如果12條方位電阻率曲線(xiàn)同時(shí)有清楚顯示，而且這些曲線(xiàn)基本重合在一起，說(shuō)明井周?chē)橘|(zhì)是均勻的；如果在某一井段方位電阻率曲線(xiàn)散開(kāi)，表明周?chē)貙有再|(zhì)不均勻，同時(shí)在ARI成像圖中顯示地層傾斜。方位電阻率成像測(cè)井不僅能劃分出小于1ft的薄互層，可以避免由LLD和LLS漏劃的薄儲(chǔ)集層，同時(shí)又能得出地層的結(jié)構(gòu)特性，給出地層傾角等。3、識(shí)別裂縫與井軸垂直的水平裂縫，如果裂縫中充滿(mǎn)導(dǎo)電液體，相對(duì)裂縫部位LLHR讀數(shù)顯著降低，則在LLHR測(cè)井曲線(xiàn)上則有明顯的特征，并可以根據(jù)電導(dǎo)率面積估算裂縫寬度。同樣低傾角的裂縫，在成像圖中也有清楚的顯示。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)聲波測(cè)井按測(cè)量方式可分為兩類(lèi)：折射法與反射法。傳統(tǒng)的聲速和長(zhǎng)源距聲波測(cè)井即為折射法測(cè)量，井下超聲電視測(cè)井則為反射法測(cè)量。6.5.1超聲電視成象測(cè)井超聲電視成象測(cè)井，又稱(chēng)聲波井周成象測(cè)井，井下聲波電視測(cè)井等。是利用井壁地層或套管內(nèi)壁對(duì)超聲波的反射特性研究井身剖面的一種超聲波測(cè)井方法。超聲電視成象測(cè)井采用旋轉(zhuǎn)式超聲換能器，對(duì)井眼四周進(jìn)行掃描，并記錄回波波形。巖石聲阻抗的變化會(huì)引起回波幅度的變化，井徑的變化會(huì)引起回波傳播時(shí)間的變化。將測(cè)量的反射波幅度和傳播時(shí)間按井眼內(nèi)3600方位顯示成圖象，就可對(duì)整個(gè)井壁進(jìn)行高分辨率成象，由此可看出井下巖性及幾何界面的變化(包括裂縫、孔洞等)。目前具有代表性的超聲成象測(cè)井儀器有：斯侖貝謝的超聲成象儀USI和超聲井眼成象儀UBI、阿特拉斯的井周聲波成象測(cè)井儀CBIL、哈里伯頓的井周聲波掃描儀CAST以及國(guó)內(nèi)華北油田的井下電視儀DBHTV等。1、超聲電視成象測(cè)井的基本原理該儀器用壓電換能器，由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在井下可作3600旋轉(zhuǎn)。通常用頻率為1500次／s電脈沖激發(fā)換能器，使其成聲波源發(fā)射聲波，換能器的工作頻率為1.3MHz，另一種換能器的工作頻率為400kHz。儀器在井下測(cè)量時(shí)，隨著深度的變化，換能器做旋轉(zhuǎn)狀連續(xù)向井壁發(fā)射聲波，當(dāng)聲波由井壁反射回來(lái)時(shí)，換能器則作為接收器接收反射回來(lái)的信號(hào)，將接收到的信號(hào)經(jīng)電子線(xiàn)路送到地面顯示屏，調(diào)節(jié)顯像管的輝度，輝度的亮暗與信號(hào)的幅度有一定的比例關(guān)系，于是在熒光屏上顯示出亮暗不同的調(diào)輝光點(diǎn)。當(dāng)換能器在井中旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，就觸發(fā)顯象管的光點(diǎn)水平偏轉(zhuǎn)一次，結(jié)果就顯示出與旋轉(zhuǎn)一周相對(duì)應(yīng)的水平掃描線(xiàn)。儀器上提，就在記錄儀中記錄了以回波方式對(duì)井孔的整個(gè)井壁進(jìn)行3600掃描所產(chǎn)生的回波幅度和回波時(shí)間，亦即沿井眼展開(kāi)的聲波圖像，可以是用明暗程度不同顯示的輝度圖象，也可顯示為彩色圖象。目前聲波井下電視，已由模擬測(cè)量改進(jìn)為數(shù)字測(cè)量。一般是測(cè)量回波幅度和雙程旅行時(shí)間，輸出的都是數(shù)字信號(hào)，將這些信息進(jìn)行處理，可以得到雙程旅行時(shí)圖像和聲波幅度圖象。由于普遍采用聚焦探頭，超聲井下電視不僅可以在套管井中測(cè)量，也可以在裸眼井中測(cè)量。2、圖象處理方法包括可供用戶(hù)選擇的數(shù)據(jù)顯示、傳播時(shí)間和反射波幅度剖面圖的繪制，進(jìn)行圖像增強(qiáng)、計(jì)算地層傾角、確定裂縫方位以及進(jìn)行頻率分析等。圖像增強(qiáng)是通過(guò)采用平衡濾波器來(lái)改善低振幅的黑暗部分，使用清晰濾波器突出近似水平或近似垂直的特征，從而使整個(gè)圖像的明暗度得到有效調(diào)整，使得薄夾層顯露出來(lái)。由頻率分析可確定出某一井段上的層理面、裂縫、孔洞和沖蝕層段的數(shù)目。此外，可用所得到的地層方位玫瑰圖來(lái)確定層理面或裂縫系統(tǒng)的主要方向。提高圖像的垂向分辨率則受換能器性能、掃描旋轉(zhuǎn)速度以及測(cè)井速度等因素的制約。近幾年來(lái)井下聲波電視有很大發(fā)展，井壁成像質(zhì)量取得很大的改進(jìn)，尤其是“星”成像測(cè)井系統(tǒng)(StarImager)很有特色(阿特拉斯公司)。它把微電阻率成像與聲波電視成像接成一根儀器，同時(shí)給出電成像和聲波成像。微電阻率成像儀是在6臂地層傾角儀的基礎(chǔ)上發(fā)展的，每個(gè)極板上有兩排電極，每排12個(gè)鈕扣電極，共144個(gè)電極。聲波成像與環(huán)形井眼成像系統(tǒng)基本一樣，在8in井眼中，微電阻率成像的覆蓋率為60％，聲波成像覆蓋率為100％。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)3、超聲電視成象測(cè)井解釋方法超聲電視成象測(cè)井記錄井壁聲波反射系數(shù)，以反射波的幅度和傳播時(shí)間顯示井壁的地質(zhì)現(xiàn)象。發(fā)射的聲波垂直入射到井壁，反射回來(lái)的聲波其聲幅決定于泥漿和地層的聲阻抗(ρv)，聲波的反射系數(shù)為：式中ρ1、ρ2—分別為井內(nèi)泥漿和井壁地層的密度；

v1、v2—分別為井內(nèi)泥漿和井壁地層的聲波傳播速度。⑴巖性和地層產(chǎn)狀表6.5.1是在流體密度為ρ1=lg／cm3，聲速v1=1500m／s條件下各類(lèi)介質(zhì)的反射系數(shù)。在聲波成像圖上，聲阻抗小，反射系數(shù)也小的泥巖和煤層為深色或暗色；而聲阻抗大的碳酸鹽巖，致密砂巖反射系數(shù)也大，圖像顏色為淺色或亮色。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)表6.5.1各類(lèi)介質(zhì)的反射系數(shù)

對(duì)于聲阻抗差別明顯的兩種巖層，由于它們的反射波能量的顯著差別，圖像上顯示出巖層界面，依據(jù)圖形可以分析地層產(chǎn)狀。水平地層的分界面為水平線(xiàn)顯示，傾斜地層的分界面為正弦波顯示，地層傾角越大，正弦波最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的距離也越大。地層傾角的計(jì)算與斜交裂縫傾角的計(jì)算方法相同。圖6.5.1是不同傾斜方向地層界面的圖形顯示。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)⑵裂縫顯示圖6.5.2是聲波井周成像裂縫顯示圖。它是井壁按正北方向切開(kāi)，內(nèi)壁展開(kāi)的水平、斜交、垂直裂縫聲學(xué)圖像。①水平裂縫圖面出現(xiàn)水平黑線(xiàn)。根據(jù)黑線(xiàn)的深度確定裂縫的深度，由黑線(xiàn)寬度估計(jì)裂縫寬度：裂縫寬度=黑線(xiàn)寬度×深度比例②垂直裂縫圖面出現(xiàn)兩條平行井軸的黑線(xiàn)。根據(jù)黑線(xiàn)寬度估計(jì)裂縫寬度，黑線(xiàn)長(zhǎng)度計(jì)算裂縫長(zhǎng)度：

井壁周長(zhǎng)裂縫寬度=黑線(xiàn)寬度×

圖面橫向長(zhǎng)度裂縫長(zhǎng)度=黑線(xiàn)長(zhǎng)度×深度比例3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)③斜交裂縫圖面出現(xiàn)正弦波黑線(xiàn)。根據(jù)正弦波的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的垂直距離確定斜交裂縫的傾角θ：

根據(jù)最低點(diǎn)的橫坐標(biāo)確定斜交裂縫的傾斜方位。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)⑶套管井解釋①檢查射孔部位及質(zhì)量在聲波幅度圖像中射孔孔眼顯示成黑點(diǎn)，黑點(diǎn)的分布反映孔眼的分布，如果孔眼顯示不清楚，則是套管沒(méi)有射透，如果黑點(diǎn)間有黑色條紋相連，表明射孔時(shí)套管破裂。②確定套管破損的部位及破損情況在聲波幅度圖像中，如果套管有損壞時(shí)，對(duì)于損壞的地方則呈暗色，如果黑色部位為水平，而且上下套管挫開(kāi)，則是套管斷裂。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)4、超聲電視成象測(cè)井的應(yīng)用聲波接收器收到的聲波幅度與鉆井液和井壁的聲耦合有關(guān)，聲耦合差，反射回波幅度大；聲耦合好，反射回波幅度小。另外也可以用雙程旅行時(shí)來(lái)研究井眼形狀的變化。超聲電視成象測(cè)井可解決下述有關(guān)問(wèn)題：⑴判斷井剖面地層巖性和地層產(chǎn)狀⑵識(shí)別裂縫⑶在套管井中的應(yīng)用⑷檢查壓裂效果。

3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)⑴判斷井剖面地層巖性和地層產(chǎn)狀對(duì)于硬地層，如白云巖、石灰?guī)r及致密硬砂巖，聲阻抗大，反射波幅度大，圖像的輝度明亮。對(duì)于泥巖層和煤層，聲阻抗小，反射波幅度低，圖像的輝度暗，總之可將圖像與巖心對(duì)比，找出地區(qū)巖性的特點(diǎn)。如圖6.5.3是趙61井1836.0～1865.0m聲波井周成像圖。第一道為由井周成像資料處理的地層產(chǎn)狀，第二道為井方位，第三道為深度，第四道為自然伽馬，薄層電阻率曲線(xiàn)，第五道為幅度圖像，第六道為鉆井取心巖心描述及幅度卷筒圖像。由資料分析，地層傾角為低角度，約20～30，由上至下，地層由北東逐步變化為南西向。井軌跡為井斜40左右，方向北西向。在圖上繪出了鉆井取心描述的巖性，有砂巖，粉砂巖，鈣質(zhì)砂巖，泥巖等。通過(guò)對(duì)比顏色最淺的是鈣質(zhì)砂巖，如1859.8～1860.4m，顏色最深的是泥巖，如1847.6～1849.0m，1853.4～1854.0m，在1844.8～1847.6m有一層滲透性砂巖，厚2.8m，顏色較深，自然伽馬值低，薄層電阻率值低于鈣質(zhì)砂巖，黑色薄線(xiàn)條為泥質(zhì)條帶。一些過(guò)渡巖性如泥質(zhì)砂巖，粉砂巖在圖像中難于區(qū)分。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)⑵識(shí)別裂縫對(duì)于裂縫帶，通常顯示暗的條紋，可根據(jù)條紋的變化，確定裂縫的產(chǎn)狀。通常，裂縫在聲波井周成像上有以下特征：①與井壁垂直的天然裂縫顯示水平陰影，與井壁斜交的天然裂縫為正弦波形狀的陰影，與井眼相交的垂直裂縫顯示兩條垂直陰影。②天然裂縫通常為不規(guī)則，不連續(xù)圖像，若為斜交裂縫往往為正弦波的一部分。主要裂縫的走向往往與主要斷層的走向一致。③對(duì)于開(kāi)度較大或充填不完全的開(kāi)裂縫，不僅回波幅度圖像上有陰影，在回波時(shí)間圖像上也有陰影顯示。④微細(xì)裂縫，閉合裂縫往往僅在回波幅度圖像上顯示，在回波時(shí)間圖像上不明顯。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)右圖是碳酸鹽巖地層，在聲波幅度圖像中有明顯的黑條紋，而且是傾角較陡的裂縫(約為800)，在雙程旅行時(shí)圖像中也有顯示，但不如聲波幅度圖像中清楚。

3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)⑶在套管井中的應(yīng)用右圖是任水1-12井?dāng)?shù)字電視測(cè)井幅度圖。123/4套管，圖中有平均井徑曲線(xiàn)和幅度圖像，井徑范圍180～340mm。圖中顯示井徑超出340mm的井段，圖像中陰影部分為套管破裂部位。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)⑷檢查壓裂效果。如果在壓裂前、后分別進(jìn)行井下聲波電視測(cè)井，即可顯示出壓裂的人工裂縫。圖6.5.6是泥質(zhì)灰?guī)r和石灰?guī)r的井眼圖像，壓裂前圖像中無(wú)裂縫顯示，但在加壓壓裂時(shí)和壓裂后的圖像中清楚地顯示兩條垂直的裂縫，這是由壓裂形成的人工裂縫。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)3.5.2多極子陣列聲波成象測(cè)井（MAC）最初的聲波測(cè)井只記錄首波初至或幅度，確定地層孔隙度，評(píng)價(jià)固井質(zhì)量。后來(lái)發(fā)展了記錄縱、橫波波形的長(zhǎng)源距聲波測(cè)井，能夠在硬地層中獲得縱、橫波時(shí)差和衰減。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加大源距、增加接收器數(shù)目、減小接收間距，產(chǎn)生了陣列聲波測(cè)井。由于聲波換能器的響應(yīng)頻帶進(jìn)一步加寬，低頻響應(yīng)更好，在井下實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍更大，因此記錄的波形更完整，更有利于獲得準(zhǔn)確的縱波、橫波、斯通利波的時(shí)差、幅度等參數(shù)。上述聲波測(cè)井儀器所用的換能器都是徑向均勻脹縮振動(dòng)的，稱(chēng)之為單極子聲源。當(dāng)?shù)貙訖M波速度低于井內(nèi)流體聲速時(shí)，這種測(cè)量方式記錄不到橫波。為了適應(yīng)疏松或軟地層情況，又發(fā)展了定向激發(fā)和測(cè)量的多極子(目前主要是偶極子)橫波測(cè)井技術(shù)，并將偶極子和單極子組合，擴(kuò)大聲波測(cè)井資料的應(yīng)用范圍。目前代表性的儀器主要有：斯侖貝謝的偶極子橫波成象儀DSI、阿特拉斯的多極子陣列聲波測(cè)井儀MAC、哈里伯頓的低頻偶極子測(cè)井儀LFD。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)2．多極子陣列聲波成象測(cè)井測(cè)量原理多極子陣列聲波測(cè)井采用兩個(gè)單極子、偶極子發(fā)射探頭和6個(gè)甚至更多個(gè)陣列單極子、偶極子聲波探頭作發(fā)射接收，利用高速電纜遙測(cè)技術(shù)，配合多通道A/D數(shù)據(jù)采集技術(shù)和高速度、大容量計(jì)算機(jī)和磁帶機(jī)，進(jìn)行多通道全波列的數(shù)字采集和記錄，借助于數(shù)字信號(hào)處理手段，對(duì)井下采集的各種波列信息進(jìn)行數(shù)字處理，得到反映地層性質(zhì)的聲學(xué)參數(shù)和物性參數(shù)等，如地層的縱波時(shí)差和橫波時(shí)差、斯通利波的時(shí)差和縱波、橫波的幅度衰減等。該種儀器除具有以前聲波全波列測(cè)井功能外，其主要優(yōu)點(diǎn)在于在硬地層和軟地層中都能測(cè)量到橫波和斯通利波信息，還可以提高地震資料解釋精度，研究地層的滲透率；判斷氣層，確定巖石特性，研究地層各向異性，探測(cè)裂縫，估算地應(yīng)力分布和地層壓力及破裂壓力梯度等。阿特拉斯公司的多極陣列聲波測(cè)井儀，把單極陣列聲波和偶極陣列聲波儀組合在一起，它們各自獨(dú)立工作。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)如圖為MAC下井儀聲系結(jié)構(gòu)示意圖，儀器包括四個(gè)主要部分：接收聲系、隔聲體、發(fā)射聲系和發(fā)射電子線(xiàn)路。發(fā)射聲系包括兩個(gè)單極聲波發(fā)射器，兩個(gè)偶極聲波發(fā)射器。接收聲系包括單極陣列接收聲系和偶極陣列接收聲系，單極陣列接收聲系由八個(gè)傳感器，按順序排列，即單軸直線(xiàn)式結(jié)構(gòu)；偶極陣列接收聲系也是由八個(gè)傳感器組成，它們可以順序排列，也可以交叉排列，即單軸直線(xiàn)式結(jié)構(gòu)或雙軸正交式結(jié)構(gòu)。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)獨(dú)立的單極子和偶極子發(fā)射器對(duì)應(yīng)獨(dú)立的單極子和偶極子陣列，形成單極子、偶極子雙發(fā)和單極子陣列、偶極子陣列接收的儀器結(jié)構(gòu)。其中單極子發(fā)射和接收得到的波列用于測(cè)量縱波和斯通利波，偶極子發(fā)射和接收得到的波列用于測(cè)量橫波和非對(duì)稱(chēng)模式波。對(duì)于接收陣列探頭，單極子和偶極子是交叉排列的，即接收陣列探頭的排列方式是單極子和偶極子依次交替排列的。利用雙發(fā)八收聲系可以進(jìn)行測(cè)量補(bǔ)償，校正井眼對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。獨(dú)立的單極與偶極發(fā)射器對(duì)每個(gè)陣列可以產(chǎn)生具有最佳頻率成分的聲波能量。單極發(fā)射器是圓柱形的壓電元件，能均勻地向儀器四周發(fā)射聲波能量。這種能量包括以地層中縱波速度傳播的縱波，以地層橫波速度傳播的折射橫波和斯通利波。當(dāng)橫波速度低于井眼流體速度時(shí)，在慢速地層中不存在折射橫波。偶極發(fā)射器發(fā)射不對(duì)稱(chēng)的能量，這種能量在井眼的一側(cè)產(chǎn)生推力，在另一側(cè)則產(chǎn)生拉力，結(jié)果在地層中產(chǎn)生了一種撓曲波。在低頻時(shí)，這種撓曲波以地層橫波速度傳播。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)接收器系統(tǒng)使用兩個(gè)交叉接收器陣列。單極陣列由八個(gè)圓柱形壓電元件組成以探測(cè)縱波、折射橫波和斯通利波。偶極陣列具有八個(gè)內(nèi)平衡位移壓敏檢波器，應(yīng)用壓電金屬的雙壓電晶片，在所有頻率和溫度下具有極好的縱波抑制能力。由于接收器對(duì)軸對(duì)稱(chēng)的壓力場(chǎng)不敏感，因此縱波首波與斯通利波受到抑制，從而可準(zhǔn)確地識(shí)別撓曲波。隔聲體是由六節(jié)合瓣組成的脊椎結(jié)構(gòu)，在整個(gè)頻率范圍內(nèi)能有效地隔離聲能，能在時(shí)差大于1968μs／m(600μs／ft)時(shí)進(jìn)行慢度測(cè)量。隔聲體的剛性設(shè)計(jì)允許將儀器下到斜井或水平井中，所用隔聲體的節(jié)數(shù)根據(jù)具體井的條件而定。例如，當(dāng)MAC儀器在快速地層中的套管井段內(nèi)測(cè)量時(shí)，為了增加套管與地層波之間的時(shí)間間隔，使用較大的源距是比較有利的。在多極子陣列聲波成象圖上，單極陣列接收器響應(yīng)的壓力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)于井軸，軟地層中，縱波后緊跟一個(gè)高幅度的斯通利波。而偶極陣列接收器響應(yīng)彎曲波的壓力差，縱波幅度小，后邊有高幅度的彎曲波。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)圖是侯101井多極陣列聲波測(cè)井的波形圖。左邊為單極聲波波形，右邊為偶極聲波波形。縱波出現(xiàn)在1065μs/m左右，橫波出現(xiàn)在μs/m左右。這段地層巖石物性較差，泥巖已被壓實(shí)。在1502.0m以下，高自然伽馬地層，縱波和橫波都有很強(qiáng)的振幅，而且斯通利波的幅度也很強(qiáng)。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)2、多極陣列聲波測(cè)井資料的應(yīng)用多極陣列聲波測(cè)井適合于各種裸眼井與套管井，可以解決以下地質(zhì)和工程問(wèn)題：①可以提供準(zhǔn)確的縱波和橫波傳播速度，計(jì)算巖石物理參數(shù)；②利用巖石機(jī)械特性參數(shù)進(jìn)行含油性分析；③利用斯通利波的能量衰減特性，定性地評(píng)價(jià)有效天然裂縫及滲透性；④預(yù)測(cè)巖石強(qiáng)度，以便設(shè)計(jì)壓裂增產(chǎn)措施或地層防砂方案；⑤刻度地面地震數(shù)據(jù)。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)⑴鑒別巖性和劃分氣層實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，利用縱波速度與橫波速度比()可以鑒別巖性。在與縱波時(shí)差Δtc的交會(huì)圖中，白云巖的=1.8，石灰?guī)r的=1.86，二者幾乎是一條與橫軸平行的直線(xiàn)，同樣對(duì)于純砂巖或含氣砂=1.58，而且與Δtc的關(guān)系也近似于一條直線(xiàn)。利用這些特點(diǎn)即可由與Δtc或與交會(huì)圖中鑒別巖性。利用與Δtc的交會(huì)圖能更有效地劃分氣層。眾所周知孔隙中含天然氣時(shí)使縱波速度降低，但對(duì)橫波速度影響很小，因此在交會(huì)圖中可以看出，在巖石孔隙度一定的條件下，隨著含氣飽和度的增大，交會(huì)點(diǎn)向右下方移動(dòng)，如圖中的箭頭所示，圖中的孔隙度線(xiàn)上還標(biāo)出了含水飽和度Sxo。因此有了偶極橫波成像測(cè)井，取得了準(zhǔn)確的和，利用交會(huì)圖能準(zhǔn)確地劃分出含天然氣地層。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)⑵劃分裂縫帶當(dāng)斯通利波遇到張開(kāi)裂縫時(shí)，由于裂縫引起的較大的聲阻抗反差使一定量的斯通利波能量被反射，通過(guò)對(duì)斯通利波波形的處理，可提取反射系數(shù)(反射能量與入射能量之比)，從而判斷裂縫帶以及確定裂縫的張開(kāi)度。⑶指示滲透率斯通利波的傳播受多種因素的影響，其中包括地層的滲透性和開(kāi)口裂縫。斯通利波可以認(rèn)為是由井眼誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種壓力脈沖，它將使流體向地層運(yùn)動(dòng)，這與地層的有效滲透率有關(guān)。流體向地層的運(yùn)動(dòng)將使斯通利波的能量減小，也使斯通利波的傳播速度降低。3.5聲波成象測(cè)井技術(shù)⑷巖石機(jī)械特性分析，利用力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)壓裂參數(shù)利用測(cè)量縱波時(shí)差、橫波時(shí)差以及體積密度，可以計(jì)算項(xiàng)巖石機(jī)械特性參數(shù)，如楊氏模量、泊松比、體積模量、切變模量、拉梅常數(shù)、破裂角、周向應(yīng)力、徑向應(yīng)力、坍塌壓力，上覆地層壓力，鉆井液壓力等項(xiàng)參數(shù)，這些參數(shù)可用于地層壓裂設(shè)計(jì)。對(duì)煤層進(jìn)行水力壓裂是加速煤層氣解吸遷移的有效途徑之一，在壓裂之前，應(yīng)根據(jù)巖石物理分析對(duì)壓裂井段進(jìn)行壓力設(shè)計(jì)，對(duì)某區(qū)煤層段的水力壓裂的設(shè)計(jì)中計(jì)算的破裂壓力為25.91～26.53MPa，施工的破裂壓力為27.8MPa。3.6核磁共振測(cè)井核磁共振測(cè)井主要測(cè)量氫核的橫向弛豫時(shí)間T2的弛豫特征，通過(guò)弛豫特征的分析可以識(shí)別流體性質(zhì)，確定地層的孔隙度、含水飽和度、束縛水飽和度、滲透率、原油粘度等眾多儲(chǔ)層參數(shù)。利用核磁共振測(cè)井進(jìn)行地層評(píng)價(jià)，其結(jié)果一般不受骨架的影響，在油氣田勘探與開(kāi)發(fā)中有著廣泛應(yīng)用。

3.6.1核磁共振測(cè)井的基本原理從原子核物理知道，原子核具有磁矩和固有的角動(dòng)量，也就是說(shuō)，原子核是在不停的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)原子核的自旋又要產(chǎn)生磁效應(yīng)，使原子核具有一定的磁距。這樣的原子核像一個(gè)有磁性的陀螺一樣，不停地旋轉(zhuǎn)。在外加磁場(chǎng)的作用下，原子核失去平衡，元素的原子核磁矩將按外加磁場(chǎng)的方向定向；外加磁場(chǎng)迅速去掉時(shí)，原子核磁矩圍繞地磁場(chǎng)方向產(chǎn)生旋進(jìn)，并逐漸回到平衡位置。旋進(jìn)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)將在接收線(xiàn)圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)分析這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的大小和衰減過(guò)程，有可能使我們得到某些有用信息。在自然條件下的巖層中，對(duì)于大多數(shù)原子核來(lái)說(shuō)探測(cè)到的信號(hào)都很弱小，僅僅氫核有相對(duì)較大的磁矩，并且?guī)r石孔隙內(nèi)的水和油中都富含氫核。核磁測(cè)井測(cè)量的是地層中的氫核的橫向弛豫特征T2，流體的擴(kuò)散系數(shù)D。弛豫時(shí)間主要取決于巖層的孔隙度大小，孔隙小的巖層弛豫時(shí)間短，最短的弛豫時(shí)間對(duì)應(yīng)于粘土束縛水和毛細(xì)管束縛水；含可動(dòng)流體的大孔隙巖層使弛豫時(shí)間變長(zhǎng)。因此弛豫時(shí)間分布是孔隙度大小分布的一種度量。對(duì)弛豫時(shí)間及其分布進(jìn)行解釋?zhuān)梢蕴峁B透率、可動(dòng)流體孔隙度、束縛水飽和度、原油粘度等物理參數(shù)。核磁共振測(cè)井與電阻率測(cè)井、其它孔隙度測(cè)井結(jié)合可以判斷地層含流體性質(zhì)等。3.6核磁共振測(cè)井

3.6.1核磁共振測(cè)井的基本原理具體實(shí)現(xiàn)是先用外加靜磁場(chǎng)對(duì)地層進(jìn)行極化，然后再施加一個(gè)交變的脈沖序列（即交變磁場(chǎng)），在反轉(zhuǎn)90°方向上多次采集被極化的核子馳豫過(guò)程中的信號(hào)（稱(chēng)為回波串）。采集的首波信號(hào)的大小與地層中孔隙中氫核的含量成正比。運(yùn)用信號(hào)處理技術(shù)將所采集的回波串轉(zhuǎn)換為T(mén)2分布譜，該譜反映了地層孔隙大小的分布，T2分布譜所包含的面積為核磁共振測(cè)井所測(cè)得地層的孔隙度的大小，假定存在某一馳豫時(shí)間，稱(chēng)為T(mén)2截止值，若大于這個(gè)截止值的孔隙流體全部可動(dòng)，這樣小于該截止值的T2分布區(qū)域面積對(duì)應(yīng)為束縛流體的體積，大于該截止值的T2分布區(qū)域面積等于自由流體的體積。對(duì)于不同地區(qū)、不同沉積環(huán)境下的地層，T2截止值不同，它是通過(guò)巖心實(shí)驗(yàn)的方法得到。目前，從事核磁共振測(cè)井服務(wù)的公司主要有斯倫貝謝公司的脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)貼井壁型(CMR)以及美國(guó)Numar公司的偶極梯度場(chǎng)—脈沖方法MRIL-C等。

3.6核磁共振測(cè)井圖是MRIL-C型現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井記錄。自左至右第一道為等待時(shí)間、自然伽馬、鉆頭直徑、測(cè)速第二道為深度第三道為核磁滲透率第四道為核磁孔隙度、束縛流體孔隙度、可動(dòng)流體孔隙度第五道為孔隙分布。自左至右，孔隙的分布由小至大，曲線(xiàn)峰值大小，表示孔隙發(fā)育情況。3.6核磁共振測(cè)井3.6.2核磁共振測(cè)井解釋模型1、核磁測(cè)井孔隙度解釋模型標(biāo)準(zhǔn)T2測(cè)井利用恰當(dāng)?shù)幕謴?fù)時(shí)間Tw和標(biāo)準(zhǔn)回波間隔TE，測(cè)量自旋回波串。Tw的選擇取決于地層流體的核磁共振縱向弛豫時(shí)間Tl，一般要求Tw>(3～5)Tl；TE則越小越好，在C型儀器中最小TE為1.2ms。右圖是測(cè)得的一個(gè)理想回波串。3.6核磁共振測(cè)井

常用的核磁測(cè)井孔隙度解釋模型是根據(jù)雙水模型改進(jìn)得來(lái)的，右圖為核磁測(cè)井解釋模型圖。

φmb為粘土束縛水孔隙度；φcap為毛細(xì)管束縛水孔隙度，在核磁測(cè)井解釋模型中為MBVI；φwn和φhy總稱(chēng)為可動(dòng)流體孔隙度，在核磁測(cè)井解釋模型中稱(chēng)為自由流體孔隙度(MBVM)；MBVI與MBVM總和相當(dāng)于雙水模型中的自由水孔隙度，即有效孔隙度(φe)。3.6核磁共振測(cè)井

MRIL-C型儀器的原始回波串經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，得到不同孔隙分布，每個(gè)孔隙度相應(yīng)一個(gè)T2衰減。在巖石物理領(lǐng)域可作如下分析：

(1)T2對(duì)應(yīng)于水飽和巖石的孔隙分布大??；

(2)T2分布曲線(xiàn)所包圍的區(qū)域面積等于核磁孔隙度；

(3)用T2幾何平均值和核磁孔隙度可計(jì)算滲透率；

(4)T2截止值把T2分布曲線(xiàn)分為兩區(qū)域，分別等于毛管束縛流體孔隙度和自由流體孔隙度。具有代表意義的T2衰減值是4ms、8ms、16ms、32ms、64ms、128ms、256ms、512ms、1024ms、2048ms，是按T2的(i+1)冪的形式劃分成處理單元(bin)的，每個(gè)單元由其本身固定中心橫向弛豫時(shí)間T2i而特征化，不同單元的T2i反映不同的孔隙大小。3.6核磁共振測(cè)井對(duì)于飽含水的巖石，骨架組分(包括粘土和含結(jié)晶水的礦物，如石膏富含氫)對(duì)NMR測(cè)井無(wú)影響。因?yàn)楣腆w中氫核的弛豫速率很快，使之難被井下儀檢測(cè)，T1很長(zhǎng)，約幾十秒或幾百秒，使之不被極化；T2很短約10bs，所以來(lái)自固體中的信號(hào)因在接收死時(shí)間內(nèi)而被丟失(所有NMR測(cè)井儀的死時(shí)間約為幾百毫秒)。對(duì)孔隙部分，短T2部分相當(dāng)巖石的微孔隙，而長(zhǎng)T2部分是巖石較大孔隙的反映，這是因?yàn)槲⒖紫吨械淖杂闪鲃?dòng)的液體甚少，絕大部分是束縛水，孔隙壁對(duì)流體的強(qiáng)烈相互作用，使其中流體的T2大為降低；而大孔隙中卻保持了與自由狀態(tài)相近的性質(zhì)，對(duì)應(yīng)著長(zhǎng)的T2值。在實(shí)驗(yàn)室中，飽含水的巖石T2分布面積為總孔隙部分，空氣取代孔隙中的水時(shí)，T2分布中短T2組分首先消失，相當(dāng)束縛水孔隙部分。基于此，全部T2分布的面積可以視為核磁測(cè)井的孔隙度MPHI(φnmr)，當(dāng)T2截止值(T2cutoff)確定后，4ms至T2cutoff分布面積反映微孔隙水的快速弛豫組分，代表毛細(xì)管束縛水孔隙度；MBVI(φcap)，T2cutoff至1024ms或2048ms分布面積反映大孔隙水的慢弛豫組分，相當(dāng)于自由流體孔隙度MBVM(φmb)。即：3.6核磁共振測(cè)井

MPHI：4ms至1024ms或2048ms；

MBVI：4ms至T2cutoff；

MBVM：T2cutoff至1024ms或2048ms。對(duì)于親水性巖石飽含水或含有與水相混合的輕質(zhì)油時(shí)是適應(yīng)的，如果巖石部分親油，油氣的影響會(huì)使孔隙度結(jié)果產(chǎn)生誤差。油和天然氣的含氫指數(shù)往往比水低，所以得到的孔隙度有時(shí)也會(huì)偏低，氣的共振特性與液體有很大差別，對(duì)測(cè)井的影響甚為嚴(yán)重。高粘度的重油、流體對(duì)巖石的潤(rùn)濕性差和低孔隙地層中測(cè)井信噪比的降低都會(huì)