地层微电阻率扫描成像测井在识别

裂缝方面的应用

目录

摘要 ............................................. 2

1. 地层微电阻率扫描成像测井简介 ................... 3

1.1电极排列及测量原理 ......................... 4

1.2全井眼地层微电阻率扫描成像测井(FMI) ........ 4

2.利用地层微电阻率成像测井识别裂缝 ............... 5

2.1. 天然裂缝 .................................. 6

2.1.1非构造裂缝 ............................. 6

2.1.2构造裂缝 ............................... 8

2.2钻井诱生裂缝（诱导裂缝） .................. 10

结论 ............................................ 11

参考文献 ........................................ 12

摘要

测井技术是油气勘探的“眼睛”。中国的隐蔽性油气藏多，客观要求这双眼睛特别明亮、敏锐，可是常规测井技术只能对地层性质做大致的划分，精度不够。需要一种新的测井手段，就是成像测井。成像测井（imaging logging）是根据钻孔中地球物理场的观测,对井壁和井周围物体进行物理参数成像的方法。广义地说，成像测井应包括井壁成像、井边成像和井间成像。井壁成像测井在技术上最成熟，包括井壁声波成像和地层微电阻率扫描成像。井边成像主要是电阻率成像，所用的方法为方位侧向测井和阵列感应测井。井间成像包括声波、电磁波和电阻率成像，在工程勘察中已得到比较广泛的应用，在石油勘探中也已获得一些成功的实例。这种技术采集信息多，精度高，不受干扰，能准确确定地层的真正电阻率，是解决复杂储层测井评价的有力手段。

地面系统综合化、便携化、网络化。未来的地面系统要具有多种作业功能，不仅可以挂接成像测井仪器和常规测井仪器进行裸眼井测井，还能挂接生产测井、测试、射孔、取芯等工具进行套管井测井，满足全系列测井服务的要求。

井下仪器集成化、高分辨、深探测、高可靠、高时效、低成本。井下仪器测量探头阵列化，变单点测量为阵列测量以适应地层非均质的需要，为储层评价的深入提供丰富信息，奠定提高储层饱和度精度

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的基础。各种测井仪器的集成化测量不但提高了测井时效，而且改善了测井综合评价所需信息的一致性，提高了测井资料的整体评价水平。

关键字：测井；成像测井；地层微扫描测井 图像 裂缝识别测井

1. 地层微电阻率扫描成像测井简介

地层微电阻率扫描成像测井是一种重要的井壁成像方法，它利用多极板上的多排钮扣状的小电极向井壁地层发射电流，由于电极接触的岩石成分、结构及所含流体的不同，由此引起电流的变化，电流的变化反映井壁各处的岩石电阻率的变化，据此可显示电阻率的井壁成像。自80年代斯伦贝谢公司的地层微电阻率扫描测井(FMS)投入工业应用以来，得到了迅速的发展，如今已是井壁成像的重要测井方法。

我们知道，微电阻率测井贴井壁测量，探测深度浅而垂向分辨率高，因而对井壁附近地层的电性不均匀极为敏感。因此，人们利用微侧向测井研究冲洗带和裂缝，利用四条微电导率测井曲线确定地层倾角，识别裂缝，研究沉积相等。但是，这些微电阻率测井无法确定裂缝的产状，无法区分裂缝、小溶洞和溶孔，这些问题都可由微电阻率扫描测井解决。

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1.1电极排列及测量原理

地层微电阻率扫描成像测井采用了侧向测井的屏蔽原理，在原地层倾角测井仪的极板上装有钮扣状的小电极，测量每个钮扣电极发射的电流强度，从而反映井壁地层电阻率的变化。通常把电流电平转换成灰度显示，不同级别的灰度表示不同的电流电平，这样就可用灰度图来显示井壁底电阻率的变化。

第一代FMS是在地层倾角测井仪两个相邻极板上装上钮扣状电极，每个极板上装有4排27各电极，共有54个电极，每排电极相互错开，以提高井壁覆盖率。对8.5in的井眼，井壁覆盖率为20%。 为提高井壁覆盖率，第二代仪器在4个极板上都装有两排钮扣电极，每排8个共16个电极，4个极板共64电极，对8.5in井眼，井壁覆盖率达40%，这种仪器在电极上作了很大的改进，把原来的4排电极改为2排电极，能更准确地作深度偏移。

1.2全井眼地层微电阻率扫描成像测井(FMI)

斯伦贝谢公司在前述仪器基础上，又研制了FMI。该仪器除４个极板外，在每个极板的左下侧又装有翼板，翼板可围绕极板轴转动，以便更好地与井壁接触。每个极板和翼板上装有两排电极，每排１２个电极，８个极板上共有１９２个电极，对8.5in井眼，井壁覆盖率可达80%，能更全面精确地显示井壁地层的变化。

该仪器可根据用户要求进行三种模式的测井：

(1)全井眼模式测井。用192个钮扣电极进行测量，进行井壁成像。

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(2)4极板模式测井。此时用4个极板上的96个电势进行测量，翼板上的电极不工作，对于地质情况较熟悉的区域，采用这种方式测井可提高测速，降低采集数据量和测井成本，但对井壁覆盖率降低一半。

(3)地层倾角测井。当用户不需要井壁成像，而需要地层倾角时，可用这种模式测井。这是只用4个极板上的8个电极测量，得出高分辨率地层倾角仪同样的结果，测速可进一步。

在应用FMI资料时，通常在一个地区，选有代表性的参数井进行取芯，并作FMI测井，通过与岩芯柱的详细对比，研究有关地质特征在井壁图像中的显示，就能充分利用这些特征解决地质问题。

2.利用地层微电阻率成像测井识别裂缝

裂缝性油气藏是勘探的难点和重点, 裂缝不仅是重要的储集空

间, 还是重要的流体渗滤通道。在碳酸盐岩地层中, 裂缝还控制着溶孔、溶洞的发育, 影响着地层中原始流体的分布状况和泥浆侵入特性; 在火成岩地层中, 裂缝是地层产能的最重要、最直接的影响因素。因此, 研究地下裂缝的发育及其分布规律就显得尤为重要。常规的测井方法是难以准确、有效地识别裂缝, 尤其对裂缝的产状、分布密度更难确定, 而FM I 成像测井在识别裂缝系统方面具有独到的成功处。 图像解释

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2.1. 天然裂缝

根据裂缝的形成原因, 天然裂缝分为两类。

2.1.1非构造裂缝

非构造裂缝主要是由于岩石失水体积收缩或岩浆冷却过程中体

积收缩而形成的收缩裂缝以及压溶作用形成的缝合线。收缩裂缝是与岩石总体积的减小相伴生的扩张裂缝或拉伸裂缝的总称。形成这类裂缝的原因有: 干燥、脱水作用、冷凝收缩作用、热梯度、矿物的相变。最常见的有两种, 一种是岩浆岩在冷凝过程中因体积收缩而产生的裂缝, 其发育程度反映了岩浆冷却速度的快慢;另一种是碳酸盐岩在成岩过程中由于脱水体积收缩而产生的裂缝。在FM I 图像上它们均显示为黑色特征, 呈现出树枝状特征, 而且极不规则, 一般不具有正弦波状特征, 如图2.1.1所示; 但岩浆岩中的收缩裂缝也有一部分为水平层状。

图2.1.1.1收缩裂缝和斜交裂缝

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缝合线是碳酸盐岩中最常见的一种裂缝构造。在岩石的切面上它呈现锯齿状的曲线。缝合线是油、气、水运移的通道。它的成因普遍认为是岩石遭受压力后发生不均匀的溶解而形成的。多数与层面平行, 甚至一致。在FM I 图像上缝合线显示为低阻黑色的近似正弦的曲线, 缝合面成锯齿状, 如图2所示。这也是与开启裂缝最显著的区别之一。

图2.1.1.2 缝合线

缝合线构造的形态差异很大, 有的参差起伏十分明显尖锐, 有的则平坦以至逐渐与层面一致而消失。一般地, 其峰即幅度的大小反映了在压实过程中溶解和排出物质的厚度, 峰大则溶解和排出物质多。由于沿缝合面构造的脱溶作用, 当流体垂直于缝合线流动时, 缝合线就构成了渗透性阻挡层; 只有当流体沿缝合面流动, 它才是油、气、水运移的通道。

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2.1.2构造裂缝

构造裂缝是指在地壳运动过程中, 岩石受构造作用力而产生的裂缝, 这种裂缝是最广泛存在的裂缝。它包括开启裂缝、闭合裂缝2种。开启裂缝是没有充填其它物质的裂缝。在水基泥浆中, 裂缝中充填有导电的泥浆, 这样裂缝的电阻率就比岩石的电阻率低很多, 所以, 可以根据电阻率的异常来识别开启裂缝。开启裂缝在FM I 图像上显示为低阻黑色特征, 在图像上有多种表现形态:

①与井眼斜交的开启裂缝在图像上显示为黑色正弦波形状, 这种裂缝分布最广泛, 在各种岩性地层中均有发育;

②高角度甚至平行于井眼的开启裂缝在图像上显示为与井轴夹角很小甚至平行的黑色线条, 如图2.1.2.1所示。这种裂缝通常发育在致密岩石中, 尤其是在厚层状致密的岩浆岩中, 这种裂缝发育最明显

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图2.1.2.1高角度裂缝

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③局部切割井眼的开启裂缝数量很少。当把FM I图像重新合并, 它们就显示为黑色近似椭圆形的黑色特征;

④网状裂缝是几种倾向不同的开启裂缝交织在一起相互交错形成的裂缝, 如图2.1.2.2

所示。

图2.1.2.2网状裂缝

闭合裂缝是充填有其它矿物的裂缝, 它示出由构造应力产生的开启裂缝后来被富含盐的流体循环胶结, 因此电阻率较高, 在FM I 图像上显示为浅色线条。闭合裂缝通常在FM I 图像上有3种表现形态:

② 裂缝面的角度不大时, 在FM I 图像上显示为浅色正弦波

状线条。

②当裂缝面的角度很高时, 在FM I 图像上, 正弦曲线的顶部以上或ö和谷底以下出现光晕, 其余地方显示为深色。实际中, 常遇到的只是顶部以上或者谷底以下出现光晕。它的形成机理(对上倾裂缝分析) 如下: 电流总是向电阻率最小的路径流过, 当极板位于高电阻率裂

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缝面以下时, 受裂缝的屏蔽影响, 电流绝大部分流入地层, 很小回到返回极板, 出现类似低电阻率的现象; 当仪器位于裂缝面以上时, 高电阻率裂缝将阻止电流的径向流动, 绝大部分电流回到返回电极, 出现高电阻率现象。

③第三种闭合裂缝在图像上表现极不规则, 电阻率反差明显, 高阻短线排列杂乱, 这在图像上时常见到。

2.2钻井诱生裂缝（诱导裂缝）

由于钻开地层后, 原始地层应力释放, 挤压井眼周围的地层, 在井壁上产生了钻井诱生裂缝。在FM I 图像上, 钻井诱生裂缝显示为黑色线条, 其形态如下:

①钻井诱生裂缝在图像上呈与井轴近似平行的黑色线条, 分布在相距180°图像的两侧, 如图7所示;

②钻井诱生裂缝在图像上为黑色短线叠加而成雁状分布, 也分布在相距180°图像的两侧, 如图2.2.1所示

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图2.2.1垂直的钻井诱生裂缝

③第三种钻井诱生裂缝在井壁上显示为黑色模糊图像, 往往也

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分布在相距180°图像的两侧, 这就是所谓的井壁垮塌。天然裂缝和钻井诱生裂缝都在致密坚硬的地层中较发育, 但可从以下几方面加以区别:

首先, 钻井诱生裂缝往往呈180°对称出现在两个

极板上, 而开启裂缝通常单个出现, 或者成对出现, 但

并不对称;

第二, 开启裂缝的开度不稳定, 时宽时窄, 边缘不光滑, 而钻井诱生裂缝开度稳定得多, 边缘光滑, 缝面平直;

第三, 钻井诱生裂缝直接切穿不同的岩石, 在砾岩层中直接切穿砾石, 而开启裂缝则绕砾石而过;

第四, 雁状分布的钻井诱生裂缝延伸较短, 两条黑色短线不会连在一起, 而斜切井眼的开启裂缝则切井眼而过, 在图像上一般为完整的正弦曲线。

地层微电阻率扫描图像不仅能够清晰地显示出裂缝, 而且能够指示裂缝的位置、形态、密度等等, 这是任何常规测井方法所无法取代的。这一研究成果对于裂缝性油气藏的解释具有重要的指导意义和实用价值。

结论

井壁微电阻率成像测井(FMI)通过记录井壁四周的微电阻率变化可以提供非均质储层的地层产状及岩性特征,进行构造分析、裂缝分析及储层分析。结合其它常规测井资料,还可以提供地层孔隙度、渗

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透率和油水饱和度。石油井深达数千米，地下温度超过100℃，压力也很高，井内充满洗井液，井下情况较为复杂，如何才能了解井下地层情况？为此发明了地层微电阻率扫描测井仪。这种方法的原理很简单，当向地层发射电流时，在电压一定的情况下，遇有高电阻地层电流强度小；遇有低电阻地层时电流强度大；通过测量电流强度的变化，即可得出地层电阻率的变化。现在已发展到全井眼地层微电阻率扫描成像测井，它有8个极板，每个极板上装有两排电极，每排12个电极，共有192个电极，这些电极与井壁80%的面积相接触，因此在井周360度范围内对每一深度处进行微电阻率扫描测量，根据测得的数据，经处理后得出井壁展开图，显示出地层的结构、岩性、裂缝及断裂等。根据全井眼地层微电阻率扫描成像测井图，可准确描述井下地层情况，如在四川地区，用这种成像方法准确地划分出裂缝发育层段，找出含气地层。

参考文献

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[4] Cheng Ganghua, Mao Keyu et al.;Fracture Identification by Microresistivity

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[5] 范翔宇，朱义新. 岩心扫描技术与成像测井资料交互解释研究

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