井壁电成像测井

CNPC测井重点研究室中国石油大学（北京）测井研究中心柯式镇井壁电成像测井技术大纲第一章井壁电成像测井原理及应用一、成像测井概况二、井壁电成像测井原理三、井壁电成像测井资料应用第二章井壁电成像测井数值仿真第三章井壁电成像测井物理模拟第四章图像处理技术及资料定量评价所谓成像测井技术，就是在井下采用传感器阵列扫描测量或旋转扫描测量，沿井眼纵向、周向或径向大量采集地层信息，传输到地面后通过图像处理技术得到井壁或井周的二维图像或井眼周围某一探测深度以内的三维图像。其特点是比常规测井方法更精确、直观、方便。成像测井从第一支仪器（1969年BHTV）诞生以来，经过不断改进和创新，发展到今天，已有包括声、电核三大类，能够实现垂向、周向和径向三个不同方向的成像测量，从而为解决非均质问题提供了有力工具。目前，在国际国内流行的成像测井系列主要有Schlumberger公司的MAXIS-500、Atlas公司的ECLIPS-2000(即5700或CLS-2)和Halliburton公司的EXCELL-2000。这三套成像测井系统上的电成像测井仪很多，其种具有很高分辨率的仪器是Schlumberger的全井眼微电扫描成像仪（FMI,8X24）、Halliburton的EMI(6X25)和Atlas的STARImager(6X24)，它们的钮扣电极尺寸及结构相同，排列很相近，探测深度也差不多。第一章、井壁电成像测井原理及应用一、成像测井概况•国外：•1969MOBIL公司ZemanekBHTV•1980-1981AMOCO公司WileyandBrodingBHTV•1984Shell公司RambowBHTV•1986SchlumbergerMAXIS-500•1986年以后WesternAtlas公司ECLIPS-2000(即5700或CLS-2)•Halliburton公司EXCELL-2000•国内：•大庆油田生产测井研究所BHTV•华北油田测井公司BHTV•江汉测井研究所MCI•海洋测井公司微电扫描成像测井仪•常见井壁成象测井仪器：FMS、FMI/USI/DSI、Star/CBIL、EMI/CAST、BHTV•先进的地面计算机测井系统MAXIS-500ECLIPS（5700）EXCELL-2000主机三台以太网连接的MIC.VAXIII+cpi30009MIPS/台三台以太网连接的HP730工作站9MIPS/台三台以太网连接的MIC.VAXIII+cpi30009MIPS/台操作系统VMSUNIXX-windows+MotifUNIXX-windows+Motif显示器2台19in监视器、图形协处理器2台19in监视器、图形协处理器2台19in监视器、图形协处理器绘图仪一台彩色绘图仪一台热敏黑白绘图仪一台彩色绘图仪一台热敏黑白绘图仪一台黑白绘图仪或一台热敏灰度绘图仪存储介质760MB硬盘两个磁带机四个664MB硬盘、一个1.3GBDAT、一个九轨磁带机两个2GB硬盘两个2GBDAT两个九轨磁带机系统比较MAXIS-500ECLIPS（5700）EXCELL-2000采集子系统多个DSP68020、VME总线68040+68020+68010、VME总线遥测系统速率DTS：500kbpsWTS:230kbpsDITS2:217.6kbps可靠性系统级冗余CPU级冗余系统级冗余井下仪器AIT、DSI、FMI、CSI、ECS、USI、NPLT、MDT、ARI、CMR、etcSTAR-II、CBIL、DPIL、HDIL、MAC、TBRT、MRIL、HexDip、DSL-IIEMI、阵列声波、六臂倾角、高分辨率感应、声波扫描、自然伽马、选择式地层测试器解释工作站CHARISMAeXpressDPP二电阻率成像测井原理仪器基本结构仪器工作原理测量方式技术指标IMAGEACQUISITIONSEWNSEWNSACOUSTICRESISTIVITY24buttonsperpadHelicalpathofimagedpoints250pointsperturn(verticalscaleexaggerated)6padsDEPTHOFINVESTIGATIONINDIPPINGFEATURESNSEWNESWNAcousticImageResistivityImageNESWNFMI仪器FMI测井方式井眼覆盖率与井径有关FMI指标微电阻率扫描测井(STARⅡ)测量方式12241224PAD1PAD2PADFLIP=1PADZ0PADFLIP=0PADZ=0ReferencelevelforPADZPADZforPAD2(negative)CoordinateaxesforBUTX(horizontal)BUTZ(vertical)PadGeometryParametersBUTDIA(buttondiameter)共144个钮扣电极测量地层电阻率微细变化STARImagerResistivitySTARImagerResistivitySection0496STAR6STARImagerSchematicResistivityImagerPoweredStandoffKnuckleJointsAcousticImager5.50in.OD139.7mmOrientationResistivityElectronics6-PadResistivitySensorSectionAcousticElectronicsAcousticSensorSectionCentralizers直径5.5英寸(139mm)长度：12.5ft(3.81m)重量：300b(136.4Kg)最高温度:350°F(176°C)最大压力：20000psi(137.9MPa)采样间距：120p/ft(成像模式)、60p/ft(倾角模式)额定速度：20ft/min(高分辨率）、10ft/min(超高分辨率）50ft/min(倾角模式）覆盖面积：60%（7.85英寸井眼中）适用范围:钻头直径6.5─16英寸(165--406mm)井径5.5--21英寸(139--533mm)井斜角0°-90°STAR-Ⅱ技术指标：六臂150个电极EMI成象原理地层中不同的岩石（泥岩、砂岩、石灰岩）、流体，其电阻率是不一样的，通过测量井壁各点的电阻率值，然后把电阻率值的相对高低用灰度（黑白图）或色度（彩色图）来表示，那么，井壁就可表示成一张黑白图象或彩色图象。高阻低阻成象原理示意图泥岩(低电阻)硬石膏(高电阻)砂岩(中等电阻)石灰岩(高电阻)溶洞(低电阻)深度校正示意图标准化•静态标准化（静态图）–在全井段内对电阻率分等级•动态标准化（动态图）–用户指定的窗口内对电阻率分等级静态标准化（静态图）动态标准化（动态图）三电阻率井壁成像的应用1、裂缝识别与评价2、溶洞识别与评价3、构造研究4、储层分析5、沉积研究1、裂缝识别与评价•分辩真假裂缝•把真裂缝分为天然裂缝和诱导缝•评价裂缝有效性，即什么样的裂缝对储层的储量和产量贡献大•裂缝参数的定量计算特点：微小、浅，高电导，ARI上无显示特点：浅，开度和纵向延伸大，ARI上有显示，FMI图上总以接近于180度对称分布特点：在双侧向曲线上出现“双轨”，具有正差异特点：一组接近于平行的缝，其倾角与地下三轴方向应力的相对大小有关。特点：高角度应力释放裂缝裂缝与层理的区别罗家2-1井在成像图上的低角度裂缝切割层面的高角度裂缝砂砾岩剖面中的裂缝裂缝白云岩地层中的溶洞2、溶洞的识别断层（有层位移动）3、构造研究泥质条带特点：交错层理砂砾岩4、储层分析不等砾小砾岩巨砾岩中砾岩孔洞发育带4520.5~4520.9定量计算实例气孔发育带4408.4~4425用POROSPECT计算原生孔隙度和次生孔隙度（第一道）第二章、井壁电成像测井数值模拟一、求解空间及网格剖分（1）方法原理同前面的仿真；（2）先展成平板状，厚度方向分成若干层，对于每层退化为二维问题，节点半自动生成，单元则可自动生成，板状介质网格划分好后，再进行坐标变换，恢复成圆柱体。在变恢过程中，需考虑缝合面上节点的处理问题。（3）极板面积：80mmX40mm。yzrxzryrxzrx)2sin()()2cos()(0000计算程序的数值验证•将三维计算程序用来计算点电源的普通电阻率测井响应，并与解析解进行比较，其结果说明了三维计算程序的正确性。二、K值的影响•由于FMI仪器上的钮扣电极很多（192个），而且每个电极的几何位置不同，它们测到的电流大小不仅受地层电阻率影响，还与各自的几何位置有关。它们可通过每个钮扣电极的仪器常数的变化体现出来。•从表上数据可以看出，各个钮扣电极之间的仪器常数确实互不同，也就是说，即便对于均匀的介质，若用同一个K值去标定所有钮扣电极，则所得到的结果是不均匀的。•因此，在对钮扣电极的电流值进行归一化处理时，不但要考虑电位变化的影响，同时也要考虑K值的影响。•表5-1主极板/折叠极板上48个钮扣电极的仪器常数•123456789101112•1.384.360.364.347.340.326.325.327.344.350.365.369•2.391.379.366.359.365.365.365.365.359.371.387.412•以下为折叠极板的钮扣电极的仪器常数•1.332.311.314.302.296.289.283.292.297.302.316.319•2.337.326.318.310.316.316.316.316.310.322.332.351•注：第一行为列号，第一列为行号（行号大的靠近回路电极）；单位为10-4米。•由此看出，钮扣电极的K值随距离回路电极的距离增大而增大，且中间小，两边大。三、分辩能力（1）•单一水平裂缝的仿真结果。左边是极板附近沿周向展开的二维电阻率模型，裂缝张开度1mm，电阻率10m，径向延伸到无穷远。背景电阻率100m。右边的是仿真测井图。四、分辩能力（2）•三条水平裂缝的仿真结果。三条裂缝的张开度分别为1、2、4mm，电阻率均为10m，径向延伸到无穷远。背景电阻率100m。•间距由上而下依次为5和6mm。六、分辩能力（4）•具有裂缝和孔洞的仿真计算结果。其中裂缝宽度为1mm，电阻率20m；孔洞半径由小到大依次为1、2、4、5mm，电阻率为10m。它们径向延伸均到无穷远。背景电阻率100m。七、径向延伸影响•右上图的孔洞径向延伸到无穷远，右下图半径为1、2、4和5mm的孔洞径向延伸缩短分别为2、2、6和6mm。两种条件下的仿真结果稍有差别。后一种情况的孔洞更接近实际。•左下图裂缝径向延伸也为6mm。八、对比度影响•右上图对比度为10，裂缝张开度W=28.0个象素宽•右下图对比度为2，裂缝张开度W=18.2个象素宽。•右下图采用与右上图不同的灰度刻度，才能显示出目标体，否则看不太清楚。九、裂缝定量评价公式（一）裂缝张开度与A和Imax/Imin的关系条件：径向延伸0.12m,Rm/Rxo=0.01-0.0020.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.000.020.040.060.080.100.12w=500umw=450umw=400umw=350umw=300umw=250umw=200umw=150umw=100umIZ(m)1002003004005000.000050.000100.000150.000200.000250.000300.000350.000400.000450.00050Y=1.3001E-5+8.83213E-7XDRESULTDAAperture(um)10020030040050024681012Y=1.43928+0.01977XCRESULTCImax/IminAperture(um)（二）Rm/Rxo对比度与A和Imax/Imin的关系条件：裂缝张开度=500um，径向延伸0.1