井壁成像测井及解释

王贵文：[e-mail]第三章井壁成像测井及其地质响应和解释中国石油大学（北京）王贵文王贵文：[e-mail]王贵文：[e-mail]一、井壁成像测井仪器、资料处理解释一般特点二、井壁成像测井资料分辨率下限实验考查三、井壁成像测井资料的基础地质解释四、井壁成像测井地质解释模型五、井壁成像测井地质应用提纲王贵文：[e-mail]公司斯仑贝谢阿特拉斯哈里伯顿系统MAXIS-500ECLIPS-5700EXCELL-2000井下仪器全井眼微电阻扫描成像仪(FMI)阵列感应成像仪(AIT)方位电阻率成像仪(ARI)超声成像仪(USI)偶极子横波成像仪(DSI)阵列地震成像仪(ASI)组合地震成像仪(CSI)声电组合成像测井(STARTIMAGER)多极阵列声波(MAC)数字井周成像(CBIL)核磁共振成像(MRFL.C)微电阻成像(EMI)声波扫描成像(CACI)成像测井系统及仪器王贵文：[e-mail]成像测井处理方法选择斯伦贝谢公司MAXIS-500ATLANTISFLIP/FRAC-VIEW阿特拉斯公司ECLIPS-5700EXPRESS哈里伯顿公司EXCELL-2000DPP自行研制的图象处理方法(增强.平滑.分割.......锐化.二值.细化.拟合.计算)王贵文：[e-mail]测量原理FMI仪器及极板部分的示意图，FMI有八个极板，每个极板有两排24个电极，八个极板共计192个电极，测量过程中八个极板推靠至井壁，192个电极同时测量，每个电极可测得所在处井壁视电阻率值。随着仪器上提可测得全井段的数据，经过一系列处理，即可获得测量井段纵向上的微电阻率扫描图像。王贵文：[e-mail]的测量方式FMI有三种不同的测量方式：全井眼方式、四极板方式及倾角方式。全井眼方式：八个极板同时工作，这种方式单次下井所获得的井眼覆盖率最高。在这种情况下，井眼覆盖率与井眼直径关系详见图2。四极板方式：只使用主极板，关闭四个辅助极板。对于较熟悉的地层不需要更详细的资料时，使用这种方式可以提高测井速度，降低采集成本。倾角方式：与SHDT完全相同，每个极板只打开两个电极，四个极板共八个电极，测量结果为8条视电阻率曲线。图2王贵文：[e-mail]电阻率成像测井的技术指标规格及技术指标EMIFMISTAR-Ⅱ(电阻率)连接长度(in)288.95316368.4重量(in)496465600关腿直径(in)555.5最小井眼(in)6.256.256.5最大井眼(in)21.021.016.0最大压力(psi)200002000020000仪器大小和性能最大温度(°F)350350350井别裸眼井裸眼井裸眼井泥浆类型水基水基水基测井速度(ft/h)180018001200井眼状况仪器是否居中居中居中居中传感器类型微电阻率电极微电阻率电极微电阻率电极钮式电极数150(25/极板)192(24/极板)144(24/极板)垂直分辨率(in)0.20.20.2硬件特征井眼覆盖率(8.5in)60%80%60%王贵文：[e-mail]由固定在仪器上的一个旋转换能器发射超声脉冲，脉冲在井筒液体中传播到达井壁，其中一部分能量被反射回原来的换能器，记录接收到脉冲的幅度和双程旅行时间。CAST具有可变的转速和可选的环形采样率，同时，垂直采样率也是可选的。CAST工作原理王贵文：[e-mail]声波成像测井仪的技术指标规格及技术指标CASTSTAR-Ⅱ(声波)连接长度156in(3.96m)194.7in(4.71m)重量251b(113.8kg)270b(122.4kg)关腿直径3.625in(92mm)3.625in(92mm)最小井眼4in(102mm)5.5in(139mm)最大井眼17in(432mm)16in(406mm)最大压力20000psi(137.9Mpa)20000psi(137.9Mpa)仪器参数最大温度400°F(204℃)400°F(204℃)井别裸眼井或套管井裸眼井或套管井泥浆类型水基或油基水基或油基中心频率350kHz320kHz/测井速度20ft/min10ft/min工作条件井眼覆盖率100%100%水平500点/周250点/周垂直120周/ft60周/ft图像分辨率扫描速度1080周/min720周/min王贵文：[e-mail]成像测井资料处理技术电成像声成像深度及速度校正数据规一化发射电压校正死电极校正数据刻度图像加强拾取层理、裂缝、裂缝参数计算（FMI）FMI、EMI、STAR—II数据加载CAST、CBIL数据加载深度及速度校正数据规一化王贵文：[e-mail]-EMI对比图FMI、EMI透镜体清晰地反映出来王贵文：[e-mail]与STAR-II对比图石南7井FMI--STAR-II成像对比图FMI、STAR-II：裂缝形态、产状发育程度反映是相同的王贵文：[e-mail]、EMI、STAR-II在测量原理是相同的，资料处理上是相同的。对比分析认为，无论是STAR—II或是EMI反映地层地质信息的能力与FMI基本相同，诸如层面、裂缝及颗粒大小和结构等地质信息都能清晰的反映出来。唯一不同的是FMI的覆盖率较高。王贵文：[e-mail]成像测井解释评价方法成像测井解释评价方法层次1图像直接解释层次2常规测井约束解释层次3岩心约束解释层次4图像综合解释解释层次解释层次区域地质背景地质概念模式常规测井解释岩心观察描述岩屑录井资料构造研究沉积学研究储层研究取心井段图像标定岩性—图像关系模式建立未取心井段图像外推解释地层精细划分岩性解释孔洞发育带假象图像剔除典型地质现象初步解释约束条件约束条件解释目标解释目标在对大量的井壁成像测井资料解释的基础上，总结了一套循序渐进、由浅入深、由分析到综合的、分层次展开的成像测井资料解释方法。王贵文：[e-mail]一、井壁成像测井仪器、资料处理解释一般特点二、井壁成像测井资料分辨率下限实验考查三、井壁成像测井资料的基础地质解释四、井壁成像测井地质解释模型五、井壁成像测井地质应用提纲王贵文：[e-mail]*成像测井资料--用阵列或扫描方法测量记录井壁或井周岩石物理性质的二维或三维分布--数字图像*研究的方法：建立地质模型研究成像测井对地质事件的几何分辨率和物理分辨率研究成像测井数字图像的异常信息分析方法探索地质事件的标识技术（模版匹配、模式识别及数字仿真）。*目标：对电学和声学成像测井在地质响应实验、图像分析、地质解释应用三个层面上开展研究，建立成像测井地质解释的理论和方法体系。发挥成像测井在评价复杂非均质油气藏的特殊作用。王贵文：[e-mail]*建立岩心电阻率扫描成像测量装置、开展岩石样品电阻率扫描测量并通过理论计算及数学仿真、研究、地质事件（缝、洞）的响应机理。*建立岩心样品声波反射扫描成像测量装置、开展式样上地质事件声成像扫描测量及理论计算、研究声成像资料的地质响应（尤其对裂缝的响应）*研究成像测井资料的去噪方法、图像分析方法*研究成像测井识别裂缝、沉积构造、孔隙结构等方法的解释模式和解释模版王贵文：[e-mail]广泛调研电学和声学扫描和阵列成像测井方法、仪器和成果处理技术的信息资料，深入分析我国各油田典型成像测井数字图象资料及定性解释成果，明确了利用成像测井资料可识别的过井筒地质事件为：*薄层及微细层（厚度为0.01m—0.1m）*断层、褶皱*裂缝（足够的延伸长度，开度0.01mm）*沉积构造（层理等）*孔隙（直径0.1mm）洞穴（直径2mm）上述在事件的识别上主要应用全井眼微电扫描测井（FMI）及超声波反射扫描测井（CBIL），图像资料识别的精度取决于对上述两种仪器响应地质事件的几何分辨率及物理分辨率以及图像重构和边缘信息提取方法的研究。解释的可信性和有效性取决于用地质刻度测井方法建立解释模式和图版。王贵文：[e-mail]2.2.１１模拟模拟FMIFMI测井仪设计研制了岩心微电扫描成像测量系统测井仪设计研制了岩心微电扫描成像测量系统•岩芯夹持器的机械设计包括五个部分：1．供电与回路极板；2．绝缘极板；3．固定支架部分；4．滑动部分；5．标准件、通用件。•主要考虑抗压强度、防腐蚀、导电性、绝缘性、岩样可控移动要求和尽量使用标准件、通用件的要求。•机械设计图纸共有二三十张，右边仅给出岩样夹持器装配图王贵文：[e-mail]•岩芯微电扫描成像系统主要由岩芯夹持器、微机、信号源、直流稳压源、输出级、输入级、接口电路和几个接口卡组成。它的集成包括系统的硬件连接、数据采集、系统控制及其软件编程几部分。•系统的硬件连接主要有64个钮扣电极到输入级的连接和数字输出/输入口与输入级之间的地址控制线的连接。这两个连接的正确与否关系到64个钮扣电极的编号和几何位置的对应关系，因此该工作必须通过整机调试运行来帮助完成。•系统软件包括数据采集、系统控制、数据处理及图象显示等功能。该系统的钮扣电极阵列为8×8，理论几何分辨率为5mm，制作5个人工岩样，尺寸为8×8×3cm，其中第4号样品上制作了一条宽为0.2cm，深度为1.5cm的水平缝，缝内充填电阻率为0.01Ω·m的物质，基块电阻率为30.3Ω·m，样品孔隙中饱和4.5Ω·m的NaCl溶液。王贵文：[e-mail]岩芯微电扫描成像(a)φ=10%(b)φ=15%(c)φ=23%(d)φ=23%(fracture)(e)φ=30%φ=15%新φ=20%新φ=25%新五块样品进行扫描测量并重构图像上可以明显看出缝．洞的存在，也即在对比度为1：3000的条件下用FMI可以测量出来。王贵文：[e-mail]为了进一步研究FMI对裂缝和孔洞的响应编制了一个FMI电极阵列的仿真计算程序，用有限元法求解三维空间条件下FMI钮扣电极测量的电阻率值，并进行图像重构处理。同时研究了不同对比度、不同径向延伸条件下裂缝和洞的几何分辨率，主要结论是：*在对比度不小于5的条件下，FMI对缝和洞的响应可达1mm。*缝、洞的径向延伸深度、充填物的电阻率与岩石电阻率的比值（对比度）对FMI测量结果存在影响且对比度影响较大。*成像图上检测器的孔洞尺寸与模型真实尺寸（相当于实体尺寸）之间存在线性关系，是1：5像素单位（即扩大5倍），而裂缝宽度的响应则是非线性的,自1：30像素单位到1：8像素单位（缝越小比例越大）上述实验设备及仿真计算器成果在国内和国外同行中还没有查到先例。王贵文：[e-mail]仿真结果与实验结果比较•从仿真结果与实测结果的对比中可以看出，二者均检测到裂缝，大小也差不多，因此，可以说，这两种途径得到的结果是一致的。这也相互验证了岩芯微电扫描成像系统及其仿真软件的正确性。（A）实验结果(B)对比度分别为3000，100，10的仿真结果王贵文：[e-mail]图像重构实例（A）箱型插值（B）阶梯形插值（C）线性插值（D）抛物型插值（E）三次样条插值（F）AKIMA插值王贵文：[e-mail]孔洞的定量关系•对前面具有缝洞的且径向延伸不是无穷远的成像图中的孔洞进行检测，测得四个孔洞的半径分别为5.24、11.22、20.48和24.91个象素单位。真值与测量值之间的对应关系如右图所示。由图中可以看出，真值和测量值之间有很好的线性关系。王贵文：[e-mail]裂缝的定量关系•模型裂缝张开度取1、2、4、6、8和10mm六种情况。检测到的图像裂缝张开度分别为28.0、28.3、40.6、46.0、46.0和78.0个象素单位。将这些数据点在同一张坐标