FMI成像測井技術與質量控制

馬 燕，陳小東

(川慶鉆探工程有限公司測井公司 重慶 400021)

0 引 言

隨著油氣勘探開發的不斷深入，油氣藏勘測對象越來越復雜，不僅儲層深度越來越大，目的層溫度也越來越高，而傳統的STAR-Ⅱ、XRMI等電阻率成像測井儀由于儲量參數解釋精度不高，已難以滿足復雜地質環境的儲藏識別需求。

斯倫貝謝公司的全井眼微電阻率電成像測井儀器(FMI)具有動態范圍寬、分辨率高和耐高溫等技術特點，在高溫高阻地層測井效果相比STAR-Ⅱ和XRMI電成像儀器，優勢極為突出。

1 FMI測量原理

FMI由絕緣短節將儀器串分為上下兩大部分，上部稱為上部電極，下部稱為下部電極，下部電極又包含極板和測量電極兩部分。測井時，液壓系統將各個測量極板推至井壁，外加發射電壓驅使16 kHz低頻交流電從極板外殼和極板上的鈕扣電極通過導電泥漿流向地層，再經過地層到達儀器串上部電極形成回路。由于同一時刻極板外殼和鈕扣電極發射電流極性相同，同極性相互排斥的物理特性使得極板外殼電流對鈕扣電極電流起到了屏蔽聚焦作用，從而確保鈕扣電極電流以更深的路徑進入地層。地層巖石成份、結構及所含流體的不同會引起鈕扣電極電流的變化，測量鈕扣電極電流和發射反饋電壓即可確定地層電阻率[1]。FMI測量原理如圖1所示。

圖1 FMI測量原理

2 FMI電纜通信模式

測井七芯電纜共有七種不同的信道連接方式，即T1～T7 七種模式。FMI 采用T5、T7模式進行數據通信和傳輸，數據通信及傳輸模式原理如圖2所示。

圖2 FMI電纜通信模式

電纜纜芯2 和6 及纜芯5 和3 在電纜兩端通過兩個模式變壓器采用T5模式傳送上行數據，上傳速率為1 Mbps。兩個模式變壓器的中心抽頭對纜芯10(Armor，電纜鎧皮)通過共模方式傳輸150 VAC井下探頭電源。電纜纜芯7對10通過模式變壓器采用T7模式下傳指令，下行傳輸速率為9 kbps。電纜纜芯1 和4 用來傳送250 VAC井下電子線路電源，纜芯1和纜芯4電源變壓器中抽對纜芯10用來傳輸0～175 VDC發射電源和繼電器控制所需的電源。下井儀器之間采用EFTB總線進行半雙工通信和數據傳輸[2]。

3 FMI技術指標及儀器組成

3.1 技術指標

FMI分全井眼模式、四極板模式(小井眼)、傾角模式和井徑井斜方位模式四種工作模式。全井眼模式下，探頭四個推靠臂的每個推靠臂上有一個主極板和副極板，主極板和副極板上下相互錯開。每個極板上的電極陣列包括兩排鈕扣電極，每排12個，兩排電極縱向間距為0.3 in(1 in=25.4 mm), 相鄰兩個電極橫向間距為0.2 in，單個鈕扣電極直徑為0.16 in。FMI主要技術指標見表1。

3.2 儀器組成

FMI測井儀器串組合從上到下依次為EDTC遙測通訊短節,FBPC電源短節,AH287絕緣短節,AH320柔性短節,FBAC采集控制線路及FBSS機械液壓探頭，共計6支儀器。

表1 FMI主要技術指標

(注：1 ft=304.8 mm)

3.2.1 EDTC

EDTC為遙測通訊短節，其主要功能就是負責地面與井下以及井下儀器之間的通訊和數據傳輸。

3.2.2 FBPC

FBPC是電源短節。為了降低FMI井下采集控制線路FBAC的內部溫度，提高下井儀器串的溫度性能，FMI將井下電源設計在FBPC內部。FBPC包含FBPC001～FBPC004共5個電源模塊。FBPC001為EMEX發射控制電路、井斜方位傳感器及井徑電位器提供電源；FBPC002為數據采集處理電路、通訊及控制電路提供電源；2個功能一樣的FBPC003電源模塊為極板提供電源；FBPC004為極板保護電路提供電源。

3.2.3 AH287

AH287是絕緣短節，其作用是使FMI探頭發射電極(下部電極)與接收電極(上部電極)之間相互隔離，以確保探頭發射的EMEX電流通過地層之后返回到上部電極，實現閉合回路。測井之前必須確保AH287的絕緣電阻大于100 MΩ(500 VDC)。

3.2.4 AH320

AH320是柔性短節，其作用是使儀器串在井下保持居中，實現居中測量。組合儀器時，應盡量將AH320柔性短節組合在距離FMI井下采集控制線路FBAC最近的位置。

3.2.5 FBAC

FBAC是井下采集控制線路，內部包含井斜方位傳感器及DSP處理模塊。井斜方位傳感器實現井斜方位原始信號測量； DSP處理模塊用于數據通訊、采集及處理。

3.2.6 FBSS

FBSS是井下探頭，由控制電路板、液壓控制系統和機械推靠裝置三部分組成。機械推靠部分有4個推靠臂。全井眼模式下，每個推靠臂上有1個主極板和1個副極板，共計8個極板；四極板模式(小井眼)下，每個推靠臂上只有1個主極板，共計4個極板。

4 FMI測井質量控制

FMI測井質量控制[4]由下面幾個部分組成。

4.1 極板貼靠

FMI測井過程中，如果極板貼靠不好，會造成測井資料模糊，其主要原因有：

1)井眼小，極板曲率不合適；

2)井徑沒有完全打開或者極板壓力不合適；

3)儀器不居中。

解決措施：

1)換用適用于井眼曲率的極板；

2)開腿時，讓探頭輔助電源“Aux Ac”的有效供電時間大于20 s；根據井況調整極板壓力。在儀器串拉力正常的情況下，建議按表2調節極板壓力。

表2 極板壓力推薦值

3)儀器串中加接AH320柔性短節，并確保柔性短節工作正常。

4.2 測速

測井速度直接影響采樣精度，FMI測井速度依工作模式而定。當井況復雜時，還需依井況調整測速，但要獲取好的測井資料，在條件許可時，盡量不要超過不同工作模式下的最大測速。FMI不同工作模式與測速對應關系如表3所示。

表3 FMI測速

4.3 不規則井眼

FMI測井過程中，如果儀器串遇卡，測井資料會出現斑點、斷點甚至馬賽克，其原因主要有：

1)井壁不規則，如垮塌、螺旋形井眼等；

2)極板壓力過大。

解決措施：

1)降低測井速度；

2)減小極板壓力。

如果僅僅是極板遇卡嚴重的話可以使用加速度校正解決，但是當整串儀器摩阻較大而頻繁遇卡時，則很難通過后期處理解決。

4.4 低信噪比

FMI測井時，如果信噪比較低，成像圖的清晰度會降低，其主要原因有：

1)泥漿里油含量較高或堵漏添加劑、瀝青等成份較多；

2)井下發射電壓EMEX或增益GAIN不合適；

3)儀器故障。

解決措施：

1)詳細了解泥漿成分，必要時調整泥漿；

2)監視鈕扣電極平均計數率FBAVN隨測井深度的變化，如圖3所示。適時調節地面直流發射高壓DCHV及井下GAIN值，使FBAVN盡量保持在200～600，防止出現計數率飽和或沒有計數率的情況。直流發射高壓DCHV盡量保持在30～130 V，DCHV小于30 V時要降低GAIN值，DCHV大于130 V時要提高GAIN值，確保較高的信噪比。

圖3 鈕扣電極平均計數率FBAVN與測井深度DEPTH采樣分布

3)對發射電壓測量值EV、發射電流測量值EI值分布進行監測，如圖4所示。EV與EI的比值EV/EI可反映AH287絕緣短節兩端泥漿柱的阻抗變化情況。正常情況下，EI保持在0.1～5 A,EV保持在0.2～10 V。以1 Ω負載為分界線，當EV/ EI<1時，表明AH287絕緣短節兩端負載較大；當EV/ EI值在左右時，預示AH287絕緣可能損壞或AH287外部玻璃鋼局部缺失。

圖4 發射電壓測量值EV與發射電流測量值EI采樣分布

井下發射電壓EMEX還受8個傾角鈕扣的調節，一旦50%的傾角鈕扣為死電極之后，則需要手動調節EMEX值，因此測井過程中建議使用自動增益和手動EMEX模式。

4.5 鏡像

FMI測井過程中，如果極板內部電路板絕緣不好而造成硬件如極板內的多路轉換器故障時，就會產生極板數據“鏡像”錯誤，其主要原因有：

1)極板缺油或者油質差；

2)極板密封膠囊損傷。

解決措施：

1)使用標準型號的“47V100”硅油填充極板；不能使用具有腐蝕性的溶劑清洗極板內部電路；

2)確保極板密封膠囊完好無損；定期檢查極板密封膠囊壓板固定螺絲及極板磨損情況。

測井狀態下，如果鏡像錯誤無法消除，則需通過后期處理剔除鏡像鈕扣電極。必要時，需對儀器進行檢修，排除故障。

5 結束語

FMI成像測井資料可以準確地判斷裂縫、溶蝕孔(洞) 發育的層段和發育程度,是碳酸鹽巖目的層評價裂縫的有效方法之一，同時它在巖性識別、沉積相分析、構造解釋等方面有得天獨厚的優勢。利用FMI成像資料還可以研究地層的產狀, 確定地層水平主應力方向, 為定向射孔和酸化壓裂提供依據[5]。

相比于STAR-Ⅱ和XRMI電成像儀器，FMI動態范圍寬，分辨率高，而且高溫性能好，特別適用于高溫環境下的高地層電阻率與低泥漿電阻率井眼測井，尤其是在大斜度井、水平井和各種復雜井眼條件下，FMI在裂縫、溶孔、孔洞等儲層識別方面優勢明顯，極具推廣價值。

[1] 任建華，彭美霞. FMI成像測井在江漢的應用效果分析[J].江漢石油職工大學學報,2003.16(3):42-43.

[2] Schlumberger.EDTC Operation Reference Manual[Z].2013.

[3] Schlumberger.FBST-E Maintenance Manual[Z].2015.

[4] Schlumberger.FBST E Operation Reference Manual[Z].2015.

[5] 張宇曉. FMI 成像測井資料在塔中卡1區塊的應用[J].中國西部油氣地質,2006.2(4)：433-434.