FMI成像测井解释方法及应用

李全厚，裴警博

(东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318)

FMI是最先进成像测井技术之一，是由斯伦贝谢公司研制的微电阻率扫描成像测井仪，仪器工作时记录了很多条微电阻率曲线，这些曲线反映了极板所扫过的地层的电阻率的变化特征，具有非常高的采样率和分辨率，可覆盖80%的井壁.经过数据处理和图像处理，将这些微电阻率曲线转换成图像，即FMI图像，其外观类似于岩心剖面，颜色的深浅表示电阻率的大小，电阻率越低，颜色越深.很适合用于识别裂缝、分析薄层、储层评价和沉积学研究[1]，具有常规测井无法比拟的优势，在复杂油气储层的解释评价中发挥着越来越重要的作用.

1 FMI基本原理

1.1 仪器结构

FMI仪器有四个臂，每个臂上有一个主极板和一个折页极板(仪器外形结构如图1，极板结构如图2)，每个极板上有两排电极，每排有12个电极(上下电极互相错开)，上下两排电极之间距离0.3英寸，电极之间的横向间隔0.1英寸，主极板和副极板之间的垂向距离为5.7英寸.共计有4×2×2×12=192个测量钮扣电极，直接记录每个电极的电流强度及所施加的电压，再由仪器系数换算出反映井壁四周的地层微电阻率.深度采样间隔为0.1英寸，探测深度为 2英寸，仪器在测量深度方向和径向的分辨力均为0.2英寸，测井数据只是部分覆盖井壁，对于8英寸井眼的覆盖率为80%.

图1 仪器外形结构

图2 极板结构

1.2 测量原理

FMI仪器的测量原理如图3所示，下部电极(包含极板和测量电极)和上部返回电极(金属外壳)之间保持一个已知电位差，它们之间用绝缘体隔开，这样保证电流从下部电极经过地层返回上部电极，在测井过程中，借助液压系统，各个测量极板紧贴井壁，外加电压驱使低频交流电从极板上的小电极通过导电泥浆流向地层，经过地层到达仪器上部的金属外壳形成回路，由于极板周围电位基本相同，沿着井壁方向产生了等电位面，同时对极板和测量电扣施加同极性的电流，同性相斥的原理使得极板电流对测量电流起到了聚焦的作用，确保测量电流以最佳角度流入地层，由于测量电扣接触的岩石成分、结构及所含流体的不同而引起电流的变化，记录下变化的电流即反映出井壁附近地层的电阻率的变化.

图3 测量原理

2 FMI图像分析

2.1 图像的生成

测得的192条微电阻率曲线经过主副极板上四排电极的深度对齐、平衡处理、加速度校正、标准化、坏电极处理、图像生成等一系列步骤得到FMI图像.通常首先计算出微电阻率资料的频率直方图，然后把它们分成42个等级，每个等级具有相同的数据点(这使得每种颜色在最终图像上具有相同的面积)，42个等级对应着42种颜色等级，从白色(高电阻)到黄色，一直到黑色(低电阻).或者由灰色变化到褐色，直观地反映地层电阻率的变化，从这些测量信息中，可提取井壁周围地层的信息

2.2 图像的类型

FMI可提供三种图像：

1)静态平衡图像，该类图像全井段统一配色，每种颜色代表着固定的电阻率范围，因此反映了整个测量井段的相对电阻率变化.

2)标定到浅侧向的静态图像，它是专门为了计算裂缝宽度等参数设计的，标定后的静态图像不仅反映井段微电阻率变化(不是相对变化)，而且与浅侧向测井值对应，可用于岩相分析和地层划分.

3)动态加强图像，它是一种在用户选定的滑动深度窗口内(通常不超过3英尺)，重新进行颜色刻度，突出局部井段电阻率变化，使得图像显示更详细的局部静态(全井段内动态)的图像显示方法.此时颜色更能揭示各种地质事件，如结构、构造、裂缝、结核、粒序变化、层理等，但此时颜色不再与电阻率具有一一对应关系，解释时需特别注意.

2.3 图像的模式

FMI图像的颜色、形态能充分反映地质、地球物理信息，可以结合区域地质资料刻度FMI资料，建立起标准图像模式，分类如下：

1)按照颜色不同，可分为：亮色、浅色、暗色和杂色.

2)按照形态不同，可分为：段状模式、条带状模式、线状模式、斑状模式、杂乱模式、递变模式、对称沟槽模式、空白模式、规则条纹模式和不规则条纹模式.

3)按照有无地质意义的形态模式[2]可分为两种：

a)有地质意义的模式，包括段状模式、条带状模式、线状模式、斑状模式、杂乱模式、递变模式、对称沟槽模式；

b)无地质意义的模式，包括空白模式、规则条纹模式和不规则条纹模式.

3 FMI图像的应用

FMI图像比常规测井曲线直观得多，在岩性识别、裂缝评价、薄层划分、复杂储层评价、地应力分析等有明显的优势，对油气勘探开发意义重大[3].

3.1 判断岩性及划分砂泥岩薄互层

不同岩性的电阻率不同，因此在FMI图像能判断泥岩、砂岩和砾岩等岩性.通过实践发现，FMI图像识别颗粒较粗的岩性效果很好，但识别较细的岩性效果不明显，这就需要结合常规测井资料，以得到更准确的结论.

1)泥岩

泥岩在图像上为黑色，因为泥岩的电阻率很低，如图4；但泥岩颗粒很细，需要结合常规测井曲线，才能识别更准确，比如：自然电位与基线基本重合，自然伽马值高.

2)砂岩

砂岩由碎屑岩、基质和胶结物组成，因此图像中显示为浅色或白色的点状，如图4；常规测井曲线上，自然伽马、电阻率、密度值较高，自然电位的异常幅度较大，声波时差值较低.

3)砾岩

砾石电阻率高，但充填物和胶结物电阻率低，因此图像中显示为亮色斑点，斑点有大有小，反映砾石大小不等，如图5.常规曲线上，自然电位幅度较低，电阻率和密度值较高，声波时差值较小.

在岩性划分的基础上，FMI纵向分辨率非常高，能识别出5 mm的薄层，不同颜色和特征的界面就是地层界面，很容易识别，所以能有效地划分薄互层.

图4 砂岩、泥岩

图5 砾岩

3.2 裂缝识别

FMI图像类似于岩心照片，使裂缝识别变得更加直观和深化.通过图像可以对裂缝的产状、类别、有效性、裂缝参数及分布格局进行深入细致的研究.

井壁上的裂缝[4]分为天然裂缝和诱导裂缝.

3.2.1 天然裂缝

1)按照产状，可分为水平裂缝、垂直裂缝和斜交裂缝.

a)水平裂缝呈水平电导率异常；

b)垂直裂缝呈两条垂直的电导率异常；

c)斜交裂缝的电导率异常为正弦波形，依据正弦波的高点和低点的深度和在展开图上的方位可确定裂缝的倾角和方位.

2)按照成因可分为:由构造作用形成的开启裂缝、闭合裂缝；成岩作用和压溶作用形成的收缩裂缝、缝合线.

a)开启裂缝常充填泥浆，电阻率较低，在FMI图像上显示为深色线条，见图6；

b)闭合裂缝常充填其他矿物，电阻率较高，在FMI图像上显示为浅色线条，见图7；

c)收缩裂缝无固定充填物质，在FMI图像上颜色不固定，如图6；

d)缝合线在FMI图像上显示为深色线条，近似正弦曲线，缝合面呈锯齿状，见图8.

3.2.2 诱导裂缝

诱导裂缝有三种，即钻井过程中重钻井液与地应力不平衡造成的压裂缝和应力释放缝、由于钻具震动形成的震动裂缝.

1)压裂缝在FMI图像上显示为暗色线条，以180°或近于180°之差对称地出现，以一条高角度张性缝为主，在两侧有羽毛状的较细的剪切缝，如图9.

2)应力释放缝在FMI图像上呈高角度羽毛状，缝面规则.

3)震动裂缝在FMI图像上很细小，成组出现，形态相似，犹如羽毛状.

4 构造特征分析

地下的构造中，褶皱、断层、层理、层面构造和同生变形构造是最常见的，它们使地层发生错动或变形，这些特征在FMI图像上都有直观、清晰的显示.

褶皱的特征是地层产状连续、有规律地变化，小规模的褶皱在FMI图像上显示为穹隆状、箱形或扇形，可以直接识别出来.较大规模的褶皱在图像上不能直接识别，需要结合裂缝和地层的产状关系才能识别出来.

图6 开启裂缝、收缩裂缝

图7 闭合裂缝

图8 缝合线

图9 压裂缝

断层在图像上的特征是断层面处，地层发生错动，断层两盘有明显的位移，相同厚度的地层不连续，或两盘岩性突变，见图10.

层理在图像上通常是一组互相平行(或接近平行)的电导率异常，而且异常的宽度窄而均匀，很有规律，通常低角度或水平，它能直接反映沉积时的水动力条件，是沉积环境的标志之一.常见的有水平层理、交错层理、波状层理和透镜状层理等，见图10～12.

层面构造，最常见的是冲刷面，在图像上通常上覆地层为浅色，下伏地层为深色，接触面凹凸不平，而且在井径曲线冲刷面处变大或变小.

同生变形构造，最常见的是包卷层理、负载构造和滑塌构造.在图像上，包卷层理特征最明显，纹层成圆形、半圆形、椭圆形，甚至近圆形等不规则形状，见图13.

4.1 沉积学研究

图10 断层、水平层理

图11 交错层理

图12 波状层理

图13 包卷层理

FMI图像可直观识别出岩石颗粒大小、结构、粒序特征和层理类型，根据这些沉积特征，可以划分沉积相[5]，分析沉积环境[6].再根据解释出沉积特征(层理、冲刷面等)，可以计算地层的方位，经过构造和倾角校正，可以推测出沉积相的展布和几何形态，很利于进行连井相对比和平面相展布分析，预测有利相带的分布.

4.2 地应力分析

在钻井过程中，造成地应力和岩石应力的不平衡，会出现井眼崩落和产生诱导裂缝.在FMI图像中，可以根据它们类型和发育方位来分析地应力方向[7].一般井眼崩落的方位是最小主应力方位，发育诱导裂缝的方位是最大主应力方位.

5 结 语

FMI作为新一代的成像测井技术，解决了很多常规测井无法解决的问题，可以直观地识别各种岩性、构造特征，在研究裂缝性油气藏和非均质性油气藏更有独特的优势，广泛应用于油气勘探开发，取得了非常好的效果.

与此同时，FMI也存在一些问题，如费用太高，测速慢，在不导电地层会漏测，井眼不规则时测量效果不太好，有时识别地质特征存在多解性等.相信通过技术水平的提高[8-9]，FMI会取得更好的效果，在油气勘探开发中发挥更大的作用.

参考文献：

[1] 吴文圣. 地层微电阻率成像测井的地质应用[J].中国海上油气, 2000, 14(6) : 438-441.

[2] 徐晓伟. 能够解决地质问题的成像测井新技术[J]. 国外测井技术，2005，20(3): 10-12.

[3] 熊 伟, 运华云, 赵铭海, 等. 成像测井在砂砾岩体勘探中的应用[J]. 石油钻采工艺, 2009, 31(增刊1): 48-52.

[4] 贺洪举. 利用FMI成像测井分析井旁构造形态[J].天然气工业, 1999, 19(3) : 94-95.

[5] 孙鲁平, 首 皓, 赵晓龙, 等. 基于微电阻率扫描成像测井的沉积微相识别[J].测井技术, 2009, 33(4) : 379-383.

[6] 闫建平, 蔡进功，赵铭海, 等. 电成像测井在砂砾岩体沉积特征研究中的应用[J] .石油勘探与开发, 2011, 38(4) : 444-451.

[7] 周伦先．成像测井技术在车镇凹陷地应力研究中的应用[J]．新疆石油地质，2009，30(3)：369-372．

[8] 李清松, 潘和平, 张 荣. 电阻率成像测井进展[J].工程地球物理学报, 2005, 2(4): 304-310.

[9] 张斌弛，马世忠，刘 鈺.P油田H油组参数解释研究[J].哈尔滨商业大学学报：自然科学版，2014，30(2)：211-214，228.