增强型微电阻率扫描成像测井仪及其应用*

赵晓鸿，夏竹君，付 琛，胡向阳，张兰江

(1.中海油田服务股份有限公司油田技术事业部 河北 廊坊 065200； 2.中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司 广东 湛江 524057；3.中海石油有限公司湛江分公司 广东 湛江 524057)

0 引 言

2010年中海油服成功研制出了增强型微电阻率扫描成像测井仪Enhanced Resistivity Micro Imager，简称ERMI,2011年实现了产业化，目前已在国内外诸多油田进行了现场作业。该仪器把地层岩性、物性变化以及层理、孔洞、裂缝等特征，通过高分辨率阵列岩石电阻率扫描，形成彩色的井壁二维视电阻率图像，方便地质学家观看、分析、研究[1]。近几年该技术在南海西部得到了推广应用，效果较好。

1 测井原理

ERMI仪器测量原理如图1所示。下部的推靠器发射交变电流，流过井内泥浆和地层,回到顶部的回路电极。测井过程中，推靠器、极板体等金属起着聚焦电极作用，使极板中间的阵列电扣流出的测量电流垂直进入地层。借助仪器马达的推力，6个极板紧贴井壁，聚焦电极和阵列钮扣电极向井壁地层发射同极性的电流，聚焦电极发射的电流对钮扣电极的电流起着聚焦作用，电极流出的电流以扫描测量方式被记录下来。由于钮扣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，电流的变化反映了井壁各处岩石电阻率的变化。地面软件对电流经适当的处理可刻度形成彩色的井壁二维视电阻率图像，浅色代表高电阻率，深色代表低电阻率[2]。

图1 ERMI仪器测量原理图

2 测井仪特点

2.1 仪器组合

仪器组合从上至下依次为：马龙头+防转短节+电源适配短节+张力短节+遥传短节+绝缘短节+自然伽马短节+方位短节+微电阻率扫描仪，连接时在电子线路与推靠器连接处需套上琉璃钢两对半。

2.2 仪器特点

1)推靠器特点

自上而下包括上部连接、动力、推靠臂、下部连接和压力补偿等五部分，负责完成6个极板的推靠。其上部金属外壳的外面增加了玻璃钢管，可以屏蔽电流，杜绝干扰。

2)极板特点

ERMI共有5个成像极板，每个极板成60°排列。每个极板上有25个电扣电极，上排13个，下排12个，两排相距0.3 in(1 in=25.4 mm)，相错0.1 in，每个电极都是直径为0.16 in的金属电扣和0.24 in的绝缘环组成，如图2(a)所示。电极之间采用分立绝缘环，有益于信号聚焦，达到0.2 in的分辨率。

3)电扣特点

极板上的每个电扣都是由一个10 Ω的电阻与极板相连，极板以及推靠器下端的金属部分作为屏蔽电极发射出屏蔽电流，使电扣电流只能垂直发射进地层中，提高精度。

4)六臂极板特点

6个极板的推靠臂机械结构是独立的，大大减小了井眼不规则或仪器不居中的影响；能够确保仪器与井眼中心轴保持平行，在椭圆形的井眼中也能保证极板与井壁贴靠良好,如果仪器居中不好时也能使极板与井壁间的距离达到最小。另外这六个极板还能提供更准确的井斜信息、井眼结构、井眼体积和6条井径曲线；通过每个极板13号电扣(图2(b))还能计算井壁电阻率等。

图2 ERMI仪器极板示意图

2.3 辅助结构

1)柔性短节

在大斜度井中，在转弯处可能遇卡，为了提高测井成功率，在仪器串中增加柔性短节。连接在方位短节之上自然伽马短节之下，这样不影响方位短节计算ERMI成像仪器的方位。

2)扶正器

仪器组合增加了两个橡胶扶正器，尺寸小于待测井眼直径1 in，分别绑在方位短节中部和ERMI仪器底部，在大斜度井中可在方位短节中部或上部再安装弹簧扶正器，确保仪器居中效果。

2.4 技术参数

1)仪器规格

仪器串总长8.46 m，总重量267.35 kg，仪器外径127 mm，最高耐温175 ℃，最大耐压137.9 MPa。

2)井眼条件

井眼斜度0～90°，井眼直径0.152 4～0.533 4 m，井内流体为水或水基泥浆。

3)微电阻率

推荐测速6 m/min，最高测速7.2 m/min，垂直分辨率0.005 08 m，探测深度0.10 m。

2.5 微电阻率刻度

ERMI可以利用每个极板13号电扣的数据生成6条电阻率曲线。刻度方法是通过测量5 kΩ的电阻模拟出0.45 Ω·m的地层电阻率。将刻度电阻盒安装在1号极板上，保证刻度盒上针与电扣接触良好。将电流回路线一端与ERMI电子线路上端金属部分紧密连接，另一端接入电阻盒，构成一个电流回路，将5 kΩ的电阻排接入电阻盒中，刻度1号极板。同样方法刻度其它极板。

3 技术优势

3.1 优势技术

ERMI微电阻率成像测井仪器经过多年的研究和改进，已达到STAR、FMI等成像技术水平，其优势技术如下：

1)增加地层激励信号源：一般条件仪器是由内部电源供电的，但当地层电阻率远高于泥浆电阻率时，则可采用外部激励电源供电，大幅度提高发射功率，大大提高微电阻率的测量准确度和图像清晰度。

2)极板信号数字化：在极板内部对待测信号进行数字化，再进行数字传输与数字相敏检波，大大提高了微电阻率信号测量精度，在井眼条件苛刻的情况下，也可以保证微电阻率图像的清晰度。

3)功能强大的地面系统软件和资料处理解释软件：地面系统软件能实现准确控制井下仪器、保证大数据量通讯传输、测井数据实时成像等。资料处理解释软件能实现测井数据的精细化处理(包括加速度校正、坏电扣剔除、图像均衡化、图像增强等)，使微电阻率图像更清晰，还具有一定的地质解释功能，可自动完成缝洞识别与评价、地层产状评价、储层孔隙度分析、储层厚度分析、井眼形状分析、地应力分析等。

3.2 极板覆盖率

ERMI微电阻率成像测井仪有6个成像极板，每个极板成60°排列。从每个极板上25个电扣得到的微电阻率曲线合成的成像曲线可以显示井壁的地质构造，随着井眼直径增大极板的覆盖率会变小。图3显示了随着井眼直径变化极板覆盖率的变化曲线。

图3 ERMI极板覆盖率变化

4 应用实例

ERMI微电阻率成像测井仪研制成功后，在燕郊和胜利等油田与国际上同类电成像仪器进行过对比测试，结果证明该仪器的成像效果与XRMI、FMI等国际先进仪器基本相当[3]。目前该仪器已经在南海西部进行了多次测试，均获得了合格的测井资料，本文介绍在南海西部识别岩性和划分沉积微相的实例。

4.1 识别岩性

一般情况下，泥岩、粉砂岩(泥质粉砂岩)、细砂岩、中砂岩、含砾中砂岩和砂砾岩等在电成像图的静态图像和动态图像上是有明显区别的，如A井是2017年5月在南海西部完钻的一口探井，完钻井深2 582 m，ERMI微电阻率成像测量井段1 820～2 575 m，共为755 m，在此段进行了旋转井壁取心49颗，将不同岩性的旋转井壁取心图像与深度的ERMI静态图像和动态图像进行对比，泥质粉砂岩特征是静态图像上颜色相对变暗，以黄色为主，动态图像可见明暗相间的砂泥互层，水平层理和波状层理发育，见图4(a)[4]；细砂岩特征是静态图像上颜色变化幅度较大，常见棕色及亮黄色，动态图像上可见块状层理、小型交错层理等，见图4(b)[5]；含砾中砂岩特征是静态图像上呈暗黄色，动态图像可见亮白色的砾石，多见交错层理、块状层理颜色不稳定，可见少量亮斑，见图4(c)；砂砾岩特征是静态图像上呈暗黄色，动态图像显示块状层理发育，也可见大型交错层理，并可见大量亮白色的砾石，见图4(d)。

图4 A井ERMI微电阻率成像图与旋转井壁取心图对比识别岩性

4.2 划分沉积微相

在区域地质背景的指导下，依据成像资料识别出的岩性和沉积构造，结合录井资料及常规测井资料，对本井的沉积相及微相进行划分[6]。图5为B井ERMI成像图识别三角洲平原沉积微相特征。分流河道特征是组成三角洲平原的格架部分，具有一般河道沉积的特征，以砂质沉积为主，多呈向上逐渐变细的正韵律特征。沉积物多呈红褐色等氧化色，粒度较粗、分选差、磨圆度为次棱角-次圆状，岩性以砂砾岩、含砾中砂岩、中砂岩为主，多见块状层理。砂体厚度大，GR曲线多呈箱型。分流间湾特点是低洼地区岩性以泥岩为主，含少量粉砂岩，颜色多呈红褐色等氧化色。GR曲线显示高值，单井垂向上多与分流河道叠置，成像图像多见块状层理等。决口扇特征是洪水期间，河水在天然堤低处溢出或天然堤决口，河水携带泥砂在决口处快速堆积成的扇状堆积物。沉积物分选差、磨圆度为次棱角-次圆状，岩性以红褐色含砾中砂岩为主，多见块状层理。砂体通常较薄，GR曲线多呈漏斗形。

图5 B井ERMI成像图识别三角洲平原沉积微相

5 结 论

中海油服自主研制的ERMI成像测井技术已经成熟，具有高分辨率、高井眼覆盖率和直观可视等特征，成像测井资料可以识别和提供高分辨率的岩性和沉积构造信息,在南海西部岩性识别、沉积构造识别、沉积微相划分、古水流与砂体展布分析等沉积相研究方面发挥了重要作用，有逐步替代国外XRMI、FMI等成像测井的趋势。