【VIP专享】电成像测井方法FMI基本原理
FMI测量原理及基本特点
(1)仪器结构
FMI由4个臂（共8个极板）组成，每个臂包括一个主极板和一个副极板，主极板是主动受力，副极板随主极板活动，并与主极板用弹簧相连，通过弹簧力来保持副极板贴井壁，这种设计的好处是极板可与井壁实现最佳接触。所有极板闭合的最小直径为5英寸，当仪器直径小于6英寸时，副极板被迫折叠于相邻极板之下；极板的曲率固定，曲率半径与8.5英寸井眼相当。
SHDT是地层学地层倾角测井仪。它由四个臂，10个电极组成（其中2个测量电极用于加速度校正），测量8条微电阻率曲线，由于每个极板上并排安装2个电极，电极之间的距离很近，同一极板测量的两条电导率曲线具有更好的相关性，也就是说，地层的同一结构特征可更好地进行纵横向对比，因此，它除了提供地层倾角测量值以外，还用来提取地层结构等方面的信息。
FMI测量原理及基本特点
FMI，英文全称是Fullbore Formation Microimager，中文意为全井眼地层微电阻率成象仪。FMI是斯伦贝谢公司九十年代的产品，它是在地层倾角仪的基础上发展起来的，其产品的发展顺序是：CDM（1955）—HDT（1965）—SHDT（1975）—FMS（1986）—FMI（1992）。
CDM是最早的倾角测井仪，它只有3个臂，测量3条电导率曲线，可用于倾角计算。
HDT是高分辨地层倾角测井仪，一直沿用至今。它由4个臂，5个电极组成（其中1个测量电极用于加速度校正），它获得井周地层4个方位的微电阻率测量值以及井斜测量值和仪器方位记录，最终提供地层倾角、倾向处理结果。测井分析家及地质家最早用它来研究井下构造和沉积相，因其电阻率测量具有高分辨率，能反映地层的微细结构，而且在同一深度点的不同方向有四个测量值，用这四条曲线的横向对比和纵向变化特征来研究岩石的沉积结构，例如用短窗长、高探索角处理的倾角成果来研究沉积层理（水平层理、斜交层理、交错层理、槽状交错层理等），取得了一定的效果，但由于信息量太少，其应用受到很大的局限性。
测井技术基本原理及方法简介2
由六个臂组成，每臂 一个极板，共有6个极 板。每个极板上有25 个钮扣电极，共有150 个钮扣电极。每个电 极阵列包括上下两排 电极，上排12个，下 排13个。
井壁微电阻率图象地质特征提取和地质应用 （1）裂缝识别和评价; (2）进行高分辨率薄层评价； （3）地层沉积环境分析； （4）地层层内结构分析和地质构造解释； （5）帮助岩心定位和描述。 （6）储集层储集类型的分析 （7）地应力和井眼稳定性分析
计算岩石力学参数和岩石破裂压力梯度，为钻井和压 裂酸化提供依据；斯通利波渗透率分析；确定地层的 各向异性；裂缝评价与烃类检测；岩性和岩石特征。
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3、声测井原理及方法
井周声波扫描成像仪USI(斯伦贝谢)、CAST-V(哈里伯顿) 和CBIL(贝克-阿特拉斯)采用旋转式声波换能器对井周进 行扫描，发射出的声波被井壁反射而返回，通过接受超 声脉冲回波与数字成像。对采集接收波的能量和时间等 信息进行处理分析，把结果按井周360°显示，提供全井 眼成像剖面，为地层特性评价和套管井工程评价提供信 息。
井壁声成像测井（USI） (CBIL)、(CAST-V)
井周构造和沉积层序分析；灰岩裂缝与储集类型 分析；地应力和井眼整体性分析；套管内壁的腐 蚀及机械磨损程度分析，还可以检查射孔孔眼。
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3、声测井原理及方法
固井质量评价测井
声幅测井方式，通过记录声波在传播过程中各部分的能量衰减来 判断套管与地层间的水泥交结情况，又称水泥交结测井。套管与 水泥之间的界面称为第一交结面，水泥与地层之间的界面称为第 二交结面，固井质量好的井段两个面的交结均要良好。
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2、电测井原理及方法
断层
溶洞
裂缝
井壁坍塌
3、声测井原理及方法
成像测井简介
成像测井简介第一节、地层微电阻率扫描成像测井地层微电阻率扫描成像测井是一种重要的井壁成像方法，它利用多极板上的多排钮扣状的小电极向井壁地层发射电流，由于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，电流的变化反映井壁各处的岩石电阻率的变化，据此可显示电阻率的井壁成像。
自80年代斯伦贝谢公司的地层微电阻率扫描测井(FMS)投入工业应用以来，得到了迅速的发展，如今已是井壁成像的重要测井方法。
我们知道，微电阻率测井贴井壁测量，探测深度浅而垂向分辨率高，因而对井壁附近地层的电性不均匀极为敏感。
因此，人们利用微侧向测井研究冲洗带和裂缝，利用四条微电导率测井曲线确定地层倾角，识别裂缝，研究沉积相等。
但是，这些微电阻率测井无法确定裂缝的产状，无法区分裂缝、小溶洞和溶孔，这些问题都可由微电阻率扫描测井解决。
１、电极排列及测量原理地层微电阻率扫描成像测井采用了侧向测井的屏蔽原理，在原地层倾角测井仪的极板上装有钮扣状的小电极，测量每个钮扣电极发射的电流强度，从而反映井壁地层电阻率的变化。
通常把电流电平转换成灰度显示，不同级别的灰度表示不同的电流电平，这样就可用灰度图来显示井壁底电阻率的变化。
第一代FMS是在地层倾角测井仪两个相邻极板上装上钮扣状电极，每个极板上装有4排27各电极，共有54个电极，每排电极相互错开，以提高井壁覆盖率。
对8.5in的井眼，井壁覆盖率为20%。
为提高井壁覆盖率，第二代仪器在4个极板上都装有两排钮扣电极，每排8个共16个电极，4个极板共64电极，对8.5in井眼，井壁覆盖率达40%，这种仪器在电极上作了很大的改进，把原来的4排电极改为2排电极，能更准确地作深度偏移。
２、全井眼地层微电阻率扫描成像测井(FMI)斯伦贝谢公司在前述仪器基础上，又研制了FMI。
该仪器除４个极板外，在每个极板的左下侧又装有翼板，翼板可围绕极板轴转动，以便更好地与井壁接触。
每个极板和翼板上装有两排电极，每排１２个电极，８个极板上共有１９２个电极，对8.5in井眼，井壁覆盖率可达80%，能更全面精确地显示井壁地层的变化。
微电阻率扫描成像测井及其应用fmi讲解学习
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、图象生成等一系列步骤 得到FMI图象。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 色在最终图象上具有相同的面积），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。FMI处理可提供三种图象：
4）一套冲积扇、辫状河流相 沉积的砂泥岩、砂砾岩。
本井裂缝、气孔主要集中在流纹岩和凝灰岩中，度垂直裂缝为主，在这条主 裂缝的两侧伴有同生的小的垂直裂缝和斜交裂缝，部分井段呈网状交织在一起， 主裂缝面不规则，锋内部充填的阻凝灰和泥质，主裂缝缝面倾角达80度以上，缝 宽大小不均。气孔较发育，具有一定方向性，大小不均，分布具一定规律，多发 育在3521.0~3625.0m流纹面较高的流纹岩中。
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
FMI主要应用
1、识别岩性（泥岩、砂岩、砾岩、火山碎屑岩、碳酸盐岩、侵 入岩和喷出岩等，确定储集层的位置、厚度和方位等）
2、识别沉积构造， 1）断裂构造，如断层、裂缝（包括开启裂缝、 闭合裂缝、收缩裂缝和钻井诱生裂缝）；2）层理构造，如水平 层理、交错层理、波状层理等等；3）层面构造，如波痕、冲刷 面等；变形构造，如褶皱、包卷层理、滑塌等； 4）生物成因构 造；5）化学成因构造等等。
FMI识别岩性应用实例—火山角砾岩
FMI识别岩性应用实例—白云岩
FMI识别岩性应用实例—角砾状灰岩
FMI识别裂缝应用实例—开启缝与收缩说缝
成像测井方法简介
二、阵列感应测井测量原理
斯仑贝谢公司的AIT阵列感府洲井仪器线圈系采用二线 圈系结构(一个发射，两个接收基本单元)。它运用了两个双 线圈系电磁场叠加原理，实现消除直藕信号影响的目的， 线圈系由八组基本接收单元组成，共用一个发射线圈，使 用三种频率 同时工作， 井下仪器测量多达28个原始实分量和虚分量信号，传输到 地面经计算机处理，实现数字聚焦，得到三种纵向分辩率、 五种探测深度的测井曲线(图1—4)。为了消除井眼环境影响， 也开发出了相应软件，在数字聚焦处理前进行井眼环境校 正。阿特拉斯公司的多道全数字频谱感应测井仪器由七个 接收降列组成，同样使用二线圈系为基本测量单元，采用 八种频率工作，共测量l12个原始实分量和虚分量信号。类 似地，采用软件进行数字聚焦和环境校正，可获得三种纵 向分辨率、六种探测深度的测井曲线。
第二节 微电阻率扫描成象测井
一、井壁微电阻率扫描成象测井的 测量原理和测量响应定性
1、电扣几何形状、分辨率、采样率之间关系
分辨率：基于阵列电扣电极的井壁微电阻率
扫描成象测井仪器的分辨率是指将仪器测 量的微电导率映射地层特征的能力。比仪 器分辨率大的地层特征可用几个分辨率单 位像素来表示，而比仪器分辨率小的地层 特征只能表示成一个分辨率单位。
第四节 方位侧向成象测井
一、高分辨率方位侧向测井电极系HALS
2．高分辨率测量 利用软件聚焦法的灵活性，通过改变监督 条件，可以计算深、浅探测深度的高分辨 率电阻率
3．方位电阻率 4．辅助测量
二、方位侧向测井的应用
方位侧向测井可用于裂缝评价、薄层分 析、地层非均质性评价价等。
第五节 声波成象测井技术
(1)工作频率。 换能器的形状、频率以及与目的层的距离决定 声束的光斑大小。尺寸越小，频率越高，则光 斑越小。但是，尺小越小，功率就越小；频率越 高，声衰减就越大c泥浆引起的声衰减会降低信 号分辨率，要求工作频率尽啪B低；然而降低频 率会对测量结果的空间分辨率产生不利影响。
成像测井方法简介
三、偶极横波成像测井的应用
1、识别岩性和划分气层
地层纵横波速度比与地层岩性有关。 白云岩
石灰岩 纯砂岩或含气砂岩
vp vs 1.8
v p vs 1.86 v p vs 1.58
地层纵波速度随地层含气饱和度的增加而降
低，但横波速度变化较小，因此随含气饱和度的
增加，纵横波速度比减小。如图所示。
2）、裂缝区域有效性分析
因地应力释放引起的椭圆井眼的长轴方向, 为
地层最小主应力方向。 而诱导缝的走向平行于最
大水平主应力的方向。 根据偶极子资料计算的快横波方位为地层现
今最大水平主应力的方向。
椭圆井眼法、诱导缝法及WSTT快慢横波法计算
但是从WSTT 上看, 在Ⅰ段, 斯通利波能量并没有
明显衰减, 上行和下行反射系数都没有显著增大,
且变密度图像上没有变化, 因此判定此段不发育有
效裂缝, 成像上的暗色曲线为无效裂缝。
而在2334.5m 以下的Ⅱ段, 斯通利波能量衰减强 烈, 且理论斯通利波时差曲线和实测斯通利波时差 曲线出现了差异, 反射系数变大, 变密度图像上出 现模糊的V 字型条纹, 因此判定此段为渗透性较强 的地层, 为有效张开缝, 且渗透性极好, 对储层有 较大贡献。
软地层：地层横波速度小于井内泥浆声波速。
在软地层内，无法由单极子声源获取地层横波信息。
2、偶极声波源
偶极声波源可以使井壁一侧压力增加，另一侧
压力减小，使井壁产生扰动，形成轻微的挠曲，在 地层中直接激发横波。 产生的挠曲波的振动方向与井轴垂直，传播方 向与井轴平行。
其工作频率一般低于4KHZ。
单极子声源 振动示意图
尽管RSFL大于RERD ，但M2RX大于M2R1、RERD 大于RERM。所以储层为油层。
FMI在井中的应用研究
FMI在井中的应用研究引言一、 FMI技术简介FMI技术是指地层微观成像技术，它通过测量地层微小尺度的电子密度差异，获取地层结构图像。
FMI测井仪器是由一根长条形的传感器组成，安装在测井仪器的下面，可以在井中的各个方向上采集地层图像。
FMI技术具有以下几个优点：高分辨率、可定量解释、无侵入性、无干扰、可成像油水界面等。
因此在油气勘探中得到了广泛的应用。
二、 FMI技术在井中的应用1. 地层结构成像FMI技术可以获取到高分辨率的地层图像，可以显示出地层中的小尺度结构和岩石特征。
这对于油气勘探开发来说非常重要，可以为勘探人员提供更为清晰的地层结构信息，帮助他们更好地理解地下地质情况，指导井下操作。
2. 岩心分析3. 钻进导向FMI技术可以提供高分辨率的地层图像，可以为钻进导向提供更为清晰的地质信息。
通过分析地层图像，勘探人员可以确定井的钻向和井壁稳定情况，指导钻井作业，减小钻井风险，提高作业效率。
4. 油藏特征识别FMI技术可以成像油气层的微观结构，可以显示油水界面和油气层的分布情况。
这对于确定油气层的特征和性质来说非常重要，可以指导油气层的开发和生产，提高油气采收率。
5. 地层参数解释1. 某油田勘探开发中，勘探人员使用FMI技术对地层进行高分辨率成像，发现了一处隐蔽的油气层。
通过进一步的分析和评价，这处油气层被成功开发，为油田的产能增长做出了重要贡献。
2. 某个采油工程中，勘探人员使用FMI技术对岩心进行高分辨率成像，发现了地层中的特殊结构特征。
这些特征为勘探人员提供了重要的地质信息，指导后续的油藏开采工作。
3. 某钻井工程中，勘探人员使用FMI技术对井壁进行高分辨率成像，发现了井壁的不稳定情况。
通过钻进导向，钻井作业成功避开了这些不稳定区域，确保了钻井的顺利进行。
1. 多元数据集成FMI技术可以和其他测井技术进行数据集成，比如声波测井、电阻率测井等技术。
通过多元数据集成，可以提高地质信息的准确性和可靠性，为油气勘探开发提供更为全面的地下地质信息。
成像测井技术 精品讲义
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，沿井纵向、周向或径向大量采集地层信息．传输到井上以后通过图 像处理技术得到井壁的二维图像或井眼周围某一探测深度以内的三维图像 。这比以往的曲线表示方式更精确、更直观、更方便。
成像测井仪器有别于数控测井仪器的特点，就在于成像测井仪器的设 计都在某种程度上考虑了地层的复杂性和非均质性，尽管有些成像测井( 如偶极横波成像测井)仍然是以曲线方式而不是以成像方式作为测井成果 输出。
裂缝识别─网状缝
火成岩溶蚀孔洞
声电成像识别孔洞
砾岩裂缝
火成岩溶蚀孔洞
声电成像识别孔洞
评价薄层
注1:现今地应力分析:由于钻孔打开岩层，构造 应力释放，造成井眼定向崩落。利用地层倾角双井 径曲线或STAR的井径曲线，计算井眼崩落扩径方向 。椭圆形井眼长轴方向与现今地层中的最大水平主 应力方向垂直，与最小水平主应力方向平行。图中 双井径差异大，沿140－320度方向井壁出现大段垮 塌，最大水平主应力方向为50－230度。
成像测井技术发展背景
随着世界油气资源勘探程度提高，新发现油气藏在规模上趋于小型化。在储层 物性及构造形态上趋于复杂化，应用目前的勘探技术和装备发现并评价这类油气藏 ，勘探成本增加，效益下降。
测井信息的主要应用是解释油气层。但是，在我国陆相和海相沉积地层中， 油气勘探的难度越来越大，测井解释油气层正面临着以下技术难题。
(见后页图)
0
自然伽玛
150
api
-40 Ⅰ号极板方位角 360 10 度
10
10
CAL13<CAL24
CAL13>CAL24
钻头直径
20
in
1-3 井径
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• 图象显示_Image Display(sinusoid image)
E. .
N
S. .
W
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E
SWΒιβλιοθήκη N090 180 270 360
4、Applications for FMI Image Evaluation
四、 成像测井方法
1990’s国外三大公司推出的新一代测井系统： (Maxis-500; Eclipse-5700 ; Excell-2000)
√ 井下仪器测量探头的阵列化设计； √ 高速率数据传输(SLB:500 kb/s)； √ 主要以图像形式显示测井结果.
（一） 井壁微电阻率成像
FMI Fullbore Formation MicroImager
Structure Detailing 精细构造描述
4、Applications for FMI Image Evaluation
—FMI成像测井应用
Stratigraphic Analysis 层序分析
岩性照片刻度FMI图像，岩性照片显示的中砾岩与图像一致
4、Applications for FMI Image Evaluation
1、FMI
仪器结构 及极板装置
0.2
Button Diameter: 0.16in Button Spacing: 0.2in Row Spacing: 0.3in 8” hole: 80% coverage Pad: 2x12 buttons Flap: 2x12 buttons
2、测量原理 _ Measuring Principle
• 归一化 _ Normalization ( Static & Dynamic ) 根据电流大小分布（直方图），赋予不同 的颜色（42种颜色）。
地 层电阻率
White Orange Yellow Black
• Static Normalization 静态归一化
把全部（井）数据做一个直方图，用42种颜色等分赋 值。
—FMI成像测井应用
Fracture Analysis 裂缝识别
4、Applications for FMI Image Evaluation
—FMI成像测井应用
Porosity Typing 确定孔隙类型
4、Applications for FMI Image Evaluation
—FMI成像测井应用
3、Image Processing_图象处理
• 深度对齐 _ Depth Shifting ：校正各极板、各
排电极间的深度偏移。
Pad
Flap
Pad row 1 Pad row 2
Flap row 2 Flap row 2
• 图象生成 _ Image Generation(3D image matrix) 测量结果构成了一个三维象素矩阵：
—FMI成像测井应用
Thin Bed Analysis 薄层分析
• 纽扣电极与极板电极发射同 相电流，二者电压相等
• 恒压测量方式：地层电阻率 不同，纽扣电流不同
• 记录192条纽扣电流（电压） 曲线，得到井壁地层电阻率 信息(4x2x24)
3、图象处理 _ Image Processing
• 深度对齐_ Depth Shifting • 图象生成 _ Image Generation(3D image matrix) • 增益均衡 _ Equalization • 速度校正 _ Speed Correction • 归一化 _ Normalization (Static & Dynamic) • 图象显示 _ Image Display (sinusoid image)
（深度, 方位, 颜色/灰度（电流））
• 增益均衡 _ Equalization
平衡电极间电路增益的差别——由电子线 路等非地层因素造成的电极间测量结果的 差别。常用15英尺范围各电极平均增益代 替每一个电极的增益，并可消除“死电极” 响应。
• 速度校正 _ Speed Correction
极板之间移动速度的不一致造成测量 结果的深度误差。常用加速度数据进 行校正。