FMI成像测井技术与质量控制

马 燕，陈小东

(川庆钻探工程有限公司测井公司 重庆 400021)

0 引 言

随着油气勘探开发的不断深入，油气藏勘测对象越来越复杂，不仅储层深度越来越大，目的层温度也越来越高，而传统的STAR-Ⅱ、XRMI等电阻率成像测井仪由于储量参数解释精度不高，已难以满足复杂地质环境的储藏识别需求。

斯伦贝谢公司的全井眼微电阻率电成像测井仪器(FMI)具有动态范围宽、分辨率高和耐高温等技术特点，在高温高阻地层测井效果相比STAR-Ⅱ和XRMI电成像仪器，优势极为突出。

1 FMI测量原理

FMI由绝缘短节将仪器串分为上下两大部分，上部称为上部电极，下部称为下部电极，下部电极又包含极板和测量电极两部分。测井时，液压系统将各个测量极板推至井壁，外加发射电压驱使16 kHz低频交流电从极板外壳和极板上的钮扣电极通过导电泥浆流向地层，再经过地层到达仪器串上部电极形成回路。由于同一时刻极板外壳和钮扣电极发射电流极性相同，同极性相互排斥的物理特性使得极板外壳电流对钮扣电极电流起到了屏蔽聚焦作用，从而确保钮扣电极电流以更深的路径进入地层。地层岩石成份、结构及所含流体的不同会引起钮扣电极电流的变化，测量钮扣电极电流和发射反馈电压即可确定地层电阻率[1]。FMI测量原理如图1所示。

图1 FMI测量原理

2 FMI电缆通信模式

测井七芯电缆共有七种不同的信道连接方式，即T1～T7 七种模式。FMI 采用T5、T7模式进行数据通信和传输，数据通信及传输模式原理如图2所示。

图2 FMI电缆通信模式

电缆缆芯2 和6 及缆芯5 和3 在电缆两端通过两个模式变压器采用T5模式传送上行数据，上传速率为1 Mbps。两个模式变压器的中心抽头对缆芯10(Armor，电缆铠皮)通过共模方式传输150 VAC井下探头电源。电缆缆芯7对10通过模式变压器采用T7模式下传指令，下行传输速率为9 kbps。电缆缆芯1 和4 用来传送250 VAC井下电子线路电源，缆芯1和缆芯4电源变压器中抽对缆芯10用来传输0～175 VDC发射电源和继电器控制所需的电源。下井仪器之间采用EFTB总线进行半双工通信和数据传输[2]。

3 FMI技术指标及仪器组成

3.1 技术指标

FMI分全井眼模式、四极板模式(小井眼)、倾角模式和井径井斜方位模式四种工作模式。全井眼模式下，探头四个推靠臂的每个推靠臂上有一个主极板和副极板，主极板和副极板上下相互错开。每个极板上的电极阵列包括两排钮扣电极，每排12个，两排电极纵向间距为0.3 in(1 in=25.4 mm), 相邻两个电极横向间距为0.2 in，单个钮扣电极直径为0.16 in。FMI主要技术指标见表1。

3.2 仪器组成

FMI测井仪器串组合从上到下依次为EDTC遥测通讯短节,FBPC电源短节,AH287绝缘短节,AH320柔性短节,FBAC采集控制线路及FBSS机械液压探头，共计6支仪器。

表1 FMI主要技术指标

(注：1 ft=304.8 mm)

3.2.1 EDTC

EDTC为遥测通讯短节，其主要功能就是负责地面与井下以及井下仪器之间的通讯和数据传输。

3.2.2 FBPC

FBPC是电源短节。为了降低FMI井下采集控制线路FBAC的内部温度，提高下井仪器串的温度性能，FMI将井下电源设计在FBPC内部。FBPC包含FBPC001～FBPC004共5个电源模块。FBPC001为EMEX发射控制电路、井斜方位传感器及井径电位器提供电源；FBPC002为数据采集处理电路、通讯及控制电路提供电源；2个功能一样的FBPC003电源模块为极板提供电源；FBPC004为极板保护电路提供电源。

3.2.3 AH287

AH287是绝缘短节，其作用是使FMI探头发射电极(下部电极)与接收电极(上部电极)之间相互隔离，以确保探头发射的EMEX电流通过地层之后返回到上部电极，实现闭合回路。测井之前必须确保AH287的绝缘电阻大于100 MΩ(500 VDC)。

3.2.4 AH320

AH320是柔性短节，其作用是使仪器串在井下保持居中，实现居中测量。组合仪器时，应尽量将AH320柔性短节组合在距离FMI井下采集控制线路FBAC最近的位置。

3.2.5 FBAC

FBAC是井下采集控制线路，内部包含井斜方位传感器及DSP处理模块。井斜方位传感器实现井斜方位原始信号测量； DSP处理模块用于数据通讯、采集及处理。

3.2.6 FBSS

FBSS是井下探头，由控制电路板、液压控制系统和机械推靠装置三部分组成。机械推靠部分有4个推靠臂。全井眼模式下，每个推靠臂上有1个主极板和1个副极板，共计8个极板；四极板模式(小井眼)下，每个推靠臂上只有1个主极板，共计4个极板。

4 FMI测井质量控制

FMI测井质量控制[4]由下面几个部分组成。

4.1 极板贴靠

FMI测井过程中，如果极板贴靠不好，会造成测井资料模糊，其主要原因有：

1)井眼小，极板曲率不合适；

2)井径没有完全打开或者极板压力不合适；

3)仪器不居中。

解决措施：

1)换用适用于井眼曲率的极板；

2)开腿时，让探头辅助电源“Aux Ac”的有效供电时间大于20 s；根据井况调整极板压力。在仪器串拉力正常的情况下，建议按表2调节极板压力。

表2 极板压力推荐值

3)仪器串中加接AH320柔性短节，并确保柔性短节工作正常。

4.2 测速

测井速度直接影响采样精度，FMI测井速度依工作模式而定。当井况复杂时，还需依井况调整测速，但要获取好的测井资料，在条件许可时，尽量不要超过不同工作模式下的最大测速。FMI不同工作模式与测速对应关系如表3所示。

表3 FMI测速

4.3 不规则井眼

FMI测井过程中，如果仪器串遇卡，测井资料会出现斑点、断点甚至马赛克，其原因主要有：

1)井壁不规则，如垮塌、螺旋形井眼等；

2)极板压力过大。

解决措施：

1)降低测井速度；

2)减小极板压力。

如果仅仅是极板遇卡严重的话可以使用加速度校正解决，但是当整串仪器摩阻较大而频繁遇卡时，则很难通过后期处理解决。

4.4 低信噪比

FMI测井时，如果信噪比较低，成像图的清晰度会降低，其主要原因有：

1)泥浆里油含量较高或堵漏添加剂、沥青等成份较多；

2)井下发射电压EMEX或增益GAIN不合适；

3)仪器故障。

解决措施：

1)详细了解泥浆成分，必要时调整泥浆；

2)监视钮扣电极平均计数率FBAVN随测井深度的变化，如图3所示。适时调节地面直流发射高压DCHV及井下GAIN值，使FBAVN尽量保持在200～600，防止出现计数率饱和或没有计数率的情况。直流发射高压DCHV尽量保持在30～130 V，DCHV小于30 V时要降低GAIN值，DCHV大于130 V时要提高GAIN值，确保较高的信噪比。

图3 钮扣电极平均计数率FBAVN与测井深度DEPTH采样分布

3)对发射电压测量值EV、发射电流测量值EI值分布进行监测，如图4所示。EV与EI的比值EV/EI可反映AH287绝缘短节两端泥浆柱的阻抗变化情况。正常情况下，EI保持在0.1～5 A,EV保持在0.2～10 V。以1 Ω负载为分界线，当EV/ EI<1时，表明AH287绝缘短节两端负载较大；当EV/ EI值在左右时，预示AH287绝缘可能损坏或AH287外部玻璃钢局部缺失。

图4 发射电压测量值EV与发射电流测量值EI采样分布

井下发射电压EMEX还受8个倾角钮扣的调节，一旦50%的倾角钮扣为死电极之后，则需要手动调节EMEX值，因此测井过程中建议使用自动增益和手动EMEX模式。

4.5 镜像

FMI测井过程中，如果极板内部电路板绝缘不好而造成硬件如极板内的多路转换器故障时，就会产生极板数据“镜像”错误，其主要原因有：

1)极板缺油或者油质差；

2)极板密封胶囊损伤。

解决措施：

1)使用标准型号的“47V100”硅油填充极板；不能使用具有腐蚀性的溶剂清洗极板内部电路；

2)确保极板密封胶囊完好无损；定期检查极板密封胶囊压板固定螺丝及极板磨损情况。

测井状态下，如果镜像错误无法消除，则需通过后期处理剔除镜像钮扣电极。必要时，需对仪器进行检修，排除故障。

5 结束语

FMI成像测井资料可以准确地判断裂缝、溶蚀孔(洞) 发育的层段和发育程度,是碳酸盐岩目的层评价裂缝的有效方法之一，同时它在岩性识别、沉积相分析、构造解释等方面有得天独厚的优势。利用FMI成像资料还可以研究地层的产状, 确定地层水平主应力方向, 为定向射孔和酸化压裂提供依据[5]。

相比于STAR-Ⅱ和XRMI电成像仪器，FMI动态范围宽，分辨率高，而且高温性能好，特别适用于高温环境下的高地层电阻率与低泥浆电阻率井眼测井，尤其是在大斜度井、水平井和各种复杂井眼条件下，FMI在裂缝、溶孔、孔洞等储层识别方面优势明显，极具推广价值。

[1] 任建华，彭美霞. FMI成像测井在江汉的应用效果分析[J].江汉石油职工大学学报,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] 张宇晓. FMI 成像测井资料在塔中卡1区块的应用[J].中国西部油气地质,2006.2(4)：433-434.