馬 燕，陳小東

(川慶鉆探工程有限公司測(cè)井公司 重慶 400021)

0 引 言

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，油氣藏勘測(cè)對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，不僅儲(chǔ)層深度越來(lái)越大，目的層溫度也越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的STAR-Ⅱ、XRMI等電阻率成像測(cè)井儀由于儲(chǔ)量參數(shù)解釋精度不高，已難以滿足復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的儲(chǔ)藏識(shí)別需求。

斯倫貝謝公司的全井眼微電阻率電成像測(cè)井儀器(FMI)具有動(dòng)態(tài)范圍寬、分辨率高和耐高溫等技術(shù)特點(diǎn)，在高溫高阻地層測(cè)井效果相比STAR-Ⅱ和XRMI電成像儀器，優(yōu)勢(shì)極為突出。

1 FMI測(cè)量原理

FMI由絕緣短節(jié)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(cè)量電極兩部分。測(cè)井時(shí)，液壓系統(tǒng)將各個(gè)測(cè)量極板推至井壁，外加發(fā)射電壓驅(qū)使16 kHz低頻交流電從極板外殼和極板上的鈕扣電極通過(guò)導(dǎo)電泥漿流向地層，再經(jīng)過(guò)地層到達(dá)儀器串上部電極形成回路。由于同一時(shí)刻極板外殼和鈕扣電極發(fā)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(duì)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(jìn)入地層。地層巖石成份、結(jié)構(gòu)及所含流體的不同會(huì)引起鈕扣電極電流的變化，測(cè)量鈕扣電極電流和發(fā)射反饋電壓即可確定地層電阻率[1]。FMI測(cè)量原理如圖1所示。

圖1 FMI測(cè)量原理

2 FMI電纜通信模式

測(cè)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信和傳輸，數(shù)據(jù)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(guò)兩個(gè)模式變壓器采用T5模式傳送上行數(shù)據(jù)，上傳速率為1 Mbps。兩個(gè)模式變壓器的中心抽頭對(duì)纜芯10(Armor，電纜鎧皮)通過(guò)共模方式傳輸150 VAC井下探頭電源。電纜纜芯7對(duì)10通過(guò)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(lái)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(duì)纜芯10用來(lái)傳輸0～175 VDC發(fā)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(jìn)行半雙工通信和數(shù)據(jù)傳輸[2]。

3 FMI技術(shù)指標(biāo)及儀器組成

3.1 技術(shù)指標(biāo)

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(gè)推靠臂的每個(gè)推靠臂上有一個(gè)主極板和副極板，主極板和副極板上下相互錯(cuò)開。每個(gè)極板上的電極陣列包括兩排鈕扣電極，每排12個(gè)，兩排電極縱向間距為0.3 in(1 in=25.4 mm), 相鄰兩個(gè)電極橫向間距為0.2 in，單個(gè)鈕扣電極直徑為0.16 in。FMI主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

3.2 儀器組成

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

表1 FMI主要技術(shù)指標(biāo)

(注：1 ft=304.8 mm)

3.2.1 EDTC

EDTC為遙測(cè)通訊短節(jié)，其主要功能就是負(fù)責(zé)地面與井下以及井下儀器之間的通訊和數(shù)據(jù)傳輸。

3.2.2 FBPC

FBPC是電源短節(jié)。為了降低FMI井下采集控制線路FBAC的內(nèi)部溫度，提高下井儀器串的溫度性能，F(xiàn)MI將井下電源設(shè)計(jì)在FBPC內(nèi)部。FBPC包含F(xiàn)BPC001～FBPC004共5個(gè)電源模塊。FBPC001為EMEX發(fā)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(shù)據(jù)采集處理電路、通訊及控制電路提供電源；2個(gè)功能一樣的FBPC003電源模塊為極板提供電源；FBPC004為極板保護(hù)電路提供電源。

3.2.3 AH287

AH287是絕緣短節(jié)，其作用是使FMI探頭發(fā)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(fā)射的EMEX電流通過(guò)地層之后返回到上部電極，實(shí)現(xiàn)閉合回路。測(cè)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(jié)，其作用是使儀器串在井下保持居中，實(shí)現(xiàn)居中測(cè)量。組合儀器時(shí)，應(yīng)盡量將AH320柔性短節(jié)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(nèi)部包含井斜方位傳感器及DSP處理模塊。井斜方位傳感器實(shí)現(xiàn)井斜方位原始信號(hào)測(cè)量； DSP處理模塊用于數(shù)據(jù)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(tǒng)和機(jī)械推靠裝置三部分組成。機(jī)械推靠部分有4個(gè)推靠臂。全井眼模式下，每個(gè)推靠臂上有1個(gè)主極板和1個(gè)副極板，共計(jì)8個(gè)極板；四極板模式(小井眼)下，每個(gè)推靠臂上只有1個(gè)主極板，共計(jì)4個(gè)極板。

4 FMI測(cè)井質(zhì)量控制

FMI測(cè)井質(zhì)量控制[4]由下面幾個(gè)部分組成。

4.1 極板貼靠

FMI測(cè)井過(guò)程中，如果極板貼靠不好，會(huì)造成測(cè)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?jīng)]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(shí)，讓探頭輔助電源“Aux Ac”的有效供電時(shí)間大于20 s；根據(jù)井況調(diào)整極板壓力。在儀器串拉力正常的情況下，建議按表2調(diào)節(jié)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(jié)，并確保柔性短節(jié)工作正常。

4.2 測(cè)速

測(cè)井速度直接影響采樣精度，F(xiàn)MI測(cè)井速度依工作模式而定。當(dāng)井況復(fù)雜時(shí)，還需依井況調(diào)整測(cè)速，但要獲取好的測(cè)井資料，在條件許可時(shí)，盡量不要超過(guò)不同工作模式下的最大測(cè)速。FMI不同工作模式與測(cè)速對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

表3 FMI測(cè)速

4.3 不規(guī)則井眼

FMI測(cè)井過(guò)程中，如果儀器串遇卡，測(cè)井資料會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)、斷點(diǎn)甚至馬賽克，其原因主要有：

1)井壁不規(guī)則，如垮塌、螺旋形井眼等；

2)極板壓力過(guò)大。

解決措施：

1)降低測(cè)井速度；

2)減小極板壓力。

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

4.4 低信噪比

FMI測(cè)井時(shí)，如果信噪比較低，成像圖的清晰度會(huì)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(fā)射電壓EMEX或增益GAIN不合適；

3)儀器故障。

解決措施：

1)詳細(xì)了解泥漿成分，必要時(shí)調(diào)整泥漿；

2)監(jiān)視鈕扣電極平均計(jì)數(shù)率FBAVN隨測(cè)井深度的變化，如圖3所示。適時(shí)調(diào)節(jié)地面直流發(fā)射高壓DCHV及井下GAIN值，使FBAVN盡量保持在200～600，防止出現(xiàn)計(jì)數(shù)率飽和或沒(méi)有計(jì)數(shù)率的情況。直流發(fā)射高壓DCHV盡量保持在30～130 V，DCHV小于30 V時(shí)要降低GAIN值，DCHV大于130 V時(shí)要提高GAIN值，確保較高的信噪比。

圖3 鈕扣電極平均計(jì)數(shù)率FBAVN與測(cè)井深度DEPTH采樣分布

3)對(duì)發(fā)射電壓測(cè)量值EV、發(fā)射電流測(cè)量值EI值分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖4所示。EV與EI的比值EV/EI可反映AH287絕緣短節(jié)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(fù)載為分界線，當(dāng)EV/ EI<1時(shí)，表明AH287絕緣短節(jié)兩端負(fù)載較大；當(dāng)EV/ EI值在左右時(shí)，預(yù)示AH287絕緣可能損壞或AH287外部玻璃鋼局部缺失。

圖4 發(fā)射電壓測(cè)量值EV與發(fā)射電流測(cè)量值EI采樣分布

井下發(fā)射電壓EMEX還受8個(gè)傾角鈕扣的調(diào)節(jié)，一旦50%的傾角鈕扣為死電極之后，則需要手動(dòng)調(diào)節(jié)EMEX值，因此測(cè)井過(guò)程中建議使用自動(dòng)增益和手動(dòng)EMEX模式。

4.5 鏡像

FMI測(cè)井過(guò)程中，如果極板內(nèi)部電路板絕緣不好而造成硬件如極板內(nèi)的多路轉(zhuǎn)換器故障時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生極板數(shù)據(jù)“鏡像”錯(cuò)誤，其主要原因有：

1)極板缺油或者油質(zhì)差；

2)極板密封膠囊損傷。

解決措施：

1)使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)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(nèi)部電路；

2)確保極板密封膠囊完好無(wú)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(cè)井狀態(tài)下，如果鏡像錯(cuò)誤無(wú)法消除，則需通過(guò)后期處理剔除鏡像鈕扣電極。必要時(shí)，需對(duì)儀器進(jìn)行檢修，排除故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

FMI成像測(cè)井資料可以準(zhǔn)確地判斷裂縫、溶蝕孔(洞) 發(fā)育的層段和發(fā)育程度,是碳酸鹽巖目的層評(píng)價(jià)裂縫的有效方法之一，同時(shí)它在巖性識(shí)別、沉積相分析、構(gòu)造解釋等方面有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。利用FMI成像資料還可以研究地層的產(chǎn)狀, 確定地層水平主應(yīng)力方向, 為定向射孔和酸化壓裂提供依據(jù)[5]。

相比于STAR-Ⅱ和XRMI電成像儀器，F(xiàn)MI動(dòng)態(tài)范圍寬，分辨率高，而且高溫性能好，特別適用于高溫環(huán)境下的高地層電阻率與低泥漿電阻率井眼測(cè)井，尤其是在大斜度井、水平井和各種復(fù)雜井眼條件下，F(xiàn)MI在裂縫、溶孔、孔洞等儲(chǔ)層識(shí)別方面優(yōu)勢(shì)明顯，極具推廣價(jià)值。

[1] 任建華，彭美霞. FMI成像測(cè)井在江漢的應(yīng)用效果分析[J].江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào),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(cè)井資料在塔中卡1區(qū)塊的應(yīng)用[J].中國(guó)西部油氣地質(zhì),2006.2(4)：433-434.