[科普中国]-方位电阻率成像测井

原理

方位电阻率测井是在双侧向测井的基础上发展起来的，方位电阻率测井共有12 个电极，装在双侧向测井的屏蔽电极A2的中部，每个电极向外的张开角为30°，12 个电极覆盖了井周360°方位范围的地层，电极为长方形，其电流分布如图所示。

方位电极的详细排列如下图所示，在每个电极的中心有监督电极，方位电极排列的上下装有环状监督电极M3、M4(两个电极短路相接)，每个方位电极供以电流IAz，通过自动控制回路调节电流IAz，使得监督电极的电位与环状监督电极M3(M4)的电位相等，这时由方位电极流出的电流受到屏蔽电极A2 及其他相同极性电极屏蔽作用，同时也受到相邻的方位电极的屏蔽作用，从而使电流IAz 沿电极张开角的方向流人地层。

测量每个方位电极的电流IAz 和M3(M4)电极相对铠装电缆外皮的电位UM，用下式即可计算出12 个方位的电阻率：

式中

IAz——每个方位电极的供电电流;

UM——环状监督电极M3(RA4)相对于铠装电缆外皮的电位;

k——电极系系数，对现场在应用的电极系，k 值为0.0142m。

利用上式，对每个深度处可计算出12 个电阻率值，该电阻率相当于每个电极供电电流所穿过路径上介质的电阻率，穿过的路径包括在电极30°张开角所控制的范围。因此当井周介质不均匀或有裂缝存在时，得出的12 个电阻率就会有变化，据此可以找出井周地层的非均质变化，这对地质和采油工程具有重要的指导意义，也是一种近似的三维测井方法。

如果将12 个方位电极供电电流求和，就可提供一种高分辨率的侧向测井(LLHR)。这时12 个方位电极可等效为高度相同的圆柱状电极，测得的电阻率相当于井周围介质电阻率的平均值。在井径6~8in 时，LLHR 的纵向分辨率为8in(20.3cm)，显著高于深、浅侧向测井。此时的电极系数k 是在井径为8in，地层电阻率Rt 与钻井液电阻率Rm 比值为30 时求出的。与双侧向测井相比，LLHR 受井眼影响较大，为此制作了井眼校正图(右图)，用此图即可对相关井眼影响进行校正。1

辅助测量由于方位电阻率测井受仪器偏心和井壁不规则影响较大，应用上受到一定限制，为此在进行方位电阻率测井的同时，还进行辅助测量。其电极结构如图所示，方位电极仍为供电电极，屏蔽电极A2 为回路电极。由方位电极流出的电流经井眼流入A2 电极，测量方位电极的监督电极与其上下的环状电极M3(M4)之间的电位差。为了避免干扰方位电阻率的测量，故采用工作频率为64kHz 的供电电流。每个方位电极供以相同的电流强IC，测量每个方位电极的监督电极与环状电极之间的电位差i dU ，用下式计算出12 个电阻率：

式中

Ic一一每个方位电极上的供电电流;

C一一电极系系数，在均匀流体中，用实验方法确定C，使得Rci 等于流体的电阻率。

辅助测量时，回路电极~与方位电极相距很近，在一般条件，地层电阻率总是大于钻井液电阻率，电流基本上沿井流动，几乎不会进入地层，因此每个电极的测量值主要反映电极附近钻井液体积的大小，即测量结果对井眼形状、井径大小及仪器偏心反应灵敏。辅助测量的主要目的有二，一是对仪器偏心，井眼状况对方位电阻率的影响进行校正，另一目的是测量电间隙，如果已知钻井液电阻率，就可以估算井眼大小和形状。1

方位电阻率测井的应用1)探测深度

用测井曲线实例说明方位测向LLHR 的探测深度和纵向分层能力，右图是在钻井液低侵井段的测井曲线，对于钻井液低侵的地层，LLD、LLS 和MSFL 三条曲线有明显的幅度差(RLLD>RLLS>RMSFL)。方位侧向LLHR 曲线基本上与LLD 曲张接近，说明其探测深度与LLD 近似。同时，LLHR 曲线的形状与MSFL 曲线基本相同，相应的尖峰都可以对比。这说明LLHR 的分层能力接近于微球形聚焦测井。

2)划分薄互层

右图上是薄互层井段测出的LLD、LLS 和高分辨率方位侧向(LLHR)曲线。在图的右侧是12 条方位电阻率曲线，在x-y 井段，LLD 和LLS 无法显示薄互层，但LLHR 曲线清楚地划分出厚度小于1ft 的薄互层，同时12 条方位电阻率曲线也有清楚显示，而且这些曲线基本重合在一起，说明井周围介质是均匀的，在4030~4042ft 井段，方位电阻率曲线散开，表明周围地层性质不均匀。在ARI 成像图中显示地层倾斜。这一实例充分说明，方位电阻率成像测井不仅能划分出小于1h 的薄互层，避免了由LLD 和LLS 漏划的薄储集层，同时又能得出地层的结构特性，给出地层倾角等。

3)识别裂缝

右图下是模拟的水平裂缝的LLHR 曲线。该裂缝与井轴垂直。裂缝中充满导电液体，相对裂缝部位LLHR 读数显著降低，可以根据电导率面积估算裂缝宽度。

右图是裂缝地层的测井实例，左边是固定电阻率刻度的ARI 成像，右边是动态归一化的ARI 成像。其对比度得到加强，A、B、C、D 是低倾角的裂缝，成像图中有清楚的显示。另外在x-y 井段，成像图中清楚地显示出垂直裂缝，同时LLS 读数明显低于LLD 的读数，这也表明有垂直裂缝存在。如果把ARI 成像与FMI 成像同时测量，就能更详细地研究井壁附近及较深部的裂缝分布。

除此之外，方位电阻率成像测井在水平井段研究井周围不均匀性等，也能提供重要的信息。1