Question

地层微电阻率扫描测井原理

Answer 1

（一）FMS的仪器结构和电极排列

FMS是一种以极板为基础的聚焦型微电阻率测井装置。其外形与地层学高分辨率地层倾角测井仪（SHDT）相似，仪器结构如图5-1所示。它包括：电极系统，液压系统，三维加速度计及磁力计，多路转换器，前置放大器及遥测装置等。

电极系统由四个液压推靠极板组成。1号与2号极板和SHDT极板一样，即每个极板上都有两个测量电极和一个速度电极，3号和4号极板除保留了SHDT的测量电极外，还增设了一组微电阻率扫描电极。它由27个互相绝缘，直径为0.2 in的小电极组成，被称为钮扣电极。钮扣电极在纵向上分成四排，第一排为6个电极，其余3排均为7个电极，如图5-1所示。每排两个相邻电极中心间隔为0.4 in，上下两排中心间隔为0.1 in，以保证电极之间有50%的重叠。27个钮扣电极安装在宽约8 cm，长约9 cm，厚约1 cm的铜板上，铜板被固定在SHDT仪器的极板上。地层微电阻率扫描测井仪极板是按8¹/₂in井眼设计的。在8¹/₂in的井眼中，两个微电阻率扫描极板对井壁的覆盖范围约为20%，仪器上装上一个三维加速度计和三个磁力计。能给出极板的精确方位，并可对资料进行速度校正。

图5-1 地层微电阻率扫描成像测井仪板及钮扣电极排列

（二）FMS测量原理

测井过程中，借助液压系统，使极板紧贴井壁，极板和小电极向地层发射同极性的电流，仪器上部的金属外壳作为回路电极。极板的电位恒定，极板上发射的电流对小电极的电流起着聚焦的作用，从小电极流出的电流通过扫描测量方式被记录下来，如图5-2、图5-3所示。由于极板电位恒定，回路电极离供电电极较近，小电极的电流大小，主要反映井壁附近地层的电导率。当地层中出现层理、裂缝、粒度和渗透率发生变化时，小电极的电流也随之变化。扫描测量27个小电极电流的变化，然后进行特殊的图像处理，就可把井壁附近各点之间电阻率的差别，转变成黑白的或彩色的图像，直观地反映井壁附近地层电导率的变化。

图5-2 微电阻率扫描测井仪的电流分布

图5-3 测量电流示意图

每个小电极都是圆形的钮扣电极，与极板的其余部分绝缘，且具有相同的电位。因此，每个钮扣电极的电流都是该区域电流密度的积分。小电极的开头及尺寸决定电流的大小和仪器分辨率。对于图5-4的实例来说，半径为R位于（θ，z）处的圆形电极电流，可用下式表示：

地球物理测井

图5-4 FMS电极极板模型图

式中：i（θ，z）为极板电流密度；R_b为井眼半径；R为圆形电极半径；θ为方位角；（γ、β）为小电极表面上的点相对于小电极中心的极坐标。

电极的电流密度与其附近介质的电导率密切相关，因此通过对电极电流的测量，可以反映井壁上某电极附近地层的导电性。

地层微电阻率扫描仪可同时采集两个条带方位的图像数据和常规的SHDT数据。两条图像的总宽度为14 cm（5.5 in），比常用的岩心块宽度稍大一些。

地层微电阻率扫描测井仪共测64条曲线：四个极板8条SHDT曲线，2条测速曲线，2个微电阻率扫描极板测量2×27条微电阻率扫描曲线，它们的采样间隔都是0.1 in。此外，还可获取井径，极板压力，极板电流和电压，加速度计及磁力计等多条辅助曲线，它们的采样间隔都是1.5 in，全部数据共70多种，都是以数字的形式沿电缆传输到地面的计算机控制测井系统（CSU）中，再经过处理后记录到磁带上。