基于成像技术的成像测井方法原理
13.6.1电成像测井
13.6.1.1微电阻率扫描成像测井
地层微电阻率扫描成像测井(FMS)和全井眼地层微电阻率成像测井(FMI)是在高分辨率地层倾角测井(SHDT)的基础上迅速发展起来的，是目前电成像测井中应用最广泛的方法。它利用贴在井壁上的电极板上的钮扣电极阵列，记录数百条微电阻率(或电导率)曲线。这些曲线反映了电极板扫过的那部分井壁地层电导率的相对变化特征，具有极高的纵向分辨率(约0.5厘米)。
通过对记录的数据进行特殊处理和成像，可以将这些电导率曲线转换成按像素颜色或灰度缩放的图像，即微电阻率扫描图像(简称FMI)。在这种标定中，大于仪器分辨率(微电导率绘制地层特征的能力)的地层特征通常表示为几个分辨率单位像素，而小于仪器分辨率的地层特征表示为一个分辨率单位。仪器的分辨率与电极按钮的几何结构有关，如按钮的大小、按钮之间的间距、行间距、阵列大小等，决定了扫描图像的清晰度。在微电阻率扫描图像上，不同的颜色或灰度代表靠近井壁的地层的电阻率。颜色越深，电阻率越小，反之亦然。因此，微电阻率扫描图像可以清晰地描述井壁地层的细微变化，如各种地层特征、沉积学特征，以及孔洞、裂缝及其产状和方位，以及观察岩心图像。
目前市场上的成像测井仪器种类繁多，如斯伦贝谢的地层微电阻率扫描成像测井仪(FMS)和全井地层微电阻率成像测井仪(FMI)，阿特拉斯的微电导率成像测井仪(1022XA)，哈里伯顿的电子显微成像测井仪(EMI)等。其主要技术指标见表1022xA。
表13-2几种微电阻率扫描成像测井仪的主要技术特征
13.6.1.2阵列感应成像测井
阵列感应成像测井采用由多个接收线圈组成的阵列感应测井仪。通过对不同探测深度的测量结果进行信号处理，可以生成不同纵向分辨率和不同径向探测深度的阵列感应曲线，利用这些曲线可以进一步生成地层电阻率或含油饱和度的二维图像。
目前成熟的阵列感应成像测井仪(AIT)由一个发射线圈、八组接收线圈对和相应的电子电路组成，如图13-24所示。发射线圈工作在20kHz和40kHz的频率，8组线圈使用相同的频率，其中6组线圈也使用另一个更高的频率。这样八组线圈实际上有14个探测深度的线圈间距，每组线圈测量一个同相信号R和一个90度相移信号X，* * *测量28个原始信号。经过井眼校正和“软件聚焦”处理，这些原始信号可以获得1ft(30.5cm)、2ft(61cm)和4ft(122cm)三个纵向分辨率，每个分辨率有10in(25.4cm)和25.4cm五个径向探测深度..
图13-24阵列感应成像测井仪
在阵列感应测井提供的丰富测井信息中，高分辨率测井曲线在薄层解释方面远远优于常规方法，可以分辨厚度为0.3m的薄层，通过四个参数模型可以反演五个探测深度的测井曲线，得到可靠的地层真电阻率Rt、过渡带(冲洗带)电阻率Rxo、过渡带内径(冲洗带半径)r1和外径r2。此外，成像阵列感应测井曲线可以获得地层电阻率、视地层水电阻率和油气饱和度的二维(轴向Z和径向R)可视化图像。
13.6.1.3方位侧向成像测井
方位电阻率成像测井是在常规双侧向测井基础上发展起来的一种新的侧向测井方法。它在双侧A2屏蔽电极中间增加了一个由12个相互成30°角的电极组成的方位电极阵列，测量井周12个方向的方向电阻率值。
12个电极覆盖井周围360°方位角范围内的地层，每个电极计算的电阻率相当于30°张角控制范围内供电电流通过的路径上介质的电阻率。因此，它是一种真正的三维测井方法。
将12方位电极的供电电流相加，也可以提供高分辨率侧向测井(LLHR)。此时12方位侧向测井的电极可以等效为一定高度的圆柱电极，测得的电阻率等效为井周介质的平均电阻率。LLHR的纵向分辨率为8in(20.3cm)，明显高于深浅侧向测井。
方位侧向成像测井还保留了深、浅侧向测量，可以同时给出LLD、LLS和LLHR三条侧向测井曲线。另外，通过对12方位电阻率曲线成像，可以得到以电导率为刻度的ARI图像，这对分析井眼周围地层的非均质性和裂缝具有重要意义。
13.6.2声波成像测井
13.6.2.1井眼声波成像测井
井周声波成像测井(CBIL)或超声波井眼成像测井(UBI)使用一个传感器进行发射和接收。换能器以一定的发射频率(2000 ~ 4200/s)垂直于井壁发射2MHz的超声脉冲，并以一定的速度旋转，对井眼周围进行扫描。
在脉冲发射间隔期间，记录由井壁反射的反射波。反射波的能量取决于井中流体和井壁介质(岩石)之间的声阻抗差。由于同井流体的声阻抗可视为常数，记录的反射波能量可以反映井壁介质声阻抗的变化。显然，具有高声阻抗的介质具有高的界面反射系数和强的反射波能量，而反射波能量较弱。
记录的反射波的振幅显示在钻孔的360°方位。通过对整个井壁的高分辨率成像，可以得到反映井壁介质物理状况的展开图。这有利于探测裂缝，分析裂缝的产状，了解岩石的非均质性。
需要指出的是，在测井过程中，探头会随着仪器的升降而旋转，从而使声脉冲信号的扫描轨迹呈螺纹状。为了确定井壁图的方位，以这种方式获得的扫描图可以在磁北极被截断，并扩展成井壁声学图像。此外，声波图像的分辨率受井径、井内泥浆和目的层表层结构等因素的影响，而图像的纵向分辨率受扫描转速和测井速度的制约。采用聚焦换能器、低频或大尺寸换能器以及提高垂直和水平采样率可以在一定程度上减小这些影响。
13.6.2.2偶极横波成像测井
常规声波测井中使用的换能器都是径向膨胀并均匀振动的，称为单极声源。使用这种声源时，当地层横波速度低于井内流体声速时(如速度较低的软地层或泥岩地层)，由于井壁上没有滑动横波，所以无法记录到横波。为了克服声波测井的这一缺陷，偶极横波成像测井技术应运而生。
偶极横波测井的声源由两个距离相近、强度相同但相位相反的点声源组成。接收器部分由八个接收站组成，每个接收站之间的距离为6英寸(15.2厘米)，每个接收站由四个呈90°角的接收器组成，如图13-25所示。当偶极声源在井中振动时，井壁的一侧受压，另一侧减压，从而引起井壁的微小偏转。这样，一方面在地层中激发出P波和S波，另一方面这种弯曲波沿井眼轴线在井内流体中传播，使井内流体形成压力偏转。偶极接收器通过测量弯曲波来计算地层剪切波。
目前偶极横波成像测井是将单极和偶极发射器与8个单极和偶极接收器灵活组合起来进行测量，最终输出地层纵波、横波和斯通利波速度或时差、连续泊松比曲线和全波列记录。利用这些纵向分辨率高的纵、横波速度或时差，可以更好地确定地层孔隙度，计算岩石弹性力学参数，估计地层渗透率。利用声能的衰减变化和成像处理，可以识别裂缝，判断裂缝方位和地层各向异性。
图13-25偶极横波成像测井仪概述
13.6.3核成像测井
阵列中子孔隙度-岩性成像测井(APS)是核成像测井技术中的一种成熟方法。它使用脉冲中子发生器发射1.4 MeV的快中子，由5个氦计数管组成的阵列探测器记录超热中子和热中子。五个探测器都被含硼的硬质合金屏蔽，其中三个探测器记录近源热中子，一个记录远源热中子，另一个记录远源热中子(如图13-26所示)。仪器的纵向分辨率可分别达到16.5cm(近源距)和23cm(远源距)。
在实际测井中，利用短源距和长源距过热中子探测器，可以像补偿中子测井一样，用计数率比法计算地层的中子孔隙度。使用双短距超热中子探测器可以进行高分辨率超热中子测井，还可以测量中子脉冲间隔内超热中子计数率的时间分布。它的衰变常数是快中子慢化时间的量度，与地层含氢指数有关。利用长距离热中子探测器，可以记录热中子计数率的时间分布，获得与岩性有关的宏观俘获截面σ和热中子寿命τ。