随着油气勘探的发展，高温深井钻探逐渐增多，在我国东海、南海以及新疆等地，相继出现了175 ℃以上的超高温测井作业需求。对电成像测井而言，市场上的主流仪器（如斯伦贝谢的FMI、哈利伯顿的XRMI、贝克休斯的STAR等）耐温指标均为175 ℃，无法满足超高温井的作业需求。为此，研制了耐温指标达到200 ℃的高温电成像仪器ERMI-SLIM，完成了井底温度达到190 ℃的某超高温井测井作业与地质评价，为后续技术升级与推广应用提供了重要依据。

1 仪器介绍 1.1 测量原理

ERMI-SLIM是适用于水基泥浆测量环境的高温电成像仪器，可以在200 ℃及以下温度的井眼中对井壁地层进行清晰成像，直观显示井壁裂缝、层理、断层、不整合面等各种地层信息，同时还可以获取井径、井斜等井眼信息。对资料进行处理后可以精细评价碎屑岩地层、碳酸盐岩地层、火成岩地层以及各种复杂岩性地层。ERMI-SLIM仪器的关键技术指标如下（表 1）。

仪器在井下工作时，电极臂会张开推动测量极板贴紧井壁，极板上的纽扣电极发射聚焦电流穿透泥浆后进入地层，电流流过地层后再穿透泥浆回到仪器上部的回流电极，形成完整的回路（图 1）^[1]。

根据欧姆定律可知仪器的电路原理见式（1）。

$ I = \frac{U}{{{Z_{\rm{g}}} + {Z_{\rm{f}}} + {Z_{\rm{r}}} + {Z_{\rm{j}}}}} $

(1)

式中：U为发射电压，V；I为电扣电流值，A；Z_j为仪器内阻，Ω；Z_g为发射电流由电扣进入地层时的泥浆阻值，Ω；Z_r为电流从地层回到仪器上部时的泥浆阻值，Ω；Z_f是地层阻值，Ω。

由于仪器内阻与水基泥浆的阻值都很小，可以忽略不计，所以电路原理可以简化为式（2）。这样通过电扣的电流大小主要取决于电扣接触的井壁地层的电阻率大小，把测量极板上所有电扣记录的电流信号发送到仪器的电子线路部分，进行调理、放大、采样与处理后，通过电缆上传到地面采集系统，用软件处理后就可以生成井壁地层的视电导率图像。

$ I = \frac{U}{{{Z_{\rm{f}}}}} $

(2)

1.2 技术特点

ERMI-SLIM的测量电路主要由主控制模块、信号发射模块、信号处理模块与信号采集模块构成。其中前三个模块位于仪器体内部的保温瓶内，由于保温瓶可以有效延缓内外的热量交换，所以可以有效提升电路模块的耐温性能，同时保温瓶内的吸热剂可以吸收电路模块自身产生的热量，避免长时间工作引起的电路板自热损坏。经实验室测试，仪器在200 ℃高温下放置4 h，保温瓶内的温度不超过80 ℃。

对仪器耐温性能真正形成考验的是信号采集模块，该电路模块位于测量极板内部，由于空间有限无法进行保温瓶设计，只进行了厚膜电路集成。电路板使用陶瓷基板加工，用金属外壳在高纯氮气环境下完成封装。陶瓷极板与金属外壳可以有效散发电路板器件自身散发的热量，高纯的氮气环境可以防止电路板器件的氧化。极板制造采用了高压真空注塑、激光焊接等先进工艺，使得测量极板具有耐高温、耐高压与高绝缘的良好技术性能，能够适应高温高压等复杂测量环境^[2]。

ERMI-SLIM的测量极板采用了三排二十五电扣的设计策略（图 2），这样电扣在深度上对齐后，横向间距仅为0.065 in，与通常的0.1 in间距相比，周向测量分辨率更高，得到的图像更清晰。仪器的推靠系统采用了六臂独立推动方式，使得仪器在不规则井眼中也能保证测量极板良好贴靠井壁。

2 实验室高温测试

ERMI-SLIM仪器的耐温能力主要取决于电路模块的耐温性能，为验证仪器在高温状态下的性能，在实验室高温烘箱内对信号采集、功率发射等主要电路模块进行了高温测试。

2.1 信号采集模块耐温测试

在高温烘箱内把信号采集电路板加温到200 ℃并持续4 h，然后把外接电阻时的电扣测量信号值与常温时进行对比（表 2），可以看出电扣测量信号值变化很小，偏差率小于2%，验证了信号采集模块的耐温性能。

2.2 信号发射模块耐温测试

把信号发射模块置于高温烘箱内，从常温开始快速加温到200 ℃，累计持续1.5 h，记录电路模块的发射电流与发射电压，并计算出发射功率（表 3）。通过计算得知：发射电流、发射电压与发射功率的最大偏差率分别为2.21%、3.70%、5.84%。对主控制模块与信号处理模块也进行了类似测试，测量结果偏差率也很小，可以满足200 ℃环境下的测量需求。

3 资料质量分析

A井是一口井底温度达到200 ℃的超高温井，为研究本井所在地层的沉积构造规律，使用ERMI-SLIM仪器进行了电成像测井。仪器在井下测得1 500 m测量段的电成像资料，所测图像清晰显示了井壁的层理、冲刷面等各种地质特征。对资料质量进行严格分析后认为符合行业标准，可以满足地质评价需求。

3.1 测斜质量评估

电成像测量的方位信息准确与否是由测斜曲线的质量决定的，一般通过分析测斜曲线（加速度计与磁力计的分量曲线）的水平分量交汇图来判断^[3]。如果交汇图呈圆形或者螺旋形，则表明测斜质量是可靠的，否则测斜质量可能不可靠，需要进行校正后才能进行资料处理。ERMI-SLIM在刘耀伟，等.高温电成像仪器的研制与应用本井的测斜交汇图均呈圆形（图 3），表明仪器的方位测量是可靠的。

3.2 资料重复性检验

为了检验ERMI-SLIM仪器测量性能的稳定性，截取主测量段与重复测量段的图像进行对比（图 4），可以看出：两次测井的图像特征一致性很好，表明仪器性能稳定，资料质量可靠。

3.3 图像清晰度分析

本井地层岩性以砂泥岩为主，各种层理较为发育，对ERMI-SLIM原始资料进行预处理后生成了静态与动态图像，在图像上清晰的显示了井壁地层的地质特征，为后续精细地质评价打下了良好的基础，截取局部井段图像见图 5。

4 地质应用

利用本次ERMI-SLIM电成像资料对沉积环境进行了全面系统的分析，包括岩性识别、沉积构造分析、沉积微相划分与古水流方向分析等。

4.1 岩性识别

电成像测井资料具有高分辨率特点，结合常规测井资料、岩心与录井资料，基于岩性综合定量识别方法^[4]，对本井的地层岩性进行了分析，共识别出砾岩、粉砂岩与泥岩等岩性典型图像（图 6）。在此基础上，应用电成像资料对岩性界面进行调整，建立了精细岩性剖面。

4.2 沉积构造分析

沉积构造是沉积时水动力条件的直接反映，是沉积相的重要标志之一^[5]。层理是岩石沉积特征沿垂向发生变化而表现出来的层状构造，在电成像图像上表现为不同形态的线条成组密集出现。根据不同形态线条的组合方式，结合倾角矢量模式，可以识别出常见层理类型^{[6, 7]}。本井识别出平行层理、交错层理与块状层理等典型层理（图 7）。

4.3 沉积微相划分

根据区域背景与岩性及沉积构造分析结果，结合录井与常规测井资料进行了沉积相分析，综合解释本井测量段为一套近源扇三角洲前缘沉积，进一步划分为水下分流河道间（图 8）、远砂坝（图 9）、河口坝（图 10）等。

4.4 古水流方向分析

古水流方向的分析一般根据消除构造倾角之后的砂岩层理倾向来判别^[8]，从古水流方向可以判断出水道型砂体的延伸方向，进一步确定有利的含油气带。构造倾角通常由砂体下部泥岩段中绿模式的地层倾角来确定^[8]，当地层倾角相对杂乱时，可以通过统计倾角频率来确定。根据水下分流河道蝌蚪图绿模式，推测本井古水流方向为南东向，物源来自北西部。

5 结论

（1）高温电成像测井仪ERMI-SLIM采用了厚膜集成与保温瓶技术，实验室测试结果表明：仪器的测量电路在200 ℃环境下可以稳定工作。

（2）通过对ERMI-SLIM在某超高温井的资料进行精细评价后，所获得的地质认识如岩性、古水流方向、沉积微相以及井旁构造特征与区域地质背景吻合，为后续地质分析研究提供了依据。

（3）ERMI-SLIM的研制与成功应用，填补了175 ℃以上超高温井无电成像测井装备的技术空白，对国内外超高温井的油气勘探开发具有重要意义。