Ứng dụng các phương pháp địa vật lý giếng khoan để phân vỉa, đánh giá độ rỗng, độ bão hoà chất lưu cho giếng rb - Xx – mỏ ruby

4.9 là đường liền nét có tác dụng cho phần dòng I0 (đường không liền nét) hướng thấm vào thành giếng. Các mặt đẳng thế B và C sẽ có dạng cầu. Hiệu điện thế giữa hai mặt cầu BC được duy trì không đổi và bằng thế điện định cỡ Vref. Khi đó cường độ dòng I0 tỷ lệ nghịch với điện trở suất của phần môi trường bao bởi 2 mặt đẳng thế B và C, và hầu như tín hiệu đó chỉ còn phản ánh phần thể tích ấy mà thôi. Nếu dịch chuyển các cặp điện cực M1 – M1’ và M2 – M2’ gần điện cực A0 hơn thì mặt C sẽ co lại và chiều sâu nghiên cứu của thiết bị đo sẽ giảm, ảnh hưởng của đường kính giếng lại tăng lên. Thiết bị đo SFL chủ yếu dùng để đo điện trở suất đới rửa RXO, chiều sâu nghiên cứu của hệ cực này phụ thuộc vào kích thước OO’ là khoảng cách tính từ điểm giữa M2 – M1, đến điểm giữa M1’ – M2’. Với kích thước OO' = 30” thì 80% tín hiệu đo sẽ phản ảnh vùng cận giếng tới chiều sâu 40”, tính từ trục giếng khoan. 1.2.3. Thiết bị đo vi điện cực: Thiết bị đo vi điện cực được thiết kế như một thiết bị đệm dùng để đo điện trở phần sát thành giếng khoan, trong đới ngấm hoàn toàn. Do vùng nghiên cứu hẹp nên sự phản hồi của thiết bị có thể bị ảnh hưởng bởi lớp bùn kết quá dày. Đã có ba kiểu thiết bị đo vi điện cực khác nhau được thiết kế, nhưng hiện tại thiết bị đo vi điện cực định hướng dạng cầu (MSFL) đang được ứng dụng rộng rãi nhất để nghiên cứu trong đới này. 1.2.3.1. Đo vi điện cực đinh hướng MLL (Microlateralog): Thiết bị đo điện trở bằng vi điện cực định hướng MLL có kích thước nhỏ, gắn trên tấm cao su tẩm dầu cách điện. Khi đo các điện cực được áp vào thành giếng để tránh ảnh hưởng của giếng khoan. Các điện cực trong hệ MLL: chỉ riêng A0 là điện cực hình điểm, các điện cực còn lại M0, M1 và A1 là những vòng tròn lấy A0 làm tâm chung (hình 4.10). Dòng I0 được phát qua A0 có cường độ không đổi (I0 = const). Cũng giống như trường hợp LL7, ở đây dòng I, phát qua A1 thay đổi để sao cho hiệu điện thế giữa M1 và M2 luôn luôn bằng không. Khi điều kiện này thoả mãn thì dòng I0 tập trung đi thẳng vào đất đá ở thành giếng, vì I0 = const nên điện thế U0 của M1 (hoặc M2 ) so với N ở xa vô cùng sẽ tỷ lệ với điện trở suất của phần môi trường mà I0 đi qua. Điểm đo của MLL được tính cho điểm A0, kích thước (spacing) của vi hệ điện cực định hướng lấy bằng đường kính trung bình giữa M1M2 . Độ phân giải theo chiều thẳng đứng khoảng 1,7”, còn chiều sâu nghiên cứu từ 1” đến 2”. Do có chiều sâu nghiên cứu không lớn nên giá trị đo Ra bằng MLL chịu ảnh hưởng mạnh của lớp vỏ sét. Sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của vỏ sét, từ giá trị điện trở RMLLcor ta có thể tính điện trở suất RXO của đới rửa. Khi đới ngấm sâu hơn 3-5 cm thì dường như đới nguyên không ảnh hưởng tới RMLL. Đới ngấm quá nhỏ, chiều dày vỏ sét không đáng kể, thì giá trị đo RMLL sẽ ở khoảng xác định giữa RXO và Rt. Trong trường hợp đó ta có thể tính R bằng cách tích hợp các phép đo điện trở bằng các thiết bị có chiều sâu nghiên cứu khác nhau và dùng các bản chuẩn chuyên dụng. 1.2.3.2. Đo điện cực và vi điện cực khoảng gần PL & PML (Proximity Log or Proximity Mini Log): Phép đo khoảng gần sử dụng một vi hệ cực có cấu hình như hình 4.11 gắn trên một tấm cao su cách điện. Các điện cực có dạng hình vuông. Trong cùng là điện cực phát, ngoài cùng là điện cực chặn. ở giữa hai điện cực phát và chặn là điện cực kiểm tra. Nguyên tắc làm việc của hệ điện cực đo khoảng gần giống như Laterolog-3, nghĩa là trên cực chặn phát dòng không đổi, dòng I0 đi qua điện cực phát trung tâm thay đổi sao cho điện thế của điện cực kiểm tra bằng không. Cường độ dòng I0 lúc đó tỷ lệ với độ dẫn C của phần môi trờng mà nó đi qua. Cũng tương tự như MLL, hệ điện cực PL cũng chịu ảnh hưởng trực tiếp của lớp vỏ sét nên cần phải hiệu chỉnh để loại bỏ. Phép tính hiệu chỉnh ảnh hưởng vỏ sét nhờ một bản chuẩn tương tự như đối với MLL. Phép đo PL chịu ảnh hưởng đới ngấm nhiều hơn MLL. Nhưng mặt khác, nó có khả năng định hướng mạnh hơn và đọc được giá trị cùa đới sâu hơn so với MLL. Giá trị đo RPL được chấp nhận với một lớp bùn kết dày trong khoảng 0.7 inches. Chỉ trong trường hợp đới ngấm sâu (>10”) thì đới nguyên không góp phần vào số đo RPL, còn nói chung Rt có một phần ảnh hưởng tới kết quả đo PL. Việc tính RXO từ RPL cần có các số đo khác (LLd, LLs) để ấn định đường kính đới ngấm d và Rt. 1.2.3.3. Đo vi điện cực định hướng dạng cầu MSFL (Micro-spherically Focused Log): Phương pháp MSFL được thay thế cho ML và MLL từ khi được kết hợp đo một lượt với các thiết bị khác như DLL. Hệ vi địên cực định hướng dạng cầu thường được lắp đặt trên một tấm cao su (hình 4.12 và 4.13) gắn trên càng của một thiết bị kết hợp đo đường kính và các Zond đo vi điện cực khác. Hệ vi điện cực định hướng dạng cầu MSFL có hai ưu điểm: a) ít nhạy cảm với lớp vỏ sét hơn so với MLL và có số đo phản ảnh nông hơn PL; b) Nó có thể kết hợp đo cùng lúc với DLL trong khi MLL hay PL phải tiến hành riêng biệt. Thiết bị đo bao gồm điện cực trung tâm A0, điện cực phát A1, điện cực ghi M0 và hai điện cực điều chỉnh điện thế (Monitor electrodes). MSFL ít bị ảnh hưởng bởi chiều dày của lớp bùn sét hơn MLL vì vậy nó có thể đo chính xác giá trị điện trở của đới ngấm hoàn toàn RXO trong cả điều kiện vỉa có độ thấm kém. Trong trường hợp lớp bùn sét có bề dày lớn hơn 1/2in, giá trị điện trở MSFL cần phải hiệu chỉnh thông qua hai thông số là chiều dày (dmc) và điện trở của lớp bùn sét Rmc. 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hình dáng của đường cong đo điện trở trong giếng khoan: Điện trở suất biểu kiến đo được trong giếng khoan phụ thuộc phức tạp vào các yếu tố: loại và chiều dài của hệ điện cực đo, đường kính giếng, chiều sâu đới ngấm, điện trở suất và chiều dày của các lớp đất đá trong lát cắt... 2. Phương pháp đo điện thế phân cực tự nhiên trong giếng khoan SP (Spontaneous potential): Thế điện phân cực tự nhiên là kết quả của các quá trình hoá lý xảy ra khi dung dịch khoan tiếp xúc với đất đá và chất lưu bão hoà trong vỉa nghiên cứu và các lớp đá vây quanh có thành phần thạch học khác nhau. Lần đầu tiên, năm 1928, lúc chuẩn bị sơ đồ để đo điện trở suất trong giếng khoan, Schlumberger phát hiện thấy có sự tồn tại một hiệu điện thế giữa điện cực M trong giếng khoan và điện cực N đặt trên mặt đất khi không có dòng điện phát. Điện thế đó thay đổi từ lớp đất đá này sang lớp đất đá khác, với giá trị từ một vài đến hàng trăm millivolt. Điện thế đó có tên gọi là điện thế tự phân cực. Phương pháp đo thế điện này gọi là phương pháp thế điện tự phân cực - SP. Trường điện tự phân cực trong giếng khoan đã được rất nhiều nhà nghiên cứu phân tích chi tiết: Doll (1949), Willie (1949), Daxnov (1950), Gondouin (1958), Hill và Anderson (1959), v.v.. Theo sự phân tích của các tác giả, thế điện tự phân cực trong giếng khoan được tạo thành do các quá trình lý hóa sau: -Quá trình khuếch tán muối từ nước vỉa đến dung dịch giếng và ngược lại. -Quá trình hút các ion ở trên bề mặt của các tinh thể đất đá. -Quá trình thấm từ dung dịch giếng vào đất đá và nước vỉa vào giếng khoan. -Phản ứng ôxy hoá khử diễn ra trong đất đá và trên bề mặt tiếp xúc giữa đá với dung dịch giếng khoan. Khả năng của đất đá phân cực dưới tác dụng của quá trình lý hoá nói trên được gọi là hoạt tính điện hóa tự nhiên. Trong 4 quá trình trên, quá trình khuếch tán và hút ion đóng vai trò chính trong việc tạo ra trường điện tự nhiên trong đất đá. 2.1. Quá trình khuếch tán (distribution) và hút ion: Các phân tử muối khoáng hoà tan trong nước sẽ phân ly thành các ion. Trên bề mặt tiếp xúc giữa hai dung dịch điện phân có nồng độ C1 và C2 (C1 ≠ C2 ) được ngăn cách bởi một màng bán thấm (ví dụ: sét), các ion ở phía có nồng độ khoáng hoá cao sẽ dịch chuyển sang phía có nồng độ thấp hơn. Sự dịch chuyển này tạo ra thế điện động lực. Gọi: Sawater là độ khoáng hóa của nước vỉa Safluid là độ khoáng hóa của dung dịch giếng khoan Do khác nhau về độ khoáng hóa và thành phần hóa học sẽ tạo ra sức điện động khuếch tán được xác định bởi công thức: (4.6) KD - Hệ số sức điện động khuếch tán, là hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ, thành phần hoá học, hoá trị và nồng độ dung dịch. Nếu các điều kiện sau cùng đã xác định, khi đó KD chỉ còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Đối với nước vỉa và dung dịch giếng khoan có thành phần muối đơn giản (NaCl) ta có công thức: (4.7) Giả sử ở nhiệt độ 18oC, dung dịch NaCl ta có : (4.8) Trong các trường hợp dung dịch hoà tan nhiều loại muối có nồng độ khác nhau thì loại muối nào có ưu thế hơn sẽ có vai trò lớn hơn theo tỷ lệ phần đóng góp vào giá trị của thế khuyếch tán. Nơi hai lớp đất đá tiếp xúc với nhau khác về thành phần thạch học hoặc giữa chất lỏng với đất đá. Khi đó, cùng với sự khuyếch tán các ion theo các lỗ rỗng, một số ion linh động có thể bị hấp phụ. Sét thường giữ lại các ion âm và đẩy các ion dương đi qua. Nói cách khác, sét là màng thấm các cation mà không thấm đối với các anion. Nếu dung dịch ở hai bên màng thấm đều là NaCl thì sẽ có hiện tượng dịch chuyển các cation Na+ ở phía nồng độ cao sang phía bên có nồng độ thấp hơn. Trong khi đó các anion Cl- thì bị hấp phụ trên thành kênh dẫn. Kết quả là ở hai bên của màng bán thấm xuất hiện sức điện động hấp phụ: (4.9) ADA- Hoạt độ khuếch tán và hút các ion của đất đá Đối với lớp cát sạch tiếp xúc với sét sạch ta có: (4.10) Es max - Biên độ tĩnh lớn nhất của SP Trong thực tế người ta không ghi được biên độ tĩnh mà ghi được biên độ tĩnh cộng với sự hụt điện thế ở từng đoạn giếng khoan: (4.11) RT - Điện trở của vỉa RWELL - Điện trở của từng đoạn giếng khoan RCL - Điện trở của sét; ISP - Cường độ dòng điện Hai quá trình điện hoá khuyếch tán và hấp phụ xảy ra trên mặt tiếp xúc giữa hai dung dịch không có cùng nồng độ khoáng hoá (dung dịch khoan và nước vỉa). Quá trình thứ nhất mạnh mẽ ở các đá có độ rỗng và độ thấm cao. Quá trình thứ hai chủ yếu ở các đá sét có độ thấm kém. Quá trình này cho các ion linh động đi qua dễ dàng, quá trình kia thì hấp phụ các ion đó. Về mặt hình thức, hai quá trình khuyếch tán – hấp phụ như hai mặt đối lập của sự thống nhất: Quá trình điện hoá. Hai mặt đối lập của một quá trình thống nhất luôn luôn đi kèm với nhau. Nếu không có hấp phụ thì quá trình khuyếch tán sẽ kết thúc nhanh và ngược lại, nếu chỉ có quá trình hấp phụ thì bản thân nó cũng nhanh chóng trung hoà điện tích. Khi đó, kết quả là ranh giới giữa các lớp đá cát và sét không thể hiện rõ quá trình điện hoá. 2.2. Các phương pháp của SP: 2.2.1. Phương pháp SP thông dụng (phương pháp thế SP). Gồm hai điện cực M và N, N cố định, M chạy dọc theo giếng khoan. Các điện cực M và N làm bằng chất liệu kim loại ít bị phân cực điện cực trong môi trường dung dịch khoan và có độ khoáng hoá khác nhau. Thường người ta dùng chì (Pb) để chế tạo các điện cực thu M, N. Bộ bù phân cực (BPC) sẽ tạo ra một thế điện để khử thế điện phân cực điện cực nếu có. Điện thế kế V sẽ ghi giá trị độ chênh thế điện giữa điện cực M so với điện cực N: (4.12) Giá trị ΔUSP phụ thuộc rất nhiều yếu tố khác nhau (môi trường, thiết bị) vì vậy khi sử dụng cần phải hiệu chỉnh. Trong sản xuất phổ biến dùng sơ đồ đo thế SP. 2.2.2. Phương pháp Gradient SP: Nguyên tắc giống như đối với phương pháp thế SP, nhưng hai điện cực M và N đều nằm trong giếng khoan và cách nhau 1m. Phương pháp này chỉ dùng để nghiên cứu chi tiết mặt cắt giếng khoan và khi dòng điện nuôi không ổn định hay có nhiễu mạnh. Về nguyên tắc từ số đo gradient SP có thể tính chuyển thành thế USP . 2.2.3. Phương pháp đo bằng điện cực tự chọn: Gồm điện cực chính M để ghi và hai điện cực phụ N1 và N2, A1 và A2 là hai điện cực nguồn. Phương pháp này có tác dụng giảm ảnh hưởng độ dày của vỉa và điện trở của đất đá lên ΔUSP nên được dùng để phân chia những vỉa sét và vỉa có độ thấm cao nằm giữa đất đá có điện trở cao. 2.2.4. Phương pháp đo hiệu chỉnh SP: Các phương pháp trên giá trị ΔUSP ghi được cần phải hiệu chỉnh: độ dày vỉa, điện trở vỉa, điện trở vùng thấm, đường kính giếng khoan và vùng thấm. Ở phương pháp đo hiệu chỉnh SP có những điện cực đặc biệt, có khả năng tự điều chỉnh điện trường, điện cực M1N1 và M2N2 giữ cho hiệu điện thế giữa chúng luôn luôn bằng không, có nghĩa là giữa các điện cực này không có dòng điện, vì vậy phương pháp này cho phép giảm tối đa những ảnh hưởng lên giá trị ΔUSP . Đơn vị ghi của SP là MV (Millivolt). 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hình dáng và biên độ dị thường ΔUSP: Biên độ và hình dáng của dị thường SP ở đoạn giếng đi qua các vỉa thấm phụ thuộc vào một loạt các yếu tố khác nhau: - Độ lớn của trường điện tự phân cực. - Chiều dày h và điện trở Rt của đới nguyên. - Điện trở Ri và đường kính Di của đới ngấm. - Điện trở suất của các lớp vây quanh. - Hàm lượng sét trong vỉa nghiên cứu. 2.4. Phạm vi ứng dụng của phương pháp SP: Phương pháp thế điện tự phân cực được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu các giếng khoan nhằm mục đích khác nhau, đặc biệt trong thăm dò dầu khí và than. Trong thực tế sản xuất, phương pháp này được sử dụng kết hợp với các phương pháp để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau: - Phân chia các lớp đất đá trong lát cắt giếng khoan theo thành phần thạch học. - Nhận biết các lớp đá có thấm và không thấm (tầng chứa và tầng chắn). - Xác định ranh giới và chiều dày các vỉa cát sét dựa vào khả năng thấm của chúng. - Liên kết các lớp trong lát cắt giữa các giếng khoan trên tuyến liên kết. - Xác định điện trở suất của nước vỉa, RW. - Trong điều kiện thuận lợi, khi đã xác định được độ sét của đá chứa thì kết quả đo SP có thể được sử dụng để đánh giá độ lỗ rỗng của đá. 3. Phương pháp đo cảm ứng điện từ trong giếng khoan (ID): Phương pháp cảm ứng điện từ là phương pháp đo trong giếng khoan điện thế của từ trường thay đổi tạo ra bởi dòng điện xoáy, dòng điện này đi trong đất đá và được tạo ra bởi cuộn dây nguồn. Phương pháp cảm ứng điện từ có thể sử dụng trong giếng khoan ngập nước dung dịch, thậm chí trong cả giếng khoan dung dịch không dẫn điện như dầu, không khí hoặc khí tự nhiên. 3.1. Nguyên lý hoạt động: Thiết bị đo cảm ứng điện từ được cấu tạo bởi một nguồn cảm ứng và hệ thống mạch điện. Nguồn cảm ứng được cấu tạo từ hai cuộn dây: cuộn nguồn A và cuộn ghi D, hai cuộn này được đặt cách nhau bằng một thanh không dẫn điện. Hệ thống mạch điện bảo đảm cho cuộn dây nguồn có một dòng điện thay đổi với tần số cao 20 - 80 Hz, nhờ vậy ở cuộn dây ghi sẽ nhận được những tín hiệu mạnh và rõ. Dòng điện thay đổi ở cuộn dây nguồn sẽ sinh ra từ trường thay đổi(H1), gây cảm ứng ở môi trường xung quanh và tạo ra dòng điện xoáy. Trong môi trường đồng nhất, đường lực của dòng điện này được hình dung là những vòng tròn với trục là trục giếng khoan (nếu trục máy đo là trục giếng khoan). Dòng điện này lại một lần nữa sẽ tạo ra từ trường thay đổi H2 trong đất đá. Từ trường H1 và H2 sẽ cảm ứng lên cuộn ghi với sức điện động là E1 và E2. E1 là sức điện động nhiễu sẽ bị loại bằng hệ thống bù của cuộn ghi. Như vậy chỉ còn lại sức điện động E2, ta có: (4.13) Tín hiệu được ghi dọc theo giếng khoan là đường cong thay đổi của độ dẫn điện đất đá, giá trị sđđ này là giá trị biểu kiến. Để có được giá trị thực ta cần hiệu chỉnh hiệu ứng phân bố dao động điện từ trường và hệ số tắt dần: (4.14) Trong thực tế để đo độ dẫn điện người ta sử dụng không những hai cuộn dây mà còn thêm vào vài cuộn dây phụ. Đường cong ID bị ảnh hưởng bởi: đường kính giếng khoan, độ dày vỉa và vùng thấm. 3.2. Ứng dụng: Phương pháp cảm ứng điện từ được kết hợp với các đường cong khác để: -Xác định vỉa sản phẩm. -Xác định điện trở Rt của vỉa. -Xác định điện trở vùng thấm và đường kính vùng thấm. 4. Các yếu tố ảnh hưởng lên kết quả đo của các phương pháp điện trở: Ở chừng mực nhất định chúng ta đã hình dung rằng luôn luôn có những nhiễu do ảnh hưởng của môi trường lên tín hiệu đo. Bây giờ hãy xem xét đến tầm quan trọng của một số đặc điểm của các thành hệ về khía cạnh địa chất: như thành phần, kiến trúc, thế nằm, môi trường trầm tích, nhiệt độ áp suất... 4.1. Thành phần đá: - Bản chất của pha rắn, gồm các hạt vụn xi măng gắn kết trong đá là không dẫn điện hoặc có điện trở rất cao, điều này là phổ biến như một quy luật. - Các chất lưu bão hoà trong lỗ rỗng của đá: hydrocacbon cũng có điện trở vô cùng lớn, nước là thành phần chất lưu có độ dẫn điện tốt phụ thuộc vào độ khoáng hoá và nhiệt độ. - Độ lỗ rỗng và độ bão hoà. 4.2. Kiến trúc đá: Hình dáng kích thước phân bố sắp xếp của các hạt có ảnh hưởng nhiều đến độ lỗ rỗng; kích thước, đặc điểm phân bố của các lỗ rỗng và kênh dẫn trong đá lại có ảnh hưởng rất lớn đến điện trở suất của đá. Cấu trúc lỗ rỗng trong các đá là một cấu trúc fractal. Độ cong lỗ rỗng thể hiện lên các tham số “a” và “m” trong quan hệ giữa F và Ф. Độ thấm khác nhau sẽ làm thay đổi trong đới ngấm và độ bão hoà cả về bản chất cũng như kích thước của đới ngấm. Bất đẳng hướng nhỏ. Trong khi hệ điện cực phát dòng theo hướng nằm ngang, nếu bất đẳng nhất không theo một hướng nhất định (bất đẳng hướng nhỏ) thì số đo sẽ thay đổi không có quy luật. Kiểu phân bố của sét hay các khoáng vật dẫn điện khác trong đá cũng có vai trò quan trọng làm cho điện trở của đá thay đổi. Trong các hang hốc, khe nứt nếu có chứa dung dịch dẫn điện hay chứa nước sẽ ưu tiên cho một phần dòng đi từ các hệ cực và từng khe nứt sẽ có ảnh hưởng khác nhau lên kết quả đo. Các tham số “a” và “m” cũng vì thế mà thay đổi. 4.3. Góc dốc và cấu trúc các lớp đá: Thế nằm của các lớp đá không luôn luôn nằm ngang, trục giếng khoan cũng không luôn luôn theo phương thẳng đứng, nghĩa là các mặt phân lớp không luôn luôn vuông góc với trục giếng khoan, nên điện trở suất biểu kiến có thể có sai số. Đây cũng là một kiểu sai số giống như khi gặp bất đồng nhất nhỏ. Chiều dày, cách tổ chức sắp xếp bên trong của vỉa nghiên cứu và các vỉa vây quanh (đây là một kiểu bất đẳng hướng vĩ mô) phụ thuộc vào lịch sử lắng đọng, đặc điểm môi trường trầm tích trong từng nhịp địa chất... Các dạng cấu trúc vĩ mô đó đều thể hiện rất rõ ràng theo sự thay đổi giá trị điện trở của các lớp trong lát cắt. 4.4. Nhiệt độ, áp suất nén ép: Hiệu ứng của nhiệt độ lên điện trở suất của chất lưu như nước vỉa đã được xem xét ở trên. Có một số đo nhiệt độ ở đáy giếng là cần thiết đối với phương pháp điện trở nếu ta chưa biết rõ gradient địa nhiệt của vùng. Áp suất vỉa là hàm số của nhiều yếu tố - bao gồm lực nén ép kiến tạo, thiểu nén ép. Sự nén ép làm cho đá chặt xít, các hạt đá bị biến dạng và độ lỗ rỗng thay đổi theo chiều giảm khi lực nén ép tăng. Phép thử nghiệm được thực hiện ở phần lát cắt có đối tượng nghiên cứu dựa vào sự khác biệt áp suất thuỷ tĩnh của cột dung dịch và áp suất vỉa. Chương 5 Các phương pháp phóng xạ nghiên cứu giếng khoan Các phương pháp phóng xạ là các phương pháp địa vật lý nghiên cứu giếng khoan dựa trên quá trình phóng xạ (phóng xạ tự nhiên, phóng xạ do bị kích thích) xảy ra ở các phần tử hạt nhân nguyên tử được gọi là phương pháp địa vật lý phóng xạ hay carota phóng xạ. Hiện nay có rất nhiều phương pháp phóng xạ khác nhau, tuy nhiên chỉ có 3 phương pháp sau đây là được sử dụng rộng rãi nhất: Phương pháp Gamma Ray (GR) hay còn gọi là Gamma tự nhiên. Phương pháp Gamma Gamma hay còn gọi là phương pháp mật độ (Density) Phương pháp Neutron. 1. Phương pháp Gamma Ray (GR) hay Gamma tự nhiên: 1.1. Phương pháp Gamma tự nhiên tổng: Phương pháp này là phương pháp đo hoạt độ Gamma tự nhiên trong đất đá. 1.1.1. Nguyên lý: Sự phân rã hạt nhân nguyên tử ở điều kiện tự nhiên (khi có phóng xạ) bao giờ cũng kèm theo hiên tượng bức xạ α, β, γ. Tất cả những bức xạ α, β, γ sẽ tác động vào môi trường chung quanh và chúng sẽ bị hấp thụ một phần nào đó. Những tia α phần lớn kém bền vững có khả năng ion hóa cao. Dòng tia α này hầu như bị hấp thụ bởi những lớp đất đá cực mỏng vài micromet. Dòng tia β có khả năng đâm xuyên cao hơn α và hầu như cũng bị hấp thụ bởi những lớp đất đá có độ dày lớn hơn vài milimet. Dòng tia γ được xem là bức xạ điện từ sóng ngắn có tần số cao (giới hạn ranh giới của bức xạ Rengen cứng), được đo ở đơn vị MeV (Megaelectron Vol). Hình 5.1: Minh hoạ log Gamma Ray Nhờ vào khả năng đâm xuyên cao của bức xạ γ, nó có một ý nghĩa thực tế khi nghiên cứu mặt cắt giêng khoan (tia γ bị hấp thụ bởi lớp đất đá có độ dày gần 1mét), chính vì vậy mà khi đo trong giếng khoan chống ống không ảnh hưởng đến giá trị đo. Cường độ bức xạ của đất đá trong giếng khoan được ghi bởi một dụng cụ gọi là indicator γ bức xạ được đặt trong máy đo. Đơn vị đo của Gamma tự nhiên là Bq/g hay GAPI. Tuỳ theo mức độ phóng xạ tự nhiên của đất đá người ta chia đất đá ra làm ba loại: Đất đá có phóng xạ cao: (1-3 Bq/g) .Sét bitum đen .Muối kali .Sét phiến .Fenspat kali .Sét kết Đất đá có phóng xạ trung bình: (0.1- 1 Bq/g) .Thạch anh có chứa một ít fenspat .Cát fenspat có kali . Đá carbonat bị đolomit hoá Đất đá có phóng xạ thấp: (< 0.04 Bq/g) .Muối natri .Thạch anh hạt to SiO2 .Vôi .Cát .Than đá .Thạch cao CaSO4.2H2O .Anhydrit .Đolomit CaCO3MgCO3 1.1.2. Ứng dụng: Phương pháp Gamma tự nhiên được sử dụng để giải quyết các vấn đề sau: -Phân tích thành phần thạch học của đất đá. -Xác định sét lục nguyên và đá carbonat. -Xác định hàm lượng sét chứa trong vỉa. 1.2. Phương pháp Gamma tự nhiên thành phần: Là phương pháp xác định thành phần các nguyên tố phóng xạ tự nhiên như 1940K,U,Th. Phương pháp này dùng để giải quyết những bài toán sau đây: -Liên kết từng phần phân chia đất đá theo từng dạng thạch học khác nhau. -Đánh giá các dạng của vỉa sét (loại sét), thành phần khoáng vật sét trong đất đá. -Đánh giá thành phần hữu cơ trong sét kết. 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị đo GR: Vị trí đặt của thiết bị đo (định tâm hay áp sườn) Đường kính giếng khoan Tỷ trọng và loại dung dịch khoan Sự phân bố và tỷ trọng của đất đá Chiều dày của ống chống, số lớp ống chống Xi măng ( tạo bởi vôi và sét ) Tốc độ kéo cáp khi đo ghi Tất cả các yếu tố trên đây đồng thời ảnh hưởng lên giá trị đo gamma tự nhiên. Trong phân tích kết quả đo GR cần phải xác định xem những yếu tố nào ảnh hưởng nhất lên phép đo trong trường hợp cụ thể và đưa ra phép hiệu chỉnh tương ứng. Trong điều kiện chuẩn log Gamma Ray không có yêu cầu về hiệu chỉnh. Các điều kiện này gồm: kích thước đường kính giếng là 8 inches, tỷ trọng của dung dịch khoan là 10 lb, kết hợp với đường kính của thiết bị đo là inches trong giếng. Tuy nhiên, với kích thước giếng lớn hơn và dung dịch khoan nặng hơn hoặc với thiết bị định tâm thì có sự hiện diện của vật liệu hấp thụ tia gamma giữa thành hệ và thiết bị, sự ghi nhận sẽ giảm đi. Vì vậy sự ghi nhận sẽ chính xác hơn trong giếng nhỏ hơn hoặc giếng rỗng. Các đường cong hiệu chỉnh có thể được tìm thấy ở những công ty dịch vụ. 1.4. Ứng dụng phương pháp đo gamma tự nhiên để tính hàm lượng sét trong đá: Do cường độ phóng xạ càng cao khi hàm lượng sét trong đá càng nhiều nên đường cong GR cho dấu hiệu tốt để phân biệt các lớp đá sét (tầng sinh, tầng chắn) và đá chứa ít sét hoặc không chứa sét (tầng thấm chứa dầu khí), phát hiện các vỉa than trong tập đá acgilit than. Nhìn chung, các phép đo gamma trong giếng khoan không bị ảnh hưởng bởi độ khoáng hoá và phép đo có thể thực hiện được trong dung dịch gốc dầu. Vì tia gamma có khả năng đâm xuyên cao, thậm chí có thể đi qua thành ống chống bằng thép có chiều dày 15mm, nên phương pháp GR có thể đo trong các giếng khoan đã chống ống. Đây là ưu điểm nổi trội nhất của phương pháp gamma so với các phương pháp đo Địa vật lý giếng khoan khác. Cường độ bức xạ gamma của các đá chứa lục nguyên và cacbonat, không chứa khoáng vật phóng xạ, tỷ lệ với hàm lượng khoáng vật sét trong đá là cơ sở để ta xác định hàm lượng sét trong đá chứa theo kết quả đo GR. Hàm lượng sét Vsh tính theo thể tích trong đá chứa có quan hệ hàm số với tham số ΔJ khá chặt chẽ: (5.1) Trong đó: GR là giá trị cường độ bức xạ gamma đo được tại điểm quan sát. GRmax, GRmin lần lượt là cường độ bức xạ gamma tại vỉa sét và viả cát sạch. Trong trường hợp lát cắt không có vỉa đá cát sạch, có thể sử dụng các giá trị GRmax, GRmin là các giá trị đo được ở hai vỉa đá có độ sét biết trước. Khi đó phương pháp xác định độ sét theo (5.1) gọi là phương pháp hai vỉa (tầng) chuẩn. Quan hệ hàm số giữa tham số ΔJ và độ sét Vsh thường được xác định bằng thực nghiệm. Thông thường phổ biến phương trình thực nghiệm dạng tuyến tính. Tuy nhiên, vì sự có mặt của các khoáng vật sét là một chỉ thị của môi trường trầm tích nên quan hệ hàm số ΔJ = f(Vsh) là rất phức tạp và khác nhau giữa vùng này và vùng khác. Cách đúng đắn nhất vẫn là thay việc sử dụng các công thức thực nghiệm có sẵn bằng việc xây dựng quan hệ thực nghiệm giữa các tham số đó cho từng vùng cụ thể, thậm chí cho từng phân vị địa tầng khác nhau. 2. Phương pháp Gamma Gamma (Density): Phương pháp Gamma Gamma là phương pháp đo mật độ khối của thành hệ đất đá. Mật độ khối là mật độ tổng cộng của đất đá bao gồm khung đất đá và chất lưu chiếm chỗ trong các lỗ rỗng. Hình 5.3: Quan hệ giữa thành phần thạch học và đường cong Density 2.1. Nguyên lý: Khi chiếu xạ vào môi trường đất đá xung quanh giếng khoan bằng một chùm tia gamma có năng lượng khác nhau và đo các tia gamma tán xạ do kết quả tương tác của chúng với môi trường (Hình 5.4) gọi là phương pháp gamma tán xạ hoặc gamma - gamma, nghĩa là chiếu xạ bằng tia gamma và đo các tia gamma sau khi đã mất bớt năng lượng bị tán xạ do tương tác với vật chất trong môi trường nghiên cứu. Khi các tia gamma tương tác với môi trường đất đá chúng sẽ gây ba hiệu ứng chính (Xem hình 5.5): * Cặp điện tử pozitron: dưới tác động của γ lượng tử (kvant) có năng lượng rất lớn (5-10MeV) với hạt nhân nguyên tử, kết quả γ lượng tử mất đi và trong trường điện hạt nhân cặp electron pozitron được tạo thành. * Hiệu ứng quang điện: Diễn ra dưới sự hấp thụ γ lượng tử từ một trong những electron của hạt nhân. Năng lượng γ lượng tử tạo thành ở năng lượng động electron, electron này quay quanh hạt nhân. Thông thường thì ảnh hưởng của hiệu ứng quanh điện đối với vật chất rất nhỏ. * Hiệu ứng Compton: Khác với hiệu ứng quang điện γ lượng tử không mất đi mà chỉ mất một phần năng lượng cho một trong những electron của hạt nhân và thay đổi hướng chuyển động (tán xạ). Tán xạ Compton chỉ phụ thuộc vào mật độ electron của thành hệ (hay số electron trên một đơn vị thể tích), mà gần như là liên quan tới mật độ khối. Đây là cơ sở của phép đo mật độ chuẩn. Hình 5.5: Các kiểu va chạm Nếu gọi Ne là số lượng electron trong một đơn vị thể tích của vật chất ta có: (5.2) Trong đó: NA là hằng số Avogadro ( NA = 6,02.1023 mol-1) : số thứ tự nguyên tố trong thành phần vật chất A : khối lượng nguyên tử : mật độ vật chất Từ công thức trên bằng phương pháp Gamma Gamma người ta có thể xác định mật độ đất đá mà giếng khoan đi qua. 2.2. Đường cong mật độ: Thông thường trên băng carota, đường cong mật độ được biểu diễn trên Track 2 và 3 trên một thước đo thay đổi từ 1,95 – 2,95 g/cc. Mật độ tiêu chuẩn thay đổi từ 2,0 - 2,7 g/cc khi độ rỗng thay đổi từ 0 – 40 %. Đường cong hiệu chỉnh biểu diễn trên Track 3, thay đổi từ -0,25 đến 0,25. Đường hiệu chỉnh nhằm xác định tính ứng dụng của đường mật độ; nó không có nghĩa là cộng vào hoặc trừ đi giá trị mà cho thấy tính chính xác của , nó chỉ ra mức độ tin cậy của giá trị mật độ đất đá đo được. Khi phân tích một đường Density, đầu tiên ta nên quan sát giá trị trên đường bù , vì đường cong này là đường cong kiểm soát chất lượng. Trong giếng trơn nhẵn giá trị gần với giá trị không. Khi gặp phải lớp vỏ sét hoặc bề mặt giếng gồ ghề thì giá trị hiệu chỉnh sẽ tăng. Miễn là thấp hơn 0,15 g/cc hiệu chỉnh là thích hợp và đường có thể tin tưởng. Nếu trên 0,15 g/cc hiệu chỉnh là không thích hợp và đường đã bị lỗi. Độ rỗng đất đá liên hệ với mật độ như sau: (5.3) rmat - Mật độ đất đá khung rlog - Mật độ đất đá tự nhiên rfluid - Mật độ chất lưu chứa trong đất đá Mật độ của một số loại đá tiêu biểu: Cát : rmat = 2.65 - 2.68 g/cm3 Đá vôi : rmat = 2.70 - 2.72 g/cm3 Dolomit : rmat = 2.85 g/cm3 Anhydrit : rmat = 2.98 g/cm3 2.3. Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải của các Zond đo gamma gamma: Chiều sâu nghiên cứu của các thiết bị đo gamma gamma phụ thuộc vào mật độ khối của đất đá ở thành giếng khoan. Mật độ càng cao thì chiều sâu nghiên cứu của phép đo càng giảm. Trong các thành hệ có lỗ rỗng và thấm tốt, chiều sâu nghiên cứu của các thiết bị hiện nay không quá 10 inches (~25cm), nghĩa là trong vùng đới ngấm ở thành giếng. Khả năng phân giải lát cắt của các thiết bị đo gamma tán xạ mật độ phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến detector. Đối với các Zond có một detector khoảng cách này là 16 inch (0,4m), còn các Zond có hai detector thì khoảng cách giữa các detector là 10 inch (0,25m). Mức độ dày mỏng khác nhau của lớp vỏ sét sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo. Bề mặt thành giếng khoan cũng gây ảnh hưởng đến kết quả đo. 2.4. Ứng dụng của phương pháp Gamma Gamma: Xác định độ rỗng và gián tiếp xác định mật độ hydrocacbon Xác định thạch học, thành phần khoáng vật Đánh giá hàm lượng vật chất hữu cơ, phát hiện vỉa khí Xác định dị thường áp suất và độ rỗng khe nứt 3. Phương pháp Neutron: Phương pháp neutron là phương pháp ghi nhận liên tục sự phản ứng của thành hệ đất đá xung quanh thành giếng khoan đối với sự bắn phá của các hạt neutron nhanh. Sự phản ứng này liên quan với “chỉ số hydro” (hydro index) của vỉa – một thông số xác định sự phong phú hydro của vỉa. 3.1. Nguyên lý chung: Hạt neutron là những hạt không tích điện, không bị ion hóa bởi môi trường xung quanh. Khối lượng của Neutron gần bằng khối lượng của Proton (1,66.10-24 g), ký hiệu 01 n, khối lượng bằng 1đơn vị và điện tích bằng không. Do không tích điện nên Neutron không bị mất năng lượng khi tương tác với các electron tích điện và hạt nhân, bởi vậy 01 n có khả năng đâm xuyên cao. Năng lượng của Neutron đo ở MeV. Năng lượng của Neutron biểu hiện ở vận tốc chuyển động V. Theo năng lượng của Neutron, người ta chia làm 4 loại: Neutron nhanh : 1 – 15 MeV Neutron trung bình : 10 eV – 1 MeV Neutron chậm (nhiệt): 0,1 – 10 eV Neutron trên nhiệt : 0,025 eV Hình 5.6: Sơ đồ minh hoạ log Neutron Khi các hạt Neutron tương tác với các hạt nhân nguyên tử thì xảy ra hiện tượng tán xạ Neutron hoặc bị bắt giữ bởi hạt nhân. Sự tán xạ Neutron dẫn đến các hạt Neutron thay đổi hướng chuyển động. Có hai loại tán xạ Neutron: Tán xạ Neutron đàn hồi: Khi Neutron có năng lượng từ vài MeV đến 0.1eV. Tán xạ không đàn hồi: Diễn ra đối với các Neutron nhanh. Trong đất đá khi các hạt Neutron tương tác với vật chất chứa nhiều nguyên tố H2 thì sẽ làm chậm các hạt Neutron. Nếu trong đất đá tồn tại một lượng nhỏ nước hay dầu (chứa nhiều H2), sự chậm các hạt Neutron chủ yếu xảy ra ở nguyên tử H2. Khi nghiên cứu mặt cắt giếng khoan bằng phương pháp Neutron, người ta phóng vào đất đá những hạt Neutron nhanh và ghi bức xạ γ (xảy ra khi Neutron bị bắt giữ: 11H + 01 n = 12H + γ). Tia Neutron nhanh (khoảng 5 Mev) liên tục được phát ra bởi nguồn Neutron và di chuyển theo nhiều hướng vào thành hệ đất đá. Khi di chuyển, chúng trở nên chậm hoặc giảm bớt năng lượng do va chạm với các hạt nhân trên đường đi. Khi năng lượng giảm tới một mức rất thấp (khoảng 0,025 ev) (hoặc gọi là năng lượng nhiệt), chúng có dạng zigzag hoặc khuyếch tán theo các hướng cho đến khi chúng bị hấp thụ hoặc bị bắt giữ bởi sự hiện diện của hạt nhân. Ảnh hưởng của hydrocarbon trên độ rỗng Neutron : quy tắc điều chỉnh mối quan hệ giữa độ rỗng neutron và độ rỗng thực trong các vỉa sạch có khí hoặc là nước hoặc là dầu lấp vào các lỗ rỗng ( hai chất lưu này thực chất có cùng chỉ số hydro). Tuy nhiên, khí có mật độ rất thấp, có chỉ số hydro rất thấp so với nước. Sự hiện diện của khí làm cho log Neutron đưa ra giá trị độ rỗng thấp. Khi kết hợp phương pháp Neutron và phương pháp Density thì sẽ làm cho khí nổi bật rất rõ. Tùy theo cách ghi, người ta phân làm 3 phương pháp sau: Phương pháp Neutron Gamma. Phương pháp Neutron Neutron nhiệt. Phương pháp Neutron Neutron trên nhiệt. 3.2. Phương pháp Neutron Gamma: 3.2.1. Nguyên lý: Cường độ của γ bức xạ được ghi theo phương pháp Neutron Gamma gồm 3 phần: Xuất hiện do kết quả bắt giữ các hạt Neutron ở hạt nhân nguyên tử Inγ . Gamma bức xạ của nguồn Neutron Iγγ, Gamma bức xạ này một phần tán xạ trong đất đá, một phần được ghi bởi dụng cụ gọi là Indicator, để làm giảm cường độ các hạt Iγγ người ta đặt một màng chì ngăn cách giữa nguồn phóng và Indicator. Gamma tự nhiên Iγ . Hình 5.7 là sơ đồ đo theo phương pháp Neutron gamma. Trong Zond (1) gồm có nguồn S phát xạ ra các neutron và detector D để đếm các lượng tử gamma chiếm giữ. Giữa nguồn S và detector D có màn chì (4) để ngăn các tia gamma không đi thẳng từ nguồn đến detector. Tín hiệu từ Zond đi theo cáp lên mặt đất qua các ngăn điều chế tín hiệu (2) sau đó đưa lên bộ ghi (3). Cường độ phóng xạ gamma chiếm giữ phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố hydro trong môi trường nghiên cứu. Trong tự nhiên, nguyên tố này có trong pha lỏng (dầu, nước) và pha khí của đá. Các lưu chất này bão hoà, lấp kín trong lỗ rỗng của đá, do đó cường độ gamma đo được sẽ có quan hệ chặt chẽ với độ lỗ rỗng của thành hệ đá chứa. Hàm lượng hydro trong dầu và nước được coi là xấp xỉ bằng nhau. Cường độ của Gamma bức xạ Neutron lớn hơn nhiều so với Gamma bức xạ Iγγ và Iγ. 3.2.2. Đường cong Neutron Gamma: Đất đá chứa nhiều thành phần H2, thì trên băng carota (Schlumberger), giá trị Neutron Gamma cao và khi chứa ít thành phần H2 thì giá trị Neutron Gamma thấp. Những phân tử có khả năng bắt giữ Neutron lớn như Cl, Li, Co, Bor có ảnh hưởng đến kết quả ghi của phương pháp Neutron Gamma. Theo khả năng chứa H2, đất đá có thể chia làm hai nhóm: Nhóm cao: Sét (có khả năng ngậm nước lớn và nhận phần lớn các khoáng vật có thành phần hoá học liên hệ với H2O. Thạch cao CaSO4.2H2O, tuy có độ rỗng thấp nhưng thành phần hóa học liên hệ với H2O. Vài loại đất đá chứa dầu và nước. Nhóm thấp: Đá vôi, Dolomit, đá chứa nhiều thành phần xi măng, anhydrite, đá muối. Đối với đất đá trầm tích thì giá trị của Neutron Gamma phụ thuộc từ độ sét và lượng H2 và Cl chứa trong lỗ rỗng của đất đá. Đơn vị ghi của Neutron Gamma là V/V (%). 3.3. Phương pháp Neutron Neutron nhiệt và trên nhiệt: 3.3.1. Đường cong Neutron Neutron nhiệt: Cũng giống như phương pháp Neutron Gamma, đối với những vỉa mà thành phần hoá học có nhiều H2 thì phương pháp Neutron Neutron nhiệt biểu hiện thấp. Tuy nhiên Neutron Neutron nhiệt rất nhạy cảm đối với Cl cho nên đường cong Neutron Neutron nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào độ khoáng hóa nước vỉa và dung dịch của giếng khoan. 3.3.2. Đường cong Neutron Neutron trên nhiệt: Đường cong Neutron Neutron trên nhiệt không phụ thuộc vào thành phần của Cl mà nó chỉ phụ thuộc vào thành phần của H2 chứa trong đất đá. Giá trị của Neutron Neutron trên nhiệt liên hệ với H2 tương đối chặt chẽ hơn so với Neutron Gammar và Neutron Neutron nhiệt. Tuy nhiên phương pháp Neutron Neutron trên nhiệt có bán kính hoạt động nhỏ. 3.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới kết quả đo: Độ bền của nguồn Khoảng cách giữa nguồn và máy thu Bề dày ống chống Bề dày lớp ximăng Sự hiện diện của khí Thời gian đo ( time constant ) Thành phần thạch học của đất đá 3.5. Ứng dụng của phương pháp neutron: Phương pháp Neutron khi được kết hợp với các phương pháp khác dùng để : Đánh giá độ rỗng của vỉa Xác định ranh giới dầu khí Xác định thành phần thạch học của đất đá. Chương 6 Các phương pháp khác 1. Phương pháp đo đường kính giếng khoan (Caliper log): Phương pháp đường kính giếng khoan là phương pháp dùng để đo kích thước đường kính của giếng khoan chưa chống ống hoặc đã chống ống. Hình 6.1: Sơ đồ minh hoạ log Caliper 1.1. Bản chất của phương pháp Đường cong đường kính giếng khoan (caliper) thường được biểu diễn trong Track 1 và thường đi kèm với đường cong đường kính choòng khoan (bit size). Log caliper đơn giản phản ánh sự thay đổi kích thước của đường kính giếng khoan. Tại những nơi kích thước đường kính giếng khoan và kích thước choòng khoan bằng nhau là những nơi thành giếng ổn định. Những nơi này thường thấy trong đá vôi, đá phiến sét chứa vôi… Tại những nơi có kích thước đường kính giếng khoan lớn hơn kích thước đường kính choòng khoan được gọi là “rửa lũa” hay “sập lở”. Những nơi này thường thấy trong đá phiến sét đặc biệt đối với đá trẻ và không cố kết. Nguyên nhân của hiện tượng này là do ảnh hưởng của các vận động cơ học hoặc do sự tuần hoàn của dung dịch khoan. Tại những nơi kích thước đường kính giếng khoan nhỏ hơn kích thước đường kính choòng khoan, đây là dấu hiệu của một lớp vỏ sét (mud-cake) hiện diện. Dấu hiệu này rất có ích để giúp xác định một đới thấm, vì chỉ với điều kiện của đới thấm mới cho phép lớp vỏ sét được hình thành. Ranh giới của lớp vỏ sét điềm chỉ cho ranh giới của vỉa chứa tiềm năng. Bề dày của lớp vỏ sét có thể được xác định : Bề dày lớp vỏ sét = 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng : Các yếu tố địa chất có ảnh hưởng nhiều nhất lên giá trị đường kính của giếng có thể kể đến là : Thành phần thạch học, vì một số đá có thể bị hoà tan trong dung dịch khoan (như muối mỏ) hoặc trở nên bở rời, trương nở dẩn đến bị xói lở khi tiếp xúc với dung dịch khoan ở dòng đối lưu (như cát, sét…) sinh ra sập lở thành giếng. Đất đá bị co ngót, trong trường hợp đó giếng khoan cũng mở rộng ra. Kiến trúc và cấu trúc của đá. 1.3. Ứng dụng: Tài liệu đo đường kính giếng được sử dụng để : Phát hiện các đới có độ rỗng và khả năng thấm (sự xuất hiện lớp vỏ sét ở thành giếng), và xác định chiều dày lớp vỏ sét. Xác định thể tích giếng khoan để gia công thể tích khối xi măng cần thiết khi trám giếng khoan. Làm số liệu để hiệu chỉnh số đo của các phương pháp địa vật lý giếng khoan khác. Dấu hiệu để phân biệt một số loại đá sét. 2. Phương pháp sóng siêu âm (Sonic log - DT): Phương pháp siêu âm là phương pháp dùng để đo thời gian truyền sóng đàn hồi của đất đá dọc theo thành giếng khoan để nghiên cứu tính chất vật lý cũng như thạch học của đất đá dựa trên tính chất lan truyền của sóng siêu âm có tần số cao (> 20 Hz ) truyền qua các lớp đất đá. 2.1. Bản chất của phương pháp: Đất đá nằm trong môi trường tự nhiên thực tế là những vật đàn hồi. Nếu ta kích thích một lực bên ngoài vào nó thì trong môi trường sẽ xuất hiện một ứng lực kích thích lên các hạt và làm dịch chuyển các hạt. Trong trường hợp chung dẫn đến sự xuất hiện biến dạng. Quá trình dao động lan truyền theo trình tự của sự biến dạng được gọi là sóng đàn hồi. Log siêu âm dựa vào sự lan truyền của sóng cơ học đàn hồi trong môi trường đất đá. Chính sự lan truyền của sóng đàn hồi sẽ làm di chuyển các phần tử vật chất theo hướng song song hay vuông góc với hướng lan truyền của sóng. Bề mặt mà trong một thời điểm nào đó xuất hiện các hạt chuyển động được gọi là mặt sóng. Có 2 loại sóng : Sóng dọc: các hạt của môi trường chuyển động theo hướng lan truyền sóng. Sóng dọc lan truyền trong môi trường rắn, lỏng, khí. Sóng ngang: các hạt của môi trường chuyển động theo hướng thẳng góc với hướng truyền sóng. Sóng ngang lan truyền trong môi trường rắn. Sóng phản xạ (hệ quả của 2 loại sóng trên): xuất hiện khi khả năng cản sóng của môi trường này lớn hơn môi trường kia. Khi sóng lan truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì sóng sẽ bị đổi hướng và đổi vận tốc. 2.2. Thiết bị: Thiết bị đầu tiên gồm một máy phát và hai máy thu được đặt trên một đầu dò (sonde) với khoảng cách theo tiêu chuẩn là 3 ft giữa máy phát và máy thu gần, giữa hai máy thu là 2 ft. Hình 6.2: Mô hình nguyên lý của thiết bị siêu âm Thiết bị Borehole Compensated Sonic được trình bày trong hình 6.3. Thiết bị này gồm một dãy hai máy phát và nhiều máy thu. Hình 6.3: Mô hình thiết bị Borehole Compensated Sonic 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo: Khí trong dung dịch khoan : các bọt khí trong dung dịch khoan sẽ làm phân tán và hấp thụ năng lượng của sóng siêu âm. Sóng siêu âm sẽ suy yếu và sự suy yếu tín hiệu đôi khi làm máy thu không nhận được hoặc nhận không đáng kể gây nên nhầm lẫn đến kết quả đo. Đường kính giếng khoan lớn : trong các giếng khoan có đường kính đủ lớn, khoảng thời gian để sóng dọc hoặc sóng ngang đi từ máy phát à vỏ bùn à thành hệ à vỏ bùn à máy thu sẽ lớn hơn khoảng thời gian sóng dọc truyền trực tiếp từ máy phát à vỏ sét à máy thu. Nếu điều này xảy ra nghĩa là ta không thu được dữ liệu đo chính xác. 2.4. Ứng dụng của phương pháp siêu âm: Phương pháp siêu âm dùng để : Phân vỉa sản phẩm Đánh giá độ rỗng Nghiên cứu tính chất cơ lý của đất đá Liên kết giếng khoan. 3. Phương pháp đo nhiệt độ giếng khoan: Ở độ sâu 10 - 40 m nhiệt độ của đất đá thay đổi theo ngày, mùa và năm. Nguồn nhiệt có trong lòng đất chủ yếu là do năng lượng thoát ra từ sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố hoặc do các quá trình phản ứng lý hoá và các quá trình khác diễn ra trong lòng đất. Cường độ tăng nhiệt độ theo một đơn vị chiều sâu được gọi là gradient nhiệt độ (trong thực tế tính trên 100 mét hoặc 100f). Gradient nhiệt độ tỷ lệ thuận với trở nhiệt z đất đá (giá trị này phụ thuộc vào thành phần đất đá và thế nằm của chúng). r = q z (q - mật độ dòng nhiệt ) Trở nhiệt tỷ lệ nghịch với độ dẫn nhiệt: z = 1/ l (l - độ dẫn nhiệt ) Khi nhiên cứu nhiệt độ ở giếng khoan, ống chống không ảnh hưởng đến quá trình đo bởi vì trở nhiệt của sắt 40 - 80 lần nhỏ hơn so với sét. Nhờ vào sự thay đổi nhiệt độ ở giếng khoan theo chiều sâu, ta có thể xác định được vị trí vỉa sản phẩm, ranh giới dầu khí, vùng bị phá vở do nước, xác định chiều sâu để trám xi măng. Chương 7 Giải đoán log, tính toán các thông số về độ rỗng, độ bão hoà chất lưu của các vỉa chứa 1. Các giá trị sử dụng và các thông số kèm Log: fef cut-off = 5% Vsh cut-off = 40% ΔJ = 0.7 Sa = 50000 (ppm) SW cut-off = 50% Nhiệt độ bề mặt: 20 0C Gradient địa nhiệt: 0.018227 0C/m 2. Các bước giải đoán: Phân vỉa: Phân chia môi trường lắng đọng trầm tích: các tầng trầm tích được lắng đọng trong những thời kỳ địa chất khác nhau, tương ứng với thành phần thạch học khác nhau thì biên độ biến thiên khác nhau. Xây dựng đường sét chuẩn (GRcut off) cho từng môi trường: dựa vào đường GR xác định giá trị GRmax và GRmin GRmax là giá trị GR đọc được ở vỉa sét sạch và chuẩn nhất (có bề dày tương đối, ≥ 2m) GRmin là giá trị GR đọc được ở vỉa cát đại diện nhất (sạch và có bề dày tương đối, ≥ 2m) Xác định giá trị GRcut off bằng công thức Vsh = 0.7 GR - GRmin GRmax - GRmin Với Vsh cut off = 0.4 - Phân vỉa Căn cứ vào đường GRcut off vừa xác định để phân vỉa Đồng thời phải dựa vào các đường điện để so sánh và xác định được chính xác ranh giới vỉa cho phù hợp Tất cả các vỉa có giá trị GR GRcut off là những vỉa sét. Trong một số trường hợp, ở trong một vỉa, giá trị GR biến đổi khá nhiều, chúng ta có thể chia chúng thành nhiều vỉa nhỏ (a, b, c …), đồng thời dựa vào các đường log khác để có sự chính xác cao. Đánh số thứ tự vỉa từ trên xuống dưới, và chỉ lấy những vỉa cát có chiều dày tương đối ≥ 2m. Có một số vỉa có giá trị GR và giá trị đường MSFL tăng đột biến à đây là những vỉa than, ta không lấy những vỉa này. Xác định độ sâu vỉa và bề dày vỉa: Độ sâu vỉa H (m): đọc chỉ số độ sâu của nóc và đáy ở từng vỉa đã phân chia. Bề dày vỉa h (m): căn cứ vào độ sâu nóc và đáy, bề dày vỉa tính theo công thức hvỉa = Độ sâu đáy - Độ sâu nóc Xác định giá trị GR cho từng vỉa: Trên đường GR từ biểu đồ log, ghi nhận giá trị GR cho từng vỉa (lấy giá trị trung bình). Xác định hàm lượng sét Vsh cho từng vỉa: Sử dụng công thức để xác định giá trị Vsh cho từng vỉa Đọc giá trị đường kính giếng khoan (Caliper - HCAL) và đường kính choòng khoan (Bitsize - BS): Đường kính giếng khoan Caliper (inch): xác định trên đường log Caliper Đường kính choòng khoan Bitsize (inch): xác định trên đường log BS, giá trị này không thay đổi là 12 inches. Xác định bề dày lớp bùn khoan (mud cake): Xác định bằng công thức sau hmc = Đường kính giếng khoan Caliper - Đường kính choòng khoan BS Nếu giá trị Caliper ≥ giá trị Bitsize: coi như hmc = 0 Nếu giá trị Caliper < giá trị Bitsize: lấy giá trị tuyệt đối của hmc Xác định giá trị mật độ (Density – RHOZ) g/cm3: Các giá trị đọc được trên đường log RHOZ, lấy theo giá trị trung bình ở mỗi vỉa. Xác định giá trị Neutron (TNPH) V/V: Xác định dựa vào đường log NPHI, lấy giá trị trung bình cho từng vỉa. Tính toán độ rỗng hiệu dụng theo đường Density: Dựa vào công thức Với rmat = 2.71 (g/cm3), rfluid = 1 (g/cm3) đọc ở cuối log và rlog đọc được từ log ở từng vị trí vỉa, Vsh = 30%. Xác định được φhd theo đường Density cho từng vỉa. Xác định giá trị điện trở thực RT (Ohmm): Các giá trị đọc được lấy trên đường log RT_HRLT, lấy giá trị trung bình cho từng vỉa. Xác định giá trị điện trở đới ngấm hoàn toàn RXO (Ohmm): Căn cứ vào đường log RXOZ, lấy giá trị trung bình cho từng vỉa. Tính toán nhiệt độ giếng khoan TGK (0C) ở từng vị trí vỉa: Nhiệt độ bề mặt T = 20 0C ở 0m (được ghi ở cuối log). Nhiệt độ đáy giếng khoan T = 95 0C ở độ sâu 2799.9 (m) Ta lập được phương trình tuyến tính có dạng y = ax + b, biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ giếng khoan theo độ sâu vỉa như sau: Nhiệt độ đáy giếng - Nhiệt độ bề mặt TGK = Độ sâu giếng khoan x Độ sâu vỉa + Nhiệt độ bề mặt x H (m) + 20 0C TGK = 95 0C – 20 0C 2796.2 m m à TGK = 0.026822 (0C/m)xH(m) + 20(0C) Tính toán nhiệt độ vỉa Tvỉa (0C): Nhiệt độ bề mặt T = 20 0C Gradient địa nhiệt 0.018227 0C/m Lập phương trình tuyến tính có dạng y = ax + b, biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ vỉa và độ sâu vỉa như sau: Tvỉa = Gradient địa nhiệt x Độ sâu vỉa + Nhiệt độ bề mặt à Tvỉa = 0.018227H + 20 Tính toán điện trở suất của nước vỉa Rw (Ohmm): Áp dụng công thức Rw = R1 [T1 + 21.5] [T2 + 21.5] Với R1 là giá trị điện trở suất nước vỉa ứng với nhiệt độ T1 đọc ở cuối log: R1 = 1.0000 (Ohmm), T1 = 37.78 0C (1000F) ứng với độ khoáng hoá nước vỉa Sa = 50000 (ppm) theo bảng Resistivity of NaCl Solutions. R2 là giá trị điện trở suất nước vỉa cần tính cho từng vỉa tại nhiệt độ T2. Rw = 1.0000 [37.78 + 21.5] [ Tvỉa + 21.5] à Tính toán độ bão hoà nước Sw: Sử dụng công thức Archiev để tính độ bão hoà nước Swn = a x Rw RT x φm Với a = 1, m = n = 2, ta có công thức tính độ bão hoà nước như sau: Sw = Rw RT x φ2 Độ bão hoà hydrocacbon Sh: Độ bão hoà nước Sw + Độ bão hoà hydrocacbon Sh = 1 Ta có à Độ bão hoà hydrocacbon Sh = 1 - Độ bão hoà nước Sw + Thay giá trị Sw của từng vỉa vào công thức trên, ta xác định được độ bão hoà hydrocacbon Sh của từng vỉa. Từ SH ta xác định các vỉa chứa hydrocacbon và vỉa chứa nước. Nếu Sh > 50% (SW < 50%): vỉa hydrocacbon. Nếu Sh 50%): vỉa nước. Sau khi xác định vỉa là hydrocacbon, dựa vào hai đường log neutron NPHI và mật độ RHOB để xác định hydrocacbon là vỉa dầu hay khí. 3. Kết quả minh giải: Kết quả minh giải được thể hiện chi tiết trên bảng 1 (phần phụ lục). Có thể tóm tắt một số nét như sau : Giếng có khá nhiều vỉa chứa, thành phần thạch học chủ yếu là cát pha sét, phân bố thành các tập vỉa xen kẹp các vỉa sét kết mỏng. Các tập cát kết ở độ sâu từ 1749m đến 1810m có độ rỗng hiệu dụng lớn (17,42 – 27.49%), với độ dày hiệu dụng trung bình khoảng 5m. Các vỉa chứa trong khoảng độ sâu 1850 – 2470m là các tập cát xen kẹp nhiều lớp sét mỏng, có độ rỗng tốt thay đổi từ 6% đến 21%, trung bình 15%, có chiều dày hiệu dụng khoảng 7m. Các vỉa chứa ở khoảng độ sâu 2475 – 2770m là các tập cát mỏng liên tiếp xen kẹp bởi các lớp sét mỏng, chúng có độ rỗng tốt (7% - 25%) trung bình 18%, độ dày hiệu dụng trung bình 6m. Riêng vỉa số 35 có bề dày lớn, nhưng độ rỗng hiệu dụng nhỏ (6%) và kết hợp với quan sát các đường điện thì vỉa này khả năng chứa kém (độ thấm kém). Hầu hết các vỉa chứa đều có tiềm năng chứa hydrocarbon rất cao. Độ bão hoà nước dầu lớn, biến đổi trong khoảng 89 - 98%. Các vỉa số thứ tự từ 9 đến 20 và vỉa số 25, 26, 27, 30, 40, 41 có khả năng chứa khí. Nhìn chung mỏ có khả năng chứa khá tốt. KẾT LUẬN ˜©™ Phương pháp địa vật lý giếng khoan hiện đang được sử dụng rộng rãi trong công tác thăm dò, thẩm định, đánh giá tiềm năng dầu khí. Trong quá trình thăm dò – khai thác, việc đánh giá đặc tính thấm chứa và tiến hành tính trữ lượng cho một khu mỏ thì thông số vỉa như: độ rỗng, độ thấm, độ bão hoà … là tối cần thiết. Cùng với sự phát triển trình độ khoa học kỹ thuật, địa vật lý giếng khoan ngày càng phát triển, nhiều phương pháp mới ra đời, nhiều phần mền, nhiều phương pháp tính chính xác và hiệu quả hơn được sử dụng. Tuy nhiên, việc minh giải, tính toán, xử lý các tài liệu địa vật lý giếng khoan đều dựa trên những nền tảng, nguyên lý cơ bản, và vai trò của con người vẫn là chủ đạo. Trong khuôn khổ của đề tài này, tác giả đã nghiên cứu, tìm hiểu các phương pháp địa vật lý cơ bản đang được sử dụng phổ biến hiện nay và dùng các kiến thức này để minh giải đặc tính chứa, tính toán các thông số vỉa cho giếng RB-XX thuộc mỏ Ruby. Tuy nhiên do tài liệu không đầy đủ và thực hiện trong thời gian ngắn, đề tài chỉ mới minh giải, tính toán được các thông số cơ bản là độ rỗng, độ bão hòa chất lưu cho 1 giếng duy nhất dựa trên các thông số có sẵn từ log và một vài thông số chung của bể Cửu Long. Để nâng cao giá trị thực tế, tác giả kiến nghị cần thực hiện thêm một số việc như sau: Cần thu thập thêm các mẫu lõi, tiến hành phân tích để đưa ra các giá trị giới hạn đặc trưng cho mỏ và làm tài liệu đối sánh nhằm nâng cao mức độ tin cậy cho các thông số vỉa được minh giải từ log. Cần nghiên cứu thêm một số giếng khoan khác, tiến hành liên kết các giếng khoan để có cơ sở vững chắc hơn cho công tác đánh giá, thẩm định mỏ về sau. Tài liệu tham khảo 1. TS. Nguyễn Quốc Quân, Bài giảng Địa vật lý giếng khoan, 2006. Trường ĐH Khoa học Tự nhiên. 2. Nguyeãn Vaên Phôn – Hoaøng Vaên Quyù, 2004. “ Ñòa Vaät Lyù Gieáng Khoan – Phaàn Thöù Nhaát – Caùc Phöông Phaùp Ñòa Vaät Lyù Nghieân Cöùu Gieáng Khoan”. 3. MH Rider, 1992. “ The Geological Interpretation Of Well logs”. 4. Moät soá tieåu luaän, khoaù luaän caùc naêm 2000 - 2006 thö vieän khoa Ñòa chaát – Tröôøng Ñaïi Hoïc Khoa Hoïc töï nhieân. Phụ Lục 1. Bảng hiệu chỉnh: Resistivity of NaCl Solutions của công ty Schlumberger. 2. Bảng 1: Kết quả giải đoán. 3. Bản log của giếng RB-XX.