Giáo trình địa vật lý giếng khoan part 1 pdf

Mở đầu ịa vật lý giếng khoan ĐVLGK là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ở thàn

Mục lục

Mở đầu 5

Chương 1 Đối tượng và các tham số nghiên cứu 7

1.1 Đối tượng nghiên cứu 7

1.2 Phân loại đá theo thành phần, điều kiện thành tạo và các đặc trưng vật lý thạch học 7

1.3 Đá chứa, các tham số vật lý của đá chứa 10

1.3.1 Độ rỗng 11

1.3.2 Điện trở suất và độ dẫn điện 12

1.4 Cấu kiến trúc của đá 16

1.4.1 Yếu tố thành hệ - mối liên hệ giữa độ rỗng với điện trở suất 16

1.4.2 Quan hệ giữa độ b∙o hoà và điện trở suất - Công thức Archie 18

I.4.3 ảnh hưởng của độ sét lên giá trị điện trở suất và độ b∙o hoà của đá 20

1.5 Độ thấm 23

Chương 2 Nguyên lý chung trong địa vật lý giếng khoan 30

2.1 Các phương pháp khảo sát 30

2.1.1 Hệ thiết bị đo (hệ quan sát) 30

2.1.2 Phân loại các phép đo trong giếng khoan 32

2.2 Các vấn đề xung quanh việc đo vẽ ở giếng khoan 34

2.2.1 Sự ngấm dung dịch 34

2.2.2 Hiệu ứng hình học của Zond 35

2.2.3 Tốc độ kéo cáp 38

2.3 Nguyên lý đo ghi 39

2.4 Biểu diễn kết quả đo ghi 40

2.5 Đo kiểm tra và chuẩn máy 40

2.6 Chuyển tải số liệu 42

Chương 3 Các phương pháp điện từ trường 43

3.1 Giới thiệu 43

3.2 Các phương pháp đo bằng hệ điện cực không hội tụ 43

3.2.1 Bài toàn lý thuyết của phương pháp điện trở trong giếng khoan 47

3.2.2 Điện trở suất biểu kiến 53

3.2.3 Dáng điệu của đường cong đo điện trở trong giếng khoan 57

3.2.3.1 Trường hợp hệ điện cực thế 57

3.2.3.2 Trường hợp hệ điện cực gradien 58

3.2.4 Chiều sâu nghiên cứu của các hệ điện cực 59

3.2.5 Các phép hiệu chỉnh 61

3.2.6 Vi hệ điện cực (không hội tụ dòng) - Microlog ML 62

3.3 Các phương pháp đo bằng hệ điện cực có hội tụ dòng 64

3.3.1 Phương pháp Laterolog, LL 65

3.3.2 Phương pháp vi hệ điện cực hội tụ dòng 71

3.4 Các phương pháp điện từ trường 73

3.4.1 Trường điện từ trong môi trường đất đá 73

3.4.2 Trường điện từ của một ống dây trong giếng khoan 75

3.4.3 Phương pháp đo cảm ứng (Induction Log - IL) 78

3.4.4 Các dạng khác của phương pháp điện từ trường 88

3.5 Các yếu tố ảnh hưởng lên kết quả đo và phạm vi ứng dụng của các phương pháp điện trở 91

3.5.1 Thành phần đá 91

3.5.2 Kiến trúc đá 91

3.5.3 Góc dốc và cấu trúc các lớp đá 91

3.5.4 Nhiệt độ, áp suất nén ép 92

3.5.5 Các ứng dụng 92

Chương 4 Các phương pháp thế tự phân cực và phân cực kích thích 94

4.1 Phương pháp thế điện tự phân cực - SP 94

4.1.1 Các quá trình điện hoá và điện động lực trong môi trường quanh giếng khoan: 95

4.1.2 Thế điện tự phân cực toàn phần - SP 101

4.1.3 Sơ đồ đo thế điện tự phân cực - SP 102

4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình dáng và biên độ dị thường ∆USP 104

4.1.5 Phạm vi ứng dụng của phương pháp SP 106

4.2 Phương pháp thế điện phân cực kích thích – PP 106

4.2.1 Quá trình hình thành thế điện phân cực kích thích 106

4.2.2 Đo thế điện phân cực kích thích trong giếng khoan 109

1 Sơ đồ nguyên tắc 109

2 Các đường cong đo ghi thế ∆UPP 110

3 Thế phân cực kích thích 110

4 Phạm vi ứng dụng của phương pháp phân cực kích thích 111

Chương 5 Các phương pháp phóng xạ hạt nhân 112

5.1 Cơ sở vật lý - địa chất 112

5.1.1 Cường độ phóng xạ tự nhiên trong đá 112

5.1.2 Cường độ phóng xạ nhân tạo hay kích thích 115

5.1.3 Mật độ electron và mật độ khối 119

5.2 Đặc điểm của các phép đo phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trong giếng khoan.124 5.3 Các phương pháp đo phóng xạ nghiên cứu giếng khoan 125

5.3.1 Phương pháp đo bức xạ gamma tự nhiên (GR) 126

5.3.2 Phương pháp đo phổ gamma tự nhiên- SGR, NGS 129

5.3.2.1 Cơ sở vật lý - địa chất 129

5.3.2.2 Các thiết bị máy giếng đo phổ gamma 132

5.3.2.3 Phạm vi ứng dụng 134

5.3.3 Các phương pháp gamma tán xạ 135

5.3.3.1 Cơ sở vật lý 135

5.3.3.2 Sơ đồ đo gamma tán xạ trong giếng khoan 137

5.3.3.3 Phép đo gamma tán xạ mật độ bù (kép) 138

5.3.3.4 Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải của các Zond đo gamma tán xạ mật độ 139

5.3.3.5 Chuẩn khắc độ các máy đo gamma tán xạ 139

5.3.3.5 Phạm vi ứng dụng của phương pháp gamma tán xạ mật độ 140

5.3.4 Phương pháp đồng vị phóng xạ gamma 142

5.3.5 Các phương pháp nơtron 145

5.3.5.1 Phương pháp nơtron - gamma 145

5.3.5.2 Phương pháp nơtron - nơtron 150

5.3.5.3 Phương pháp xung nơtron 159

5.3.5.4 Phương pháp quang nơtron 167

5.3.5.5 Phương pháp kích hoạt phóng xạ 167

Chương 6 Phương pháp sóng âm 171

6.1 Tín hiệu sóng âm 171

6.2 Sóng âm (Siêu âm) 171

6.3 Tốc độ sóng âm 173

6.4 Cơ chế lan truyền sóng âm 176

6.5 Phương pháp đo tốc độ sóng âm 178

6.5.1 Nguyên lý và sơ đồ máy giếng 178

6.5.2 Nhận biết sóng dọc và sóng ngang 179

6.5.3 Loại trừ ảnh hưởng đường kính giếng khoan 182

6.5.4 Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải của Zond đo tốc độ siêu âm kép (BHC) 183

6.5.5 Đơn vị đo 183

6.5.6 Các yếu tố thể hiện lên kết quả đo 184

6.5.7 Phân tích kết quả 187

6.5.8 Các sai số có thể gặp 189

6.5.9 Dấu tích luỹ thời gian truyền sóng 191

6.5.10 Các ứng dụng 192

6.6 Phép đo suy giảm biên độ sóng âm 193

6.6.1 Các trường hợp xuất hiện suy giảm năng lượng và tái phân bố năng lượng của sóng 194

6.6.2 Phép đo chất lượng trám xi măng (CBL) 197

6.6.3 Phép đo biến thiên mật độ (VDL) 199

Chương 7 Các phương pháp đo khí dung dịch và các tham số cơ học 201

7.1 Mở đầu 201

7.2 Các phép đo dung dịch 202

7.2.1 Sự thấm của khí và chất lỏng trong môi trường lỗ rỗng 202

7.2.2 Vai trò của dung dịch khoan và sự thâm nhập của dầu khí vào dòng dung dịch đối lưu 203

7.2.3 Trạng thái của hydrocacbon khi xâm nhập vào dòng dung dịch đối lưu 204

7.2.4 Tách khí từ dung dịch khoan 206

7.2.5 Phát hiện và phân tích khí toàn phần 207

7.2.6 Phân tích khí bằng sắc ký 208

7.2.7 Phát hiện khí H2S 210

7.2.8 Đo các tham số phụ trợ khác 210

7.3 Các phép đo mùn khoan 211

7.3.1 Phát hiện và mô tả 211

7.3.2 Hàm lượng dầu khí và sự phân tích 212

7.3.3 Mật độ 213

7.3.4 Phân tích hàm lượng cacbonat 214

7.3.5 Sự đánh giá tiềm năng dầu khí của đá mẹ 214

7.4 Phân tích và sử dụng các kết quả 215

7.4.1 Nhận biết thạch học 215

7.4.2 Phân tích các biểu hiện khí 217

7.4.3 Đánh giá định lượng các dị thường khí 217

7.4.4 Tính chỉ số b∙o hoà khí ở đáy giếng 219

7.4.5 Tỷ số hàm lượng khí 220

7.4.6 d- exponent 222

7.5 Các chương trình hỗ trợ ứng dụng 226

7.6 Nhận xét 227

Chương 8 Các phương pháp đo khác 228

8.1 Đo đường kính giếng 228

8.1.1 Sơ đồ nguyên tắc của phép đo 228

8.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng 229

8.1.3 áp dụng 229

8.2 Xác định góc nghiêng và góc phương vị của trục giếng khoan 230

8.2.1 Sơ đồ cấu tạo của máy đo góc nghiêng và phương vị 230

8.2.2 Xử lý tính toán các đại lượng nghiên cứu 231

8.3 Đo góc cắm của các lớp đất đá 232

8.3.1 Nguyên lý của phép đo góc cắm 233

8.3.2 Tính góc cắm của vỉa 234

8.3.3 Biểu diễn các kết quả đo, vẽ góc cắm và phương vị 240

8.3.4 Phạm vi ứng dụng 241

8.4 Đo nhiệt độ trong giếng khoan 242

8.4.1 Trường nhiệt độ trong giếng khoan 242

8.4.2 Phép đo nhiệt độ 243

8.4.2.1 Đo không liên tục 243

8.4.2.2 Đo liên tục 246

8.4.3 Các ứng dụng của phương pháp đo nhiệt độ ở giếng khoan 247

Chương 9 Lấy mẫu thành giếng và khoan nổ 249

9.1 Lấy mẫu đá 249

9.1.1 Lấy mẫu thành giếng bằng súng (Corgun) 249

9.1.2 Lấy mẫu đá bằng thiết bị khoan thành giếng 250

9.2 Lấy mẫu chất lưu và đo áp suất vỉa 251

9.2.1 Thử vỉa (FT) 251

9.2.3 Thử vỉa lặp lại (RFT) 254

Tài liệu tham khảo chính 258

Phụ lục số 1.1a,b Các đặc trưng địa vật lý của những khoáng vật phổ biến trong đá trầm tích 260 Phụ lục số 2 Các ký hiệu viết tắt 263

Phụ lục số 3 Tra cứu theo trang in 264

Phụ lục số 4 Chuyển đổi và sử dụng tương đương 268

Mở đầu

ịa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ở thành giếng khoan nhằm phát hiện và đánh giá các khoáng sản

có ích, thu thập các thông tin về vận hành khai thác mỏ và về trạng thái kỹ thuật của giếng khoan

Việc ứng dụng các phương vật lý để nghiên cứu lát cắt địa chất giếng khoan qua các thời kỳ và từng đối tượng khác nhau đ∙ từng có những tên gọi khác nhau Những năm 1960 về trước lĩnh vực này được gọi bằng cái tên “Carota” Thuật ngữ này có gốc

từ tiếng Pháp: Carottage xuất phát từ Carotté nghĩa là mẫu lõi khoan, hay cũng có nghĩa là củ cà rốt Trong hệ thống Anh ngữ các phương pháp Địa vật lý giếng khoan

được gọi bằng thuật ngữ Log, Logging - có nghĩa là đo vẽ liên tục một tham số vật lý theo trục giếng khoan, chẳng hạn Log điện trở, Log siêu âm, Log nhiệt độ

Với tốc độ phát triển như vũ b∙o hiện nay của khoa học công nghệ, Địa vật lý giếng khoan này càng phong phú về số phương pháp, hiện đại về công nghệ và sâu sắc

về nội dung khoa học Trong sự phát triển nhanh chóng đó có một đặc điểm dễ nhận thấy là từ nghiên cứu lý thuyết đến triển khai công nghệ là một khoảng cách rất ngắn, dường như những ý tưởng khoa học hôm nay thì ngày mai đ∙ trở thành công nghệ áp dụng trong sản xuất

ở Việt Nam các phương pháp địa vật lý giếng khoan đ∙ được ứng dụng để nghiên cứu các lỗ khoan than từ cuối những năm 50 đầu những năm 60 của thế kỷ vừa qua khi Liên Xô và các nước XHCN anh em lúc bấy giờ đ∙ bắt đầu giúp chúng ta đẩy mạnh công tác điều tra địa chất ở miền Bắc

Từ những thời gian đó ở sản xuất những người làm công tác địa vật lý của Việt Nam đ∙ quen với thuật ngữ Carota để chỉ một loại hình công việc đo địa vật lý trong các lỗ khoan thăm dò than và tìm kiếm các khoáng sản có ích khác

Bắt đầu sang thập kỷ 80 khi công tác đo địa vật lý trong các giếng khoan thăm

dò và khai thác dầu khí phát triển nhanh cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí non trẻ ở Việt Nam Từ đó trong ngành dấu khí quen với việc dùng thuật ngữ

Địa vật lý giếng khoan để chỉ các loại hình công việc nghiên cứu giếng khoan thăm dò

và khai thác dầu khí bằng các phương pháp địa vật lý thay cho thuật ngữ Carota không còn đủ để bao quát hết các nội dung của hoạt động này

Trong tình hình đó ở chúng ta song song tồn tại hai từ: Carota và Địa vật lý giếng khoan, cùng để chỉ công tác đo vẽ địa vật lý ở dưới mặt đất, một trong lĩnh vực thăm dò than, quặng và nước dưới đất, và một trong lĩnh vực thăm dò khai thác dầu khí

Về máy móc trang thiết bị trong địa vật lý giếng khoan cũng đang có nhiều thay

đổi nhờ có những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ điện tử và tự động hoá Ngày càng nhiều các máy thiệt bị đo địa vật lý trong giếng khoan được cải tiến, xuất hiện mới rồi lại tiếp tục cải tiến, xuất hiện mới, Có tác giả đ∙ nhận xét: Trên thế giới cứ

Đ

sau 5 năm thì một thế hệ máy mới đ∙ ra đời và gần thay thế hoàn toàn các máy móc của thế hệ trước đó, lại cũng có ý kiến cho rằng: thậm chí còn sớm hơn!

ở Việt Nam tuy sự thay đổi về trang thiết bị trong các cơ sở sản xuất, Viện nghiên cứu và các Trường đại học chưa đến mức nhanh như vậy những rõ ràng 10 năm trở lại đây các thế hệ máy Địa vật lý giếng khoan mới đ∙ thay thế hoàn toàn các máy móc thiết bị cũ kỹ trước đây, đặc biệt là trong ngành công nghiệp dầu khí

Cùng với những thay đổi đó ở nước ta đội ngũ những người làm công tác địa vật

lý giếng khoan ngày càng đông đảo, những người có sử dụng các tài liệu đo vẽ địa vật lý giếng khoan và quan tâm đến lĩnh vực khoa học công nghệ này ngày càng nhiều hơn Sau nhiều năm giảng dạy ở trường đại học và công tác trong ngành dầu khí các tác giả quyết định biên soạn giáo trình này Giáo trình sẽ là một tài liệu phục vụ giảng dạy ở các trường đại học có đào tạo chuyên ngành kỹ sư địa vật lý thăm dò, kỹ sư địa chất dầu khí Ngoài ra giáo trình này sẽ là tài liệu tham khảo tốt cho các kỹ sư địa vật

lý và kỹ sư địa chất dầu khí đang làm việc tại các cơ sở sản xuất, viện nghiên cứi và các

đơn vị có sử dụng tài liệu đo địa vật lý giếng khoan

Giáo trình chia làm hai phần Phần thứ nhất là nội dung chính dạy ở trường đại học trong đó giới thiệu nội dụng các phương pháp đo địa vật lý giếng khoan, chú trọng cơ sở vật lý - địa chất, nguyên lý đo vẽ thu thập tài liệu gợi ý phạm vi ứng dụng của các phương pháp Trong giáo trình không chú trọng mô tả các máy móc thiết bị đo Địa vật

lý giếng khoan mà trong mỗi phương pháp hay nhóm phương pháp chỉ trình bày nguyên lý hoạt động của máy và sơ đồ khối của các máy đó

Phần thứ hai của giáo trình sẽ được trình bày như các tài liệu chuyên khoa về phân tích địa chất các tài liệu địa vật lý giếng khoan theo từng chuyên đề (nghiên cứu

địa tầng, môi trường địa chất, cấu kiến trúc của đá chứa, xác định thành phần vật chất, tính toán trữ lượng mỏ dầu khí và các mỏ khoáng sản rắn, các phần mềm phân tích tài liệu Địa vật lý giếng khoan ) đáp ứng các yêu cầu tìm hiểu sâu về Địa vật lý giếng khoan của các kỹ sư đang công tác trong ngành dầu khí và các ngành có liên quan Chúng tôi cho rằng việc biên soạn một giáo trình chuyên ngành Địa vật lý giếng khoan, một sự thu nhỏ của ngành địa vật lý ứng dụng trong các giếng khoan không phải

là việc làm dễ dàng do tính đa ngành và phát triển nhanh chóng của nó Chắc chắn trong lần biên soạn đầu tiên này không thể tránh khỏi những thiếu sót về nội dung, thuật ngữ

và sắp xếp các phần của giáo trình mong được các đồng nghiệp đóng góp ý kiến

Các tác giả bày tỏ lòng cảm ơn đối với các đồng nghiệp ở trường Đại học Mỏ -

Địa chất và ở Vietsovpetro đ∙ cho nhiều ý kiến đóng góp trong quá trình biên soạn giáo trình này, đặc biệt xin cảm ơn kỹ sư Nguyễn Trung Quân ở trường Đại học Mỏ - Địa chất và các kỹ sư ở Xí nghiệp Địa vật lý giếng khoan – Vietsovpetro đ∙ góp nhiều công sức trong việc trình bày và soạn thảo để kịp cho in phần thứ nhất của giáo trình

Các tác giả

Chương 1

Đối tượng và các tham số nghiên cứu

1.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của địa vật lý giếng khoan là các giếng khoan tìm kiếm thăm

dò, khai thác các khoáng sản có ích: Than, dầu khí, các loại quặng và nước dưới đất

Giếng khoan là một công trình tìm kiếm thăm dò hoặc khai thác Loại công trình này được tạo bằng phương pháp cơ học - phương pháp khoan giếng, nhằm mục

đích lấy mẫu đất đá, tạo ra một vết lộ địa chất còn “tươi”, chưa bị phong hoá, hoặc để khai thác các chất lưu như dầu khí, nước dưới đất, nước nóng có chứa năng lượng nhiệt

Thông thường việc lấy mẫu lõi khoan khó thực hiện được tốt và giá thành cao, trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật và

địa chất Để thay thế cho việc lấy mẫu lõi, xác định trạng thái kỹ thuật và theo dõi độ

ổn định của các giếng khoan, người ta khai thác triệt để các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất (lát cắt địa chất trên thành giếng khoan) của công trình Ưu

điểm của vết lộ địa chất này là ở chỗ nó còn “tươi” nguyên, chưa bị phong hoá lại xuyên cắt mọi lớp đất đá tới chiều sâu đáy giếng

Việc khai thác các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất ở thành giếng khoan được thực hiện bằng các phương pháp vật lý, hoá học Nhờ các phương pháp này ta có thể xác định được thành phần vật chất ở các lớp đất đá trong lát cắt, trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình tại chiều sâu bất kỳ ở thời điểm cần thiết

Xác định thành phần vật chất, xây dựng lát cắt địa chất ở thành giếng khoan, xác định trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình, đánh giá hiệu suất khai thác của giếng là mục đích của địa vật lý giếng khoan

1.2 Phân loại đá theo thành phần, điều kiện thành tạo và các đặc trưng vật

lý thạch học

Đá là những tập hợp có quy luật của những khoáng vật tạo thành những thể địa chất độc lập ở vỏ Quả đất Thể địa chất độc lập ở đây là nói đến những sản phẩm đặc trưng của một quá trình địa chất nhất định Vậy đá phải là kết quả của một quá trình

địa chất nào đó chứ không phải là một tập hợp ngẫu nhiên các khoáng vật hay các nguyên tố

Trong địa chất học thường dựa vào nguồn gốc của đá để phân loại chúng, vì nguồn gốc thể hiện rất rõ trên các đặc trưng vật lý, hoá học, cơ học của đá Theo nguồn gốc sinh thành của đá, người ta phân đá ở vỏ Quả đất thành 3 nhóm: macma, trầm tích

và biến chất; mỗi nhóm có những đặc trưng riêng nhưng khi nghiên cứu chúng đều cần làm rõ ba vấn đề:

1 Thế nằm của đá và quan hệ của nó với các đá khác xung quanh, nghĩa là đá gặp trong tự nhiên như thế nào?

2 Kiến trúc và cấu tạo của đá, tức là các phần tử hợp thành đá được sắp xếp ra sao?

3 Thành phần khoáng vật và hoá học của đá?

Ba vấn đề vừa nêu chứa đựng các thông tin về địa tầng, kiến tạo, môi trường địa chất, tiềm năng khoáng sản có ích (quặng, than, dầu khí )

Địa vật lý giếng khoan trong nghiên cứu dầu khí có đối tượng chủ yếu là đá trầm tích Khi phân tích tài liệu địa vật lý giếng khoan, mô hình đá được xem là môi trường có lỗ rỗng cấu tạo từ 3 pha: Cứng, lỏng và khí Pha cứng bao gồm xương đá (matrix) là những hạt khoáng vật tạo đá, xi măng gắn kết thường là sét, cacbonat ; pha lỏng bao gồm nước, dầu; pha khí bao gồm các khí hydrocacbon, khí CO2, H2S, N2 Cũng có một mô hình đơn giản bao gồm hai thành phần: matrix và sét; trong không gian, lỗ rỗng của đá được lấp đầy chất lưu (dầu, khí, nước) Hai thành phần cấu thành pha cứng của đá (matrix và sét) có ảnh hưởng rất khác nhau không chỉ lên các phép đo

địa vật lý, mà lên các tính chất vật lý thạch học của đá chứa (độ thấm, độ b∙o hoà ) Sét trong nhiều trường hợp được phân biệt: sét nén (shale), hạt sét xâm tán trong đá ở dạng cấu trúc (clay), bột sét (silt) là các hạt mịn có kích thước 1/16 - 1/256 mm

Matrix: Trong phân tích tài liệu matrix được hiểu là bao gồm mọi thành phần cứng của đá (các hạt, matrix, xi măng) không kể sét Đá đơn khoáng là đá có matrix chỉ bao gồm một loại khoáng vật (ví dụ như canxit, thạch anh ) Đá đa khoáng trong matrix bao gồm nhiều khoáng vật, ví dụ xi măng trong đá có thành phần và bản chất khác với các hạt vụn (cát thạch anh có xi măng gắn kết là canxit)

Thành hệ sạch là thành hệ không chứa các hạt sét hay sét nén quá hàm lượng cho phép (< 5%) Giới hạn hàm lượng sét đó phân biệt tên thành hệ (Đá) là sạch hay cát sét

Các phụ lục 1.1a và 1.1b là tập hợp các đặc trưng vật lý (phóng xạ, điện trở, chỉ số hydro, mật độ khối, tốc độ sóng đàn hồi ) của một số khoáng vật chính thường gặp trong

- Sét xâm tán (clay) là các hạt mịn có đường kính không quá 1/256 mm, có nguồn gốc tại sinh hoặc thứ sinh, trộn lẫn hay bám trên các hạt khoáng vật tha sinh

- Bột sét (silt) là những mảnh đá hay những hạt có đường kính trong khoảng tử 1/256 - 1/16 mm, chứa nhiều hạt sét với hàm lượng cao và chứa thạch anh, felspat và các khoáng vật khác như mica, zircon, apatit, turmalin

Màng sét, hay sét xâm tán (clay) là các hạt sét có đường kính nhỏ hơn 1/256

mm, lấp đầy hay một phần lỗ rỗng của đá hoặc bám trên thành các khe lỗ rỗng như màng sét bọc lấy các hạt cứng Dạng sét xâm tán làm thay đổi đặc điểm thấm chứa (độ rỗng, độ thấm) của đá mạnh hơn các dạng tồn tại khác của sét

Khả năng hấp phụ của sét (méq./100g)

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc ô mạng của một số loại sét

Nhóm

Các khoáng vật sét

Công thức Tên

Kích thước

% K Khối lượng riêng (g/cm 3 )

Chỉ

số

H (%)

tử khoáng vật sét; b) Trên bề mặt (lớp nước màng) của hạt khoáng vật sét; c) Nước trong không gian giữa các màng tinh thể của sét

Lượng nước tự do trong sét thay đổi phụ thuộc độ nén ép lên các mạng tinh thể của sét

Các đặc điểm vừa nêu của sét nói lên rằng thành phần khoáng vật này trong đá

có ảnh hưởng rất mạnh mẽ lên các thông số vật lý đo được trong giếng khoan

Lưu chất Trong không gian rỗng giữa các hạt vụn của đá được lấp đầy chất lưu (nước, dầu, không khí, các khí tự nhiên ) Vậy có bao nhiêu lưu chất có trong đá trước hết phụ thuộc không gian rỗng trong đá, tức vào độ lỗ rỗng của đá (Hình 1.2)

Nếu chất lưu chứa trong lỗ rỗng của đá là

nước vỉa thì giữa matrix và nước b∙o hoà có đặc

tính dẫn điện hoàn toàn khác nhau Thường thì các

khoáng vật tạo đá trong matrix là những khoáng

vật kém dẫn điện, trong khi đó nước vỉa có độ

khoáng hoá nhất định trở thành chất dẫn điện rất

tốt Trong môi trường lỗ rỗng có chứa nước thì khả

năng dẫn điện của môi trường đó phụ thuộc chủ

yếu vào nước và độ khoáng hoá của nước Dòng

điện một chiều hay dòng điện tần số thấp chủ yếu

đi trong các kênh lỗ rỗng trong đá

Đến đây ta thấy kiến trúc không gian lỗ rỗng có ảnh hưởng lên khả năng dẫn

điện của đá Nếu các phần lỗ rỗng trong đá thông nối với nhau theo những kênh thẳng

và rộng thì đá sẽ dẫn điện tốt, ngược lại các kênh thông nối hẹp lại cong queo thì độ dẫn điện giảm Sự khác nhau đó được đánh giá bằng một tham số không thứ nguyên gọi là độ cong kênh rỗng Độ cong kênh dẫn không chỉ ảnh hưởng lên độ dẫn điện mà còn ảnh hưởng lên độ thấm cơ học của đá - độ cong càng lớn thì độ thấm càng kém

Trong trường hợp chất lưu b∙o hoà trong không gian lỗ rỗng của đá không chỉ có nước vỉa mà còn có hydrocacbon (dầu khí) là các chất không dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém thì điện trở của đá tăng khi lượng nước trong đá giảm, lượng hydrocacbon tăng Trong trường hợp này, độ dẫn điện của đá là một hàm số của độ b∙o hoà nước trong đá đó

1.3 Đá chứa, các tham số vật lý của đá chứa

Đá chứa ở đây là các đá (hay thành hệ) có lỗ rỗng và có khả năng chứa chất lưu (dầu, khí, nước) trong không gian rỗng của đá Các chất lưu như dầu khí chủ yếu là di chuyển từ nơi khác đến và lấp đầy trong lỗ rỗng của đá chứa Đá chứa thường là đá có

độ rỗng và độ thấm cao như các đá cát, cacbonat và đá móng nứt nẻ

Đá chứa là cát kết hay cát sét kết, lỗ rỗng chủ yếu là lỗ rỗng giữa hạt (độ rỗng nguyên sinh) có vai trò quan trọng, còn độ rỗng thứ sinh, như khe nứt, rửa lũa gặm mòn là lỗ rỗng ít quan trọng hơn

Đá chứa là cacbonat (đá vôi, dolomit) không gian rỗng quan trọng nhất là các khe nứt nẻ và lỗ gặm mòn hang hốc Đá cacbonat là loại đá không chịu uốn, nên dễ bị nứt nẻ dưới tác dụng của lực kiến tạo

Đá chứa là đá macma, như trường hợp của mỏ Bạch Hổ và một số mỏ khác ở bể Cửu Long, thì độ rỗng trong các khe nứt lại là quan trọng Độ rỗng khe nứt trong đá macma (hay đá móng như vẫn quen gọi) có độ mở thông nối rất tốt nên mặc dù có giá trị độ rỗng thấp mà các thân dầu trong đá móng vẫn cho giá trị khai thác cao Các khe nứt trong đá macma được hình thành do tác dụng của lực kiến tạo, do bị co ngót khi nguội, và do phá huỷ phong hoá nếu lộ trên mặt đất

Độ thấm của đá chứa là một hàm số phức tạp phụ thuộc vào kiến trúc lỗ rỗng của đá, đặc điểm của chất lưu Độ thấm của đá chứa cát sét phụ thuộc vào độ rỗng, độ hạt, hàm lượng sét Độ mở hay độ thông nối của kiểu lỗ rỗng khe nứt lớn hơn lỗ rỗng giữa hạt nên có cùng độ rỗng nhưng độ thấm trong các tầng chứa là đá cacbonat và đá móng bao giờ cũng lớn hơn trong đá cát sét

1.3.1 Độ rỗng

Định nghĩa: Độ rỗng là tỉ phần không gian không được lấp đầy chất rắn trong thể tích toàn phần của khối đá (hay cũng có thể phát biểu: Tỷ số thể tích của lỗ rỗng với thể tích của khối đá) Căn cứ vào những đặc điểm riêng người ta chia lỗ rỗng ra các loại:

a) Độ rỗng toàn phần (Φt) hay độ rỗng chung là tỷ phần thể tích của tất cả không gian rỗng (giữa hạt, kênh thông nối, nứt nẻ, hang hốc, bọt ) cộng lại có trong đá

t

p t

s t t

v

v v

vt: Thể tích toàn phần của khối đá

Độ rỗng toàn phần gồm 2 phần: Lỗ rỗng nguyên sinh (Φ1) và độ lỗ rỗng thứ sinh (Φ2) Độ lỗ rỗng Φ1 là lỗ rỗng giữa hạt hay giữa các tinh thể, nó phụ thuộc vào kiểu, kích thước hạt và cách sắp xếp của các hạt trong pha cứng Φ2 là phần lỗ rỗng được tạo thành

do các quá trình phát triển của đá, do các lực nén kiến tạo theo các chiều khác nhau, và còn do quá trình biến đổi của vật chất hữu cơ mà để lại các lỗ hổng

b) Độ lỗ rỗng thông nối hay lỗ rỗng hở (Φthn) được tạo thành từ các phần lỗ trống có thông nối với nhau Độ lỗ rỗng thông nối Φthn thường nhỏ hơn lỗ rỗng toàn phần Φt bởi có nhiều trường hợp các bọt rỗng trong đá không thông nối được với nhau Chẳng hạn đá bọt có độ rỗng Φ1 vào cỡ 50%, nhưng vì các bọt không có kênh thông nối với nhau nên Φthn = 0

c) Độ lỗ rỗng tiềm năng (Φp) là phần lỗ rỗng hở có đường kính các kênh thông nối đủ lớn để cho dòng các chất lưu có thể đi qua dễ dàng (lớn hơn 50 àm đối với dầu,

và 5 àm đối với khí) Độ lỗ rỗng tiềm năng (Φp) đôi khi có giá trị nhỏ hơn độ rỗng hở (Φthn) Ví dụ các lớp sét có độ rỗng hở rất cao từ 50 - 85% nhưng hoàn toàn không có

lỗ rỗng tiềm năng vì lẽ lỗ rỗng và kênh thông nối trong đá sét rất bé, sét lại có đặc

điểm hấp phụ bề mặt cao nên độ thấm rất kém, các lớp sét có vai trò lớp màn chắn

d) Độ lỗ rỗng hiệu dụng (Φef) là thuật ngữ được sử dụng trong phân tích tài liệu

địa vật lý giếng khoan Đây là phần lỗ rỗng chứa chất lưu tự do trong không gian của lỗ rỗng hở Φthn hoặc lỗ rỗng Φp, nghĩa là không tính đến phần thể tích của các lớp nước bao, nước hydrat sét (nước hấp phụ trên bề mặt các hạt sét), nước tàn dư

Chú ý: Độ rỗng, hay tỷ phần thể tích lỗ rỗng trong đá là đại lượng không thứ nguyên có thể biểu thị bằng phần trăm (ví dụ 30%), bằng số thập phân (0,3) hay đơn vị

độ rỗng (30 pu)

Các yếu tố địa chất hay môi trường trầm tích ảnh hưởng lên độ rỗng của đá sẽ

được đề cập chi tiết ở phần sau của giáo trình này

1.3.2 Điện trở suất và độ dẫn điện

Điện trở suất (R) của vật chất là số đo đánh giá sự cản dòng điện đi qua chất đó

Điện trở suất được đo bằng đơn vị Ohm.m2/m hay Ohm.m (Ωm) Một khối đá đồng nhất đẳng hướng có hình lập phương với kích thước 1 mét có trở kháng 1Ω giữa hai mặt đối diện, sẽ có điện trở suất R = 1Ωm

Độ dẫn điện (C) là số đo thể hiện khả năng dẫn điện tích của vật chất Đây là số nghịch đảo của điện trở suất và biểu thị bằng đơn vị millimho/m (mmho/m) hay mS/m (millisiemen/metre)

1 (mmho/m) = 1000/R (Ωm) = 1 mS/m

Có hai kiểu dẫn điện là:

- Dẫn điện điện tử: Là đặc tính dẫn điện của các chất rắn như graphit, các kim loại (đồng, bạc ), oxit kim loại (hematit), sunfua kim loại (pyrit, galenit )

- Dẫn điện ion (hay dẫn điện điện môi): Là đặc tính dẫn của các dung dịch, ví

dụ nước có hoà tan các muối Các đá khô và không chứa các chất dẫn điện điện tử nêu trên thì có điện trở rất lớn đến mức gần như không dẫn điện

Đặc tính dẫn điện của đá trầm tích chủ yếu là dẫn điện ion vì trong đá trầm tích thường xuyên có nước và phân bố liên tục trong đá

Điện trở suất của đá phụ thuộc vào:

- Điện trở suất của chất lưu trong lỗ rỗng Điện trở này thay đổi theo bản chất, nồng độ muối hoà tan trong nước và nhiệt độ

- Lượng nước chứa trong đá, nghĩa là phụ thuộc vào độ rỗng và độ b∙o hoà nước của đá

- Loại đá, ví như bản chất và sự tồn tại của sét, dấu hiệu của các kim loại dẫn điện

- Kiến trúc của đá: Phân bố lỗ rỗng, sét và các khoáng vật dẫn điện

- Nhiệt độ, đặc biệt là các đá có đặc tính dẫn điện ion

Đá, đặc biệt đá trầm tích, là môi trường không đẳng hướng về khả năng dẫn

điện cũng như dẫn dòng thấm Theo chiều phân lớp (dọc theo các mặt phân lớp), điện trở suất dọc (R//) thường thấp hơn theo chiều vuông góc (R⊥) Đặc điểm đó của đá được

đánh giá bằng hệ số bất đẳng hướng λ:

2 1

1 //

R R

Bất đẳng hướng trong phạm vi một vỉa đồng nhất được xem là bất đẳng hướng vi mô; khi xét trong phạm vi một tập vỉa hay một đoạn lát cắt trầm tích thì gọi là bất đẳng hướng vĩ mô Bất đẳng hướng vĩ mô sẽ ảnh hưởng lên mọi giá trị đo của các thiết bị đo

điện trở khác nhau

Bất đẳng hướng vi mô chỉ thể hiện trong sét và lớp vỏ sét ở thành giếng ở thành giếng giá trị điện trở đo dọc theo trục giếng khoan thì nhỏ hơn khi đo theo hướng vuông góc với thành giếng ảnh hưởng đó thể hiện lên giá trị đo bằng hệ thiết bị MLL hoặc PML

Tóm lại khi gọi là điện trở suất thực (Rt) của thành hệ là điện trở phụ thuộc vào hàm lượng chất lưu và bản chất cũng như cấu hình của xương đá

Quan hệ phụ thuộc giữa điện trở suất với độ khoáng hoá

Ta có nhận xét rằng điện trở suất của một dung dịch thì phụ thuộc vào nồng độ

và loại muối hoà tan

Hình 1.3 cho thấy quan hệ phụ thuộc giữa độ dẫn C với nồng độ muối hoà tan trong dung dịch tính bằng ppm

ở nồng độ thấp dưới 100.000ppm, quan hệ này là đồng biến Nhưng khi nồng

độ tiếp tục tăng lên thì đường biểu diễn quan hệ này của các muối khác nhau bắt đầu chuyển sang quan hệ nghịch biến với những giá trị nồng độ khác nhau Hiện tượng