Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 9 ppt

Chương 9 Lấy mẫu thành giếng và khoan nổ Để giúp cho việc khẳng định những tính toán phân tích kết luận của các phương pháp địa vật lý trong giếng khoan về thành phần thạch học hay chất

Chương 9 Lấy mẫu thành giếng và khoan nổ

Để giúp cho việc khẳng định những tính toán phân tích kết luận của các phương pháp địa vật lý trong giếng khoan về thành phần thạch học hay chất lưu b∙o hoà trong các lớp đá người ta cần phải lấy mẫu ở thành giếng bằng các thiết bị có dùng cáp sau khi công việc khoan kết thúc

Các mẫu lấy ở thành giếng được gán chiều sâu

chính xác theo cáp, và những kết quả phân tích những

mẫu này được so sánh với kết quả phân tích tài liệu đo

địa vật lý giếng khoan Sự so sánh như vậy đôi khi còn

giúp cho việc chuẩn định cỡ các zond đo địa vật lý ở

giếng khoan được dễ dàng và chính xác hơn

9.1 Lấy mẫu đá

Việc lấy mẫu đá (hay mẫu rắn) ở thành giếng có

thể thực hiện theo hai cách bằng hai loại thiết bị khác

nhau

9.1.1 Lấy mẫu thành giếng bằng súng

(Corgun)

Từ những năm cuối thập kỷ 30 (1937)

Schlumberger đ∙ chế tạo một thiết bị máy giếng để lấy

mẫu đất đá ở thành giếng gọi là thiết bị lấy m∙u sườn

Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc dùng thuốc nổ

mạnh bắn các đầu đạn rỗng vào thành giếng Các đầu

đạn sẽ đi vuông góc với thành giếng và “chụp” lấy một

khối lượng nhất định đất đá bị lấp nhét vào ruột rỗng

của chúng Nhờ có các cáp nối đầu đạn với súng nên

khi kéo thiết bị lên mặt đất thì các đầu đạn chứa mẫu

sườn cũng lên theo

Các súng lấy mẫu được lắp nhiều đầu đạn rỗng

(có thể tới 50 đầu đạn) nối với nhau thành hàng dọc,

khiến chiều dài khoảng lấy mẫu lên tới 3-4m (hình 9.1)

Thiết bị có loại đường kính khác nhau: Loại lớn

101.6 mm, loại nhỏ 76.2 mm

Đầu đạn được nối với súng bởi hai dây cáp bằng

thép (hình 9.2) Đầu đạn rỗng hình trụ có các lỗ rỗng

để thoát nước khi nó nhận mẫu Khi lắp vào cối súng,

Hình 9.1 Súng lấy mẫu thành giếng có các đường kính lớn nhỏ khác nhau (theo Schlumberger)

phía trong là thuốc nổ và ngòi nổ

Khi đưa súng tới chiều sâu lấy mẫu(1),

theo điều khiển từ mặt đất, các ngòi nổ được

kích nổ đồng loạt Nhờ áp lực tạo ra khi nổ,

các đầu đạn bắn ra khỏi cối súng với tốc độ

lớn Cắm vào đất đá, các đầu đạn rỗng một

mặt chụp lấy mẫu đất đá, mặt khác tác động

xung lực làm biến dạng phần đất đá xung

quanh, gây ra các nứt nẻ ở thành giếng

khoan Khối lượng mẫu rắn đựng trong mỗi

đầu đạn phụ thuộc vào độ cứng của đất đá,

đường kính của đầu đạn, công suất của liều

nổ, chiều sâu đâm xuyên của đầu đạn Các

đầu đạn rỗng thường dùng có đường kính từ

17 - 21.6 mm, chiều sâu đâm xuyên từ 20 -

63.5 mm tuỳ từng loại súng

Sau khi được kích nổ, các đầu đạn

được kéo lên cùng với súng Trên mặt đất

mẫu được lấy ra từ mỗi đầu đạn được đánh

số theo thứ tự từ trên xuống để định chiều

sâu được chính xác Hình 9.3 là ảnh chụp

đầu đạn và mẫu sườn

9.1.2 Lấy mẫu đá bằng thiết bị

khoan thành giếng

Thiết bị được cấu tạo gồm máy giếng

và hộp điều khiển trên mặt đất làm việc nhờ máy tính Tất cả hoạt động khoan lấy mẫu

và đưa mẫu vào ống đựng được kiểm soát bởi sự hỗ trợ của một màn hình nhằm chính xác hoá các lệnh điều khiển qua bàn phím của máy tính

Việc lấy mẫu từ thành giếng được thực hiện nhờ một bộ khoan cụ xoay có

đường kính 120.7 mm (hình 9.4)

Khi đưa thiết bị vào giếng, mũi khoan nằm bên trong của vỏ thiết bị Khi thiết bị đ∙ ở chiều sâu lấy mẫu, mũi khoan

sẽ quay về vị trí làm việc “khoan”, áp sát vào thành giếng nhờ một cần gạt ở phía đối diện có lực ép lớn

1 Thường xác định chiều sâu bắn để lấy mẫu người ta dựa vào đường cong GR hoặc SP để xác định cho chính

Hình 9.2 Sơ đồ đầu đạn trong súng

lấu mẫu a) Đầu đạn nạp trong cối súng b) Đầu đạn xuyên vào thành giếng

Vỏ đạn (cối)

Đầu đạn

Cáp nối

Thành hệ

Thuốc nổ

Ngòi nổ

Vỏ máy (súng)

Hình 9.3 Đầu đạn và mẫu sườn

(theo Schlumberger)

Mẫu đá

Đầu đàn

Cáp nối

Trong khi khoan mẫu ống định

hướng của mũi khoan được cố định chặt,

còn mũi khoan thì xoay để khoan vào

thành giếng Đường đi của mũi khoan

trong đất đá luôn luôn được kiểm soát

qua một đồ thị trên màn hình

Sau khi đi sâu vào đất đá đến

chiều sâu định trước (tối đa 4.5cm) mũi

khoan ngừng quay và chuyển động thụt

vào vỏ máy, còn chính vỏ định hướng lại

quay trở về vị trí tự do Vào thời điểm

đó, vỏ định hướng mũi khoan được tác

động một lực làm nó lắc mạnh, mẫu bị

g∙y và được đưa vào ống đựng mẫu của

thiết bị

Thiết bị khoan thành giếng của

Schlumberger là loại thiết bị chuyên

dụng, có kích thước hàng mét (10.8m) và

trọng lượng khá nặng nề (tối đa 342kg)

Mẫu lõi khoan bằng các thiết bị loại này

có đường kính 25.4mm và chiều dài tối

đa 44.5mm

Thiết bị này chỉ lấy mẫu ở các lớp

đá cứng, không tiến hành lấy mẫu bằng

thiết bị khoan thành giếng đối với các lớp

than hay các đá có độ gắn kết yếu

9.2 Lấy mẫu chất lưu và đo áp

suất vỉa

Mỗi h∙ng thực hiện lấy mẫu chất lưu và đo áp suất vỉa bằng các thiết bị có tên thương hiệu của riêng mình, nhưng có nguyên tắc hoạt động gần giống nhau, vì vậy ở

đây chỉ cần xem xét các thiết bị của Schlumberger

9.2.1 Thử vỉa (FT)

Từ đầu thập kỷ 50 (1952) Schlumberger đ∙ đưa vào sản xuất một thiết bị đo thử vỉa đầu tiên hoạt động theo sơ đồ nguyên tắc mô tả ở hình 9.5

Thiết bị có cấu trúc gồm các cánh có đệm cao su dài 70cm, rộng khoảng 15cm

có tác dụng áp chặt thiết bị vào thành giếng Trong thiết bị có nạp một khối thuốc nổ nhỏ đủ để đột thủng thành giếng khoan khi cần

ở chiều sâu lấy mẫu trong giếng các cánh dương ra nhờ áp suất thuỷ lực, một bên cánh giữ chặt thiết bị, bên đối diện là đệm cao su có cửa sổ lấy mẫu Sau khi định vị và

áp chặt cửa lấy mẫu vào thành giếng, từ mặt đất điều khiển để van đón dòng mở, vào thời

Hình 9.4 Hình ảnh máy giếng của thiết

bị khoan thành giếng (RCOR) (theo Western Atlas)

Mũi khoan

Càng gạt

ống định hướng

điểm đó chất lưu trong vỉa chảy vào bình đựng mẫu qua lỗ cửa sổ Khi áp suất trong bình mẫu cân bằng với áp suất ở lỗ rỗng của đá (áp suất vỉa) thì van này lại đóng chặt

Trường hợp áp suất vỉa nhỏ, đất đá thấm kém, dòng mẫu rất yếu thì cần phải kích nổ khối thuốc để mở dòng (hình 9.5b) Thuốc nổ tạo nứt nẻ và lỗ thủng để chất lưu dễ dàng tập trung chảy vào bình đựng mẫu Cũng như trường hợp trên, van đón dòng lại đóng kín

Khi bình chứa đ∙ đầy mẫu chất lưu, van đ∙ đóng, thì thiết bị được kéo lên mặt

đất Thể tích của bình có thể khác nhau: 4,10 hoặc 20 lít

Trong quá trình thử vỉa đồng thời đo đường cong biến thiên áp suất để theo dõi phát nổ của khối thuốc, và đo các giá trị áp suất: a) áp suất lực ép cánh thiết bị (áp suất bên trong do thiết bị tạo ra); b) áp suất cách ly; c) áp suất gia tăng và áp suất tĩnh; d)

áp suất cột dung dịch khoan Các thông tin này đi kèm với phép thử vỉa sẽ kiểm tra lẫn nhau trong quá trình làm việc

Hình 9.5 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đo thử vỉa FT

(theo Schlumberger)

Độ thấm vỉa bình thường Độ thấm vỉa kém

Thuốc nổ

Cửa mở

Van đóng(mở)

Van

9.2.2 Thử vỉa phân tầng (FIT)

Việc đo thử vỉa như sơ đồ hình 9.5 có nhiều

hạn chế ở chỗ có thể bị kẹt vào thành giếng Cân

bằng áp suất để tháo gỡ các cánh có khi không có

kết quả, làm cho thiết bị mắc lại ở thành giếng

Muốn tránh rủi ro đó có thể dùng những máy giếng

có các cần nhỏ hơn Loại thiết bị như vậy có hình

dáng như trên hình 9.6

Hoạt động của thiết bị đo thử vỉa phân tầng

được mô tả ở hình 9.7

Cũng như thiết bị lấy mẫu thử vỉa FT, thiết bị

FIT cũng chỉ lấy một mẫu tại vị trí đặt thiết bị Nó

thu được mẫu có thể tích 4 lít hoặc 10 lít Mẫu này

được rút ra từ vỉa rất chậm do phải xuyên qua một

“đệm nước” có thể do bị nghẹt tắc trong khi chảy

vào bình đựng Sau khi chọn vị trí chính xác để lấy

mẫu thử vỉa nhờ một điện cực ở phần được cách

điện với đường dẫn dùng để đo SP, các thay đổi áp

suất trong quá trình lấy mẫu được ghi lại (hình 9.8)

Đường biểu diễn trên hình 9.8 là kết quả đo ghi bằng thiết bị FIT có, ống thu dòng và cánh nạp thuốc nổ có lỗ định hướng ống thu dòng cắm sâu vào thành giếng nếu đất đá mềm, và thuốc

nổ sẽ tạo một lỗ định hướng vào thành giếng nếu đá cứng Trên hình 9.8 có các ký hiệu áp suất tương ứng trên đường đồ thị thay

đổi áp suất theo thời gian:

A - Chuẩn định cỡ cửa sổ

đo áp suất

B - Giá trị đo áp suất thuỷ tĩnh của cột dung dịch

C - Thời điểm mở Zond

đo

Hình 9.6 Thiết bị thử vỉaphân tầng (theo Schlumberger)

Hình 9.7 Đặt thiết bị đo thử vỉa theophân tầng (FIT)

có ống dẫn dòng và nạp thuốc nổ

Cáp

áp suất thuỷ tĩnh

Pistôn thuỷ tĩnh

Lỗ thu mẫu

ống đệm Thuốc nổ

áp kế đo P(t)

Van

Van khoá

Bình đựng mẫu Mẫu chất lưu

Bình chứa nước

Bình chứa

nước

Vỏ sét

Thành hệ

Cần ép

D - Bắt đầu lấy mẫu chất lưu

E - Thời điểm kích nổ

F - Kết thúc lấy mẫu (đầy bình)

G - Kết thúc tăng áp suất

H - Đóng bình đựng mẫu

I - Đóng máy

Nhờ có thể nổ để mở lỗ ở cánh bên

dưới mà thiết bị lấy mẫu thử vỉa từng đoạn

(FIT) có thể tiến hành cả ở các giếng có

ống chống

9.2.3 Thử vỉa lặp lại (RFT)

Thiết bị thử vỉa lặp lại (RFT) có thể

tiến hành lấy mẫu thử vỉa không hạn chế

số lần tại một vị trí ở thành giếng khoan

Giống như các thiết bị FT và FIT, RFT

cũng có các cánh cùng lớp đệm bít kín để

lấy mẫu, và có cánh bên phía đối diện để

ép chặt thiết bị vào thành giếng khoan

Việc đóng mở thiết bị cũng được điều khiển từ mặt đất, các hoạt động thường được

kiểm soát bởi các van có thể

đóng mở lặp đi lặp lại không hạn chế số lần

Các phép thử bao gồm thử “sơ bộ” lấy 20 cm3 mẫu chất lưu mỗi lần Trong lúc lấy mẫu cũng là lúc đo sự thay đổi

áp suất Sau mỗi lần kết thúc thử như vậy thì lấy các mẫu chất lưu có thể tích 3.78 và 10.4 lít dùng để phân tích thành phần chất lưu Hình 9.9 thể hiện ảnh chụp một đoạn của thiết bị đo thử vỉa lặp lại (RFT) ở thế đóng (a) và mở (b) các cánh gạt và cánh lấy mẫu thử

Hình 9.10 mô tả sơ đồ nguyên tắc của thiết bị RFT Thiết bị có hai buồng thử có thể tích mỗi buồng 10 cm3, chất lưu trong vỉa được hút vào buồng

Hình 9.8 Một thí dụ đường biểu diễn thay đổi áp suất theo thời gian bằng FIT

Kiểm tra

Hoạt động của cần Thời điểm nổ

áp suất

Hình 9.9 Thiết bị đo thử vỉa lặp lại (RFT)

a) Cánh khép; b) Cánh mở

ố ng

Càng lấy mẫu

Càng chống va quệt Pitton của

cánh ép

thứ nhất với lưu lượng q1 = 37

cm3/phút; buồng thứ hai có q2 = 75

cm3/phút Đúng vào thời điểm đầy

buồng thứ nhất thì một triger làm

việc tự động mở van để hút chất lưu

chảy vào buồng thứ hai với lưu

lượng gấp 2.027 lần(1)

Sự hồi phục áp suất đầu tiên

sẽ diễn ra rõ ràng sau mỗi lần thử

Nếu một hoặc cả hai buồng sau đó

vẫn được tiếp tục làm dầy thì sự

tăng áp thứ hai có thể diễn ra

Hình 9.11 mô tả đồ thị biểu

diễn thay đổi áp suất theo thời gian

Đồ thị này được ghi tương tự (hoặc

khi số sau khi hiển thị) trong quá

trình thử sơ bộ

Khi mở buồng thứ nhất dòng

q1 trong thời gian t, có giá trị 37

cm3/phút và đường đồ thị thể hiện

chênh sụt áo ∆P1, liền sau đó trong

khoảng thời gian (t2 – t1), dòng

chảy với lưu lượng q2 = 75

cm3/phút thì tương ứng ∆P2

Sau khi buồng thứ hai chất đầy chất lưu thì áp suất tổng hệ đo hồi phụ nhanh để bằng áp suất vỉa Pf

Mỗi phép thử

“sơ bộ” chỉ kéo dài trong khoảng thời gian

từ 30 đến 35 giây Kết thúc mỗi phép thử như vậy, van đối áp (xem sơ đồ hình 9.10) lại

được mở, trong lòng thiết bị RFT lại có áp suất thuỷ tĩnh Pm của cột dung dịch (Pm ≥

Pf) Trước khi tiến hành vòng đo thử “sơ bộ” mới, van đối áp lại

được đóng lại

1 Các máy của Schlumberger phổ biến làm việc với q 1 = 60 cm 3 /phút; q 2 = 150 cm 3 /phút thì tỷ số này là 2.5 lần

Hình 9.10 Sơ đồ nguyên tắc của thiết bị RFT

Thành hệ

ống dẫn

Buồng thử N 0 1

Buồng thử N 0 2 Van đối áp

Van khoá bình đựng mẫu Bình đựng mẫu N 0 1

Bình đựng mẫu N 0 2

ống dẫn

Hình 9.11 Thay đổi áp suất trong quá trình thử vỉa

(theo Schlumberger)

Lưu lượng

Ngừng thử

áp suất vỉa

áp suất

áp suất

thuỷ tĩnh

Phép thử được lặp lại nhiều lần

tại một vị trí được chọn ở các vỉa đá

có độ thấm và độ rỗng cao Trước khi

đưa thiết bị lên mặt đất các van kín

vào các thùng đựng mẫu được đóng

lại để bảo quản mẫu chất lỏng hoặc

chất khí

Hình 9.12 là một thí dụ đo thử

vỉa bằng thiết bị RFT

Các kết quả đo thử vỉa qua cáp

được sử dụng:

1 Dự báo hoặc xác nhận khả

năng khai thác của đá chứa dựa vào

mẫu chất lưu và phân tích số đo áp

suất

2 Tính toán một số đặc tính

của chất lưu như:

- Mật độ (tỷ trọng của dầu thô)

- Tỷ số khí/dầu (GOR) bằng

cách sử dụng các bản chuẩn thực

nghiệm (hình 9.13) như là sự phụ

thuộc hàm số của thể tích thu được

trong thử vỉa

- Tỷ phần nước, bằng tỷ số thể

tích nước vỉa chia cho tổng thể tích

của dầu và nước trong vỉa

3 Đánh giá áp suất lỗ rỗng (áp

suất vỉa) bằng cách dựng các đồ thị

chuyên dụng kiểu hàm số Horner













∆

+

∆

=

t

t

t

f

4 Xác định các tham số vỉa

chứa: (a) chỉ số khai thác; (b) độ thấm

5 Xác định mặt ranh giới dầu/nước, khí/nước trên cơ sở đo áp suất vỉa theo chiều sâu Trong phần địa tầng chứa nước, dầu hay khí có gradien áp suất riêng Vị trí các mặt ranh giới có thể nhận ra ở các đường xu thế áp suất bị g∙y khúc (gradien áp suất thay đổi đột ngột) như hình 9.14

Hình 9.12 Đo ghi thay đổi áp suất theo thời gian bằng thiết bị đo thử vỉa RFT

6 Liên kết giữa các giếng khoan Việc liên kết được thực hiện trên nguyên lý hai giếng khoan cùng xuyên qua một vỉa chứa thì áp suất vỉa đo được ở hai giếng của vỉa này phải bằng nhau nếu không bị các đứt g∙y kiến tạo cắt qua

Hình 9.13 Bản chuẩn thực nghiệm phân tích dùng để tính GOR

(theo Schlumberger)

Đới khí

Đới nước

Đới dầu

Hình 9.14 Xác định ranh giới khí/dầu và dầu/nước theo số

đo áp suất vỉa

khí

Dầu

Nước

G/o

O/w

Tài liệu tham khảo chính

- Daev D.S (1965) Diagraphie diélectricque par induction Geol J Razved N011.p.110-119 Trad IFP russe N0546.fev.1967

- Desbrandes R (1968) Théorie et interprétation des diagraphies Ed Technip Paris

- Desbrandes R (1985) Encyclopedia of Well-logging Ed Technip Paris

- Negut A (1977) Geofizica de sonda Institytal de petrol gaze Ai geologie din Bucarest (Rumania)

- Nguyen Van Phon (1977) Contributii la interpretarea diagrfiei de rezistrivitate in geofizica de sonda (Teza de doctorat) Universitatea din Bucaresti

- Nguyễn Văn Phơn (1982) Phương pháp tổng quát khi giải bài toán tìm phân bố trường của dòng không đổi trong môi trường héterogen Tuyển tập CTKH, Đại học Mỏ - Địa chất (1980-1981) trang 104-107 Hà Nội

- Nguyễn Văn Phơn (1998) Sự hình thành đới ngấm quanh giếng khoan

và hiện tượng điện trở suất thấp trong vỉa sản phẩm Tạp chí dầu khí số 3/1998, trang 6-10

- Nguyễn Văn Phơn (2000) 50 năm bài toán mô hình độ dẫn của đá cát sét

và cái nhìn sâu hơn Tạp chí Dầu khí số 4+5/2000 trang 42-46

- Sabba S Stefanescu (1950) Modeles theoriques de milieux héterogènes pour les mrthodes de prospection electricque à courante stationaires Com Geol Studii Technice si Economice Scrie D N02 Bue

- Schlumberger (1970) Fundamentals of Aipmeter Interpretation New York N.Y 10017

- Serra O (1979) Diagraphies différées Pau

- Serra O (1984) Fundamentals of Well-log Interpretation T.1, the acquisition of logging data Amsterdam – Oxford – New York – Tokyo Pau

- Van Phon N et Babskow A (1977) Une application de la théorie des milieux hétérogenes Alpha dans (interprétaion des diagraphies électriques des sondages) Revue Roumaine de geologie geoph et geograph Tome 21 N 1 pp 83-104

- Westaway R (1991) Production logging course Wireline measurements

in cased hole Vol.1

- Альпин Л.М (1938) К теории электрического каротажа буровых скважина ОНТИ Москва

- Дахнов В.Н (1967) Электрические и магнитные методы исследования скважин – ôНедраằ Москва

- Дахнов В.Н (1972) Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин Изд ôНедраằ Москва

- Дахнов В.Н (1975) Геофизические методы определения келлекторских свойств и нефтегазонасыщения горных пород ôНедраằ Москва

- Добрынин В.М и друг (1986) Промысловая геофизика ôНедраằ Москва