Xác định các thông số vỉa bằng tài liệu địa vật lý giếng khoan cho giếng r 1x cấu tạo x thuộc bồn trũng nam côn sơn

Xác định các thông số vỉa bằng tài liệu địa vật lý giếng khoan cho giếng r 1x cấu tạo x thuộc bồn trũng nam côn sơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT

BỘ MÔN VẬT LÝ ĐỊA CẦU

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VỈA BẰNG TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN CHO GIẾNG R-1X CẤU TẠO X THUỘC BỒN TRŨNG NAM CÔN SƠN

CBHD: PGS.TS TRẦN VĨNH TUÂN

THS.KS ĐÀO THANH TÙNG

SVTH: TRẦN MINH THIỆN MSSV: 0613103

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên con xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và lòng kính trọng sâu sắc đến ba

mẹ và gia đình, là nguồn động lực, là nơi nuôi dưỡng quan tâm và tạo mọi điều kiện cho con ăn học

Em xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng, lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô, anh chị trong bộ môn Vật lý Địa cầu đã tận tình dạy dỗ và dìu dắt em trong suốt thời gian học tại bộ môn, em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khoa Vật lý – Vật lý Kỹ thuật đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ em trong nhưng năm học tại trường

Xin gửi lời cảm ơn tha thiết, lòng biết ơn chân thành và trân trọng đến thầy PGS.TS Trần Vĩnh Tuân, thầy là người đã định hướng cho em theo hướng Địa Vật lý giếng khoan, truyền đạt biết bao kiến thức quý báo, thầy đã không ngại vất vả bỏ nhiều công sức để dìu dắt và hướng dẫn em trong suốt thời gian qua Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Nguyễn Thành Vấn, người đã giúp đỡ em khá nhiều khi thực hiện khóa luận này

Xin chân thành cảm ơn đến thầy ThS.KS Đào Thanh Tùng đã hết lòng giúp đỡ, chỉ dẫn rất nhiều vấn đề và kiến thức thực tế trong suốt thời gian em thực tập tại tổng công ty PVEP Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến KS Đặng Ngọc Thắng đã hết lòng hướng dẫn chi tiết nhiều vấn đề và hướng dẫn từng bước để em hoàn thành thực tập khóa luận tại ban Tìm Kiếm Thăm Dò của tổng công ty Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tha thiết với tất cả các anh chị trong Ban, sự gần gũi của các anh chị đã khiến cho khoảng thời gian thực tập không chỉ là khoảng thời gian rất quý giá, rất vui mà đã trở thành khoảng thời gian mang đầy kỉ niệm

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Địa chất – khóa 2007, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – TP.HCM, đã cùng tôi trao đổi khá nhiều kiến thức, học hỏi lẫn nhau trong khoảng thời gian thực tập tại tổng công ty

Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành xin gửi đến tất cả người quen và bạn bè của tôi, những người đã sát cánh và chỉa sẽ với tôi những niềm vui nỗi buồn trong suốt quãng đường sinh viên, đặc biệt là các bạn 07VLĐC là những người tôi không bao giờ quên, cảm

ơn các bạn rất nhiều

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ iv

DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU vii

MỘT SỐ KÝ HIỆU – VIẾT TẮT VÀ TỪ TIẾNG ANH viii

MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP MINH GIẢI TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN 1

1.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ THAM SỐ VẬT LÝ CỦA TẦNG CHỨA 1

1.1.1 Đối tượng nghiên cứu 1

1.1.2 Đá chứa và các tham số vật lý của đá chứa 2

1.1.2.1 Độ rỗng: 3

1.1.2.2 Độ thấm: 7

1.1.2.3 Độ bão hòa nước: 9

1.1.2.4 Điện trở suất và độ dẫn điện: 10

1.1.2.5 Độ sét của đá trầm tích 11

1.2 MÔI TRƯỜNG GIẾNG KHOAN 17

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT GIẾNG KHOAN TUYỀN THỐNG 19

1.3.1 Các phương pháp điện 22

1.3.1.1 Phương pháp điện trường tự nhiên (Spontaneous Potential - SP) 22

1.3.1.2 Phương pháp log điện trở suất 29

1.3.2 Phương pháp phóng xạ tự nhiên (Gamma Ray) 36

1.3.3 Các phương pháp log độ rỗng 40

1.3.3.1 Phương pháp Neutron 40

1.3.3.2 Phương pháp mật độ (Density) 47

1.3.3.3 Phương pháp siêu âm (DT) 51

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA VỈA CHỨA BẰNG TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN 58

2.1 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ 58

2.1.1 Xác định hàm lượng sét 58

2.1.2 Xác định giá trị điện trở suất 67

2.1.3 Xác định giá trị độ rỗng 73

2.1.4 Xác định độ bão hòa nước 78

2.1.5 Xác định độ thấm của vỉa 83

2.1.6 Xác định thành phần thạch học của tầng chứa 84

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT NHANH 87

2.3 PHÂN TÍCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP MDT VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ 91

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ VỈA CHO GIẾNG R-1X BIỆN LUẬN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 94

3.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT 94

3.1.1 Giới thiệu 94

3.1.2 Đặc điểm cấu trúc kiến tạo 96

3.1.3 Đặc điểm địa tầng 98

3.1.4 Hệ thống dầu khí 103

3.2 TÍNH TOÁN, BIỆN LUÂN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 106

3.2.1 Sơ lượt 106

3.2.2 Dữ liệu đầu vào 108

3.2.3 Tính toán, biện luận và phân tích kết quả 109

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

PHỤ LỤC 128

Hình 1.6: Thí nghiệm đo độ thấm của đá chứa

Hình 1.7: Độ thấm của chất lưu trong đá chứa

Hình 1.8: Các kiểu phân bố của sét trong thành hệ

Hình 1.9: Sự tuần hoàn của dung dịch khoan

Hình 1.10: Môi trường xung quanh giếng khoan

Hình 1.11: Một số dạng đường cong đo sâu điện thành giếng khoan

Hình 1.12: Mô hình một số tool đo hiện đại

Hình 1.13: Hình ảnh tool Supercombo đặt trong xưởng

Hình 1.14: Mô hình một số tool đo trong phương pháp logging while drilling Hình 1.15: Sự hình thành điện trường tự nhiên do chênh lệch nồng độ

Hình 1.20: Sơ đồ nguyên tắc đo SP trong giếng khoan

Hình 1.21: Dáng điệu đường cong SP trong một số thành hệ

Hình 1.22: Sự biến đổi điện trở suất qua các thành hệ khác nhau

Hình 1.23: Sơ đồ điện cực hội tụ dòng

Hình 1.24: Sơ đồ thiết bị đo sườn kép

Hình 1.25: Sơ đồ minh họa phương pháp vi hệ cực hội tụ cầu

Hình 1.26: Sơ đồ minh họa đo log cảm ứng

Hình 1.27: Sự thay đổi giá trị gamma ray qua các thành hệ khác nhau

Hình 1.28: Sơ đồ nguyên tắc đo GR

Hình 1.29: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của ống đếm bức xạ gamma

Hình 1.30: Một ví dụ về đường cong đo phổ gamma

Hình 1.31: Đời sống của một neutron

Hình 1.32: Thiết bị đo log neutron bù

Hình 1.33: Tương tác của gamma với môi trường

Hình 1.34: Sự biến đổi mật độ qua các thành hệ khác nhau

Hình 1.35:Thiết bị đo gamma bù

Hình 1.36: Mô hình truyền sóng P và sóng S

Hình 1.37: Thiết bị đo trong phương pháp siêu âm

Hình 1.38: Sự thay đổi thời gian truyền sóng siêu âm qua các thành hệ khác

nhau

Hình 1.39: Sơ đồ thiết bị đo trong phương pháp log siêu âm

Hình 1.40: Sơ đồ bố trí thiết bị đo trong phương pháp log siêu âm bù

CHƯƠNG II:

Hình 2.1: Minh họa cách xác định giá trị GRmax và GRmin trên đường log

Hình 2.2: Phân vỉa dựa vào đường GR

Hình 2.10: Đồ thị hiệu chỉnh điện trở suất theo nhiệt độ vỉa và độ khoáng hóa Hình 2.11: Xác định tỉ số

Hình 2.12: Đồ thị hiệu chỉnh về

Hình 2.13: Đồ thị hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RLLD về giá trị điện trở suất Rt

và hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RMSFL về giá trị điện trở suất Rxo

Hình 2.14: Đồ thị hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RILD về giá trị điện trở suất Rt

và hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RMSFL về giá trị điện trở suất Rxo Hình 2.15: Biểu đồ cắt N-D hiệu chỉnh giá trị độ rỗng từ neutron và mật độ Hình 2.16: Phương pháp biểu đồ cắt Pickett

Hình 2.17: Biểu đồ cắt Hingle cho vỉa cát(sandstones) hoặc cacbonat

(carbonates)

Hình 2.18: Biểu đồ cắt Hingle của một đới thạch học

Hình 2.19: Đồ thị xác định độ thấm của vỉa

Hình 2.20: Biểu đồ cắt M – N và thành phần thạch học của một đới chứa

Hình 2.21: Biểu đồ cắt MID và thành phần thạch học của một đới

Hình 2.22: Tool đo MDT của hãng Schlumberger

Hình 2.23: Phân tích MDT cho vỉa

CHƯƠNG III:

Hình 3.1: Vị trí bồn trũng Nam Côn Sơn trên bản đồ Việt Nam

Hình 3.2: Bể Nam Côn Sơn trong khung kiến tạo khu vực

Hình 3.3: Mặt cắt tổng hợp của lô B

Hình 3.4: Cột địa tầng của bể Nam Côn Sơn

Hình 3.5: Chỉ số TOC và HI các giếng khoan lô B tầng Miocene dưới và

Oligocene

Hình 3.6: Mặt cắt địa chấn đi qua cụm cấu tạo X thuộc lô B

Hình 3.7: Tổng quan về lát cắt địa chất của giếng khoan R-1X

Hình 3.8: Kết quả phân tích log cho vỉa 12

Hình 3.9: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 12

Hình 3.10: Kết quả phân tích log cho vỉa 22

Hình 3.11: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 22

Hình 3.12: Kết quả phân tích log cho vỉa 23

Hình 3.13: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 23

Hình 3.14: Kết quả phân tích log cho vỉa 24

Hình 3.15: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 24

Hình 3.16: Kết quả phân tích log cho vỉa 10

DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU

CHƯƠNG 1:

Bảng 1.1: Độ rỗng của một số loại đá khác nhau

Bảng 1.2: Hệ số uốn khúc và hệ số xi măng của một số loại đá

Bảng 1.3: Mật độ của một số loại khung đá

CHƯƠNG 2:

Bảng 3.1: Dữ liệu log từ giếng khoan

Bảng 3.2: Một số dữ liệu khác

Bảng 3.3: Các vỉa cát có khả năng thấm chứa tốt

Bảng 3.4: Kết quả minh giải cho vỉa 12

Bảng 3.5: Kết quả minh giải cho vỉa 22

Bảng 3.6: Kết quả minh giải cho vỉa 23

Bảng 3.7: Kết quả minh giải cho vỉa 24

Bảng 3.8: Kết quả minh giải cho vỉa 10

MỘT SỐ KÝ HIỆU – VIẾT TẮT

HC: Hydrocarbon

CGR: log gamma ray đã hiệu chỉnh

ATRX: log điện trở suất đo nông đã hiệu chỉnh về giá trị thực của đới rửa

AT30: log điện trở suất đo trung

ATRT: log điện trở suất đo sâu đã hiệu chỉnh về điện trở thực của đới nguyên RHOB: log đo mật độ

NPHI: log do neutron

DT: log siêu âm

MDT (Modular formation Dynamic Test): phương pháp thu thập kiểm tra chất

lưu và áp suất

Caliper: log đo đường kính giếng khoan

MỞ ĐẦU

Trong hai thập kỷ nay, khoa học kĩ thuật đang dần hoàn thiện và tiếp tục phát triển, đời sống xã hội càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng Trong tình hình đó, bất kể quốc gia nào muốn phát triển bền vững thì điều đầu tiên là phải làm chủ được nguồn năng lượng Tính đến nay (theo thống kê hãng BP– 6/2011) cả thế giới phải phụ thuộc vào 88% nhu cầu năng lượng lấy từ các nguồn năng lượng hóa thạch, trong đó 30% từ than và 58% từ dầu khí Để tránh lệ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch, nhiều nước đã có kế hoạch cắt giảm nguồn năng lượng này trong tương lai, VD: đầu 7/2011 chính phủ Đức tuyên bố sẽ đóng của tất

cả các lò phản ứng hạt nhân muộn nhất vào 2020, đến 2050 sẽ cắt giảm 80% năng lượng hóa thạch và thay vào đó là các nguồn năng lượng sạch (www.reuters.com)… Tuy là có nhiều kế hoạch cắt giảm nguồn năng lượng hóa thạch trong tương lai, nhưng theo xu thế của nhu cầu năng lượng ngày một tăng thì dù có cắt giảm, dù có

sử dụng hết sức tiết kiệm nhưng nhu cầu năng lượng hóa thạch sẽ ngày một tăng, nguồn năng lượng hóa thạch vẫn tiếp tục là nguồn năng lượng chủ chốt trong nhiều thập kỷ tới Không có cách nào khác, ngoài việc áp dụng các công nghệ hiện đại để khai thác hiệu quả nhất, thì việc triển khai tìm kiếm thăm dò nhiều hơn và chi tiết hơn sẽ là những phương án hàng đầu trong thời điểm hiện nay và trong thời gian tới

Trước tình hình như vậy, tác giả đã có định hướng cho đề tài của mình: sử dụng các phương pháp địa vật lý giếng khoan trong thăm dò và khai thác dầu khí,

thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Xác định các thông số vỉa bằng tài liệu

địa vật lý giếng khoan cho giếng R-1X cấu tạo X thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn” Đề tài hoàn toàn nằm trong vấn đề tìm kiếm thăm dò và khai thác nguồn

năng lượng hóa thạch, đó là dầu khí Nói một cách khác mục đích ở đây là “đánh giá tầng chứa bằng các phương pháp địa vật lý giếng khoan” Vấn đề này là những công việc trong chuỗi các công việc phải làm ở giai đoạn tìm kiếm thăm dò cũng như ở giai đoạn khai thác dầu khí Đề tài và những vấn đề liên quan được tác giả

tìm hiểu trong suốt thời gian thực tập và làm khóa luận Nội dung của khóa luận là

có giới hạn và được phân thành các chương như sau:

cho quá trình học tập tiếp theo trong tương lai Ở chương 1, Tác giả chỉ trình bày cơ

sở vật lý của một số phương pháp địa vật lý giếng khoan thông dụng trong thăm dò

và khai thác dầu khí hiện nay Trong chương 2 còn khá nhiều phương pháp ứng dụng khác mà tác giả chưa kịp tìm hiểu và trình bày Chương 3 cũng chỉ gói gọn

một phần nào đó của qui trình minh giải log trên thực tế, nó cũng chưa thể hiện hết các ứng dụng của các phương pháp đã tìm hiểu cũng như đã được trình bày ở

chương 1 và chương 2

Như vậy, còn có rất nhiều vấn đề thực tế cũng như kiến thức khác mà tác giả vẫn chưa tìm hiểu, trong đó chưa kể các vấn đề còn thiếu sót trong lúc tìm hiểu cũng như là trình bày trong khóa luận này Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp

ý kiến của thầy cô, các anh chị, và các bạn quan tâm đến lĩnh vực này

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP MINH GIẢI

TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN

  

1.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ THAM SỐ VẬT LÝ CỦA TẦNG CHỨA

1.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của ngành Địa Vật lý giếng khoan là các giếng khoan tìm kiếm thăm dò và khai thác tài nguyên có ích: như là dầu khí, than, các quặng

mỏ và nước dưới đất Giếng khoan là một công trình tìm kiếm thăm dò hoặc khai thác tài nguyên Công trình này được tạo bằng phương pháp cơ học – phương pháp khoan giếng với mục đích lấy mẫu đất đá, tạo ra một vết lộ địa chất còn “tươi” chưa

bị phong hóa, hoặc nhằm để khai thác các chất lưu như dầu, khí, nước dưới đất, nước nóng mang nhiệt năng

Thông thường việc lấy mẫu lõi khoan khó thực hiện được tốt và giá thành lại cao, trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật và địa chất Để hạn chế việc lấy mẫu lõi thường xuyên, cũng như xác định trạng thái kỹ thuật và theo dõi các giếng khoan trong quá trình khai thác Người ta khai thác triệt để các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất của công trình Ưu điểm của vết lộ địa chất này là nó còn “tươi” nguyên chưa phong hóa, đồng thời xuyên cắt qua mọi lớp đất đá tới chiều sâu của 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, hóa học Nhờ các phương pháp này, ta có thể xác định được thành phần vật chất ở các lớp đất đá mà lát cắt giếng khoan đi qua, xác định trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình tại chiều sâu bất kì vào thời điểm cần thiết

Việc xác định thành phần vật chất, xây dựng lát cắt địa chất, xác định trạng thái kĩ thuật và độ ổn định của công trình (theo dõi mỏ), đánh giá hiệu suất khai thác… là những nhiệm vụ của địa vật lý giếng khoan

Hình 1.1: Giếng khoan được ứng dụng trong thăm dò và khai thác dầu khí

1.1.2 Đá chứa và các tham số vật lý của đá chứa

Đá chứa là các đá có lỗ rỗng cấu tạo nên thành hệ và có khả năng chứa chất lưu (dầu, nước, khí) trong lỗ rỗng đó Các chất lưu như dầu và khí chủ yếu là di chuyển từ nơi khác đến và lấp đầy trong lỗ rỗng của đá chứa Đá chứa thường là các loại đá có độ rỗng và độ thấm cao như các loại đá cát (sa thạch), cacbonat (đá vôi, dolomite)

Nếu đá chứa là cát kết hay là cát sét kết, lỗ rỗng chủ yếu là lỗ rỗng giữa hạt (độ rỗng nguyên sinh) là chủ yếu, còn lỗ rỗng thứ sinh như là khe nứt hay là rửa lũa gặm mòn là những lỗ rỗng thứ yếu Nếu đá chứa là cacbonat (đá vôi, dolomite) không gian rỗng chủ yếu là các khe nứt và lỗ rỗng gặm mòn Nhưng đá cacbonat là loại đá không chiệu uốn, nên dễ bị nứt nẻ dưới tác dụng của lực kiến tạo, do đó độ rỗng thứ sinh này lại là độ rỗng có ý nghĩa thấm chứa cao

Độ thấm của đá chứa là một hàm số phức tạp, phụ thuộc vào kiến trúc lỗ rỗng, thành phần thạch học của đá chứa cũng như là đặc điểm của chất lưu Độ mở hay độ thông nối của kiểu lỗ rỗng khe nứt lớn hơn lỗ rỗng giữa hạt nên cùng độ

rỗng nhưng độ thấm trong các tầng chứa là đá cacbonat bao giờ cũng lớn hơn trong

đá cát sét

Các đặt tính vật lý thạch học của tầng chứa như là: độ rỗng, độ thấm, độ bảo hòa nước, điện trở suất,… sẽ phản ánh trong các phép đo Địa Vật lý Nắm vững các đặt tính này sẽ hết sức cần thiết trong nghiên cứu ứng dụng địa vật lý giếng khoan

1.1.2.1 Độ rỗng:

Đất đá được cấu thành gần như từ 3 pha: pha rắn, pha lỏng và pha khí Một phần thể tích của đất đá được cấu thành từ pha rắn, không gian phần còn lại được lấp đầy bởi những pha khác (pha lỏng , pha khí) Không gian đó được gọi là không gian rỗng (không gian lỗ rỗng); gọi tắt là lỗ rỗng, lỗ hỗng hay lỗ trống

Định nghĩa: độ rỗng là tỉ phần không gian rỗng trong thể tích toàn phần của

khối đá Độ rỗng thường được tính bằng phần trăm (%) và được kí hiệu là Ф

Hình 1.2: Mô hình độ rỗng trong đá chứa

Độ rỗng của đá chứa là một thông số quan trọng trong công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí Độ rỗng phản ảnh khả năng chứa dầu, khí hoặc nước

Độ rỗng toàn phần hay độ rỗng tổng (Фt) là tỷ phần thể tích của tất cả không gian rỗng (giữa hạt, kênh thông nối, nứt nẻ, bọt,…) cộng lại có trong đá

Trong đó:

 Vt: thể tích toàn phần của khối đá

Phân loại lỗ rỗng: Các lỗ rỗng có nguồn gốc, hình dáng, kích thước khác

nhau, mối liên hệ giữa chúng cũng khác nhau Căn cứ vào những đặc điểm riêng, người ta phân chia lỗ rỗng theo nhiều cách như sau:

Theo nguồn góc hình thành:

 Độ rỗng nguyên sinh (Ф 1 ): là độ rỗng xuất hiện khi đá được hình thành; do

quá trình nén ép của các lớp đất đá bên trên, cũng như quá trình xi măng hóa và quá trình biến chất đã làm các lỗ rỗng thay đổi về độ lớn và hình dáng, do đó độ

rỗng nguyên sinh cũng thay đổi Có bốn yếu tố ảnh hưởng đến độ rỗng nguyên sinh

là độ nén, độ chọn lọc, độ mài mòn và độ xi măng

 Độ rỗng thứ sinh (Ф 2 ): là độ rỗng của các hang hốc, khe nứt có trong đá

được tạo thành trong quá trình phát triển của đá; trong đó: quá trình kiến tạo, quá trình biến đổi hóa học và hóa sinh, quá trình hòa tan là các quá trình ảnh hưởng mạnh nhất lên độ rỗng thứ sinh

Theo mối liên hệ giữa các lỗ rỗng:

 Độ rỗng thông nối hay độ rỗng mở (Ф thn ): là độ rỗng của các phần lỗ trống

có liên hệ với nhau, thông nối nhau

 Độ rỗng kín: là độ rỗng của các lỗ trống không liên hệ với nhau, được bao

kính bởi khung đá

Hình 1.5: Lỗ rỗng mở và lỗ rỗng kín

Phân loại theo tính chất chứa:

 Độ rỗng tiềm năng (Ф p ): là độ rỗng mở có đường kính các kênh thông nối

đủ lớn để cho dòng các chất lưu có thể đi qua dể dàng (lớn 50μm đối với dầu và 5μm đối với khí)

 Độ rỗng hiệu dụng (Ф ef ): phần lỗ rỗng chứa chất lưu mà ở đó chất lưu nằm

ở trạng thái tự, đây là phần lỗ rỗng chứa chất lưu tự do trong không gian của lỗ rỗng mở (Фthn ) hay độ rỗng tiềm năng (Фp ), nghĩa là không tính đến phần thể tích

của các lớp nước bao, nước hydrat set (nước hấp thụ trên bề mặt các lớp sét), nước tàn dư

 Độ rỗng phi hiệu dụng: phần lỗ rỗng chứa chất lưu mà ở đó chất lưu ở trạng

thái bị giữ lại, bị hấp thụ

Phân loại giá trị độ rỗng:

1.1.2.2 Độ thấm:

Khái niệm: Độ thấm là một thông số cho biết khả năng truyền dẫn chất lưu

của đất đá dưới tác dụng của gradient áp suất

Giả sử có một lưu lượng Q (cm3/s) chất lưu đồng nhất đi qua đất đá có tiết diện

A (cm2) dưới tác dụng của gradient áp suất ∆p/L (at/cm), chất lưu đi qua có độ nhớt

là μ và không tác dụng hóa học với đá

Hình 1.6: Thí nghiệm đo độ thấm của đá chứa

Theo định luật Darcy ta có:

Phân loại độ thấm:

 Độ thấm tuyệt đối: là độ thấm của đất đá khi có một chất lưu đồng nhất khi

đi qua nó mà không gây ra phản ứng hóa học với pha rắn của đá, được tính theo công thức (1.2)

 Độ thấm hiệu dụng (hay độ thấm pha) của khí, dầu, nước: Khi hỗn hợp

(khí-dầu, khí-nước, dầu-nước hoặc khí-dầu-nước) đi qua đất đá, độ thấm đo được cho từng loại khí, dầu, nước riêng biệt được gọi là độ thấm hiệu dụng (độ thấm pha) của khí, dầu, nước Trong các trường hợp này việc tính toán độ thấm hiệu dụng phức tạp hơn nhiều vì có sự cản trở lẫn nhau giữa các pha chất lưu

 Độ thấm tương đối của khí, dầu, nước: để đơn giản hơn khi đánh giá độ

thấm cho từng pha chất lưu người ta đưa ra khái niệm “độ thấm tương đối”, là tỷ số giữa độ thấm hiệu dụng của khí, dầu, nước với độ thấm tuyệt đối

Hình 1.7: Độ thấm của chất lưu trong đá chứa

Phân loại giá trị độ thấm:

1.1.2.3 Độ bão hòa nước:

Định nghĩa: độ bão hoà nước là tỷ số phần trăm thể tích lỗ rỗng mà chất đó chiếm

so với thể tích độ rỗng toàn phần của đá Kí hiệu là Sw

Trong đó:

 : là độ rỗng

 Rw : điện trở suất của nước vỉa

 Rt :điện trở suất thật của vỉa

 a : hệ số uốn khúc của lỗ rỗng (hay hệ số thông)

 m : hệ số xi măng hóa (hay hệ số kết dính)

 n : hệ số bão hòa, có giá trị từ 1,8 – 2,5 nhưng giá trị thường sử dụng là 2 Các giá trị a, n, m là những thông số hết sức quan trọng và cũng phức tạp trong việc xác định, chúng được xác định từ mẫu core (mẫu lỗi đất đá), đối với những giếng không có mẫu core thì sẽ lấy từ các giếng lân cận

Độ bão hoà nước là một thông số quan trọng cần xác định trong minh giải tài

liệu địa vật lý giếng khoan, vì từ độ bão hoà nước ta có thể xác định được độ bão

Hydrocacbon (HC) không bao giờ bão hòa 100% trong đá chứa vì hầu hết các trường hợp dầu được sinh ra từ nơi khác và di chuyển đến Khi hydrocacbon đẩy nước để choán chổ trong lỗ rỗng thì nước luôn luôn còn sót lại do lực mao dẫn Nước lưu lại trong vỉa dầu tạo nên độ bão hòa nước dư Độ bão hòa nước dư (Swirr)

là giá trị chỉ độ bảo hòa nước mà ở đó nước được đá chứa hấp thụ, giữ lại bởi áp suất mao dẫn, điều này liên quan tới độ hạt (độ mịn) của đá Nói một cách khác: ở

độ bão hòa nước dư thì nước không thể di chuyển, độ thấm pha và độ thấm tương đối bằng không Tương tự ta cũng có độ bão hòa dầu dính (Sor)

1.1.2.4 Điện trở suất và độ dẫn điện:

 Điện trở suất (Resistivity)

Mỗi vật liệu dẫn điện đều có riêng một tham số đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu đó, đó là điện trở suất Ta định nghĩa điện trở suất “ρ” của một vật liệu là điện trở R của một đoạn dây dẫn làm bằng vật liệu đó có chiều dài l

= 1m, tiết diện ngang là S = 1m2 khi có dòng điện đi qua nó Điện trở suất ρ có đơn

vị là Ohm.m (Ωm) và được xác định trong biểu thức sau:

Trong đó:

 R: điện trở của đoạn dây (Ω)

 l: chiều dài dây dẫn (m)

 S: tiết diện dây dẫn (m2

) Trong môi trường, đất đá không phải là đồng nhất, nên điện trở suất chúng ta đo được luôn là điện trở suất biểu kiến của môi trường

Độ dẫn điện

Định nghĩa: nghịch đảo của điện trở suất ρ được định nghĩa là độ dẫn điện σ

tương ứng σ có đơn vị là , với Ta có:

Trong môi trường lỗ khoan tồn tại hai kiểu dẫn điện:

 Dẫn điện điện tử: là đặc tính dẫn điện của các chất rắn như graphit, các kim loại (đồng, bạc,…), oxit kim loại (hematite,…), sunfua kim loại (pyrite, gelenit,…)

 Dẫn điện ion: là đặc tính dẫn điện của dung dịch, phần lớn là nước có hòa tan các muối (NaCl, KCl,…)

Đối với các đá khô và không chứa các chất dẫn điện điện tử thì có điện trở suất rất lớn và gần như không dẫn điện (như đá cát sạch) Tuy nhiên đặc tính dẫn điện của đá trầm tích trong môi trường lỗ khoan chủ yếu là dẫn điện ion, vì trong môi trường lỗ khoan: đá trầm tích thường xuyên có nước và phân bố liên tục trong đá Đất đá nói chung, đá trầm tích nói riêng là môi trường bất đẳng hướng về khả năng dẫn điện cũng như khả năng dẫn dòng thấm (độ thấm) Dọc theo chiều phân lớp ngang, điện trở suất (R// ) thường thấp hơn theo chiều vuông góc (R) Điện trở

suất của đá chứa phụ thuộc vào các yếu tố:

 Điện trở suất của chất lưu trong lỗ rỗng: phụ thuộc lớn vào loại chất lưu (dầu, khí hay nước), thay đổi theo bản chất và nồng độ chất hòa tan (chủ yếu là muối) có trong nước vỉa, và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ vỉa

 Lượng nước chứa trong đá: lượng nước nhiều hay ít phụ thuộc vào độ rỗng

và độ bảo hòa nước

 Loại đá: quyết định đến thành phần thạch học của đá, có chứa nhiều yếu tố dẫn điện điện tử hay không

 Kiến trúc đá chứa: sự phân bố lỗ rỗng, phân bố khoáng vật

 Nhiệt độ vỉa: nhiệt độ không chỉ có ảnh hưởng lên điện trở suất của chất lưu

có trong đá chứa Một cách thứ yếu: còn ảnh hưởng lên cả điện trở suất của khung đá, nhìn chung nhiệt độ sẽ ảnh hưởng lên tính dẫn diện của các kim loại có trong các khoáng vật

1.1.2.5 Độ sét của đá trầm tích

Là bản chất của đất đá khi chứa các hạt có đường kính nhỏ hơn 0.01 mm Các hạt có kích thước bé sẽ ảnh hưởng đặc biệt đến tính chất của đất đá trầm tích Các

hạt sét là những khoáng vật sét thuộc nhóm kaolinite, montmorillonite, illinite, mảnh vụn thạch anh, fenspat, khoáng vật nặng, carbonate, pirite và các loại khoáng vật khác Tham gia vào độ sét của đất đá bao gồm : các loại sét cấu trúc, sét phân lớp và sét phân tán (hình 1.8)

Hình 1.8: Các kiểu phân bố của sét trong thành hệ

MỘT SỐ THAM SỐ VÀ KHÁI NIỆM KHÁC

A Hệ số vỉa F (Formation factor)

Thông số vỉa được xác định bằng công thức thực nghiệm như sau:

Trong đó:

 F: là hệ số vỉa (hay còn gọi là hệ số thành hệ, có khi gọi là thông số của độ rỗng) F thường thay đổi trong phương trình độ bảo hòa nước Archie Theo đặc điểm thạch học, mỗi loại đá khác nhau ta có một hệ số vỉa F

Bảng 1.2: Hệ số uốn khúc và hệ số xi măng của một số loại đá

Mật độ đất đá (hay mật độ khối): là khối lượng đất đá tính trên một đơn vị thể

tích Ký hiệu là ρ, đơn vị là g/cm3 (g/c3 hay g/cc)

Đối với đá trầm tích trong môi trường lỗ khoan có mật độ từ 2.0 – 3.0 g/cm 3

Bảng 1.3: Mật độ của một số loại khung đá

Mẫu đất đá (core sample): có 3 loại:

- Mẫu vụn (cutting core): Thu được trong quá trình khoan

- Mẫu sườn (sidewall core): Lấy dọc theo thành giếng khoan

- Mẫu lõi hay mẫu khối (head core): Lấy theo giếng khoan

C Nhiệt độ vỉa và áp suất vỉa

Nhiệt độ vỉa (T f ): nhiệt độ vỉa là một thông số quan trọng trong phân tích tài

liệu địa vật lý giếng khoan, việc tính toán gradient nhiệt và nhiệt độ tại vỉa sẽ giúp cho ta xác định chính xác điện trở suất dung dịch khoan, nước lọc bùn, nước vỉa… Nhiệt độ vỉa xem như là một hàm tuyến tính theo đô sâu:

Trong đó:

 c : nhiệt đô tại vị trí x = 0 (thường là nhiệt độ bề mặt)

 x : độ sâu

 y : nhiệt độ

 m : gradient địa nhiệt

Nhiệt độ vỉa được xác định khi biết chiều sâu của vỉa, nhiệt độ đáy giếng, chiều sâu tổng cộng của giếng, nhiệt độ bề mặt Ta có thể xác định giá trị hợp lý hơn của nhiệt độ vỉa bằng cách sử dụng dữ liệu các tuyến gradient nhiệt của khu vực

Áp suất vỉa: áp suất vỉa là một hàm số của nhiều yếu tố, bao gồm lực nén ép

kiến tạo, thiểu nén ép Lực nén ép từ ngoài làm cho đá chặt xít, các hạt đá bị biến dạng, độ rỗng giảm khi lực ép nén tăng

Áp suất vỉa là một tham số cần thiết trong việc tính toán trữ lượng dầu khí cho vỉa, gradient áp suất thông thường ít biến đổi theo độ sâu, nhưng khi lát cắt giếng khoan đi qua các cấu trúc địa tầng phức tạp, đôi khi ta phát hiện được các vỉa có dị thường áp suất tăng cao, dị thường áp suất tăng cao (dương) thường xuất hiện cùng với dị thường nhiệt độ tăng đột biến, trong khi đó dị thường áp suất giảm (âm) có thể là do trong khu vực nghiên cứu có các giếng khoan khác

Phép đo được thực hiện ở phần lát cắt dựa vào sự khác biệt áp suất vỉa với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch RFT (Repeat Formation Test), MDT (Modular Formation Dynamic Test) là các phương pháp có thể xác định áp suất vỉa

Thông thường đối với các vỉa thấm tốt, độ sét thấp và không bị ảnh hưởng bởi các giếng khoan, gradiend áp suất (k) được xem là một hằng số, áp suất (P) sẽ là hàm thay đổi theo độ sâu (z) theo hàm tuyến tính ớ ằ ố :

D Dung dich khoan

Dung dịch khoan bao gồm 2 loại:

 Dung dịch khoan gốc dầu (oil base mud)

 Dung dịch khoan gốc nước (water base mud): bao gồm hỗn hợp sét nước và một số phụ gia

Ngày nay, các giếng được khoan bằng phương pháp khoan xoay và dung dịch khoan được sử dụng làm dung dịch tuần hoàn Dung dịch khoan có nhiệm vụ đưa mùn khoan lên trên, làm mát và bôi trơn choòng khoan, cân bằng áp suất vỉa (chống phun ngược)

Hình 1.9: Sự tuần hoàn của dung dịch khoan

E Một số vần đề đo ghi Địa Vật lý giếng khoan

Đo ghi trong địa vật lý giếng khoan là vấn đề cũng hết sức phức tạp Từ việc thiết kế thiết bị đo và loại thiết bị đo, định vị “tool” đo trong giếng và xác định đường kính giếng khoan, kết hợp các phương pháp đo trên cùng một “tool” đo, biễu diễn số liệu đo,… cho đến khâu minh giải hoàn tất là một quá trình đồi hỏi Hầu hết các khâu đều có hệ thống máy móc hổ trợ hiệu chỉnh và tính toán rất hiệu quả, việc nắm bắt một số kĩ thuật trong phương pháp đo ghi cũng rất cần thiết cho việc minh giải tài liệu Địa Vật lý giếng khoan

 Kích thước thiết bị quyết định cho ta độ sâu nghiên cứu, kích thước tăng thì chiều sâu nghiên cứu tăng, nhưng độ minh giải theo chiều ngang lại giảm, cho nên việc xác định các lớp quá mỏng bị hạn chế

 Tính toán các thời gian đo ghi cho các phương pháp phát xung (siêu âm, neutron…) sao cho đạt hiệu quả nhất

 Việc định vị tool đo sẽ giúp ta hiệu chỉnh tốt kết quả đo đạt, tránh sai số lớn

 Việc kết hơp các phương pháp đo trên cùng một tool đo là rất cần thiết vì chi phí và thời gian đo là rất lớn Các phương pháp được kết hợp phải không ảnh hưởng lẫn nhau, có tốc độ kéo cáp phù hợp Tốc độ phụ thuộc vào “hằng số thời gian τ” của phép đo đó – nó là thời gian nhất định được chọn để một phép đo có thể

đạt được một giá trị đo chấp nhận được τ càng lớn chứng tỏ thời gian thiết bị tiếp cận với một điểm đo (đối tượng đo) là lâu hơn Do tính thăng giáng của phép đo quanh một giá trị trung bình, τ càng lớn thì giá trị đo càng càng gần với giá trị trung bình trong phép đo đó

 Mọi hệ đo điều có quán tính ì của nó Chẳng hạn khi điểm đo dịch chuyển từ lớp đất đá có đặc tính vật lý thấp đến lớp có đặc tính vật lý cao thì điện kế đo ghi tính hiệu không tức khắc cho chỉ số đo tương ứng mà phải chờ một khoảng thời gian nhất định, nếu tốc độ kéo cáp quá nhanh cũng sẽ làm cho trị số đo của vùng chuyển tiếp này kéo dài và trải rộng, biên độ bị giảm, các lớp mỏng sẽ chìm trong phông, nên độ phân giải của phép đo giảm Vì vậy tính toán tốc độ kéo cáp τ phù hợp là hết sức cần thiết sao cho tích τ.v = const (v là vận tốc kéo cáp), tiết kiệm được thời gian mà giá trị đo vẫn tốt nhất

 Bất kì một hệ thiết bị đo nào làm việc trong nhiều giờ đều có thể xảy ra hiện tượng không ổn định Trước khi kết thúc một lần đo của một phương pháp địa vật

lý giếng khoan đều phải tiến hành đo lặp và kiểm tra chuẩn máy móc có làm việc

ổn định hay không, đánh giá sự hạ thấp đặc trưng biến đổi thống kê, nhất là đối với các thiết bị đo phóng xạ Vì vậy đo chuẩn khắc độ cho máy được thực hiện trước và sau mỗi lần đo để kiểm tra độ chính xác của máy móc trong quá trình đo là cần thiết Có vài thiết bị đo có bộ phận chuẩn riêng bên trong máy nên có thể tiến hành kiểm tra chuẩn máy trong khi thả xuống giếng khoan

 Các băng kết quả đo ghi địa vật lý giếng khoan sau khi đo phải được xử lý

Vì vậy một mặt các số liệu đo được sử lý tại trạm, mặt khác các số liệu này phải được chuyển ngay về trung tâm tính toán, ở đó có đủ các thiết bị tính máy tính và phần mền xử lý mạnh có khả năng cho kết quả đầy đủ và chính xác nhất

1.2 MÔI TRƯỜNG GIẾNG KHOAN

Để quá trình khoan được an toàn và thành giếng khoan không bị sập, người ta phải tạo cho áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch khoan lớn hơn áp suất của vỉa Vì vậy, dung dịch khoan có xu hướng ngấm vào thành giếng ở các lớp đất đá có độ rỗng hiệu dụng cao Sự ngấm dung dịch khoan vào thành giếng khoan có tính đối xứng trục Theo phương bán kính, filtrate (nước lọc bùn) thay thế hoàn toàn hay

từng phần chất lưu tự nhiên có trong vỉa, môi trường quanh thành giếng khoan tạo

ra 3 đới cơ bản:

 Đới thấm nhiễm hoàn toàn (hay đới rửa): phần trong sát ngay thành giếng,

filtrate thay thế hoàn toàn nước tự do và dầu linh động

 Đới chuyển tiếp: nằm sâu hơn đới thấm nhiễm hoàn toàn, ở đây filtrate và chất

lưu vỉa hòa lẫn vào nhau

 Đới nguyên: là đới sâu nhất mà filtrate chưa ngấm tới, cấu trúc và thành phần

pha lỏng trong đá vẫn giữ nguyên

Trong quá trình ngấm dung dịch khoan, các phần cứng (sét và phụ gia) của dung dịch khoan bị chặn lại và tạo thành lớp vỏ sét bám ở thành giếng khoan Khi lớp sét bám vào thành giếng đủ dày (hàng chục mm) sẽ ngăn chặn không cho filtrate

từ giếng xâm nhập vào thành hệ nữa, lớp sét trở thành màng chống thấm, lúc đó quá trình ngấm filtrate vào thành giếng khoan sẽ dừng hẳn

Hình 1.10: Môi trường xung quanh giếng khoan

Trong một số trường hợp xảy ra ở vỉa dầu, khi filtrate thấm vào vỉa dưới áp lực thấm, vì dầu có độ thấm tương đối cao hơn nên bị đẩy nhanh vào bên trong sâu hơn, ngược lại nước có độ thấm tương đối nhỏ hơn nên dầu tụ lại thành đới vành khuyên

có điện trở suất thấp

Trên hình 1.10, giá trị điện trở suất viết trong ô vuông là điện trở suất của đới, trong vòng tròn là điện trở của nước trong đới (nước vỉa hoặc nước lọc bùn), kí hiệu viết trong tam giác là chỉ độ bảo hòa nước của đới Do có sự thay đổi thành phần filtrate và nước vỉa theo phương bán kính nên các thông số điện trở và độ bão hòa nước của các đới cũng thay đổi theo

Hình 1.11: Một số dạng đường cong đo sâu điện thành giếng khoan

 Đới thấm (vỉa thấm) không có đới vành: nếu điện trở suất đới thấm nhiễm

hoàn toàn lớn hơn hoặc bằng đới nguyên, ta có thể kết luận đó là đới chứa nước trong đa số trường hợp (tùy vào độ khoáng hóa của nước vỉa so với dung dịch khoan góc nước ngọt, nước mặn, hay góc dầu (hình 1.11)

 Đới thấm có xuất hiện đới vành: nếu có sự xuất hiện đới vành thì có thể

khẳng định đó là đới chứa dầu

Chiều sâu của đới thấm nhiễm thay đổi phụ thuộc vào: sự chênh lệch giữa áp suất thủy tĩnh và áp suất vỉa, thời gian thấm, độ thấm của đá chứa, đới chứa nước hay đới chứa dầu Dựa vào giá trị điện trở suất của ba đới, ta có thể xây dựng nên mặt cắt điện trở suất, rừ đó người ta có thể xác định vỉa chứa nước hay HC

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT GIẾNG KHOAN TUYỀN THỐNG

Trong thăm dò dầu khí, người ta khai thác triệt để mọi thông tin mà có thể thu thập được Địa Vật lý giếng khoan hiện nay được tiến hành đo theo 2 hình thức: địa

vật lý giếng khoan trong khi khoan (logging while drilling) và địa vật lý giếng khoan sau khi khoan (wireline logging), ngoài ra còn 3 hình thức khác là mud logging, cased hole logging và borehole seismic

 Các phương pháp Địa Vật lý giếng khoan có thể được thiết kế đo áp vào thành giếng khoan như là: log Density, log Neutron, log vi điện cực hoặc phải được giữ để tool nằm ngay trên trục lỗ khoan như là: phương pháp siêu âm, log điện cực, log cảm ứng, phương pháp GR… Tùy vào nguyên lý của từng phương pháp mà việc thiết kế tool do và tiến hành đo sẽ được chọn sao cho hợp lý nhất

 Để tránh chi phí cao và tiết kiệm thời gian do, các tool đo Địa Vật lý hiện đại được thiết kế rất hoàn thiện, trên đó là sự đo phối hợp các phương pháp trên cùng một tool Một số tool đo hiện đại có chiều rất lớn, ví dụ: tool Platform express đạt

38 ft (11,6 m), hoặc 90 ft ( 27.5 m) đối với Supercombo (hình 1.12)

Hình 1.12: Mô hình một số tool đo hiện đại

Hình 1.13: Hình ảnh tool Supercombo đặt trong xưởng Trường hợp đo wireline logging, tool được thả xuống đáy giếng và kéo lên với tốc độ không đổi Quá trình đo, phát và ghi tín hiệu được tiến hành trong một khoản cách nhất định (khoảng 15,24cm) Trường hơp đo logging while drilling, thì tool do được thiết kế cạnh sau mũi khoan (hình 1.14), quá trình đo được tiến hành trong lúc khoan Mũi khoan (bit) được gắng với một động cơ (steerable motor) tạo nên phần đầu của cần khoan, mũi khoan này có thể được điều chỉnh góc lệch rất nhỏ khỏi trục của cần khoan, để có thể tiến hành khoan cong

Hình 1.14: Mô hình một số tool đo trong phương pháp logging while drilling

Ở hai hình thức đo này, các phương pháp thường có sự điều chỉnh một ít cho hợp lý hơn Tuy nhiên về nguyên lý và về phương pháp minh giải… chúng cũng chỉ xoay quanh các vấn đề sẽ được trình bài tiếp ngay sau đây

1.3.1 Các phương pháp điện

1.3.1.1 Phương pháp điện trường tự nhiên (Spontaneous Potential - SP)

A Cơ sở của phương pháp

Phương pháp điện trường tự nhiên là phương pháp đo thế của trường điện tự nhiên Thế này có thể lên tới hàng trăm Volt, nó xuất hiện khi có sự khác biệt về thành phần thạc học của vỉa, độ khoáng hóa của nước cũng như là sự chênh lệch áp suất Sự khác biệt này dẫn đến các quá trình vật lý – hóa học như là: thấm lọc do áp

suất, sự khuyết tán và hấp thụ do nồng độ, phản ứng oxi hóa – khử khác nhau giữa các đá khi có sự tiếp xúc với dung dịch

 Quá trình khuyết tán:

Trong môi trường lỗ khoan, sự chênh lệch nồng độ muối giữa dung dịch nước lọc bùn và dung dịch nước vỉa thường là lớn, lúc đó tồn tại một điện trường khuyết tán giữa ranh giới tiếp xúc của hai dung dịch (giữa đới thấm nhiễm và đới nguyên) Thế khuyết tán nói chung phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ dung dịch, thành phần hóa học và hóa trị các nguyên tố Trong trường hợp dung dịch hòa tan nhiều loại muối có nồng độ khác nhau thì muối nào ưu thế hớn sẽ đóng vai trò lớn hơn tạo

ra thế khuyết tán

Hình 1.15: Sự hình thành điện trường tự nhiên do chênh lệch nồng độ

 Quá trình hấp thụ:

Trong hầu hết các trường hợp, các dung dịch tiếp xúc nhau qua màng phân cách

có độ rỗng nhỏ Khi có sự dịch chuyển từ phía nồng độ cao sang phía nồng độ thấp,

do tính chất đặc trưng của một số màng thấm điện hóa một số ion linh động có thể

bị hấp thụ ngay trên thành kênh dẫn Kết quả là mỗi bên màng xuất hiện một điện thế, thế này không phụ thuộc vào bề dày của lớp màng mà nó thay đổi theo hình thái cấu trúc lỗ rỗng, độ mịn hạt, loại màng lọc và nồng độ dung dịch Thế điện này gọi là thế hấp thụ hay thế màng lọc

Hình 1.16: Sự hình thành thế hấp thụ khi có sự hấp thụ trên màng sét

Thế khuyết tán – hấp thụ:

Hai quá trình khuyết tán và hấp thụ xảy ra đồng thời và trái ngược nhau, cản trở lẫn nhau, nguyên nhân đều do sự chênh lệch nồng độ dung dịch và được gọi là thế khuyết tán – hấp thụ Thế khuyết tán lớn đối với đất đá có độ rỗng và độ thấm cao (như các lớp cát), thế hấp thụ lại mạnh ở đất đá có độ rỗng và độ thấm kém (như các lớp sét – hình 1.17) Kết quả: ở phía giếng khoan ngang các vỉa cát sẽ là lớp ion âm, ngang các lớp sét sẽ là ion dương (hình 1.18)

Hình 1.17: Ưu thế di chuyển của các ion đối với môi trường có nước vỉa mặn hơn

Hình 1.18: Thế điện thấm loc – khuyết tán cho trường hợp nước vỉa mặn hơn

 Quá trình thấm lọc (hay ngấm lọc)

Sự chênh lệch áp suất làm cho dòng chất lưu thấm ngược chiều với chiều gradient áp suất, điều này dẫn đến sự xuất hiện ở phía giếng khoan một điện thế âm nếu nước vỉa ngấm vào thành giếng khoan (hình 1.19A) và thế dương ở nếu nước vỉa chảy ra ngoài giếng khoan, thế điện này gọi là thế điện thấm lọc hay thế điện động lực, quá trình thấm lọc này chỉ kéo dài trong một khoảng thời gian, khi quá trình này dừng hẳn, thế điện thấm lọc xem như không còn nữa (hình 1.19B)

Hình 1.19: Sự hình thành thế điện thấm lọc trên thành giếng khoan

 Quá trình Oxi hóa - khử

Thông thường trong môi trường giếng vừa mới được khoan, quá trình Oxi hóa - khử diễn ra mạnh mẽ nhất, quá trình này xảy ra ở mặt tiếp xúc giữa đá và dung dịch, làm cho môi trường bị phân cực và hình thành một thế điện (pin điện hóa tự nhiên)

Thế điện hóa này thường gặp trong các giếng khoan đi qua các đới khoáng hóa cao, hay các vỉa quặng đa kim loại, vỉa than biến chất,… môi trường đá magma axic gặp môi trường bazơ; nhóm đá bazơ hay nhóm khoáng vật như: pyrite, pyrotin, chancopyrit, calcozin, covelin,…gặp môi trường axit; đới khoáng hóa nhóm sunfua gặp dung dịch khoan giàu Oxi… thì quá trình Oxi hóa – khử diễn ra mạnh mẽ sẽ ảnh hưởng lên kết quả đo

B Phương pháp đo

Trong các giếng khoan dầu khí, đối với các đá trầm tích thế phân cực SP chủ yếu là do thế khuyết tán – hấp thụ là mạnh mẽ nhất, trong đó phải kể đến thế thấm lọc trong giai đoạn đầu, thế Oxi hóa – khử thường không đáng kể Vì tính chất của thế phân cực tự nhiên SP luôn có sự thay đổi theo thời gian nên việc chọn thời gian

đo phù hợp là cần thiết

Do tính chất của phương pháp, việc tiến hành đo phải được thực hiện ngay sau khi khoan Có hai phương pháp đo điện trường tự nhiên: sử dụng điện cực gradient hoặc điện cực thế

Hình 1.20: Sơ đồ nguyên tắc đo SP trong giếng khoan

Trong phương pháp gradient, hai điện cực M và N cùng dịch chuyển trong giếng khoan (hình 1.20a) thì phép đo có giá trị là hiệu điện thế giữa M-N:

Trong phương pháp đo thế, một điện cực (N) được đặt trên mặt đất, một điện cực (M) được kéo trong giếng khoan (hình 1.20b), phép đo có giá trị là thế tại M:

Phương pháp điện cực thế được dùng phổ biến, điện cực gradient chỉ dùng khi

có nhiễu mạnh Về nguyên tắc, từ giá trị đo thế ta có thể chuyển thành giá trị đo gradient và ngược lại

C Các yếu tố ảnh hưởng lên kết quả đo SP

Đường cong đo SP gần như không thay đổi và có dạng như một đường thẳng nếu đi qua các lớp sét có chiều dày không quá mỏng Chọn các vỉa sét sạch nhất, tại đường SP này người ta gán cho giá trị qui ước bằng “không” và gọi là đường “cơ sở sét”

Căn cứ vào SP lệch khỏi đường cơ sở sét, người ta nghiên cứu đặc tính cũng như phân loại các vỉa đất đá

 Lệch âm so với đường cơ sở sét khi Rmf > Rw

 Lệch dương so với đường cơ sở sét khi Rmf < Rw

 Không lệch so với đường cơ sở sét Rmf = Rw

Hình 1.21: Dáng điệu đường cong SP trong một số thành hệ

Các yếu tố ảnh hưởng lên hình dáng và biên độ đường cong SP:

 Độ lớn của trường điện phân cực SP: độ lớn này phụ thuộc vào các nguyên

nhân hình thành thế SP đã nêu ở trên

 Hàm lượng sét trong vỉa

 Bề dày của vỉa: đối với các vỉa mỏng (bề dày < 10 feet) thì giá trị SP sẽ không

đạt đến SSP

 Chiều sâu của các đới: ở giai đoạn đầu sau khi khoan chiều sâu của đới ngấm

còn đang thay đổi

 Điện trở suất của vỉa cũng như điện trở suất của các đới thấm nhiễm: điện trở

suất cao sẽ làm giảm biên độ của đường cong SP

D Phạm vi ứng dụng của phương pháp SP

Phương pháp thế điện tự phân cực được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu nhằm mục đích khác nhau, đặc biệt trong thăm dò dầu khí và than Phương pháp này được sử dụng để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau:

cả độ khoáng hoá của nước vỉa

Một số mặt hạn chế của phương pháp:

 Tất cả các phương pháp điện nói chung trong đó có cả phương pháp SP, chỉ

sử dụng được trong các giếng khoan trần không sử dụng trong giếng đã chống ống

 Khi đo log SP phải dùng dung dịch khoan có tính dẫn điện (không dùng dung dịch khoan gốc dầu)

 Cần phải chú ý không để giá trị Rmf quá gần Rw vì trong trường hợp quá gần nhau thì đường SP sẽ kém nhạy so với đường sét cơ cở, lúc này việc đo SP không hiệu quả

 Khi quá trình ngấm filtrate ngừng hẳn, sự chênh lệch độ mặn trong thành hệ

sẽ giảm dần theo thời gian cho đến khi độ chênh lệch bằng không Vì vậy sau khi khoan cần phải tiến hành đo ngay giá trị SP, nếu để càng lâu thì giá trị SP sẽ càng không nhạy

1.3.1.2 Phương pháp log điện trở suất

A Log điện cực

Phương pháp log điện cực là phương pháp phát dòng một chiều không đổi vào môi trường các đới thấm xung quanh thành giếng khoan để đo điện trở suất của môi trường bên trong vỉa Phương pháp này sử dụng cho các dung dịch khoan dẫn điện