PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÍ PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN TỪ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ lê hải an

Cấu trúc lỗ rỗng ðiện trở suất của thành hệ ñược ño ghi bằng cách phát một dòng ñiện vào môi trường và ño cường ñộ dòng ñiện chạy qua môi trường hoặc bằng cách ño dòng ñiện cảm ứng trong

ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN

TS Lê Hải An

Bộ môn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí,

Phần 3: Các phương pháp ñiện từ

• Các phương pháp ño ñiện trở (pp thông thường, hội tụ, vi hệ ñiện cực)

• Các phương pháp ño ñộ dẫn ñiện (pp cảm ứng)

• Phương pháp tốc ñộ lan truyền sóng ñiện từ EPT

Các phương pháp ñiện trở

Phương pháp ñiện trở ðiện trở suất là một tham số quan trọng khi xác ñịnh các vỉa chứa dầu khí và ñộ bão hoà hydrocarbon của thành hệ

ðiện trở suất của thành hệ phụ thuộc vào 3 yếu tố:

1 ðiện trở suất của nước trong thành hệ

2 Lượng nước

3 Cấu trúc lỗ rỗng ðiện trở suất của thành hệ ñược ño ghi bằng cách phát một dòng ñiện vào môi trường và ño cường ñộ dòng ñiện chạy qua môi trường hoặc bằng cách ño dòng ñiện cảm ứng trong môi trường ñó

Phương pháp ñiện trở

Dòng ñiện

Dòng ñiện

Phương pháp ñiện trở suất biểu kiến

Phương pháp ñiện trở suất biểu kiến

Nguyên lý cơ bản ño ñiện trở

suất:

- ðo ñiện thế

- ðo cường ñộ dòng ñiện

Một ñiện cực thả xuống giếng khoan

Một ñiện cực trên mặt ñất

R=V/I

Giá trị ño ghi ñược: ñiện trở suất

biểu kiến của thành hệ

Hệ ñiện cực

Hệ ñiện cực thế

ðo thế

Với hệ ñiện cực thế, dòng ñiện có cường ñộ không ñổi ñược phát giữa hai ñiện cực phát A và B

Hiệu ñiện thế giữa hai ñiện cực thu M và N ñược

ño ghi

Hai ñiện cực A và M ở trên thiết bị máy giếng (tool) còn hai ñiện cực B và N nằm xa vô cùng

Khoảng cách AM ñược gọi là chiều dài thiết bị, có hai loại thiết bị ngắn (AM = 16”) và dài (AM=64”) ðiểm ño ghi chính là ñiểm O, trung ñiểm của AM

Hệ ñiện cực gradien

ðo gradien

Dòng ñược phát giữa hai ñiện cực A và B, hiệu ñiện thế ñược ño ghi giữa hai ñiện cực thu M và

N nằm ở hai mặt cầu ñẳng thế của A

ðiện thế ño ñược tỉ lệ với gradien thế giữa hai ñiện cực M và N

ðiểm ño ghi là ñiểm O, trung ñiểm của M và N

Khoảng cách AO gọi là chiều dài thiết bị và bằng 18’8” (5m70cm)

Trong thực tế, còn có thiết bị các hệ ñiện cực ño ghi ñổi chỗ cho nhau (A, B, N ở trên thiết bị thả vào giếng khoan), hoặc A, B, M, N ñều nằm trên thiết bị M cách N một khoảng 50 ft 10 in

Chiều sâu nghiên cứu

ðường cong ño thế và gradien

ðường thế ðườnggradien

Chiều sâu nghiên cứu:

ðo thế: r = 2AM

Phương pháp ñiện trở

Phương pháp ñiện trở

Thay ñổi hình dạng của các mặt

ñẳng thế thành dạng hình trụ giống

như giếng khoan bằng cách thay

ñiện cực phát ñiểm bằng ñiện cực

phát khối

ðiện trở suất và yếu tố hình học

© Schlumberger

Trong các trường hợp:

• Vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng có ñiện trở cao

• Dung dịch khoan là dung dịch mặn

ðiện trở

suất thấp

ðiện trở

suất thấp

ðiện trở

suất cao

Sử dụng hệ ñiện cực hội tụ

Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ

Sử dụng các thiết bị ño ñiện trở suất có hội tụ dòng phát

Phép ño này rất hiệu quả trong các trường hợp vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng

có ñiện trở cao, hoặc trường hợp dung dịch mặn

ðiện trở suất thấp

ðiện trở suất thấp

ðiện trở suất cao

ðiện trở suất thấp

ðiện trở suất thấp

ðiện trở

suất cao

Dòng

hội tụ

ðiện cực ép dòng

Dòng ép

Dòngép

Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ Hiệu quả của phép ño có hội tụ dòng:

• Tăng khả năng phân giải lát cắt của ñường cong ñiện trở suất biểu kiến

• Tăng chiều sâu nghiên cứu của phép ño ñiện trở trong những trường hợp lát cắt ñiện trở cao

Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ

ðể dòng phát kích thích môi trường ở

vỉa nghiên cứu thì cần có hai ñiện cực

phát phụA 1vàA 2ñặt ñối xứng qua A 0

ñể ép cho phần dòng phát ra từ ñiện

cực này ñi thẳng vào thành giếng

khoan

Ở hệ ñiện cực LL7, các ñiện cực ñược ñặt ñối xứng nhau qua ñiện cực phát chính A0

ðiện cực phát A0phát ra một dòng

i0có thế không ñổi, hai ñiện cực phát A1và A1’ ñược ñiều chỉnh sao cho các ñiện cực theo dõi M1và

M2, M1’ và M2’ ñều có ñiện thế bằng nhau

Do ñiện thế giữa các cặp M1, M2và

M1’, M2’ bằng nhau nên không có dòng ñi ở giữa các cặp ñiện cực này, hay nói cách khác, dòng phát

từ ñiện cực phát A0ñi thẳng vào môi trường

Khoảng cách O1O2là 32 in., A1A1’

là 80 in

Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Dual Laterolog)

Dùng các phép ño có chiều sâu nghiên cứu khác nhau: Sâu (LLD) và Nông (LLS)

Hệ ñiện cực ño sâu sườn

Thiết bị DLL cùng một lúc ño ghi

cả LLD và LLS LLD: sử dụng tần số 35Hz LLS: sử dụng tần số 280Hz LLD: A1và A2thực hiện ép dòng LLS: A1thực hiện ép dòng và ñược nối với A2ñể dòng chạy từ A1ñến

A2

ðường cong DLL Hiệu ứng Delaware

An anomalous effect on guard log and early laterolog curves first observed in the Delaware Basin It can be recognized as an erroneous high-resistivity gradient in conductive beds when these beds are overlaid

by thick high resitivity formations

Hiệu ứng Groningen

LLS

LLD /LLG Induction

Res is tive Bed

Groningen

Laterolog

LLG

LLD increas e

Induction

does not react

Giá trị LLD tăng lớn, ñi kèm theo LLS không thay ñổi, có thể là do có mặt của hydrocarbon trong thành hệ hoặc do hiệu ứng Groningen

Hiệu ứng Groningen

Hiện tượng xảy ra do ñiện thế quy chiếu thay ñổi khác không (cable-torpedo) Xảy ra khi có các lớp ñiện trở suất cao nằm ngay trên thành hệ ñang ño ghi Làm cho dòng phát sâu (deep current) bắt buộc phải chạy trong cột dung dịch

Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Dual Laterolog)

ðộ phân giải theo chiều dọc: 24"

Giá trị lớn nhất có thể ño ghi ñược:

Giá trị nhỏ nhất có thể ño ghi ñược:

Azimuthal Resistivity Image - ARI

Azimuthal Laterolog – Azimuthal Resistivity Image - ARI

Azimuthal Laterolog

ðiện cực phát A2 ñược chia thành 12 ñiện cực nhỏ

12 ñiện cực phân bố ñều xung quanh thiết bị cho phép ño ghi 12 giá trị ñiện trở suất theo các phương vị khác nhau

Azimuthal Laterolog

Tài liệu Azimuthal Laterolog chuẩn bao gồm:

Hai ñường cong chuẩn LLD và LLS LLhr - high resolution deep Laterolog

12 ñường cong ñiện trở suất theo phương vị

Ảnh ñiện trở (ARI image) của thành

hệ xung quanh thành giếng khoan (gần như FMS)

Azimuthal Laterolog

Xác ñịnh nứt nẻ

Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Laterolog)

© Schlumberger

Làm thế nào ñể nghiên cứu các vỉa mỏng và vùng cận thành giếng (xác ñịnh ñiện trở suất của lớp vỏ sét Rmcvà ñiện trở suất của ñới rửa Rxo.)

Sử dụng hệ ñiện cực có kích

thước nhỏ - vi hệ ñiện cực

Các phương pháp vi hệ ñiện cực

• Phương pháp vi hệ ñiện cực là các hệ ñiện cực ñược cấu thành

từ các ñiện cực ñiểm gắn trên bảng cách ñiện và khi ño ñược áp vào thành giếng khoan

• Phép ño ñiện trở suất bằng các vi

hệ ñiện cực có chiều sâu nghiên cứu rất nhỏ và chủ yếu phản ánh ñiện trở suất của lớp vỏ sét (Rmc) và ñiện trở suất của ñới rửa (Rxo)

Càng ñể ño Bảng cách

ñiện gắn vi hệñiện cực

Các phương pháp vi hệ ñiện cực

ðầu tiên là Microlog (ML), hiện nay vẫn ñược sử dụng;

Tiếp ñến là Micro Laterolog (MLL), ñược thay bằng

Proximity Log (PL), ñược thay tiếp bằng

MicroSpherically Focused Log (MSFL), ñược thay tiếp bằng

MicroCylindrically Focused Log (MCFL)

Càng ñể ño Bảng cách ñiện gắn vi hệ ñiện cực

Sự phát triển của phương pháp

Vi hệ ñiện cực thông thường (Microlog - ML)

• Gồm 3 ñiện cực A, M1, M2ñặt cách ñều nhau một khoảng 1’’ (2,54 cm)

• Khi ño ghi có thể phát A ño ghi ở M1và

M2(vi hệ ñiện cực gradien) hoặc phát A

ño ghi ở M2(vi hệ ñiện cực thế)

M2

M1

A

Vỏ sét Vỉa thấm

Vi hệ ñiện cực thông thường (Microlog - ML)

• ðường cong ñiện trở suất thứ nhất có

chiều sâu nghiên cứu r = AO = 1.5 in,

chủ yếu chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét

(Rmc) và một phần ñới rửa

• ðường cong thứ hai có chiều sâu nghiên

cứu r = 2AM = 4 in, chủ yếu phản ánh

ñiện trở suất ñới rửa (Rxo)

Vi hệ ñiện cực sườn (Micro Laterolog - MLL)

A0là ñiện cực ñiểm, còn M1, M2và A1là các vòng tròn ñồng tâm

Tấm cách ñiện

Vi hệ ñiện cực sườn (Micro Laterolog - MLL)

• Chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét

Vi hệ ñiện cực gần (Proximity log - PL)

• Gồm các ñiện cực tấm hình chữ nhật

Vi hệ ñiện cực gần (Proximity log - PL)

• Chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét

Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroSpherically Focused Log - MSFL)

• Gồm các ñiện cực là các vòng ñồng hình chữ nhật

Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroSpherically Focused Log - MSFL)

• Chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét

Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroCylindrically Focused Log - MCFL)

Giếng khoan bằng dung dịch gốc dầu

Phương pháp cảm ứng

Phương pháp cảm ứng

• Phương pháp cảm ứng là phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông

qua việc nghiên cứu trường ñiện từ cảm ứng xuất hiện trong môi trường nghiên

cứu do bị kích thích bởi một trường ñiện từ nguyên sinh

• Hiện tượng cảm ứng ñiện từ sẽ tạo ra một dòng ñiện trong thành hệ có ñộ lớn

phụ thuộc vào ñộ dẫn ñiện cuả phần thành hệ mà dòng này ñã ñi qua

• Từ số ño cảm ứng (ñộ dẫn ñiện) sẽ tính ñược ñiện trở suất của thành hệ

Phương pháp cảm ứng (nguyên lý)

Tương tự như nguyên lý của máy biến thế

Nguyên lý (tổng hợp)

1 Cuộn dây phát dòng

kHz

2 Từ trường ñược sinh ra trong thành hệ

3 Dòng cảm ứngtrongthành xung quanh thành giếng khoan

4 Từtrườngthứ sinh ñược

sinh ra bởi dòng cảm ứng

trong thành hệ

5 Dòng ñiện trong cuôn

sinh ra bởi từtrường (2)

và (4)

6 Dòng cảm ứng sinh ra bởi từ trường (2) ñược loại bỏ bằng hệ thống ñiện tử của máy giếng

Cuộn dây phát và cuộn dây thu ñược ñặt ñồng trục

Nguyên lý

Nguyên lý Phương pháp cảm ứng

Các tín hiệu ño ghi ñược: X và R X: tín hiệu ñồng pha – trực tiếp từ cuộn dây phát ñến cuộn dây thu R: tín hiệu lệch pha – tín hiệu do hiện tượng cảm ứng ñiện từ của thành hệ

Yếu tố hình học

G=GmCm+ GxoCxo+ GtCt+ GsCs

Trong ñó: Gm+ Gxo+ Gt+ Gs= 1

Yếu tố hình học của 1 vùng ñược ñịnh nghĩa bởi phần tín hiệu mà vùng ñó tham

gia vào tín hiệu toàn phần

Yếu tố hình học

Hiệu ứng SKIN

• Trong thành hệ dẫn ñiện tốt, thì dòng thứ sinh là rất lớn và gây nên trường

ñiện từ ñáng kể

• Trường ñiện từ này lại gây nên một suất ñiện ñộng cảm ứng khác ở các vành

khuyên và lệch pha so với suất ñiện ñộng tạo nên bởi cuộn dây phát

• Làm cho tín hiệu thu ñược ở cuộn dây thu giảm ñi một cách ñáng kể, gọi là

hiệu ứng SKIN

• Hiệu ứng skin trở nên ñáng kể khi mà thành hệ có ñộ dẫn ñiện lớn hơn 1000

Hiệu ứng SKIN

Hiệu ứng SKIN Phương pháp DIL – Dual Induction Log

ILD=6FF40 ILM=8FF28

Sơ ñồ bố trí các cuộn dây cảm ứng

6FF40

• 6 cuộn dây

• 40” khoảng cách giữa hai cuộn dây phát và ño chính

So sánh DIL – Dual Induction Log và Dual Laterolog

• Rmf nhỏ, Φ

• Rmf nhỏ, Φlớn

• Rmf lớn, Φlớn

• Rmf lớn, Φnhỏ:

– Nước mặn

– Vỉa có hydrocarbon

So sánh DIL – Dual Induction Log và Dual Laterolog

• Rmf nhỏ, Φ: DLL (DIL kém)

• Rmf nhỏ, Φlớn: DLL

• Rmf lớn, Φlớn: DIL (DLL kém)

• Rmf lớn, Φnhỏ: – Nước mặn: DIL – Vỉa có hydrocarbon: DLL

So sánh DIL và DLL

Laterolog

Induction Log

Sử dụng cả hai (dưới ñường Rw tương ứng)

ð ộ ng (%

)

AIT – Array Induction Tools

• Thiết bị ño 28 tín hiệu riêng biệt từ 8 mảng (arrays) Chỉ có 1 cuộn phát làm việc ở 3 tần số

• ðo ghi cả hai tín hiệu (R) và (X)

• 5 chiều sâu nghiên cứu khác nhau: 10", 20", 30", 60" và 90"

• 3 ñộ phân giải theo chiều dọc: 1 ft., 2 ft và 4 ft

AIT – Array Induction Tools

Ưu ñiểm

• Chiều sâu nghiên cứu rất sâu 90’’ cho phép nghiên cứu ñới nguyên ở bất kỳ

thành hệ nào, kể cả thành hệ xảy ra quá trình xâm nhập của dung dịch khoan

rất sâu vào thành hệ

• ðộ phân giải theo chiều dọc là 1ft cho phép hạn chế hiệu ứng ảnh hưởng của

vỉa vây quanh

• Ít chịu ảnh hưởng của giếng khoan

• Hiệu ứng SKIN ñược ño ghi và bù bằng cách ño ghi tín hiệu X-signal

• Tín hiệu tự ngẫu lớn bị loại trừ do sử dụng các cuộn dây thu cân bằng lẫn nhau

trong mảng

AIT – Array Induction Tools

AIT – Array Induction Tools

Chiều sâu nghiên cứu

AIT – Array Induction Tools

Xác ñịnh ñiện trở suất thực của thành hệ trong các giếng khoan bằng dung dịch khoan gốc dầu hoặc trong giếng khoan khô

Phương pháp cảm ứng

EPT - Electromagnetic Propagation Log

• Phương pháp tốc ñộ lan truyền sóng ñiện từ (EPT) ño ghi thời gian truyền và

tốc ñộ suy giảm của sóng ñiện từ ở tần số cao (25Mhz hoặc 1.1 GHz) dọc

theo thành giếng khoan ở một vài inch ñầu của thành hệ

• Với tần số cao (GHz) tốc ñộ lan truyền của sóng ñiện từ phụ thuộc hầu như

toàn bộ vào tính chất ñiện môi của thành hệ và bị ảnh hưởng rất ít bởi ñiện

trở suất

• Hằng số ñiện môi của thành hệ phụ thuộc vào lượng nước chứa trong thành

hệ ñó

EPT - Electromagnetic Propagation Log Phương trình Maxwell:

Trong ñó:

Gồm hai ăngten phát và hai ăngten thu vi sóng ñược gắn lên một tấm ñồng và ñược

áp sát vào thành giếng

Thiết bị EPT

Khoảng cách giữa hai ăngten phát và thu gần nhất là 8cm, khoảng cách giữa hai ăngten thu là 4cm

4 cm

8 cm

Thiết bị EPT

EPT: Electromagnetic Propagation Tool @ 1.1 GHz

HFD: High Frequency Dielectric Tool @ 1 GHz LFD: Low Frequency Dielectric Tool @ 20 MHz

ðường cong EPT

Thời gian truyền sóng: TPL (ns/m)

Suy giảm sóng: EATT (dB/m)

pm pf

pm pf

pm po t t

t t

−

−

= Φ

3604 / ) 60

tpl: thời gian truyền sóng trong thành hệ (ns/m) A: tốc ñộ suy giảm (dB/m)

tpm: thời gian truyền sóng trong xương ñá (ns/m) tpf: thời gian truyền sóng trong chất lưu (ns/m)

EPT Phương pháp tpo: chuyển thời gian truyền sóng sang ñộ rỗng

pm pw

pm po EPT

t t

t t

−

−

= Φ

Khi thành hệ bão hòa 100% nước:

T

tpw= 31 1 − 0 029 T: nhiệt ñộ thành hệ

Phương pháp CRIM: Complex Refractive Index Method

ðo ghi trực tiếp giá trịε

"

'

R

975 17

"= ε Phương trình CRIM

Số phứcε ∗

EPT – Haliburton Chuyển thời gian truyền sóng sang ñộ rỗng: phương pháp CRIM

Complex Refractive Index Method

h w w

ε ε

Giải phương trình CRIM với ẩn số là Sw* (Φñược tính từ các phương pháp ñộ rỗng)

Kết quả thu ñược là số phức Sw*, phần thực là Sw(cần xác ñịnh) và phần ảo phải

xấp xỉ 0

• Với LFD và DPT: ñới nguyên SW

• Với HFD và EPT: ñới rửa Sxo

EPT – phạm vi ứng dụng

• Xác ñịnh hydrocarbon linh ñộng: Sxo-Sw

• Xác ñịnh vỉa nước: khi ñóΦEPT= Φ

• Xác ñịnh hydrocarbon trong những vùng nước ngọt, nơi mà các phương pháp ñiện trở không phân biệt ñược nước và dầu: khi ñó

ΦEPT≠Φ

Acknowledgments

Schlumberger

Baker Atlas

Halliburton