PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÍ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC BIỆT lê hải an

Lê Hải An Bộ môn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí, TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT Phần 5: Các phương pháp ñặc biệt • Phương pháp ño góc nghiêng và phương vị của vỉa Dipmeter • Phương pháp quét ảnh

ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN

TS Lê Hải An

Bộ môn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí,

TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT

Phần 5: Các phương pháp ñặc biệt

• Phương pháp ño góc nghiêng và phương vị của vỉa (Dipmeter)

• Phương pháp quét ảnh thành hệ FMI (Fullbore Formation MicroImager)

• Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân NMR (Nuclear Magnetic Resonance)

Phương pháp Dipmeter

Mục ñích ñể xác ñịnh

• Góc nghiêng của vỉa

• Cấu trúc, luận giải trầm tích

• ðứt gãy

• Bất chỉnh hợp

Thiết bị Dipmeter có thể có 3 càng, 4 càng hoặc 6 càng và có những ñặc ñiểm chung sau:

• Phần ñịnh hướng (ño ñộ lệch so với phương thẳng ñứng, phương vị của thiết

bị, và ño hướng của chân số 1 so với thành giếng khoan)

• Phần ño ñường kính

• Thiết bị ño vi hệ ñiện cực gắn vào càng

• Thiết bị ño ñể liên kết (ño SP hoặc GR)

Dipmeter Tool Dipmeter

Tài liệu gốc (6 càng)

Nguyên lý xử lý tài liệu

Dipmeter

Tài liệu sau khi xử lý ñược ghi dưới các dạng:

1 Tadpole plot (là chủ yếu)

2 Listing

3 Histogram

4 Tube plot

Dipmeter

Biểu diễn bằng ñồ thị nòng nọc (tadpole)

Dipmeter Liệt kê dạng bảng Dipmeter Biểu ñồ

Phân tích tài liệu Dipmeter dạng ñồ thị nòng nọc

Phân lớp nằm ngang

Phân lớp nghiêng, góc cắm và chiều dày không ñổi

Phân lớp nghiêng, góc cắm và chiều dày vỉa tăng dần

Crossbedding Góc cắm giảm theo ñộ sâu

ðới cà nát của ñứt gãy

Bất chỉnh hợp

Nếp lồi

Bất chỉnh hợp

ðứt gãy

Current Bedform

Fullbore Formation MicroImager

FMI: Fullbore Formation MicroImager

• Khảo sát ñược ñến 80% thông tin trong giếng khoan

8 in

• ðộ phân giải theo chiều dọc là 0.2 in (5 mm)

• Chiều sâu nghiên cứu là

30 in

Thiết bị FMI

Ớ 4 càng, 8

tấm

Ớ đo ghi 192

ựường cong

ựiện trở suất

biểu kiến vi

hệ ựiện cực

Nguyên lý

Ớ Minh giải cấu trúc

Ớ Xác ựịnh ựặc tắnh của các thể trầm tắch

Ớ Xác ựịnh net-to-gross trong trầm tắch cát sét

Ớ Minh giải kiến trúc

Ớ đánh giá ựộ rỗng thứ sinh

FMI FMI

FMI FMI

FMI

Trong lát cắt có cát

sét phân lớp mỏng,

FMI cho phép xác

ñịnh ñược net pay

zones

FMI

Phân biệt các kiến trúc trầm tích (sedimentary structures)

FMI Xác ñịnh nứt nẻ

Cộng hưởng từ hạt nhân NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE

Magnetic Resonance

Phương pháp NMR có thể cung cấp các thông tin:

• Có bao nhiêu chất lưu trong thành hệ -> ðộ rỗng

• Trong một vài trường hợp còn xác ñịnh chất lưu là nước hay dầu ->

ðộ bão hòa nước

• Kích cỡ lỗ rỗng và cấu trúc lỗ rỗng -> ðộ thấm

Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân sử dụng ñể xác ñịnh phân bố ñộ

rỗng và xác ñịnh ñộ thấm

Magnetic Resonance

• Thành hệ cát kết bao gồm hạt (rock grains) và chất lưu

• Chất lưu bao gồm chất lưu tự do và chất lưu không tự do (immobile)

• Kích thước hạt khác nhau (to, nhỏ hoặc hỗn hợp)

• Có thể có hoặc không có khoáng vật sét trong thành hệ

Magnetic Resonance

• Hạt nhân của Hydro (proton) là hạt mang ñiện tích tự quay xung quanh trục

của mình, làm cho hạt nhân mang cả ñộng năng góc và moment từ

• Do ñó mà trong lỗ rỗng chứa chất lưu, các proton tạo thành hàng triệu thanh

nam châm nhỏ và có thể ñiều khiển ñược bằng một trường từ tác ñộng vào

Magnetic Resonance

Spinning charge in proton generates magnetic dipole Proton precessing in a magnetic field Ho

Ho

Precessional orbit of nuclear mass (Precessional angular velocity

or Larmor frequency = W0)

Spinning proton

γ = ω/Ηο =2π v

Magnetic Resonance

Nam châm của thiết bị máy giếng sắp xếp các proton theo trường từ tĩnh B0(dọc theo trục Z)

Một xung ñiện từ tác ñộng vào làm các proton nghiêng một góc 90 ñộ so với ban ñầu Các proton nằm trên mặt phẳng vuông góc với từ trường tĩnh

Proton bắt ñầu “dephase” so với nhau khi tương tác với

bề mặt của hạt ðể quay về trạng thái cân bằng ban ñầu

Z

X

Y

Z

X

Y

Z

X

Y

Alignment

along Bo

Tipping

Dephasing

Magnetic Resonance – Nguyên lý

• Proton như là các thanh nam châm nhỏ và trong từ trường chúng gây nên một tín hiệu có tần số Larmour Máy thu ño ghi tín hiệu này

• Càng nhiều proton trong lỗ rỗng chứa chất lưu thì biên ñộ của tín hiệu càng lớn

• Thiết bị ño ghi ñược số Hydro hay nói cách khác chính là ño ghi ñộ rỗng

• Trong ống thử (100% ñộ rỗng), tín hiệu thu ñược là lớn nhất, trong thành hệ thì tín hiệu giảm ñi nhiều

Magnetic Resonance – Nguyên lý

Producible Fluids Capillary

Bound

Fluids

Clay

Bound

Fluids

3 loại chất lưu trong lỗ rỗng:

• Producible or Free Fluids – chất lưu có thể dịch chuyển ñược

• Capillary Bound Fluids – chất lưu (thông thường là nước) dính vào bề mặt

ñá bằng lực căng của bề mặt

• Clay Bound Fluids – nước bao ñi kèm với khoáng vật sét

Thời gian nghỉ (relaxation time) trong capillary bound fluids and clay bound

fluids rất ngắn

Magnetic Resonance – Nguyên lý

• NMR cho thấy sự khác nhau về phân bố thời gian với từng chất lưu

• Giá trị cut-off thực nghiệm (cho cát kết) là 33msec ñể phân biệt chất lưu tự do với các loại chất lưu khác

ðường kính lỗ rỗng (microns)

Phân bố của tín hiệu

ðộ rỗng (theo CMR)

ðộ rỗng (chất lưu tự do

Giá trị cut-off cho chất lưu tự do

Thời gian (T2ms)

T2 ño ghi T2 mẫu chuẩn

Magnetic Resonance – T2và kích thước lỗ rỗng (pore size)

pore

Large

Pore

pore

Lỗ rỗng nhỏ

Lỗ rỗng

lớn

B iê ñộ B iê ñộ B

iê

ñộ

Magnetic Resonance – T2và kích thước lỗ rỗng (pore size)

• Thời gian ñể proton quay về trạng thái cân bằng gọi là transverse relaxation time, ký hiệu là T2, là hàm số phụ thuộc vào kích thước của lỗ rỗng

• Trong lỗ rỗng nhỏ, giá trị T2nhỏ (proton dephase nhanh)

• Trong lỗ rỗng lớn, giá trị T2lớn (proton dephase chậm)

• T2tỉ lệ nghịch với tỉ số của diện tích bề mặt trên thể tích lỗ rỗng

Magnetic Resonance – T2và ñộ thấm

Φ = ? %

K = ? mD

Φ = ? %

K = ? mD

Magnetic Resonance – T2và ñộ thấm

• Hai mẫu trên có biên ñộ T2 như nhau
ñộ rỗng như nhau

• Thời gian T2 khác nhau rõ rệt
ñộ thấm khác nhau

• Trong mẫu có ñộ thấm cao
phân bố T2 kiểu bi-modal, thể hiện của sự có mặt của chất lưu linh ñộng và không linh ñộng

Magnetic Resonance – T2và ñộ thấm

Φ = 20%

K = 8 mD

Φ = 19.5%

K = 280 mD

Magnetic Resonance – T2và ñộ thấm

• Phản hồi của hạt nhân trong trường từ

• Nhiều hạt nhân có moment từ

• Spin từ của hạt nhân có thể tương tác với từ trường bên ngoài và tạo ra

một tín hiệu có thể ño ghi ñược

• Hydro là nguyên tố có moment từ lớn nhất

• Khi sử dụng tần số cộng hưởng từ của Hydro thì tín hiệu là lớn nhất và có

thể ño ghi ñược

Magnetic Resonance – Nguyên lý

Dựa trên

NMR Tool

• Tạo ra một từ trường lớn trong thành hệ làm phân cực mạnh hạt nhân của hydro (proton) trong nước và hydrocarbon

• Khi nam châm ñược bỏ ra, proton sẽ trở về trạng thái nghỉ

• Tín hiệu ño ghi ñược là biên ñộ

và sự suy giảm

Sử dụng một nam châm vĩnh cửu

Nam châm vĩnh cửu

Vùng nhạy Vùng mù Thành giếng khoan

Nam châm vĩnh cửu

NMR Tool

Vùng nhạy

Cung ép thiết bị vào thành giếng Cartridge ñiện tử

CMR Log

Ứng dụng NMR

• Xác ñịnh ñộ rỗng toàn phần (không phụ thuộc vào thành phần thạch học)

• Nhận biết ñược hydrocarbon (dạng khí và dạng lỏng) trong thành hệ cát sét

• Xác ñịnh lượng nước bao (bound water) cho phép tính toán ñộ bão hòa dầu,

ñộ thấm và ñộ bão hòa nước dư chính xác hơn là sử dụng các phương pháp

thông thường khác

Ứng dụng NMR

Nhận biết ñược hydrocarbon và nước

Ứng dụng NMR

Nhận biết ñược hydrocarbon và nước

Porosity Tool Response

© Schlumberger

Acknowledgments

Schlumberger

Baker Atlas

Halliburton