Giáo trình địa vật lý giếng khoan part 10 ppt

Các ứng dụng của phương pháp đo nhiệt độ ở giếng khoan Trong các giếng khoan trần tài liệu của các phép đo nhiệt độ được sử dụng để xác định các thay đổi cân bằng nhiệt ở lát cắt nghiên

Biểu thức (8.6) là hàm tuyến tính của đối số 

∆

∆

; a =k, là hệ số , b = T∞ nhiệt độ thực của đá

Từ thời điểm ngừng tuần hoàn dung dịch, sau các khoảng thời gian ∆t1và ∆t2 đo

được các giá trị nhiệt độ tương ứng T1 và T2, ta dễ dàng tính được hai cặp số (x,y) là toạ

t t log , T A

t t log , T B

∆

∆

, trục y là T, khi xác định vị trí các điểm A và B trên hệ toạ độ này ta dễ dàng xác định đường thẳng đồ thị biểu diễn của phương trình (8.6) như hình 8.18

Giá trị nhiệt độ T(∞) của điểm (O,T) trên hệ toạ độ ở hình 8.18 khi x =

biểu đồ Horner với trục tung

Nhận xét: Để có thể tính toán

được nhiệt độ của vỉa, phép đo T được

thực hiện ở thời gian ∆t, tính từ lúc

ngừng tuần hoàn Khoảng thời gian ∆t

chờ cho đá “ấm” lên càng dài càng

chính xác Tuy nhiên, trong thực tế

không cho phép ∆t kéo dài đến vô cùng

Vì thế cần xác định ít nhất hai cặp số

theo (8.7) ở điều kiện thuận lợi cho

phép Muốn vậy:

a Sự đo ghi nhiệt độ cực đại phải

kèm với thời gian ∆t ở chiều sâu của

x1

x2

T1T2T(∞)

1

k 1 1

t

t t log x

t

t t log x

2 ứng dụng của phương pháp biểu đồ Horner

a Thu thập các só liệu sau:

Trước khi đo nhiệt độ:

+ Chiều sâu đáy giếng

+ Thời gian ngừng khoan (ngày, giờ, phút)

+ Thời gian ngừng tuần hoàn (ngày, giờ, phút)

+ Thời gian xuyên của choòng khoan trong 10m cuối cùng

+ Thời gian khoan mét cuối cùng (tk1) tính bằng phút

+ Thời gian tuần hoàn (tk2) tính bằng phút

tk = tk1 + tk2

Khi phép đo tiến hành:

+ Loại máy giếng (nhiệt kế)

+ Chiều sâu tiến hành đo (tính chiều sâu lớn nhất)

+Thời gian bắt đầu tiến hành

+ Khoảng thời gian từ lúc ngừng tuần hoàn đến lúc bắt đầu đo nhiệt độ, ∆t + Nhiệt độ đo được lớn nhất

b Biểu đồ Horner:

Xây dựng biểu đồ Horner cũng không

đặc biệt khó lắm lập một hệ toạ độ bán loga,

trục tung Y = T, trục hoành 

∆

∆

(xem hình 8.18)

Để dựng đường thẳng biểu đồ Horner

ta cân ít nhất hai cặp số tính theo (8.7) để xác

định được các điểm A, B Kéo dài đường AB

cắt trục T tại T(∞) ở mỗi chiều sâu lấy số đo

∆t, và ∆t2 ta tính được một giá trị T(∞) Nối

các điểm T(∞) ở các chiều sâu khác nhau của

giếng khoan, ta có biểu đồ địa nhiệt của lát

cắt giếng khoan (hình 8.19) Độ dốc của

đoạn thẳng nối hai điểm đo liền nhau trong

lát cắt của giếng khoan sẽ thể hiện gradien

Đồ thị nhiệt độ trung bình

1

2

3

4

địa nhiệt của phần lát cắt giữa hai điểm đó gọi là gradien địa nhiệt từng phần

Dựa vào các đường biểu diễn gradien nhiệt (hình 8.19) ta có thể vạch một đường

xu thế hay gradien địa nhiệt trung bình

8.4.2.2 Đo liên tục

Phép đo liên tục nhiệt độ của cột dung dịch khoan được thực hiện nhờ một nhiệt

kế điện trở Sơ đồ nhiệt kế điện trở đo trong giếng khoan được thể hiện trong hình 8.20, hoạt động trên nguyên tắc của cầu điện trở Wheatston Cầu có 4 điện trở trong số đó có

1 hoặc 2 là các điện trở nhạy nhiệt, chế tạo từ các kim loại có khả năng thay đổi giá trị trở kháng theo nhiệt độ của môi trường xung quanh Trong thực tế người ta chọn các kim loại có đặc tính thay đổi tuyến tính giá trị điện trở của nó trong khoảng thay đổi nhiệt độ từ 0 - 3500F

Các điện trở nhạy nhiệt tiếp xúc với môi trường (dung dịch khoan), khi nhiệt độ môi trường thay đổi làm cho trị số của các điện trở đó cũng thay đổi dẫn đến sự mất thăng bằng của cầu

và gây ra hiệu điện thế ∆U ở các điểm M và N trên đường chéo của cầu

Nhiệt độ T của môi trường tại điểm đo

được tính :

I

U C T

C: Hệ số của thiết bị đo (0C/Ω), được xác

định theo kết quẩ chuẩn định cỡ

∆U: Hiệu thế lệch cầu (mV)

I: Dòng nuôi cầu

Và nếu độ nhậy của máy đo bằng T T 2 . 5 mV C

U

0 0

I

Thay C vào (8.8) ta có:

I

I U 4 , 0 T I

U 25

I T

= +

Trong quá trình đo cường độ

dòng muối I được duy trì không đổi

miệng giếng đến đáy giếng khoan

Trên bằng đo nhiệt độ phải ghi ngày,

giờ, phút bắt đầu đo và ngày, giờ,

phút kết thúc đo ở đáy giếng Tốc độ

thả kéo cáp không cho phép vượt quá

3000m/h

Phép đo ghi thực hiện từ trên

xuống cho nên mỗi giá trị đo chiều

sâu H sẽ là giá trị nhiệt độ “cực đại”

của dung dịch tại chiều sâu đó trong thời điểm đo ghi

Hình 8.21 là một thí dụ kết quả đo nhiệt độ ở giếng khoan

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

Trong các giếng khoan trần tài liệu của các phép đo nhiệt độ được sử dụng để

xác định các thay đổi cân bằng nhiệt ở lát cắt nghiên cứu (năng lượng, dòng nhiệt, độ trưởng thành vật chất hữu cơ ) Dựa vào các tài liệu

đó ta có thể xác định các hoạt động địa nhiệt của giếng khoan của vùng

Sự cân bằng nhiệt khi được chi tiết bởi chính các cử liệu khoan, sẽ ít nhiều phù hợp với

độ dẫn nhiệt của đá Sự thay đổi nhiệt độ có thể xem như là một chỉ thị của địa tầng

Dựa vào các chỉ thị đó để phát hiện các lớp sét có nén ép thấp (nhiệt độ tăng nhanh, gradien nhiệt tăng đột ngột)

Cũng có thể khoanh được vùng mất tuần hoàn (Hình 8.22)

Mặt khác, ngược lại cũng có thể xác

định được vị trí dòng nước hoặc khí từ vỉa chảy vào giếng (khí chảy qua thành vào giếng khoan làm cho dung dịch ở đó nguội lạnh

Hình 8.21 Băng đo ghi nhiệt độ ở giếng khoan

SP Điện trở

Nhiệt độ ( 0 C)

Nhiệt độ trung bình của đá ở thàng giếng khoan

Nhiệt độ của cột dung dịch

(m)

Nhiệt độ

ft

Đới mất tuần hoàn

Hình 8.22 Phát hiện đới mất

dung dịch tuần hoàn

hơn) Trong các giếng khoan có chống ống và giếng khai thác phương pháp đo nhiệt độ dung dịch khoan được sử dụng nhiều hơn

Xác định chiều cao trám xi măng (Hình 8.23)

Phát hiện tầng khai thác (Hình 8.24)

Xác định chiều sâu điểm sủi bọt khí

Xác định các đới ép chất lưu

Nhiệt độ

Đầu nối

ống chống

Đỉnh cột ximăng

Hình 8.24 Ví dụ phát hiện tầng khai thác khí (theo Schlumberger)

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

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

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

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

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:

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

D - Bắt đầu lấy mẫu chất lưu

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 trên mặt Ghi áp suất Hoạt động

của cần Thời điểm nổ

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

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

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

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

năng khai thác của đá chứa dựa vào

mẫu chất lưu và phân tích số đo áp

tích nước vỉa chia cho tổng thể tích

của dầu và nước trong 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

áp suất áp suất