Giới thiệu chung về mỏ Ruby

Mỏ Ruby thuộc phần Đông Bắc bể Cửu Long nằm ở phía Tây Nam lô số 1, khu vực 01&02, cách cảng Vũng Tàu 155km về phía Đông Bắc

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

Hình 1.1: Vị trí mỏ Ruby

2 Lịch sử thăm dò – khai thác:

Hiện nay mỏ đang hoạt động theo hợp đồng PSC giữa Petronas CARIGALI với Petrovietnam ký ngày 10 tháng 9 năm 1991, Petronas CARIGALI và PVEP cùng tham gia thầu

Mỏ Ruby được phát hiện tháng 6 năm 1994 sau khi khoan giếng thăm dò 1X Giếng 1X khoan qua các tầng Miocene trung, sớm thuộc thành hệ Bạch Hổ,

RB-1

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

Oligocene muộn thuộc thành hệ Trà Tân trung và thượng Giếng đánh giá thẩm lượng RB-2X được khoan vào tháng 4 năm 1995 để mô tả đặc điểm phần Tây Nam của mỏ Giếng RB-3X được khoan nhằm mục đích thẩm lượng phần Đông Bắc mỏ Kết quả thu được từ 3 giếng và kết hợp với tài liệu địa chấn 2D đã củng cố sự hiện diện của hydrocarbon tại mỏ này

Chiến dịch khoan phát triển khai thác giai đoạn đầu tiên “Pilot Production Phase” được bắt đầu ngày 18/08/1998, kết thúc ngày 17/08/1999 với 10 giếng khoan mới và 2 giếng hoàn thiện lại Kế hoạch đặt ra là sẽ khai thác lưu lượng tối đa là 27000 thùng/ngày giai đoạn đầu và thu hồi khoảng 45 triệu thùng dầu Tháng 9 năm 2000, tiến hành khoan thêm 3 giếng khai thác, trong đó giếng 11P hoàn thiện 1 ống khai thác trung tâm vỉa Miocene, giếng 12P và 13P hoàn thiện kiểu ống khai thác đôi, khai thác trên các tầng Miocene và Andesite

Mỏ Ruby được đưa vào khai thác ngày 22/10/1998 với 2 giếng 1P, 2P Trong năm 1999 và đầu năm 2000 lần lượt đưa thêm 7 giếng mới vào khai thác (từ RB-5P – RB-11P) Tháng 4 và tháng 5 năm 2001 đưa thêm RB-12P và RB-13P vào khai thác Dầu mỏ Ruby được khai thác từ các tầng Miocene, Oligocene, và tầng móng Andesite Trong đó, sản lượng dầu khai thác chủ yếu từ tầng Miocene

Hiện nay ngoài hoạt động khai thác, mỏ đang tiếp tục được thăm dò và thẩm lượng, nghiên cứu và phát triển toàn mỏ Sản lượng khai thác 15.000 - 20.000 thùng/ngày từ 13 giếng khai thác Năm 2003, khai thác 6.3 triệu thùng

Năm 2004, đã có 40,79 triệu thùng dầu thô được khai thác tại đây Giàn Ruby -B

đã được đưa vào hoạt động vào cuối năm 2004, nâng mức khai thác dầu của mỏ này lên 20.000 thùng/ngày

3 Đặc điểm địa chất – địa tầng:

3.1 Đặc điểm địa chất cấu tạo thành hệ Miocene:

Thành hệ Miocene gồm thành hệ Bạch Hổ hạ và trung được giới hạn bởi đáy của bất chỉnh hợp Oligoxen muộn và tại đỉnh của bất chỉnh hợp trong Mioxen sớm II (IEMU-II) Bất chỉnh hợp trong Mioxen sớm I (IEMU-I) thì tách riêng rẽ thành thành

hệ Bạch Hổ hạ và giữa Bạch Hổ hạ cho thấy mặt nghiêng cát với những lớp cát dày xen kẹp với những lớp phiến sét mỏng chỉ ra môi truờng biển hồ Về thạch học, khu vực này có thể chia thành khu vực đá mảnh vụn và núi lửa xâm nhập và đôi khi cũng có khu vực mảnh vụn núi lửa Vùng đá mảnh vụn trong Bạch Hổ giữa được chia thành hai vùng riêng rẽ bởi bề mặt biển tiến MI-60 Vùng thấp hơn thì có nhiều mặt nghiêng của cát trong khi phần cao hơn ở trước MI-60 thì được tạo ra bởi sự xen kẹp của các lớp cát

và phiến sét Bạch Hổ giữa được minh giải như là sự lắng đọng trong môi trường biển

hồ tới môi trường duyên hải

Thành hệ tầng chứa Miocene là 1 thành hệ chính của mỏ Ruby được đánh giá chứa hơn 26% lượng dầu của mỏ Tầng chứa bao gồm các tập cát tương đối mỏng độ

2

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

dày từ 5m đến 9m định vị trong các tập sét dày Các tập cát được đặt tên là 09,

MI-10, MI-20, MI-30 hay còn gọi là các tầng khai thác

Hình 1.2: Cột địa tầng tổng hợp mỏ Ruby

Tầng MI-09 có sự hiện diện của mũ khí, tầng MI-20 đã xác định đã xác định được ranh giới dầu-nước ở độ sâu 1771m Các tầng MI-30, MI-20 không liên tục và độ

3

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

dày tăng dần về phía Bắc và hướng Tây Nam Giá trị độ rỗng hiệu dụng trung bình trong phạm vi từ 16% - 20% và giá trị độ thấm khoảng 100mD – 200mD Nhiệt độ vỉa khoảng 1830F

3.2 Đặc điểm địa chất cấu tạo thành hệ Oligocene:

Thành hệ Oligocene của mỏ Ruby nằm trong điệp Trà Tân giữa và dưới, bao gồm các tập cát mỏng và sét dày nằm xen kẹp nhau

Thành hệ Trà Tân giữa được giới hạn bởi bất chỉnh hợp Oligoxen muộn tại đỉnh

và tại đáy của bất chỉnh hợp Oligoxen sớm Thành phần thạch học nghiêng về phiến sét

và sét kết với các lớp cát và bùn kết xen kẹp nhau Thành hệ này được minh giải như là

sự lắng đọng của môi trường biển hồ

Thành hệ Trà Tân hạ được giới hạn bởi bất chỉnh hợp Oligoxen sớm và móng granit trước Đệ Tam Thành hệ Trà Tân hạ được minh giải như là sự lắng đọng của môi trường sông tới môi trường biển hồ Chúng tạo ra các lớp sét đen dày xen kẹp lớp cát phủ chồm lên phần nâng khối nhô trung tâm của mỏ Sét màu nâu đen, chắc, dễ vỡ vụn, chứa nhiều vật liệu vôi, một ít vảy mica, nhiều vệt đốm

Độ rỗng trung bình khoảng 10% - 18% Trong các tầng OL-08, OL-09, OL-10

tỷ trọng hydrocarbon hơn 300API, các tầng OL-35, OL-40, OL-50, OL-65, OL-100 tỷ trọng thấp khoảng hơn 200API Riêng phần đỉnh tầng OL-40, OL-60, OL-100 phát hiện thấy mũ khí Tính chất của tầng Oligocene nói chung không tốt với độ rỗng và độ thấm thấp, đôi khi rất thấp Độ rỗng hiệu dụng trung bình khoảng 5 – 12%, độ thấm nhỏ hơn 20mD

3.3 Đặc điểm địa chất cấu tạo đá móng:

Đá móng là granit với một vài cấu tạo andesite và basalt phun trào Tầng móng phức tạp do ảnh hưởng của kiến tạo và sự xuất hiện nhiều đứt gãy địa tầng tạo nên do những biến cố cục bộ Dầu được khai thác ở khoảng địa tầng sâu khoảng 200 - 300m dưới tầng móng Tuy nhiên khó khăn lớn nhất là tính toán trữ lượng dầu trong vùng đứt gãy này do sự phức tạp của cường độ, hướng và độ thấm Độ rỗng trong móng được tạo

ra bởi hệ thống đứt gãy và sự biến đổi khoáng vật học

4

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

Thể tích lỗ rỗng Vp của đất đá không thuộc pha rắn ở trạng thái không xác định, thể tích đó được gọi là thể tích rỗng

Thể tích rỗng được cấu thành từ những phần không gian khác nhau gọi là lỗ hổng Các lỗ hổng có nguồn gốc, hình dáng, kích thước và mối liên hệ giữa chúng khác nhau

Tỷ số giữa thể tích không gian rỗng Vp và thể tích của đất đá Vt được gọi là độ rỗng, ký hiệu là Ф

-Các hoạt động thứ sinh diễn ra trong đất đá

-Hoạt động kiến tạo

-Áp suất nén lên trên đất đá…

5

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức 1.2 Phân loại độ rỗng:

Căn cứ vào những đặc điểm riêng người ta chia lỗ rỗng ra nhiều loại:

1.2.1 Theo nguồn gốc hình thành:

• Độ rỗng nguyên sinh (primary porosity): Xuất hiện khi đất đá được hình thành

và bị thay đổi về độ lớn, hình dáng do quá trình nén ép của các lớp đất đá bên trên, quá trình xi măng hóa và sự biến chất của đất đá Độ rỗng nguyên sinh phụ thuộc vào kiểu, kích thước hạt và cách sắp xếp của các hạt trong pha cứng

• Độ rỗng thứ sinh (secondary porosity): là tỷ phần thể tích các hang hốc, khe nứt trong đất đá được tạo thành do quá trình hoà tan, phong hoá, tinh thể hoá, đolomit hoá

đá vôi, hoạt động kiến tạo và quá trình hoá sinh

1.2.2 Theo mối liên hệ thuỷ động lực giữa các lỗ hổng:

• Độ rỗng mở(opend porosity): Là độ rỗng của các lổ hổng có mối liên thông với nhau, có đường kính các kênh nối thông đủ lớn để cho dòng các chất lưu có thể đi qua

dễ dàng (lớn hơn 50 µm đối với dầu, và 5 µm đối với khí) Độ lỗ rỗng mở đôi khi có giá trị nhỏ hơn độ rỗng kín Ví dụ các lớp sét có độ rỗng kín rất cao từ 50 - 85% nhưng hoàn toàn không có lỗ rỗng mở vì lẽ lỗ rỗng và kênh nối thông trong đá sét rất bé, sét lại có đặc điểm hấp phụ bề mặt cao nên độ thấm rất kém, do vậy các lớp sét thường đóng vai trò lớp màn chắn

• Độ rỗng kín (closed porosity): Là độ rỗng của các lỗ hổng không có mối liên thông với nhau Trường hợp đá bọt là một ví dụ, chúng có độ rỗng vào cỡ 50%, nhưng

vì các bọt không có kênh nối thông với nhau nên độ rỗng chủ yếu ở đây là độ rỗng kín

• Độ rỗng toàn phần hay độ rỗng chung Фt (total porosity): là tỷ phần thể tích của tất cả không gian rỗng (giữa hạt, kênh thông nối, nứt nẻ, hang hốc, bọt ) cộng lại có trong đá Độ rỗng toàn phần là tổng của độ rỗng kín và độ rỗng mở

• Độ rỗng hiệu dụng Фef (effective porosity): là thuật ngữ được sử dụng trong phân tích tài liệu địa vật lý giếng khoan Độ rỗng hiệu dụng là thể tích lớn nhất của lỗ hổng chứa nước, dầu, khí mà ở đó nước dầu, khí nằm ở trạng thái tự do, nghĩa là không tính đến phần thể tích của các lớp nước bao, nước hydrat sét (nước hấp phụ trên bề mặt các hạt sét), nước tàn dư

Chú ý: Độ rỗng, hay tỷ phần thể tích lỗ rỗng trong đá là đại lượng không thứ nguyên có thể biểu thị bằng phần trăm (ví dụ 30%), bằng số thập phân (0,3) hay đơn vị

độ rỗng (30pu)

2 Độ bão hòa:

Độ bão hòa chất lưu của một thành hệ là tỷ số phần trăm của chất lưu đó choán chỗ trong không gian lỗ rỗng Do đó độ bão hòa nước là tỷ số phần trăm của thể tích rỗng thành hệ chứa nước, kí hiệu SW (%) Nếu trong thành hệ chỉ tồn tại nước

mà không có sự hiện diện của bất kì chất lưu nào khác thì độ bão hòa nước là

6

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

100% Tương tự ta có những khái niệm về độ bão hòa dầu SO, độ bão hòa khí SG, hoặc

là độ bão hòa hydrocarbon SHC (Sh)

Do đó: S = ΣSi =1, trong đó Si là độ bão hòa của các chất lưu hiện diện trong thành hệ: SW + Sh = SW + SG + SO = 1

Độ bão hòa nước của thành hệ có thể biến đổi từ 100% đến giá trị khá thấp nhưng không bao giờ bằng 0 Dù cho lượng hydrocarbon bão hòa trong các vỉa chứa giàu đến đâu thì luôn có một lượng nước nhỏ không thể bị thay thế bởi hydrocarbon do tác dụng của sức căng bề mặt, các tác dụng điện hoá và mật độ Độ bão hòa này thường được gọi là độ bão hòa nước dư SWir và lượng nước này chính là nước liên kết Giá trị SWir phụ thuộc vào loại lỗ rỗng, kích thước kênh rỗng, độ bão hoà nước dư, tính chất của hạt đá, một số chất rắn sót lại trong nước cũng ảnh hưởng lớn đến hiện tượng này

Tương tự, đối với một vỉa đá sinh dầu khí, thực sự khó có thể ép tất cả các hydrocarbon được hình thành vào các đá chứa rỗng thấm hơn bởi các chế độ chất lưu cũng như các biện pháp kỹ thuật nâng cao hệ số thu hồi Luôn tồn tại một lượng hydrocarbon vẫn còn bị giữ lại trong thể tích lỗ rỗng Lượng hydrocarbon này được gọi

là độ bão hòa hydrocarbon thặng dư, Shir hay Srh

Mặc dù chúng ta thường quan tâm đến độ bão hoà hydrocarbon, nhưng các phương pháp địa vật lý thường chỉ cho phép ta ước lượng độ bão hoà nước vỉa, và chúng ta chỉ có thể tính toán độ bão hoà hydrocarbon khi đã biết độ bão hoà nước vỉa

3 Độ thấm:

Đá thấm là đá có độ lỗ rỗng mở Độ thấm của đá là khả năng cho chất lưu có độ nhớt nhất định đi qua đá đó dưới một đơn vị gradient áp lực Độ thấm tuyệt đối K biểu thị dòng chất lưu đồng nhất không có những tác động hoá học với đá ở pha cứng được biểu thị theo định luật Darcy như sau:

7

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

Q: Lưu lượng (cm/s)

μ : Độ nhớt của chất lưu (cp)

S: Diện tích tiết diện ngang (cm2)

h: Chiều dài tính bằng cm của phần môi trường qua đó có dòng thấm đi theo phương thấm

p1, p2: áp suất (atmosphere) ở hai mặt phẳng chắn vuông góc với dòng thấm ở đầu và cuối dòng

k: Độ thấm tuyệt đối tính bằng Darcy

3.1 Quan hệ giữa độ thấm và độ rỗng:

Hiện chưa tìm được một quan hệ chung về mặt toán học giữa độ thấm và độ rỗng để dùng cho mọi trường hợp Nói chung, đối với các đá hạt vụn, độ thấm có chiều hướng tăng lên khi độ rỗng tăng

Tuy vậy trong thực tế có trường hợp độ rỗng rất cao nhưng độ thấm lại rất kém

Có thể lấy thí dụ trường hợp của đá bọt và đá sét Trường hợp các đá bọt có độ rỗng rất cao nhưng độ thấm bằng không vì các bọt rỗng trong đá không có kênh thông nối với nhau; trường hợp của đá sét thì do lực ma sát bề mặt của dung dịch thấm với mạng tinh thể sét là rất lớn Cả hai trường hợp vừa nêu có thể độ rỗng của đá tới 80%, nhưng độ thấm thì gần như triệt tiêu Điều đó cho thấy rằng giá trị độ rỗng không quyết định cho khả năng thấm của đá mà kiến trúc lỗ rỗng mới là quan trọng

3.2 Hiện tượng mao dẫn trên bề mặt tiếp xúc giữa nước và đá:

Lỗ rỗng hay thông nối với nhau qua các đường ống có bán kính r cỡ dưới 1μm Trên thành các ống đó xảy ra hiện tượng kéo nước thấm dâng lên tới chiều cao h tạo ra một áp lực Pe gọi là áp lực mao dẫn (hình 2.1) Phương trình Laplace biểu thị quá trình trên như sau:

2

e

Tcos P

T là sức căng trên bề mặt tiếp xúc giữa nước với thuỷ tĩnh (dyn/cm)

θ là góc tiếp giáp giữa mặt cong với thành ống (độ)

r là bán kính ống (cm)

Có thể tính (2.4) tương đương như sau:

8

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

với h là chiều cao cột nước (cm); ρ là mật độ

của nước (g/cm3); g là gia tốc trọng lực (cm/s2)

Phương trình (2.6) là phương trình chiều

cao cột nước theo định luật Jurin

Từ (2.6) ta thấy ngay là khi bán kính ống

mao dẫn càng nhỏ thì chiều cao dâng cột nước càng lớn Ví dụ, đối với nước trong ống thuỷ tinh, T = 73 dyn/cm ở 20 oC và θ = 0o ; nếu r = 1mm thì h = 1,5cm, và nếu r = 1m thì h = 15m

Áp lực mao dẫn trong đá cát phụ thuộc vào độ hạt của đá, và thay đổi trong khoảng 3000 dyn/cm2, đối với cát hạt thô, và 60000 dyn/cm2 đối với cát hạt rất mịn

3.3 Độ thấm hiệu dụng và độ thấm tương đối:

Trong phần lớn các đá chứa là đá trầm tích, thoạt đầu chúng bão hoà nước, khi dầu di cư từ nơi khác tới thì dầu sẽ lấn dần choán chỗ thay nước trong lỗ rỗng Sự lấn dần đó chỉ xảy ra khi lực đẩy nước của dầu trên bề mặt tiếp xúc dầu - nước lớn hơn lực mao dẫn giữa nước với đá Với các đá có độ hạt càng mịn, đường kính kênh dẫn càng nhỏ, lực mao dẫn càng lớn thì dầu không thể đẩy được nước khỏi không gian lỗ rỗng Trong trường hợp đó đá sẽ không thấm dầu Vì vậy một cách tương đối (phụ thuộc áp lực) đá có thể chỉ thấm nước, không thấm dầu và có trường hợp đá có thể thấm cả hai lưu chất dầu nước

Nếu trong hệ thấm chỉ có một trong hai chất lưu kể trên thì dòng thấm sẽ phù hợp với định luật Darcy (2.3) Trường hợp tồn tại cả hai, hoặc nhiều hơn số chất lưu trong hệ thì hoạt động động học của các pha thành phần đó sẽ không đơn giản như vậy

Ví dụ trong hệ thấm có cả dầu lẫn nước, độ thấm hiệu dụng tính cho mỗi thành phần đó

sẽ là:

• Đối với pha dầu:

.

O O O

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

.

W W W

QO và QW là lưu lượng thấm của dầu và nước

µO và µW là độ nhớt của dầu và của nước

ΔP = P1 – P2 là áp lực thấm

h và S có ý nghĩa như ở (2.3)

Trong thực tế, thường gặp đồng thời cả hai pha dầu và nước, khi đó kt = kO + kW

sẽ nhỏ hơn độ thấm tuyệt đối k, và đương nhiên Qt = QO + QW cũng nhỏ hơn lưu lượng thấm của dòng đơn pha Điều đó có nghĩa là hai pha cản trở lẫn nhau khi thấm qua môi trường lỗ rỗng

Có một cách đánh giá hiện tượng này theo định nghĩa của độ thấm tương đối:

Độ thấm tương đối là tỷ số của độ thấm hiệu dụng của đá đối với một pha chia cho độ thấm tuyệt đối, và biến thiên theo giá trị độ bão hoà của pha đó

kro = ko/k là độ thấm tương đối của dầu (2.9)

krw = kw/k là độ thấm tương đối của nước (2.10) Trên hình 2.2 ta thấy độ thấm

tương đối của dầu (kro) ở giá trị bão

hòa nước dư (SWir) nhỏ hơn 1,0 và nó

tiếp tục giảm khi độ bão hoà nước (SW)

tăng, nhưng cuối cùng tiến tới không

khi SW có giá trị tới hạn, tương đương

với giá trị bão hoà dầu dính (Sor)

Độ thấm tương đối của nước

tiến tới không ngay ở giá trị bão hoà

nước dư (SWir) Ta có nhận xét trong đá

cát sét, độ bão hoà nước dư thường lớn

hơn độ bão hoà dầu dính và tăng theo

độ bão hoà nước SW Ở vùng bão hoà

chuyển tiếp SW ≤ SWir chỉ có dòng dầu

thấm, ngược lại ở vùng So ≤ Sor chỉ có

dòng nước thấm Trong thực tế ta hay gặp kro = krw ở giá trị độ bão hoà SW = 60%

4 Điện trở suất và độ dẫn điện:

Điện trở suất (R) của vật chất là số đo đánh giá sự cản dòng điện đi qua chất đó Điện trở suất được đo bằng đơn vị Ohm.m2 /m hay Ohm.m (Ωm)

10

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức Giả sử có một dây dẫn đồng chất có độ dài là l và tiết diện là S, điện trở của dây

dẫn có thể được xác định như sau:

l R

1 (mmho/m) = 1000/R (Ωm) = 1 mS/m

Sau đây là điện trở suất riêng của vài loại đất đá và khoáng quặng:

- anhydrite : 107 - 1010 - than đá : 10 - 1016

- canxite (CaCO3) : 107 - 1014 - antraxit (than không khói) : 10-3 - 1

- thạch anh (SiO2) : 1012 - 1014 - pirite (FeS2) : 10-4 - 10-1

- feldspar : 1011 - 1012 - grafite (than chì) : 10-6 - 10-4

- mica : 1014 - 1015 - macnetite (Fe3O4) : 10-4 - 10-2

- dầu thô : 109 - 1016

Có hai kiểu dẫn điện là:

• Dẫn điện điện tử: Là đặc tính dẫn điện của các chất rắn như graphit, các kim loại (đồng, bạc ), oxit kim loại (hematit), sunfua kim loại (pyrit, galenit )

• Dẫn điện ion (hay dẫn điện điện môi): Là đặc tính dẫn của các dung dịch, ví dụ nước có hoà tan các muối Các đá khô và không chứa các chất dẫn điện điện tử nêu trên thì có điện trở rất lớn đến mức gần như không dẫn điện

Đặc tính dẫn điện của đá trầm tích chủ yếu là dẫn điện ion vì trong đá trầm tích thường xuyên có nước và phân bố liên tục trong đá

Điện trở suất của đá phụ thuộc vào:

• Điện trở suất của chất lưu trong lỗ rỗng Điện trở này thay đổi theo bản chất, nồng độ muối hoà tan trong nước và nhiệt độ

• Lượng nước chứa trong đá, nghĩa là phụ thuộc vào độ rỗng và độ bão hoà nước của đá

• Loại đá, ví như bản chất và sự tồn tại của sét, dấu hiệu của các kim loại dẫn điện

• Kiến trúc của đá: phân bố lỗ rỗng, sét và các khoáng vật dẫn điện

11

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

• Nhiệt độ, đặc biệt là các đá có đặc tính dẫn điện ion

Đá, đặc biệt đá trầm tích, là môi trường không đẳng hướng về khả năng dẫn điện cũng như dẫn dòng thấm Theo chiều phân lớp (dọc theo các mặt phân lớp), điện trở suất dọc (R//) thường thấp hơn theo chiều vuông góc (R) Đặc điểm đó của đá được đánh giá bằng hệ số bất đẳng hướng λ:

1 2

//

R R

1 2

//

Bất đẳng hướng trong phạm vi một vỉa đồng nhất được xem là bất đẳng hướng

vi mô; khi xét trong phạm vi một tập vỉa hay một đoạn lát cắt trầm tích thì gọi là bất đẳng hướng vĩ mô Bất đẳng hướng vĩ mô sẽ ảnh hưởng lên mọi giá trị đo của các thiết

bị đo điện trở khác nhau Bất đẳng hướng vi mô chỉ thể hiện trong sét và lớp vỏ sét ở thành giếng, ở thành giếng giá trị điện trở đo dọc theo trục giếng khoan thì nhỏ hơn khi

đo theo hướng vuông góc với thành giếng Ảnh hưởng đó thể hiện lên giá trị đo bằng hệ thiết bị MLL hoặc PML

Tóm lại khi gọi là điện trở suất thực (Rt) của thành hệ là điện trở phụ thuộc vào hàm lượng chất lưu và bản chất cũng như cấu hình của khung đá

4.1 Hệ số thành hệ F:

Khi nghiên cứu sự phụ thuộc của điện trở từ độ rỗng (loại trừ ảnh hưởng của độ khoáng hoá nước vỉa) thông thường người ta sử dụng giá trị tương đối của điện trở Khi những lỗ hổng của đất đá được bão hòa 100% nước vỉa ta có:

W

R F

R

Rt - Điện trở của vỉa (đã bão hòa 100% nước vỉa)

Rw- Điện trở của nước vỉa

F - Thông số của độ rỗng hay hệ số thành hệ (Formation factor)

Bằng thực nghiệm người ta đã đưa ra sự tương quan giữa F vàφnhư sau:

Khúa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

a - Hệ số thụng của đất đỏ (permeability factor, cementation factor): (mức độ thụng

được định nghĩa như độ phức tạp của cỏc đường thụng nối giữa cỏc lỗ rỗng của thành hệ rỗng thấm Đường dẫn càng quanh co, hệ số càng lớn) Giỏ trị của a thay đổi từ 0.62 với cỏt chưa cố kết, đến 0.81 cho cỏt cố kết, 1.0 cho đỏ carbonate

m- Hệ số kết dớnh, là một hàm của cỡ hat, phõn bố cỡ hạt và độ quanh co, phụ thuộc

vào thành phần xi măng cú trong đất đỏ (cementation exponent) Giỏ trị thay đổi trong khoảng 1.4 đến 3.8

Ở mỗi vựng đều cú giỏ trị a, m khỏc nhau phụ thuộc vào thành phần, tớnh chất của đất đỏ ở vựng đú A, m được xỏc định trong phũng thớ nghiệm Thụng thường được làm trũn: a =1 và m = 2

4.2 Hệ số tăng điện trở Q:

Để nghiờn cứu sự ảnh hưởng của độ bóo hũa dầu lờn điện trở, người ta sử dụng tỷ số giữa điện trở của vỉa chứa dầu Rt(dầu) hay khớ Rt(khớ) và điện trở của chớnh vỉa đú được bóo hũa 100% nước Rt(nước)

(100%nước)

t t

R Q

Tỷ số đú được gọi là hệ số tăng điện trở Q (resistivity index)

Chỉ số Q = 1 khi SW = 1,0 và lớn hơn 1 khi cú hydrocacbon xuất hiện trong lỗ rỗng của đỏ chứa.Đối với vỉa dầu hay khớ thỡ giỏ trị Q chỉ rằng vỉa chứa bao nhiờu phần trăm dầu và khớ thỡ Q tăng lờn bấy nhiờu lần so với vỉa nước

Bằng thực nghiệm người ta đó thiết lập mối quan hệ như sau:

1

n w

Q

S

=

n - Hệ số bóo hũa (saturation exponent) Cũng giống như a, m hệ số n đặc trưng

cho từng loại đất đỏ và cũng được xỏc định trong phũng thớ nghiệm, thay đổi

w t

R Q

φ

.

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

Từ (2.18) và (2.19) suy ra:

=

φ

.

suất của một dung dịch thì phụ thuộc

vào nồng độ và loại muối hoà tan

Hình 2.3 cho thấy quan hệ phụ thuộc

giữa độ dẫn C với nồng độ muối hoà

tan trong dung dịch tính bằng ppm

Ở nồng độ thấp dưới

100.000ppm, quan hệ này là đồng biến

Nhưng khi nồng độ tiếp tục tăng lên thì

đường biểu diễn quan hệ này của các

muối khác nhau bắt đầu chuyển sang

quan hệ nghịch biến với những giá trị

nồng độ khác nhau Hiện tượng quan

hệ phụ thuộc của độ dẫn vào nồng độ muối hoà tan là đồng biến ở nồng độ thấp và nghịch biến ở nồng độ cao được giải thích là ở nồng độ bão hoà và quá bão hoà, các ion trong dung dịch mất dần hoạt tính và kém linh động, khả năng dẫn điện của dung dịch giảm Các dung dịch muối trong nhóm halogen, KCl và NaCl là các dung dịch có hoạt tính dẫn điện mạnh hơn CaCl và MgCl và mạnh hơn nhóm sunfat (xem hình 2.3)

Trong điều kiện tự nhiên muối NaCl vừa có hoạt tính mạnh vừa có hàm lượng lớn nên trong nghiên cứu người ta thường đưa nồng độ các muối khoáng của dung dịch

về nồng độ tương đương muối NaCl

4.5 Quan hệ phụ thuộc của điện trở với nhiệt độ:

Điện trở suất của dung dịch giảm khi nhiệt độ tăng Bản chuẩn ở hình 2.4 được dùng để chuyển đổi điện trở đo được ở nhiệt độ thứ nhất (T1) về điện trở ở nhiệt độ T2 bất kỳ

14

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

Cơ sở để xây dựng bản chuẩn ở hình 2.4 là công thức gần đúng của Arps:

1 2

khi dùng thang đo oC

Trong đó: R1 và R2 là điện trở suất dung dịch ở nhiệt độ T1 và T2

4.6 Điện trở suất của sét:

Ngoại trừ một số khoáng vật quặng hay vật liệu bán dẫn như graphit, pyrit, hematit và một vài khoáng vật khác, còn lại các khoáng vật khô hầu như không dẫn điện

Có một vài khoáng vật bề ngoài dường như là vật dẫn điện ở thể rắn, sét là một thí dụ như thế Theo Waxman và Smits (1968), vật liệu trầm tích sét bản thân nó giống

15

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

như một thành hệ sạch có độ rỗng, độ cong kênh dẫn và chất lưu bão hoà ngoài nước, dường như dẫn điện tốt hơn ta tưởng do bề mặt khối của nó (hình 2.5a)

Sét giống như màng rất mỏng nhưng có diện tích bề mặt riêng rất lớn, tuỳ từng loại khoáng vật sét (1.5b)

Có sự thiếu hụt điện tích dương ở các màng sét Điều này làm nảy sinh trường điện âm vuông góc với bề mặt màng sét, hút các ion dương (Na+, K+ , Ca2+ ) và đẩy các ion âm (Cl- ) có trong nước Kết quả của sự trao đổi trung hoà điện tích ấy sẽ hình thành dung tích hấp phụ cation, thường ký hiệu bằng CEC (meq/g đá khô) hoặc QV (meq/cm3 thể tích rỗng toàn phần) CEC quan hệ chặt chẽ với diện tích riêng Sq của sét

và phụ thuộc vào loại khoáng vật sét Đại lượng này thấp nhất ở sét caolinit và cao nhất

4.7 Ảnh hưởng của độ sét lên giá trị điện trở suất và độ bão hoà của đá:

Khi có thành phần sét trong đá là thêm yếu tố dẫn điện trong đá đó và vì vậy sét

có ảnh hưởng đến số đo điện trở Chẳng hạn có hai mẫu đá, một là đá sạch, mẫu kia có sét, và chúng bão hoà cùng thứ nước trong lỗ rỗng Điện trở suất của các mẫu đá này lại hoàn toàn khác nhau Điện trở suất của đá sét phụ thuộc vào loại sét, hàm lượng và kiểu phân bố của sét

Trong phân tích địa vật lý người ta chú ý đến ba kiểu phân bố của sét trong đá như hình 2.6 Mỗi kiểu phân bố của sét đều có ảnh hưởng lên điện trở suất, thể tự phân

16

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

cực và tốc độ sóng siêu âm, làm thay đổi độ thấm, độ bão hoà của tầng chứa theo nhiều cách khác nhau

Về mặt dẫn điện, sét phân lớp tạo ra một hệ thống các đường dẫn song song với các lớp có độ dẫn lớn hoặc nhỏ hơn

• Sét xâm tán: dạng xâm tán sét bám phủ trên bề mặt các hạt đá tạo thành lớp màng bao và lấp nhét một phần kênh thông nối giữa các nang rỗng Sét xâm tán làm thay đổi các tính chất vật lý của đá nhiều hơn là sét phân lớp Độ thấm rõ ràng giảm đi nhiều nhất, vì sét xâm tán làm bít các kênh thông nối trong hệ thống lỗ rỗng, chất lưu khó lưu thông trong hệ đó hơn là trường hợp sét phân lớp Mặt khác sét trương nở ngậm nhiều nước, nước bám vào các hạt sét bằng lực lớn hơn khi bám vào hạt thạch anh Các yếu tố đó dẫn đến trong vỉa đá có sét xâm tán thì độ bão hoà nước lớn hơn, nhưng nước linh động (nước tự do) lại ít đi thành thử độ thấm giảm nhiều

Về khả năng dẫn điện, ở đá có sét xâm tán cơ chế dẫn hỗn hợp của các đường dẫn hợp bởi nước lỗ rỗng và sét xâm tán

• Sét cấu trúc: Sét cấu trúc là các hạt hay phiến sét cấu thành một phần của pha cứng như những hạt thạch anh hoặc các khoáng vật khác Loại hình tồn tại của loại sét này có nhiều đặc tính giống với sét phân lớp vì chúng cùng phụ thuộc vào độ nén ép như nhau Tuy nhiên các ảnh hưởng của chúng lên độ thấm và điện trở suất thì ít hơn nhiều so với sét xâm tán, mặc dù chúng là một phần của sét trong đá Sét phân lớp và sét cấu trúc có cùng một nguồn gốc lắng đọng, trong khi đó sét xâm tán lại rất khác nhau về thành phần khoáng vật (fieldspar ) hoặc điều kiện lắng đọng

17

Khóa Luận Tốt Nghiệp Hoàng Anh Đức

Tất cả ba kiểu tồn tại của sét có thể đồng thời có trong thành hệ cát sét Không

có loại đá chỉ có sét phân lớp mà không có sét xâm tán hay sét cấu trúc, cũng không có trường hợp chỉ có sét xâm tán mà không có loại hình sét khác Điều đó cũng giống như trong các đá trầm tích lục nguyên không có đá là cát sạch và cũng không tồn tại một lớp

đá thuần sét không có cát Vậy ta phải hiểu rằng khi nói lớp đá cát thì đó là đá có nhiều cát, ít sét, cũng như khi nói đến lớp sét ta hiểu rằng thành phần khoáng vật chính của lớp đó là sét, ít cát

18

Chương 3

Địa vật lý giếng khoan

Địa vật lý nghiên cứu giếng khoan là một lĩnh vực của ngành địa vật lý, bao gồm những phương pháp vật lý, sử dụng để nghiên cứu lát cắt địa chất mà giếng khoan

đi qua từ đó có thể phát hiện và đánh giá trữ lượng khoáng sản, thu thập những thông tin về vùng mỏ khai thác và trạng thái giếng khoan

Hiện nay có rất nhiều phương pháp địa vật lý khác nhau, theo bản chất ta có thể chia ra thành những nhóm như sau:

-Phương pháp điện trường -Phương pháp cơ lý

-Phương pháp phóng xạ -Phương pháp từ trường

-Phương pháp sóng siêu âm -Phương pháp chụp ảnh

-Phương pháp nhiệt -Phương pháp địa hóa

Bản chất của những phương pháp này là đo dọc theo thành giếng khoan để ghi một vài thông số nhất định, những thông số này đặc trưng cho một hay vài tính chất vật

lý của đất đá nơi giếng cắt qua

1 Trạng thái giếng khoan khi sử dụng dung dịch khoan gốc nước:

Do áp suất của cột dung dịch

giếng khoan lớn hơn áp suất vỉa nên

nước của dung dịch khoan ngấm vào

trong đất đá có độ thấm tốt (cát, đá

vôi), nước dung dịch khoan đẩy toàn

bộ chất lưu trong vỉa và chiếm chỗ

hoàn toàn tạo thành đới ngấm hoàn

toàn Bên cạnh của đới ngấm hoàn toàn

là đới chuyển tiếp được tạo thành một

phần do nước của dung dịch khoan

ngấm từ đới ngấm hoàn toàn và một

phần của chất lưu trong vỉa, phần ngoài

cùng không bị nước của dung dịch

khoan xâm nhập gọi là đới nguyên

Trong quá trình nước của dung dịch khoan ngấm vào trong vỉa, sét của dung dịch khoan bị giữ lại ở thành giếng khoan tạo thành một lớp bùn sét (mud cake), vì vậy đối với những vỉa có độ thấm tốt ta thường quan sát thấy hiện tượng đường kính của giếng khoan nhỏ hơn đường kính của choòng khoan

2 Log và thông tin từ log:

Một bản log chuẩn thông

thường bao gồm các phần chính sau:

* Phần đầu log: phần này

chứa các thông tin chung về giếng và

những dữ liệu cốt yếu sử dụng trong

minh giải log Thông thường gồm

các thông tin như: tên và vị trí giếng,

thời điểm ghi, đường kính choòng

khoan, loại bùn khoan và tính chất

của bùn khoan, độ sâu giếng, nhiệt

độ đáy giếng, tên công ty tiến hành

đo, tên bộ dụng cụ đo, …

* Phần Remark: các lưu ý

(cần thiết) ở đầu log, phần này liệt kê

mọi chi tiết bất qui chuẩn liên quan

đến quá trình chạy thiết bị, cách thể hiện của log, các yêu cầu bất thường hoặc những yêu cầu đặc biệt làm khác quy trình hoạt động chuẩn

Phần chính của log: chứa các thông tin, dữ liệu trên thang độ sâu Phần này thể hiện loại đường cong được ghi, thang tỉ lệ, đơn vị đo, … trên các track khác nhau Thông thường, track 1 thể hiện các đường cong GR, SP, Bitsize, caliper,… track 2 là các đường điện, còn các đường neutron, mật độ, sonic,… ghi trên track 3

Hình 3.3: Phần chính của log và phần cuối của log

Phần đuôi log: thường là một danh sách các thông số liên quan đến log, cần có trong quá trình xử lý log, và các thông tin về việc thể hiện log.

Ngoài các phần chính này, tùy theo yêu cầu đo đạc, thể hiện và sử dụng, một bản log thường có các phần khác nữa như: phần log lặp (repeat section), phần phác thảo giếng (well sketch), phần phác thảo bộ thiết bị (tool sketch), phần thể hiện các thông tin kiểm định dụng cụ(tools calibration), …

3 Vai trò của log trong ngành công nghiệp dầu khí:

Với nhà vật lý dầu khí, nhiệm vụ cuối cùng của họ là xác định loại đá và thành phần chứa trong đó Những việc này có thể được thực hiện tại giếng hay trong phòng thí nghiệm

Công việc của nhà vật lý dầu khí liên quan đến nhiều khía cạnh của các ngành nhánh khác, tùy thuộc vào yêu cầu của giai đoạn nào: từ khi tìm kiếm thăm dò một mỏ mới cho đến giai đoạn phát triển khai thác, nâng cao sản lượng thu hồi Nhà vật lý dầu khí kết hợp với mỗi nhà khoa khoa học địa chất, mỗi kĩ sư để thực hiện các nhiệm vụ sau:

•Xác định thành phần thạch học từ việc giải đoán log và mẫu lõi

•Xác định các mặt địa tầng, hệ thống khe nứt, đứt gãy từ log ảnh

•Xây dựng mô hình 3D từ log ảnh kết hợp với đọc độ sâu

Với kĩ sư mỏ:

• Quyết định vị trí giếng, số lượng giếng

• Tìm mối liên hệ giữa các đường cong độ thấm và độ mao dẫn

• Thử áp lực vỉa bằng các thiết bị thử giếng

• Nghiên cứu độ đặc của đá

Với kĩ sư khai thác:

• Đánh giá chất lượng xi măng từ tài liệu log trong giếng đã chống ống

• Định kế hoạch khai thác từ log khai thác

• Kiểm tra sự ăn mòn ống chống

• Dự trù hiện tượng cát chảy từ việc phân tích lực đá

Với kĩ sư khoan:

• Chỉnh hướng khoan từ LWD

• Dự đoán áp lực lỗ rỗng từ mudlogging

• Chọn biện pháp gia cố giếng từ việc phân tích lực đá

• Chọn kích thước giếng và hình dạng ống chống

Những nhiệm vụ này không thực hiện riêng lẻ, mà thường có liên hệ với nhau

Do đó các nhà khoa học địa chất và các kĩ sư thường hợp tác vì mục đích chung là nhằm nâng cao thành quả thu được từ mỏ khai thác

4 Nguyên lý đo ghi:

Việc đo ghi trong địa vật lý giếng khoan chủ yếu là thể hiện sự biến đổi của một tham số vật lý nào đó theo chiều sâu của giếng khoan Mỗi lần kéo thả cáp để đo trong giếng khoan người ta có thể phối hợp một số phép đo để cùng tiến hành Các phép đo trong cùng một lần kéo thả cáp phải độc lập không làm ảnh hưởng lẫn nhau Không nên kết hợp các phương pháp cần đo với tốc độ kéo cáp chậm với các phương pháp có thể

đo với tốc độ kéo cáp nhanh

Khi kéo cáp để tiến hành đo từ đáy giếng, cáp sẽ đi qua một ròng rọc có chu vi cho trước Nhờ hệ cơ học chiều dài của đoạn cáp đi qua ròng rọc được chuyển vào làm cho băng ghi (băng giấy ảnh hoặc băng từ) dịch chuyển một đoạn tương đương theo tỷ

lệ đã chọn Các tỷ lệ chiều sâu có thể chọn: 1/1000, 1/500, 1/200, 1/100, 1/40 và 1/20 Nghĩa là tương ứng 1000m, 500m, 200m, 100m, 40m và 20m chiều sâu thực ở giếng khoan được thể hiện trên 1m chiều dài của băng ghi

Trong địa vật lý giếng khoan thực hiện các kiểu ghi chính: tương tự và ghi số

Đo ghi tương tự có thể trên giấy đặc biệt bằng bút ghi hoặc trên giấy ảnh bằng một camera có nhiều điện kế gương Ghi số trên băng từ là cách ghi hiện tại có nhiều ưu điểm hơn Nhờ ghi số có thể nén các số liệu để truyền từ giếng khoan về trung tâm tính toán hoặc căn cứ ở đất liền cách xa hàng trăm, ngàn cây số; ở đó có các chơng trình xử

lý mạnh sẽ cho các kết luận kịp thời ngay sau khi kết thúc đo Từ số liệu ghi số có thể hiển thị ra các đường ghi tương tự theo tỷ lệ bất kỳ Các số liệu đo ghi số dễ biến đổi và gọn nhẹ, bền vững trong việc lưu giữ bảo quản

5 Truyền tải số liệu:

Các băng kết quả do ghi địa vật lý giếng khoan phải được nhanh chóng xử lý để có kết quả sớm nhất Vì vậy, một mặt các số liệu đo được xử lý nhanh tại trạm (nếu đủ các phân mềm xử lý nhanh), mặt khác các số liệu này phải được chuyển ngay về trung tâm tính toán hay văn phòng công ty, ở đó có đủ các thiết bị máy tính và chương trình phần mềm xử lý mạnh, có khả năng cho kết quả đầy đủ, chính xác nhất Các số liệu băng ghi

có thể gửi về trung tâm bằng email qua hệ thống thông tin viễn thông

Chương 4

trường nghiên cứu giếng khoan

1 Phương pháp đo điện trở đất đá dưới tác dụng nguồn điện nhân tạo:

Trong tất cả các công cụ đo log, các thiết bị đo điện trở là những kiểu mẫu đầu tiên được sử dụng Chúng được Conrad Schlumberger áp dụng lần đầu ở công ty của ông vào năm 1919

1.1 Cơ sở lý thuyết:

Phương pháp đo điện trở đất đá dưới tác dụng nguồn điện nhân tạo là phương pháp sử dụng nguồn điện phóng vào trong thành giếng khoan để đo điện trở suất riêng của đất đá thành giếng khoan Đường log điện trở là thước đo điện trở đất đá xung quanh lỗ khoan, tức trở kháng chống lại sự truyền qua của dòng điện

Hầu hết các vật chất tạo đá gần như cách điện, trong khi các chất lưu bên trong lại dẫn điện Hydrocarbon, là ngoại lệ về tính chất dẫn điện của chất lưu, ngược lại, dẫn điện rất kém Khi một thành tạo đá có độ rỗng và chứa nước khoáng hóa thì điện trở chung sẽ thấp Cũng với thành tạo đó, nhưng chứa hydrocarbon thì điện trở chung sẽ rất cao

Chính đặc điểm này được ứng dụng vào đường log điện trở: với giá trị điện trở cao có thể nhận định về một thành tạo có độ rỗng chứa hydrocarbon

1.1.1 Nguyên lý bố trí điện cực:

Thiết bị đo điện nhân tạo đơn giản

được cấu tạo từ 4 điện cực A, B, M, N, điện

cực B nằm trên mặt đất, A, M, N nằm ở thiết

bị đo được thả theo giếng (hình 4.1)

Điện cực A, B để phóng ra nguồn điện

M, N để đo hiệu điện thế giữa hai điểm của

giếng khoan ở thời điểm dòng điện đi qua

Khi di chuyển máy đo dọc theo thành giếng

khoan thì hiệu điện thế được ghi bởi M, N sẽ thay đổi phụ thuộc vào điện trở suất của đất đá xung quanh Ta có :

∆

R K

R - Điện trở suất của đất đá

∆U - Hiệu điện thế giữa hai cực M, N

I - Cường độ dòng điện đi qua

K - Hệ số đặc trưng của máy (phụ thuộc vào khoảng cách M, N)

1.1.2 Các dạng bố trí điện cực:

Các điện cực được sắp xếp theo những qui luật nhất định và mỗi cách sắp xếp có tên gọi khác nhau, các điện cực này còn được gọi là zond (sonde)

Điện cực thế hay zond thế (Normal): Là điện cực mà khoảng cách giữa hai cặp

điện cực cùng loại A, B hoặc M, N lớn hơn khoảng cách từ một trong hai điện cực đó đến điện cực không cùng cặp gần nhất

Điện cực gradient hay zond gradient (Lateral): Là điện cực mà khoảng cách

giữa một cặp điện cực cùng loại nhỏ hơn khoảng cách từ một trong hai điện cực cùng loại đến điện cực khác gần nhất

Trong zond thế khoảng cách AM được gọi là độ dài của zond Điểm ghi là điểm giữa của AM Trong zond gradient, độ dài của zond là AO, O là điểm giữa của các cặp điện cực cùng loại gần nhất

1.2 Các phương pháp đo điện nhân tạo:

1.2.1 Thiết bị đo điện trở thường và đo sườn:

Cho đến năm 1950, tất cả các log điện trở đều được tiến hành với các hệ thống các điện cực đơn giản: Short Normal (SN) và Long Normal (LN) Việc đo đạc phụ thuộc khoảng cách giữa cực phát A và cực thu M Thông thường, khoảng cách này càng lớn thì độ sâu nghiên cứu càng lớn Trong thực tế, giá trị điện trở được đo tại điểm giữa hai điện cực A và M Khoảng cách giữa các điện cực tương ứng với SN và LN là 16’’

và 64’’(~0.4m, 1.6m)

Thiết bị thường cho kết quả đối xứng Tuy nhiên, đối với những lớp cách điện

có bề dày nhỏ hơn khoảng cách AM, nó sẽ cho tín hiệu như là lớp dẫn điện

Trường hợp của thiết bị đo sườn (Lateral log) khoảng cách AO (O là điểm giữa hai cực thu M,N) là 18’8’’ (~5.7m) Nó cũng cho tín hiệu đối xứng nhưng hình dạng biến chuyển nhiều hơn Với những lớp mỏng, nó sẽ cho tín hiệu nhỏ hơn ngưỡng điện trở thông thường, gọi là khoảng mù

Những thiết bị đo log thường này thực chất là khó giải đoán và đòi hỏi nhiều bảng hiệu chỉnh đi kèm Mặt khác, chúng bị ảnh hưởng mạnh của đới chuyển tiếp Thêm vào đó các đường dòng thường khó kiểm soát, chúng có xu hướng chạy dọc thành giếng trong bùn khoan, thường có điện trở thấp Do vậy, chúng dần bị thay thế bằng các thiết bị đo định hướng trong những thập niên 1950

1.2.2 Thiết bị đo điện trở có điều chỉnh (Lateral):

Nhằm cải thiện độ nhạy của thiết bị đo điện trở và kiểm soát đường dòng, các điện cực định hướng được thêm vào Chúng làm độ phân giải dọc giếng khoan tăng nhiều lên, và như vây cho phép xác định rõ hơn ranh giới vỉa và cho giá trị điện trở Rt chính xác hơn Hai hệ thống được dùng chung: bộ phận điện cực chắn và phần thiết bị

đo sườn Ngày nay, đo sườn là một thiết bị chuẩn công nghiệp đang được ưa dùng trong

số các thiết bị đo điện trở

1.2.2.1 Đo sườn định hướng đôi (Dual-laterolog):

Thiết bị đo sườn định hướng đôi là sự kết hợp của một thiết bị đo định hướng sâu (LLd) và một thiết bị đo nông (LLs), hai giá trị điện trở được đo đồng thời LLd nhắm đến giá trị điện trở của đới nguyên, còn LLs phản ánh giá trị điện trở của đới ngấm

Hệ thống đo suờn gồm một dãy các điện cực để định hướng và phóng dòng điện chạy hướng vào các thành tạo đá quanh lỗ khoan, dạng như một dải dòng Với thiết bị đo sâu sườn, phần định hướng được thực hiện bởi hai điện cực tăng thế (điện cực màn) phóng ra dòng điện có cùng cực tính với cực phát, nằm trên và dưới cực phát Các cực này ngăn không cho dòng phát ra chạy dọc thành giếng khoan – đường truyền có điện trở thấp

Thiết bị đo sườn định hướng đôi DLL bao gồm 9 điện cực (hình 4.5) làm việc theo hai chế độ luân phiên nhau để có 2 số đo phản ánh các vùng nghiên cứu nông và sâu hơn

Theo sơ đồ, ở chế độ làm việc thứ nhất, các điện cực A2A1A1’ và A2’ cùng đóng vai trò các điện cực màn, nghĩa là có cùng cực tính với A0 thì dòng I0 có thể đi theo đường dòng song song trong đĩa dầy OO’, là các điểm giữa của các cặp điện cực kiểm tra M1M2 và M1’M2’ Chiều sâu thấm dòng ở chế độ làm việc này rất lớn và gọi là laterolog sâu (LLd)

Chế độ làm việc thứ hai, các điện cực A2 và A2’ đổi cực tính thành điện cực thu hút dòng từ A1 và A1’ (thay cho điện cực B ở xa vô cùng) Khi đó đường dòng I0 sẽ chỉ

có khả năng xuyên nông mà thôi (hình 4.5, bên phải), lúc này gọi là laterolog nông( LLs)

Độ sâu nghiên cứu phụ thuộc vào mức độ định hướng, do đó, thiết bị LLd được thiết kế để có độ định hướng mạnh hơn để nghiên cứu ở đới sâu hơn

1.2.2.2 Đo đo sườn định hướng 7 điện cực (Laterolog-7; LL 7 ):

Hệ điện cực LL7 là tập hợp của 7 điện cực điểm (hình 4.6) Dòng phát I0 qua điện cực trung tâm A0 được giữ cố định Một dòng phát từ cặp điện cực màn (A1 và

A1’), I1 được điều chỉnh tự động thay đổi sao cho hiệu điện thế giữa các cặp điện cực

M1M2 và M1’M2’ đối xứng qua A0 bằng nhau và bằng không

Điện thế UM so với điện cực N đặt ở xa vô cùng được ghi lại bằng thiết bị đo trên trạm ở mặt đất Vì I0 = const nên UM tỷ lệ với điện trở suất của phần đất đá có dòng

Trong đó KL là hệ số của hệ điện cực

laterolog-7; nó có thể được xác định trên mô

hình thực nghiệm hoặc tính toán theo trường

của nguồn điểm (V.N Daxnov - 1967)

Hệ điện cực laterolog-7 thích hợp khi

đo trong lát cắt có điện trở cao Khả năng

hội tụ dòng I0 của các hệ cực laterolog được

đánh giá bằng một tham số n có tên gọi là hệ

số hội tụ Hệ số hội tụ n của một hệ cực

laterolog bằng tỷ số chiều dài toàn phần

A1A1’ chia cho chiều dài cơ sở OO’ của nó

(4.4)Giá trị n càng lớn thì khả năng hội tụ dòng I0 của hệ cực càng mạnh Hình 4.7 thể hiện khả năng hội tụ dòng phụ thuộc vào kích thước A1A1’ và OO’ của hệ cực

1.2.2.3 Đo sườn định hướng 3 điện cực (Laterolog-3; LL 3 ):

Bao gồm 3 điện cực hình trụ dài A0, A1 và

A1’, A0 là điện cực trung tâm, hai điện cực A1 và

A1’đối xứng qua A0.Điện cực A0 có dạng trụ đặt ở giữa, các điện cực màn A1 và A1’ cũng có dạng trụ dài đặt đối xứng qua A0 Khác với trường hợp LL7 , trong hệ cực LL3 các điện cực màn A1 và A1’ được nối với nhau và phát dòng I1 = const nhờ phối hợp trở kháng ở sơ đồ bên trong Dòng I0 phát qua A0 thay đổi sao cho điều kiện (4.2) được thoả mãn, nghĩa là thế điện của A0 và các điện cực màn bằng nhau Tập hợp các điện cực A1 – A0 – A1’,

sẽ có cùng mặt đẳng thế nên dòng I0 chỉ có thể đi vuông góc với trục giếng khoan (hình 4.8) tạo thành một đĩa có chiều dày OO’

Phép đo thực hiện đo giá trị I0 Đại lượng này tỷ lệ với độ dẫn C của thành hệ trong đĩa OO’:

= (4.5)

Điểm đo của hệ cực LL3 cũng như mọi hệ cực laterolog khác, đều tính cho điểm

A0.Thiết bị đo laterolog-3 thường được sử dụng có kết quả tốt khi đo trong các lát cắt địa chất có điện trở thấp

1.2.2.4 Đo định hướng dạng cầu SFL (Spherically Focused Log):

Đây là hệ cực đo điện trở ở

A1’ giữ cho điện thế giữa M0 – M0’

và M1 – M1’ là không đổi và bằng điện thế định cỡ Vref Đường dòng Ia trên hình 4.9 là đường liền nét có tác dụng cho phần dòng I0 (đường không liền nét) hướng thấm vào thành giếng

Các mặt đẳng thế B và C sẽ có dạng cầu Hiệu điện thế giữa hai mặt cầu BC được duy trì không đổi và bằng thế điện định cỡ Vref Khi đó cường độ dòng I0 tỷ lệ nghịch với điện trở suất của phần môi trường bao bởi 2 mặt đẳng thế B và C, và hầu như tín hiệu đó chỉ còn phản ánh phần thể tích ấy mà thôi.

Nếu dịch chuyển các cặp điện cực M1 – M1’ và M2 – M2’ gần điện cực A0 hơn thì mặt C sẽ co lại và chiều sâu nghiên cứu của thiết bị đo sẽ giảm, ảnh hưởng của đường kính giếng lại tăng lên

Thiết bị đo SFL chủ yếu dùng để đo điện trở suất đới rửa RXO, chiều sâu nghiên cứu của hệ cực này phụ thuộc vào kích thước OO’ là khoảng cách tính từ điểm giữa M2 – M1, đến điểm giữa M1’ – M2’ Với kích thước OO' = 30” thì 80% tín hiệu đo sẽ phản ảnh vùng cận giếng tới chiều sâu 40”, tính từ trục giếng khoan

1.2.3 Thiết bị đo vi điện cực:

Thiết bị đo vi điện cực được thiết kế như một thiết bị đệm dùng để đo điện trở phần sát thành giếng khoan, trong đới ngấm hoàn toàn Do vùng nghiên cứu hẹp nên sự phản hồi của thiết bị có thể bị ảnh hưởng bởi lớp bùn kết quá dày Đã có ba kiểu thiết bị

đo vi điện cực khác nhau được thiết kế, nhưng hiện tại thiết bị đo vi điện cực định hướng dạng cầu (MSFL) đang được ứng dụng rộng rãi nhất để nghiên cứu trong đới này

1.2.3.1 Đo vi điện cực đinh hướng MLL (Microlateralog):

Thiết bị đo điện trở bằng vi điện cực định hướng MLL có kích thước nhỏ, gắn trên tấm cao su tẩm dầu cách điện Khi đo các điện cực được áp vào thành giếng để tránh ảnh hưởng của giếng khoan

Các điện cực trong hệ MLL: chỉ riêng A0 là điện cực hình điểm, các điện cực còn lại M0,

M1 và A1 là những vòng tròn lấy A0 làm tâm chung (hình 4.10)

Dòng I0 được phát qua A0 có cường độ không đổi (I0 = const) Cũng giống như trường hợp LL7, ở đây dòng I, phát qua

A1 thay đổi để sao cho hiệu điện thế giữa M1 và M2 luôn luôn bằng không

Khi điều kiện này thoả mãn thì dòng I0 tập trung đi thẳng vào đất đá ở thành giếng, vì I0 = const nên điện thế U0 của M1 (hoặc M2 ) so với N ở xa vô cùng sẽ tỷ lệ với điện trở suất của phần môi trường mà I0 đi qua

Điểm đo của MLL được tính cho điểm A0, kích thước (spacing) của vi hệ điện cực định hướng lấy bằng đường kính trung bình giữa M1M2 Độ phân giải theo chiều thẳng đứng khoảng 1,7”, còn chiều sâu nghiên cứu từ 1” đến 2”

Do có chiều sâu nghiên cứu không lớn nên giá trị đo Ra bằng MLL chịu ảnh hưởng mạnh của lớp vỏ sét Sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của vỏ sét, từ giá trị điện trở

RMLLcor ta có thể tính điện trở suất RXO của đới rửa

Khi đới ngấm sâu hơn 3-5 cm thì dường như đới nguyên không ảnh hưởng tới

RMLL Đới ngấm quá nhỏ, chiều dày vỏ sét không đáng kể, thì giá trị đo RMLL sẽ ở khoảng xác định giữa RXO và Rt Trong trường hợp đó ta có thể tính R bằng cách tích hợp các phép đo điện trở bằng các thiết bị có chiều sâu nghiên cứu khác nhau và dùng các bản chuẩn chuyên dụng

1.2.3.2 Đo điện cực và vi điện cực khoảng gần PL & PML (Proximity Log or Proximity Mini Log):

Phép đo khoảng gần sử dụng một

vi hệ cực có cấu hình như hình 4.11 gắn

trên một tấm cao su cách điện Các điện

cực có dạng hình vuông Trong cùng là

điện cực phát, ngoài cùng là điện cực

chặn ở giữa hai điện cực phát và chặn là

điện cực kiểm tra

Nguyên tắc làm việc của hệ điện

cực đo khoảng gần giống như Laterolog-3,

nghĩa là trên cực chặn phát dòng không

đổi, dòng I0 đi qua điện cực phát trung tâm

thay đổi sao cho điện thế của điện cực

kiểm tra bằng không Cường độ dòng I0 lúc đó tỷ lệ với độ dẫn C của phần môi trờng

mà nó đi qua

Cũng tương tự như MLL, hệ điện cực PL cũng chịu ảnh hưởng trực tiếp của lớp

vỏ sét nên cần phải hiệu chỉnh để loại bỏ Phép tính hiệu chỉnh ảnh hưởng vỏ sét nhờ một bản chuẩn tương tự như đối với MLL Phép đo PL chịu ảnh hưởng đới ngấm nhiều hơn MLL Nhưng mặt khác, nó có khả năng định hướng mạnh hơn và đọc được giá trị cùa đới sâu hơn so với MLL

Giá trị đo RPL được chấp nhận với một lớp bùn kết dày trong khoảng 0.7 inches Chỉ trong trường hợp đới ngấm sâu (>10”) thì đới nguyên không góp phần vào số đo

RPL, còn nói chung Rt có một phần ảnh hưởng tới kết quả đo PL Việc tính RXO từ RPL cần có các số đo khác (LLd, LLs) để ấn định đường kính đới ngấm d và Rt

1.2.3.3 Đo vi điện cực định hướng dạng cầu MSFL (Micro-spherically Focused Log):

Phương pháp MSFL được thay thế cho ML và MLL từ khi được kết hợp đo một lượt với các thiết bị khác như DLL Hệ vi địên cực định hướng dạng cầu thường được lắp đặt trên một tấm cao su (hình 4.12 và 4.13) gắn trên càng của một thiết bị kết hợp

đo đường kính và các Zond đo vi điện cực khác

Hệ vi điện cực định hướng

dạng cầu MSFL có hai ưu điểm:

a) ít nhạy cảm với lớp vỏ sét hơn

so với MLL và có số đo phản ảnh

nông hơn PL; b) Nó có thể kết

hợp đo cùng lúc với DLL trong

khi MLL hay PL phải tiến hành

riêng biệt

Thiết bị đo bao gồm điện

cực trung tâm A0, điện cực phát

A1, điện cực ghi M0 và hai điện

cực điều chỉnh điện thế (Monitor

electrodes)

MSFL ít bị ảnh hưởng bởi chiều dày của lớp bùn sét hơn MLL vì vậy nó có thể đo chính xác giá trị điện trở của đới ngấm hoàn toàn RXO trong cả điều kiện vỉa có độ thấm kém

Trong trường hợp lớp bùn sét có bề dày lớn hơn 1/2in, giá trị điện trở MSFL cần phải hiệu chỉnh thông qua hai thông số là chiều dày (dmc) và điện trở của lớp bùn sét

Rmc

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình dáng của đường cong đo điện trở trong giếng khoan: