Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong thăm dò và khai thác dầu khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN   KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG HẠT NHÂN TRONG THĂM DÒ VÀ KHAI THÁC DẦU KHÍ GVHD : TS Hoàng Văn Quý GVPB : ThS Huỳnh Trúc Phương SVTH : Vũ Văn Huy Thành phố Hồ Chí Minh - 2005 LỜI CẢM ƠN Những năm tháng học tập, nhận nhiều công ơn dạy bảo thầy cô môn vật lý hạt nhân Kiến thức thầy cô dạy bảo tảng cho tiếp tục nghiên cứu lónh vực hạt nhân Vì công ơn to lớn đó, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy cô Trong trình thực tập, cô XN Đòa vật lí Giếng khoan giúp đỡ tạo điều kiện cho tiếp cận công nghệ hạt nhân áp dụng dầu khí Tôi xin trân thành cám ơn Tiến só Hoàng Văn Quý, Viện trưởng Viện nghiên cứu khoa học thiết kế hướng dẫn thực khóa luận Tôi trân thành cám ơn kó sư Trần Văn Lứu, kó sư Mai Văn Bình cô XN Đòa vật lí Giếng khoan nhiệt tình giúp đỡ để hoàn thành luận văn Tôi trân thành cám ơn thầy Huỳnh Trúc Phương phản biện để khóa luận hoàn thiện Sinh viên thực Vũ Văn Huy   Mục lục Lời mở đầu Chương I: Đối tượng tham số nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu 1.2 Phân loại đá theo thành phần, điều kiện kiến tạo đặc trưng vật lí thạch học 1.3 Đá chứa 1.4 Độ rỗng Chương II: Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan 2.1 Phóng xạ tự nhiên đất đá 2.1.1 Đặc tính phóng xạ tự nhiên đất đá 2.1.2 Hoạt tính phóng xạ đất đá 11 2.1.3 Đơn vò phóng xạ 12 2.2 Tương tác gamma neutron với môi trường 13 2.2.1 Tương tác gamma với môi trường 13 2.2.1.1 Hiệu ứng quang điện 13 2.2.1.2 Hiệu ứng Compton 14 2.2.1.4 Hiệu ứng tạo cặp .15 2.2.1.5 Hệ số hấp thụ toàn phần 16 2.2.2 Tương tác neutron với môi trường 16 2.3 Phương pháp gamma 19 2.3.1 Phương pháp gamma tự nhiên 19 2.3.1.1 Cơ sở vật lí 19 2.3.1.2 Sơ đồ đo gamma tự nhiên 20 2.3.1.2 Phạm vi ứng dụng phương pháp gamma tự nhiên .21 2.3.2 Phương pháp gamma phổ .23 2.3.2.1 Cơ sở vật lí 23 2.3.2.2 Sơ đồ gamma phổ .25 2.3.2.3 Phương pháp tính phổ 26 2.3.2.4 Phạm vi ứng dụng phương pháp gamma phổ 27 2.3.3 Phương pháp tán xạ 29 2.3.3.1 Cơ sở vật lí 29 2.3.3.2 Sơ đồ đo gamma tán xạ 30 2.3.3.3 Phép đo gamma tán xạ mật độ bù 33 2.3.3.4 Phạm vi ứng dụng tán xạ 34 2.3 Phương pháp neutron 35 2.4.1 Phương pháp neutron – gamma 35 2.4.1.1 Cơ sở vật lí 35 2.4.1.2 Sơ đồ đo neutron – gamma 37 2.4.1.3 Nguồn phát xạ neutron .37 2.4.1.4 Phạm vi ứng dụng neutron - gamma 40 2.4.2 Phương pháp neutron – neutron .40 2.4.2.1 Phương pháp neutron – neutron nhiệt 40 2.4.2.2 Phương pháp neutron – neutron nhiệt 41 2.4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng lên kết đo neutron 43 2.4.2.4 Phân tí ch kết đo neutron giếng khoan 46 2.4.2.5 Phạm vi ứng dụng phương pháp neutron – neutron 47 2.4.3 Phương pháp phát xung neutron .47 2.4.3.1 Cơ sơ chung 47 2.4.3.2 Phương pháp tiết diện bắt giữ neutron 49 2.4.3.2.1 Cơ sở lí thuyết .49 2.4.3.2.2 Sơ đồ đo 52 2.4.3.2.3 Phạm vi ứng dụng xung neutron 52 Chương III:Kết minh giải 53 3.1 Kết đo đá móng mỏ Bạch Hổ 53 3.2 Kết tính toán chương trình Baroc 3.0 54 3.3 Kết biểu diễn dạng đồ thò .55 Kết luận 56 Tài liệu tham khảo 57 Lời mở đầu Dầu mỏ khí đốt thiên nhiên nhiên liệu quan trọng kinh tế quốc dân, đặc biệt với phát triển nghành công nghiệp hóa dầu Để đẩy mạnh phát triển ngành công nghiệp dầu khí đòi hỏi phải nỗ lực tăng cường công tác tìm kiếm thăm dò khai thác dầu khí đất liền cũn g thềm lục đòa dất nước ta sở ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật Công tác khoan giếng khoan chiếm tỷ trọng lớn dây chuyền tìm kiếm thăm dò dầu khí Trong trình khoan giếng khoan tìm kiếm thăm dò khai thác dầu khí với chiều sâu trung bình 5000 mét, bắt buộc phải tiến hành công tác khảo sát giếng khoan nhằm giải loạt vấn đề liên quan đến việc nghiên cứu lát cắt đòa chất mà giếng khoan qua, phân tách tầng chứa sản phẩm dầu khí, xác đònh thông số đòa chất-đòa vật lý chúng, nghiên cứu trạng thái kỹ thuật giếng khoan (đường kính, độ sâu, độ nghiên, phương vò v.v.) kiểm soát trình khai thác mỏ Ngày nay, để giải vấn đề nêu trên, người ta sử dụng rộng rãi phương pháp khảo sát đòa vật lý giếng khoan công tác khảo sát giếng khoan phương pháp đòa vật lý thường công ty hay xí nghiệp chuyên ngành thực Ngành đòa vật lý giếng khoan thực móng Pháp Schlumberger đề nghò dùng phương pháp đo điện trở để khảo sát lắt cắt giếng khoan vào năm 1928 Ở Việt Nam, công tác khảo sát đòa vật lý áp dụng từ năm 60 để khảo sát giếng khoan nông thăm dò than quặng Trong năm nay, nhờ áp dụng tiến khoa học kỹ thuật ngành vật lý giếng khoan có phát triển bậc đòa vật lý lý thuyết, trang thiết bò dùng để khảo sát giếng khoan Trang Nhiều phương pháp đòa vật lý nghiên cứu áp dụng vào thực tiễn Các thiết bò dùng để khảo sát giếng khoan ngày đại kó thuật, đa dạng chủng loại phương pháp Công tác khảo sát đòa vật lý giếng khoan đóng vai trò quan trọng đưa thông tin lát cắt đòa chất giếng khoan, đặc biệt đới chứa dầu, khí Các tham số đòa vật lý mà phương pháp đòa vật lý nghiên cứu bao gồm: - Phân biệt lớp đất đá: sét, cát, đá sỏi, anhydrit, muối mỏ v.v - Xác đònh tham số đòa vật lý như: + Mật độ đất đá (  ) + Độ rỗng lớp đất đá (  ), độ bão hòa dầu, khí ( S MC ) + Độ thấm đất đá (  ) + Chiều dày vỉa chứa sản phẩm (h) Trên sở tham số đòa vật lý, người ta tính toán trữ lượng mỏ dầu khí Ngày người ta sử dụng nhiều phương pháp khảo sát đòa vật lý giếng khoan với mục đích khác Tổ hợp phương pháp đòa vật lý giếng khoan phân chia phương pháp sau: 1) Các phương pháp karota điện trở 2) Các phương pháp karota phóng xạ 3) Các phương pháp karota siêu âm 4) Các phương pháp kiểm tra trạng thái kỹ thuật giếng khoan (về nhiệt độ, đường kính, độ lệch) Trong phương pháp karota phóng xạ bao gồm: 1) Phương pháp karota gamma tự nhiên (GK) 2) Phương pháp phổ gamma tự nhiên (SGK) 3) Phương pháp karota gamma-gamma (GGK) Trang 4) Phương pháp karota neutron- gamma (NGK) 5) Phương pháp karota neutron- neutron (NNK) 6) Phương pháp đồng vò phóng xạ 7) Phương pháp xung neutron   Trang Chương : Đối tượng tham số nghiên cứu CHƯƠNG ĐỐI TƯNG VÀ CÁC THAM SỐ NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đòa vật lý giếng khoan giếng khoan tìm kiếm thăm dò, khai thác khoáng sản có ích dầu khí Giếng khoan công trình tìm kiếm thăm dò khai thác Loại công trình tạo phương pháp học – phương pháp khoan giếng, nhằm mục đích lấy mẫu đất đá, tạo vết lộ đòa chất mới, chưa phong hóa, để khai thác chất lưu dầu, khí, nước đất, nước nóng chứa lượng nhiệt Thông thường việc lấy mẫu lõi khoan khó thực tốt giá thành cao, trạng thái kỹ thuật độ ổn đònh công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố kó thuật đòa chất Để thay cho việc lấy mẫu lõi, xác đònh trạng thái kỹ thuật theo dõi độ ổn đònh giếng khoan, người ta khai thác triệt để thông tin đòa chất kỹ thuật vết lộ đòa chất (lát cắt đòa chất thành giếng khoan) công trình Ưu điểm vết lộ đòa chất chổ “tươi” nguyên, chưa bò phong hóa lại xuyên cắt lớp đất đá tới chiều sâu đáy giếng Việc khai thác thông tin đòa chất kỹ thuật vết lộ đòa chất thành giếng khoan thực phương pháp vật lý, hóa học Nhờ phương pháp ta xác đònh trạng thái kỹ thuật độ ổn đònh công trình, đánh giá hiệu suất khai thác giếng … mục đích đòa vật lý giếng khoan 1.2 Phân loại đá theo thành phần, điều kiện kiến tạo đặc trưng vật lý thạch học Đá tập hợp có quy luật khoáng vật tạo thành thể đòa chất độc lập vỏ trái đất Thể đòa chất độc lập nói đến sản phẩm đặc trưng trình đòa chất đònh Vậy đá phải kết Trang Chương : Đối tượng tham số nghiên cứu trình đòa chất tập hợp ngẫu nhiên khoáng vật hay nguyên tố Đòa vật lý giếng khoan nghiên cứu dầu khí có đối tượng chủ yếu đá trầm tích Khi phân tích tài liệu đòa vật lý giếng khoan, mô hình đá xem môi trường có lỗ rỗng cấu tạo từ pha: cứng bao gồm xương đá (matric) hạt khoáng vật tạo đá, xi măng gắn kết thường sét, cacbonat…; pha lỏng bao gồm nước, dầu ; pha khí bao gồm khí hydrocacbon, khí CO2, H2S, N2 … Cũng có mô hình đơn giản bao gồm hai thành phần sét; không gian, lỗ rỗng đá lấp đầy chất lưu (dầu, khí, nước) Hai thành phần cấu thành pha cứng đá (matrix sét) có ảnh hưởng khác không lên phép đo đòa vật lý, mà lên tính chất vật lý thạch học đá chứa (độ thấm, độ bão hòa) Sét nhiều trường hợp phân biệt: sét nén (shale), hạt sét xâm tán đá dạng cấu trúc (clay), bột sét (silit) hạt cát mòn có kích thước 1/16-1/256 mm 1.3 Đá chứa Đá chứa đá (hay thành hệ) có lỗ rỗng có khả chứa chất chất lưu (dầu, khí, nước) không gian rỗng đá Các chất lưu dầu khí chủ yếu di chuyển từ nơi khác đến lấp đầy lỗ rỗng đá chứa Đá chứa thường đá có độ rỗng độ thấm cao đá cát, cacbonat đá móng nứt nẻ Đá chứa cát kết hay cát sét, lỗ rỗng chủ yếu lỗ rỗng hạt (độ rỗng nguyên sinh) có vai trò quan trọng, độ rỗng thứ sinh, khe nứt lỗ rỗng quan trọng Đá chứa cacbonat (đá vôi, dolomit) không gian rỗng quan trọng khe nứt nẻ lỗ gặm mòn hang hốc Đá cacbonat loại đá không chòu uốn, nên dễ bò nứt nẻ tác dụng lực kiến tạo Trang Chương : Đối tượng tham số nghiên cứu Đá chứa đá macma, trường hợp mỏ Bạch Hổ số mỏ khác bể Cửu Long, độ rỗng khe nứt lại quan trọng Độ rỗng khe nứt đá macma (đá móng quen gọi) có độ mở thông nối tốt nên có giá trò độ rỗng thấp thân dầu đá móng cho giá trò khai thác cao Các khe nứt đá macma hình thành tác dụng lực kiến tạo, bò co ngót nguội, phá hủy phong hóa lộ mặt đất Độ thấm đá chứa hàm số phức tạp phụ thuộc vào kiến trúc lỗ rỗng đá, đặc điểm chất lưu Độ thấm đá chứa cát sét phụ thuộc vào độ rỗng, độ hạt, hàm lượng sét… Độ mở hay độ thông nối kiểu lỗ rỗng khe nứt lớn lỗ rỗng hạt nên có độ rỗng độ thấm tầng chứa đá cacbonat đá móng lớn đá cát sét 1.4 Độ rỗng Đònh nghóa: Độ rỗng tỉ phần không gian không lấp đầy chất rắn thể tích toàn phần khối đá (hay phát biểu: tỷ số thể tích lỗ rỗng với thể tích khối đá) Căn vào đặc điểm riêng người ta chia lỗ loại: a) Độ rỗng toàn phần (  t ) hay độ rỗng chung tỷ số thể tích tất không gian rỗng (giữa hạt, kênh thông nối, nứt nẻ, hang hốc, bọt …) cộng lại có đá t  vt  v s v p  vt vt (1.1) Trong : v p : thể tích không gian trống đá (thông thường v p có chứa dầu, nước, khí) v s : thể tích vật liệu rắn Trang Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan hydro cm3 vật liệu với hàm lượng hydro thể tích tương đương nước nguyên chất 750 F; nghóa nước nguyên chất có số hydro (HI) 1,0 Chỉ số hydro thay đổi khoảng từ 0,0 (ở áp suất thấp) đến 1,0 (dầu nặng) phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất loại phân tử Chỉ số hydro phần lớn hạt đá (thạch anh,canxit ) không Chỉ số hydro chất lưu (dầu, nùc) xấp xỉ 1.0 - Sét: Sét có nhiều khoáng vật, điển hình nhóm khoáng vật sét hay ngậm nước mạng tinh thể chúng dạng nước kết tinh nước dạng phân tử bám bề mặt hạt sét Các dạng nước liên quan đến độ lỗã rỗng chúng lại thể kết đo phương pháp neutron Thông thường thấy rõ độ rỗng xác đònh phép đo neutron  N vỉa sét cao Vì vậy, đá cát sét, cần phải hiệu chỉnh số đo để loại bỏ ảnh hưởng sét: HI=HIđo-VShHISh (2.36) Trong đó: HISh số hydro sét VSh tỷ phần thể tích sét đá Nền khoáng vật: số hydro nhiều loại khoáng vật như: thạch anh, canxit coi không nguyên tố có khoáng vật góp phần làm chậm chí bắt giữ neutron Kết tính độ rỗng thường theo chuẫn đơn vò đá vôi (limestone) nên cần hiệu chỉnh khoáng vật pha cứng cho loại Zond đo neutron Có mặt nguyên tố bắt giữ neutron: trường hợp đo neutron, số đếm detector chòu ảnh hưởng nguyên tố có tiết diện bắt giữ cao như: Cl, Li , B có tiết diện bắt giữ cao, phép hiệu chỉnh Trang 44 Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan tiến hành số đo độ rỗng để loại trừ ảnh hưởng muối hòa tan dung dòch khoan, filtrat nước vỉa Bảng 2.4.2.3 Hàm lượng hydro số HI số chất (trích theo tài liệu XN Đòa vật lí GK) Vật liệu, chất Số nguyên tử Chỉ số hydro (HI) cm (*10 23 ) Nước ròng 0.669 0.667 1 0.614 0.602 0.92 0.90 0.0010 0.329 0.0015 0.49 0.0011 0.363 0.0017 0.54 0.675 0.645 1.01 0.97 200 F ;7000 psi 0.680 0.653 1.02 0.98 Than, bitum 0,842; 0,0555(H) Ximăng Thạch cao Kaolinite 0.42 0.334 0.325 0.250 0.66 ~0.5 0.49 0.37 Glauconite Montmorilonite Illite 0.127 0.115 0.059 0.19 0.17 0.09 60 F ;14,7 psi 200 F ;7000 psi Nước bão hòa muối 200.000ppm (NaCl) 60 F ;14,7 psi 200 F ;7000 psi Methane CH 60 F ;14,7 psi 200 F ;7000 psi Khí tự nhiên 60 F ;14,7 psi 200 F ;7000 psi n- Nonane C9 H 20 60 F ;14,7 psi 200 F ;7000 psi n- Decane C10 H 22 60 F ;14,7 psi Trang 45 Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan 2.4.2.4 Phân tích kết đo neutron giếng khoan a) Đối với máy giếng đo neutron trước (đơn vò đo API): Giá trò đo máy giếng đo neutron có mối quan hệ với số hydro biểu kiến đất đá thành giếng khoan biểu thức gần đúng: log N for  log( N a  N t )  C  K ( HI ) N (2.37) Trong đó: N for : số đo neutron (theo đơn vò API) chiều sâu vỉa N a : số biên độ số đo dọc đường cong (API) N t : biểu phần đóng góp giếng khoan, ống chống, vành ximăng lên số đo N a C: hệ số phụ thuộc vào cấu hình máy giếng đo (nguồn, detector, spacing…) K: số tính đến đặc tính truyền dẫn hydro đất đá đơn vò chiều dài khoảng từ nguồn đến detector (spacing) b) Đối với phép đo máy giếng đại Các máy giếng tự động gamma loại trừ phần gần giếng (đường kính, vỏ sét, mật độ dung dòch ) nên giá trò phép đo phụ thuộc trực tiếp vào độ rỗng biểu kiến c) Phương trình biểu diễn số đo neutron Chỉ số hydro biểu kiến ( HI) N đo phép đo neutron có quan hệ với độ rỗng hiệu dụng sau: ( HI ) N   e ( HI ) mf S XO   e ( HI ) h (1  S XO )  Vsh ( HI ) sh  Vi ( HI ) mai Với  e  Vsh  Vi  (2.38) (2.39) Phương trình bao quát cho vùng đới rửa vỉa chứa Trang 46 Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan Trong đó: Vi tỷ lệ thể tích khoáng vật tạo đá pha cứng ( HI) mai số hydro khoáng vật thứ I tương ứng  e độ rỗng hiệu dụng ( HI) Sh số hydro nước màng nước tự mạng tinh thể sét ( HI) mf số hydro filtrat ( HI) h số đo số dầu dính đới rửa ( HI) N số đo số hydro sau tính toán hiệu chỉnh ảnh hưởng môi trường 2.4.2.5 Phạm vi ứng dụng phương pháp neutron - neutron Các ứng dụng phép đo: - đánh giá độ rỗng thành hệ - phân biệt phần chứa khí hay hydrocacbon nhẹ vỉa sản phẩm - tính toán mật độ hydrocacbon (có kết hợp với phương pháp khác) - phân đònh nhận biết lớp đá cột đòa tầng giếng khoan - liên kết giếng khoan (đặc biệt vùng sét không chứa nguyên tố phóng xạ có đo đường cong gamma ray tự nhiên 2.4.3 Phương pháp phát xung neutron 2.4.3.1 Nguyên lý chung Nguyên tắc chung phương pháp xung neutron dùng máy phát xung neutron lượng cao (14MeV) vào môi trường nghiên cứu Các xung neutron phát có bề rộng 20 -30 s lặp lại với tần số chọn Trang 47 Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan trước Ở khoảng hai xung liên tiếp, neutron tương tác với hạt nhân môi trường sinh ra: - Trường phóng xạ gamma va chạm không đàn hồi neutron - Trường neutron có lượng giảm dần đến lượng dễ bò chiếm giư - Trường gamma chiếm giữ neutron nhiệt chế độ xung, nguyên tắc tiến hành ba phép nghiên cứu giếng khoan : -Đo xạ gamma phát xạ neutron nhanh va chạm không đàn hồi với hạt nhân - Theo dõi biến thiên theo thời gian phân bố neutron trình giảm lượng để trở thành neutron nhiệt Thực chất quan sát tương tác neutron với môi trường nghiên cứu khoảng thời gian hai xung liên tiếp -Do xạ gamma phát từ kết bắt giữ thời điểm đònh khoảng thời gian hai xung phát môi trường nghiên cứu Số lần bắt giữ tỷ lệ với neutron nhiệt Trong hai phép đo sau cùng, thiết bò đo làm việc theo chế độ luân phiên vào khoảng thời gian hai xung phát để đo mật độ neutron nhiệt xạ gamma chiếm giữ Ta có nhận xét thời gian neutron nhiệt có mặt giếng khoan vành ximăng ngắn so với thời gian chúng tồn vỉa Nói cách giếng khoan đới gần sát giếng khoan (ống chống vành ximăng) neutron nhiệt chưa sinh ra, chúng sinh nhiều sâu vào thành giếng qua vành xi măng Ở neutron nhiệt sẽbò bắt giữ hạt nhân nguyên tố Điều nhận xét cho thấy phương Trang 48 Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan pháp xung neutron có chiều sâu nghiên cứu lớn phương pháp neutron cổ điển dùng nguồn hóa học Ngày nay, sản xuất sử dụng rộng rãi phương pháp xung neutron chủ yếu đo cường độ xạ gamma chiếm giữ khoảng thời gian hai xung phát neutron liên tiếp Các công ty dòch vụ gọi phép đo tên thương mại khác nhau: lifetime log, decay time log 2.4.3.2 Phương pháp tiết diện bắt giữ neutron 2.4.3.2.1 Cơ sở lý thuyết Sau bắn khỏi máy phát, neutron bò lượng nhanh va chạm với hạt nhân nguyên tố môi trường trở thành neutron nhiệt Tại điểm môi trường, neutron nhiệt bò bắt giữ Trong đơn vò thời gian số lượng neutron bò bắt giữ phụ thuộc vào tích vận tốc neutron nhiệt với tiết diện bắt giữ vó mô môi trường điểm quan sát Hình 2.4.3.2.1 Biểu diễn số neutron vỉa nước so với vỉa dầu Tại thời điểm t1 số neutron nhiệt sống sót N1 đơn vò thể tích môi trường điểm quan sát tính : N1  N exp( v. abs.t1 ) (2.40) Trang 49 Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan Trong đó: N0 số neutron nhiệt đơn vò thể tích thời điểm t=0  abs tiết diện bắt giữ vó mô môi trường (đất đá) đơn vò thể tích nói neutron nhiệt tốc độ trung bình neutron nhiệt v=2200m/s Tương tự, thời điểm t2 , số neutron nhiệt lại đơn vò thể tích là: N  N epx(v  abs t ) (2.41) Sự suy giảm mật độ neutron nhiệt từ t1 đến t2 tính: N  N1epx{v  abs (t1  t )} (2.42) Từ ta có:  abs  N ln( ) v(t  t1 ) N (2.43) Đổi sang logarit số 10, lấy v= 2200m/s, t  (t  t1 ) tính s ,  abs tính cm 1 , ta có:  abs  Đặt t int  N 10,5 log( ) t N2 (2.44) 4,55  (cm 1 ) v  abs  abs  thường tính đơn vò chiếm giữ (c.u) đơn vò sigma (s.u) tương đương với 10 3 cm 1 Trong môi trường nhiều thành phần bắt giữ neutron nhiệt tiết diện bắt giữ là: n  abs  Vi  i (2.45) Trong : Vi tỉ lệ thể tích thành phần thứ i môi trường  i tiết diện bắt giữ thành phần thứ i Trang 50 Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan Tiết diện bắt giữ thành phần  i khoáng vật hay chất lưu tính theo thành phần hóa học nó: i  602,2 (na a  nb b   ni i ) GMW (2.46) Trong đó:  j tiết diện bắt giữ nguyên tố j thành phần khoáng vật nj số nguyên tử j cótrong phân tử GMW trọng lượng phân tử gam Bảng 2.4.3.2.1a Tiết diện bắt giữ vi mô neutron nhiệt số nguyên tố (đơn vò tính barn  10 24 cm ) Kí hiệu H B C N O F Na Mg Tiết diện bắt giữ 0.33200 759.000 0.00340 0.00000 0.00027 0.00980 0.53060 0.06300 Kí hiệu Al Si P S Cl K Ca Ti Tiết diện bắt giữ 0.23000 0.16000 0.01900 0.52000 33.2000 2.10000 0.43000 6.41000 Kí hiệu Mn Fe Cu Zn Sr Zr Ba Pb Tiết diện bắt giữ 13.3000 2.55000 3.82000 0.50490 0.08600 0.29000 0.06500 0.18800 Bảng 2.4.3.2.1b Tiết diện bắt neutron đá khoáng vật Tên đá, khoáng vật Thạch anh Cát kết Dolomit Đá vôi Anhydrit Acgilit Nước Dầu thô Ximăng (Portland)  abs (10 21 barn / cm )  ( s) 3.5-4.3 9.0 6.8-7.2 1.0-14.0 12.1 20-40 22.2 22.2 13.0 1060 500 630 325-650 360 215-108 210 210 335 Trang 51 Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan 2.4.3.2.2 Sơ đồ đo 2.4.3.2.3 Phạm vi ứng dụng Phương pháp tiết diện bắt giữ neutron áp dụng để giải nhiệm vụ sau: - Xác đònh ranh giới dấu/nước, khí nước giếng khoan khai thác - Đánh giá tiêu hao lượng vỉa tầng khai thác khí, dựa vào thay đổi  abs khí theo áp suất - Khoanh đònh phần chứa khí tầng cát có nước vỉa nước Trang 52 Kết luận Chương Kết minh giải Số liệu khóa luận lấy từ giếng khoan mỏ Bạch Hổ Chương trình Baroc tính toán tỷ phần thạch học độ rỗng đất đá vẽ lên đường cong kết Kết lấy theo chiều sâu giếng khoan Chiều sâu khảo sát từ 3875 m - 4296 m Các số liệu đo từ máy đo gamma tự nhiên máy gamma phổ gamma tổng (GR), gamma tổng Kali Thori( GRKT), gamma Thori (GRTH), gamma Uran (GRUR) Đơn vò đo gamma API (American Petrolium Institute) Ngoài ra, máy đo xuất số liệu hàm lượng đồng vò K (%), Th(ppm) Ur (ppm) Các số liệu đo từ máy đo gamm tán xạ mật độ (RHOB), đơn vò g\cc Từ máy neutron độrỗng (NPHI), đơn vò % Sau đó, chương trình Baroc 3.0 tính độ rỗng chung từ nhiều số liệu xác đònh thành phần thạch học M0 độ rỗng M01 M0 + tỷ phần khoáng vật (K_Feldpar) M012 M01+ tỷ phần khoáng vật M0123 M012+ tỷ phần khoáng vật khác lại đất đá Trang 53 Kết luận 3.1 Kết đo đá Bạch Hổ DEPT(m) 3875.7 3875.8 3875.9 3876 3876.1 3876.2 3876.3 3876.4 3876.5 3876.6 3876.7 3876.8 3876.9 3877 3877.1 3877.2 3877.3 3877.4 3877.5 3877.6 3877.7 3877.8 3877.9 3878 3878.1 3878.2 3878.3 3878.4 3878.5 3878.6 3878.7 3878.8 3878.9 3879 3879.1 3879.2 3879.3 3879.4 3879.5 3879.6 3879.7 GR(API) 56.9468 56.5046 55.9466 55.1149 53.5672 52.4495 52.8513 53.9813 54.6183 54.7867 54.5867 53.9357 53.4865 53.5462 53.4988 53.1408 53.3461 54.3779 55.6307 56.2256 56.3203 56.8836 56.6362 55.271 54.699 54.3323 53.483 52.8759 53.1391 54.7885 55.8781 55.264 55.3079 56.5098 57.3784 57.8522 58.6242 59.5191 59.9578 60.6246 61.9231 GRKT(API) GRTH(API) GRUR(API) RHOB(g\cc) 39.9221 8.5708 13.8189 2.6165 39.0985 7.9029 14.7155 2.6398 39.7039 7.0461 14.7046 2.6593 41.996 7.6055 14.1527 2.6577 44.6503 7.6603 13.0972 2.6509 44.5958 7.3272 13.2213 2.6239 44.3605 7.1108 13.3724 2.6086 44.2513 7.1664 13.3648 2.5998 40.3961 7.4952 15.3828 2.5723 41.9185 11.4851 12.6251 2.5526 44.0353 12.9178 10.715 2.5362 45.5913 14.1272 9.2532 2.5171 54.3667 17.0714 2.9408 2.5052 54.6433 17.2565 2.75 2.5061 54.5562 17.1379 2.945 2.5077 54.5956 17.1671 3.3401 2.513 54.4144 16.8471 3.7045 2.5132 56.2822 16.7339 3.0809 2.5145 56.8487 17.4794 2.4638 2.5217 59.1627 18.8739 0.5827 2.5299 60.599 19.8093 0.5718 2.53 61.644 20.3508 0.5866 2.5352 61.7165 20.3549 0.5878 2.5382 59.4567 19.8841 0.5914 2.5397 53.4317 16.5634 4.4628 2.5501 51.7086 15.2179 6.0223 2.5565 50.8001 14.2601 7.0021 2.5554 48.9459 12.7088 8.7036 2.556 48.4542 12.3232 9.1404 2.5536 53.189 12.3157 6.4311 2.5446 53.6037 12.378 6.1803 2.5419 54.46 12.662 5.457 2.5444 54.9271 12.8731 5.1716 2.5331 55.2007 12.7249 5.0768 2.5244 54.8732 11.9518 5.5118 2.5152 54.7231 11.7462 5.7446 2.5067 54.0565 11.2831 6.2753 2.4966 51.9639 9.6306 8.3928 2.4815 51.8179 9.8465 8.4464 2.4749 52.1125 10.3354 8.256 2.4772 51.5934 10.7304 8.7686 2.4735 NPHI(v\v) 0.07 0.0703 0.0701 0.0698 0.0709 0.0702 0.0712 0.0719 0.0715 0.0722 0.0705 0.0698 0.0695 0.0696 0.069 0.0672 0.0631 0.0602 0.059 0.0576 0.0576 0.0562 0.0552 0.0537 0.0522 0.0525 0.0523 0.0521 0.0523 0.0529 0.0543 0.0561 0.0558 0.055 0.0537 0.0522 0.0531 0.0526 0.0526 0.0499 0.0472 Trang 54 Kết luận 3.2 Kết tính toán phần mềm Baroc 3.0 DEPT(m) 3875.7 3875.8 3875.9 3876 3876.1 3876.2 3876.3 3876.4 3876.5 3876.6 3876.7 3876.8 3876.9 3877 3877.1 3877.2 3877.3 3877.4 3877.5 3877.6 3877.7 3877.8 3877.9 3878 3878.1 3878.2 3878.3 3878.4 3878.5 3878.6 3878.7 3878.8 3878.9 3879 3879.1 3879.2 3879.3 3879.4 3879.5 3879.6 3879.7 3879.8 3879.9 3880 3880.1 KALI(%) THOR(ppm) URAN(ppm) 1.919 2.763 1.5308 1.9095 2.5477 1.6302 1.999 2.2715 1.629 2.1051 2.4518 1.5678 2.2642 2.4695 1.4509 2.2812 2.3621 1.4646 2.2801 2.2923 1.4814 2.27 2.3102 1.4805 2.0139 2.4162 1.7041 1.8629 3.7025 1.3986 1.9047 4.1644 1.187 1.9259 4.5542 1.0251 2.2829 5.5034 0.3258 2.2885 5.563 0.3046 2.2904 5.5248 0.3262 2.291 5.5342 0.37 2.2995 5.431 0.4104 2.4208 5.3946 0.3413 2.4098 5.6349 0.2729 2.4661 6.0844 0.0646 2.4968 6.386 0.0633 2.5276 6.5605 0.065 2.5318 6.5619 0.0651 2.4223 6.4101 0.0655 2.2567 5.3396 0.4944 2.2336 4.9058 0.6671 2.2366 4.5971 0.7757 2.2181 4.097 0.9642 2.2116 3.9727 1.0126 2.5019 3.9702 0.7124 2.5235 3.9903 0.6846 2.5585 4.0819 0.6045 2.5742 4.1499 0.5729 2.6 4.1022 0.5624 2.6273 3.8529 0.6106 2.6307 3.7866 0.6364 2.6182 3.6374 0.6952 2.5913 3.1047 0.9297 2.5691 3.1742 0.9357 2.5572 3.3318 0.9146 2.5013 3.4592 0.9714 2.4863 3.6117 0.95 2.4356 4.2652 0.7022 2.4323 4.3632 0.6386 2.4493 4.4323 0.594 M0(%) 0.042 0.08 0.08 0.118 0.118 0.156 0.156 0.179 0.179 0.199 0.199 0.228 0.228 0.248 0.248 0.247 0.247 0.249 0.249 0.248 0.248 0.247 0.247 0.249 0.249 0.212 0.212 0.175 0.175 0.198 0.198 0.218 0.218 0.199 0.199 0.189 0.189 0.149 0.149 0.148 0.148 0.129 0.129 0.167 0.167 M01(%) 0.702 0.76 0.76 0.738 0.738 0.716 0.716 0.679 0.679 0.639 0.639 0.608 0.608 0.568 0.568 0.507 0.507 0.449 0.449 0.488 0.488 0.427 0.427 0.409 0.409 0.432 0.432 0.375 0.375 0.418 0.418 0.438 0.438 0.419 0.419 0.409 0.409 0.349 0.349 0.368 0.368 0.349 0.349 0.407 0.407 M012(%) 0.752 0.91 0.91 0.948 0.948 0.946 0.946 0.949 0.949 0.949 0.949 0.918 0.918 0.838 0.838 0.737 0.737 0.619 0.619 0.678 0.678 0.557 0.557 0.519 0.519 0.642 0.642 0.685 0.685 0.648 0.648 0.608 0.608 0.569 0.569 0.579 0.579 0.619 0.619 0.658 0.658 0.679 0.679 0.637 0.637 M0123(%) 0.802 1 0.998 0.998 0.996 0.996 0.999 0.999 0.999 0.999 0.998 0.998 0.958 0.958 0.897 0.897 0.809 0.809 0.898 0.898 0.817 0.817 0.819 0.819 0.982 0.982 0.995 0.995 0.998 0.998 0.998 0.998 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.998 0.998 0.999 0.999 0.997 0.997 Trang 55 Kết luận 3.3 Kết biểu diễn dạng đồ thò API ppm v/v API ppm g/cc API % API Trang 56 Kết luận Kết Luận Ứng dụng hạt nhân việc xác đònh đặc tính tầng đòa chất thành phần thạch học độ rỗng cho kết xác Các chuyên gia XNLD Vietsovpetro nghiên cứu áp dụng ứng dụng hạt nhân để giải vấn đề đòa vật lí giếng khoan đặt Như ứng dụng đồng vò phóng xạ để xác lập mặt cắt bơm ép, xác lập, liên kết, xác hóa cấu trúc, vò trí, hình dạng vỉa chứa dầu vùng mỏ v.v Hoặc phương pháp phát xung neutron xác đònh C\O để xác đònh xác vỉa dầu Tóm lại, ứng dụng hạt nhân xác đònh thành phần sét tính toán độ rỗng đất đá, góp phần vào nghiên cứu đặt trưng lắt cắt giếng khoan Tuy nhiên thời gian điều kiện tìm hiểu sinh viên thực hạn chế nên nhiều khóa luận nhiều thiếu sót Kính mong thầy cô, cô dạy bảo thứ lỗi Một lần nữa, em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy cô Bộ môn Vật lý Hạt nhân năm tháng dạy dỗ, bảo Và em xin chân thành cám ơn Tiến só Hoàng Văn Quý, kó sư Trần Văn Lứu, kó sư MaiVăn Bình cô xí nghiệp tận tình giúp đỡ em hoàn thành khóa luận Trang 57 Tài liệu tham khảo [1] Trần Văn Lứu, Các phương pháp phóng xạ Đòa vật lí Giếng khoan, 1997, XN Đòa vật lí Giếng khoan [2] Giáo trình Đòa vật lí giếng khoan , XN Đòa vật lí Giếng khoan [3] Phần mền Baroc 3.0 , XN Đòa vật lí Giếng khoan [4] Log Interpretation Principles/ Application , 1989, Schlumbeger Company [5] Openhole Log Analysis and Formation Evaluation, 1991, Halliburton Company Trang 58 [...]... (ví dụ 30%), Trang 7 Chương 2 : Ứng dụng hạt nhân trong đòa vật lí giếng khoan CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG HẠT NHÂN TRONG ĐỊA VẬT LÍ GIẾNG KHOAN Các phương pháp phóng xạ hạt nhân có cơ sở vật lý – đòa chất dựa trên các hiện tượng phóng xạ tự nhiên và kích thích nhân tạo trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan 2.1 Phóng xạ tự nhiên 2.1.1 Đặc tính phóng xạ tự nhiên của đất đá Trong đất đá, các nguyên tố phóng... nhanh và đặc biệt với hạt nhân nặng Thực nghiệm chứng minh trong miền năng lượng của neutron từ 2 đến 4 MeV, tiết diện va chạm không đàn hồi của mọi hạt nhân, trừ các hạt nhân có số nuclon lạ, đều tăng dần theo khối lượng theo quy luật A2/3 Trong vùng năng lượng 1 MeV tiết diện va chạm không đàn hồi lại thay đổi mạnh từ nhóm hạt nhân này đến nhóm hạt nhân khác Sự bắt neutron là neutron bò hạt nhân bắt... quá trình trong đó neutron bò hạt nhân bắt giữ để tạo thành một hạt nhân phức hợp có cùng số Z và khối lượng thì thì tăng thêm 1 đơn vò (A+1) Trang 16 Chương 2 : Ứng dụng hạt nhân trong đòa vật lí giếng khoan Nói chung, các neutron đều có thể bò bắt bởi các hạt nhân ở mọi cấp năng lượng, nhưng xác xuất để neutron nhanh bò bắt giữ nhỏ hơn rất nhiều so với neutron trên nhiệt và neutron nhiệt Trong Đòa... 6.8-9.4 5.4-8.1 0-1.6 0 0 Pota Chương 2 : Ứng dụng hạt nhân trong đòa vật lí giếng khoan Bảng 2.1.1b Hàm lượng U, K, Th trong đá móng (trích trong tài liệu XN Đòa vật lí GK) Trang 10 Chương 2 : Ứng dụng hạt nhân trong đòa vật lí giếng khoan 2.1.2 Hoạt tính phóng xạ của đất đá Hoạt tính phóng xạ của đất đá rất khác nhau và chúng phụ thuộc thành phần khoáng vật và nguồn gốc của đất đá Các đá xâm nhập phân... nguyên tử Trong trường hạt nhân lượng tử gamma bò hấp thụ hoàn toàn làm bắn ra một cặp hạt điện trái dấu electronpozitron Phôtôn tới Hạït nhân Cặp e- và e+ Hình 2.2.1.3 Hiệu ứng tạo cặp Năng lượng của quá trình sẽ là: h  T  T  2m0C 2 (2.6) Trong đó : T- và T+ lần lượt là động năng của electron và pozitron 2mC2 là năng lượng cần thiết sinh ra một electron ứng yên Cả hai hạt tích điện e- và e+ đều... chậm Thông thường hạt nhân bắt giữ một neutron thì tạo thành hạt nhân mới Các hạt nhân phức hợp này thường ở trạng thái kích thích và chúng sẽ trở về trạng thái cơ bản bằng cách phát xạ gamma Phổ năng lượng của tia gamma phát xạ trong trường hợp này rất đặc trưng cho các hạt nhân phức hợp vừa tạo thành Dựa vào đặc trưng đặc trưng này ta có thể nhận biết sự có mặt của một số nguyên tố trong môi trường... số đo độ phóng xạ tự nhiên tăng dần theo hàm lượng sét chứa trong đá Trang 11 Chương 2 : Ứng dụng hạt nhân trong đòa vật lí giếng khoan Dò thường phóng xạ tự nhiên có thể cao trong trường hợp trong có hàm lượng các chất phóng xạ như cát chứa monazit và đá vôi chứa Uran Biên độ của dò thường thậm chí lớn hơn cả khi cát kết chứa glauconit Than và các lớp đá thủy hóa (thạch cao, anhyhit, muối mỏ) có độ... phụ thuộc vào năng lượng của tia gamma và mật độ khối của môi trường Các giá trò hệ số  trong các môi trường đối với các tia gamma có năng lượng khác nhau dùng để tính hiệu chỉnh suy giảm tia gamma trong dung dòch đo đường kính giếng thay đổi trong ống chống và trong vành ximăng xung quanh giếng khoan 2.3.1.3 Phạm vi ứng dụng của phương pháp đo gamma tự nhiên Phương pháp đo gamma tự nhiên trong giếng... khoan (GR) được sử dụng để phân chia đòa tầng của các lớp trong lát cắt Trang 21 Chương 2 : Ứng dụng hạt nhân trong đòa vật lí giếng khoan Do cường độ phóng xạ càng cao khi hàm lượng sét trong đất đá càng nhiều nên đường cong GR cho dấu hiệu tốt để phân biệt các lớp đá sét (tầng sinh, tầng chắn) và đá chứa ít sét hoặc không chứa sét (tầng thấm chứa dầu khí) Nhìn chung, các phép đo gamma trong giếng khoan... Trang 23 Chương 2 : Ứng dụng hạt nhân trong đòa vật lí giếng khoan trạng thái kích thích và khi chuyển về trạng thái bình thường nó phát ra 1 tia gamma có năng lượng 1.46 MeV Hình 2.3.2.1 Phổ bức xạ gamma của U,Th, và Pota - Phổ năng lượng Uran: Trong tự nhiên Uran có 3 đồng vò phóng xạ U-234, U-235, U-238 có tỷ lệ trong tự nhiên tương ứng là 0.0057% ; 0.72% và 99.27% chu kỳ bán rã tương ứng là 2.5x105 ... kiếm thăm dò khai thác dầu khí đất liền cũn g thềm lục đòa dất nước ta sở ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật Công tác khoan giếng khoan chiếm tỷ trọng lớn dây chuyền tìm kiếm thăm dò dầu khí Trong. .. thụ bề mặt hạt sét), nước tàn dư Độ rỗng, đại lượng không thứ nguyên biểu thò phần trăm (ví dụ 30%), Trang Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan CHƯƠNG ỨNG DỤNG HẠT NHÂN TRONG ĐỊA... neutron bò hạt nhân bắt giữ để tạo thành hạt nhân phức hợp có số Z khối lượng thì tăng thêm đơn vò (A+1) Trang 16 Chương : Ứng dụng hạt nhân đòa vật lí giếng khoan Nói chung, neutron bò bắt hạt nhân