Báo cáo Địa vật lý giếng khoan dầu khí: Tiếp cận và minh giải Địa vật lý giếng khoan trên phần mềm IP

MỞ ĐẦU Địa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ở thành giếng khoan nhằm phát hiện và đánh giá các khoáng sản có ích, thu thập các thông tin về vận hành khai thác mỏ và về trạng thái kỹ thuật của giếng khoan. Kết quả đo ĐVLGK còn rất cần thiết để so sánh với tài liệu đo địa vật lý trên mặt đất nhằm nâng cao hiệu quả áp dụng các phương pháp địa vật lý trên mặt và mở rộng những vùng không có giếng khoan. Việc áp dụng các phương pháp ĐVLGK cho những lượng thông tin độc lập với tài liệu khoan đặc biệt trong trường hợp chất lượng lấy mẫu kém hoặc mất mẫu, đánh giá hiệu quả khoan như xác định trạng thái kỹ thuật giếng khoan,lấy mẫu, mở vỉa, theo dõi sự biến đổi vật lý trong quá trình khoan. Với tốc độ phát triển như vũ bão hiện nay của khoa học công nghệ. Địa vật lý giếng khoan ngày nay càng phong phú về số phương pháp, hiện đại về công nghệ và sâu sắc về nội dung khoa học. Cùng với đó là sự ra đời của các phần mềm giúp đỡ cho con người minh giải các tài liệu giếng khoan trở nên thuận tiện và dễ dàng hơn. Trong đó phải kể đến một phần mềm khá quen thuộc với các kỹ sư Địa vật lý và các nhà minh giải Địa vật lý giếng khoan trong nhiều năm qua, đó là phần mềm Interactive Petrophysics (IP).

MỞ ĐẦU

Địa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ở thành giếng khoan nhằm phát hiện và đánh giá các khoáng sản có ích, thu thập các thông tin về vận hành khai thác mỏ và về trạng thái kỹ thuật của giếng khoan Kết quả đo ĐVLGK còn rất cần thiết để so sánh với tài liệu đo địa vật lý trên mặt đất nhằm nâng cao hiệu quả áp dụng các phương pháp địa vật lý trên mặt và

mở rộng những vùng không có giếng khoan Việc áp dụng các phương pháp ĐVLGK cho những lượng thông tin độc lập với tài liệu khoan đặc biệt trong trường hợp chất lượng lấy mẫu kém hoặc mất mẫu, đánh giá hiệu quả khoan như xác định trạng thái kỹ thuật giếng khoan,lấy mẫu, mở vỉa, theo dõi sự biến đổi vật lý trong quá trình khoan

Với tốc độ phát triển như vũ bão hiện nay của khoa học công nghệ Địa vật lý giếng khoan ngày nay càng phong phú về số phương pháp, hiện đại về công nghệ và sâu sắc về nội dung khoa học Cùng với đó là sự ra đời của các phần mềm giúp đỡ cho con người minh giải các tài liệu giếng khoan trở nên thuận tiện và dễ dàng hơn Trong

đó phải kể đến một phần mềm khá quen thuộc với các kỹ sư Địa vật lý và các nhà minh giải Địa vật lý giếng khoan trong nhiều năm qua, đó là phần mềm Interactive Petrophysics (IP)

Trong quá trình tìm hiểu môn học Địa vật lý giếng khoan, với sự hướng dẫn nhiệt tình của PGS.TS Lê Hải An nhóm của chúng em đã tiến hành tiếp cận và minh giải Địa vật lý giếng khoan trên phần mềm IP và thu được một số kết quả nhất định Dưới đây là toàn bộ báo cáo của nhóm trong quá trình tìm hiểu trên

Nhóm 8

NỘI DUNG CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU PHÂN MỀM IP

I Giới thiệu phần mềm IP

Hình 1: Giao diện phần mềm IP

Interactive Petrophysics (IP) là một công cụ phần mềm được xây dựng nhằm giải quyết các khó khăn trong việc nghiên cứu tính chất vật lý của đất đá Phân mềm này có ưu điểm với sự thiết kế nhanh, chính xác và linh hoạt Do đó nó trở thành công

cụ phân tích hoàn toàn lý tưởng cho các nhà địa chất cũng như các chuyên gia vật lý thạch học Các nhà địa chất dung IP để kiểm tra chất lượng dữ liệu carota nhập vào còn các nhà vật lý thạch học có thể dùng để tiến hành phân tích tính chất đá tại nhiều vùng, nhiều giếng khoan cùng lúc

II Ưu điểm của phần mềm IP

Được phát triển trên 12 năm và hiện tại được sử dụng trên 300 công ty tại hơn

70 quốc gia, IP phát triển dành cho PC và hơn nữa có cả phiên bản di động Nó có thể được sử dụng ở ngoài khơi Trong văn phòng của khách hàng và thậm chí là ngay tại nhà, IP nâng cao hiệu quả, năng suất và sự tin cậy trong phân tích tài liệu IP đưa ra 1 chượng trình minh giải hình ảnh tiên tiến được thiết kế và phát triển bởi các nhà vật lý thạch học Tốc độ và tính tương tác của IP mang lại ý nghĩa rằng dữ liệu giờ được phân chia và áp dụng bằng cách sử dụng các phương pháp đồ thị riêng biệt Chỉ sử dụng chuột, bạn có thể click bất kì thông số nào từ biểu đồ tấn suất, cột dữ liệu và số liệu carota IP ngay lập tức tính toán và hiển thị kết quả khi thông số thay đổi

Phần mềm cũng được sử dụng tại các trường đại học và là 1 công cụ tuyệt vời trong việc đào tạo những kỹ sư và các nhà địa chất IP sẽ đem lại những kết quả nhanh chóng

Chương trình sử dụng: Phần mềm cho phép người dùng tạo ra cho chính mình

1 chương trình con phân tích Chương trình con dễ dàng được thực hiện, các chương trình con riêng biệt hoặc thậm chí phức tạp hơn, tạo ra các chương trình con có khả năng móc nối dữ liệu với nhau Những chương trình con nay được viết bằng các ngôn ngữ lập trình như FORTRAN, PASCAL, C++, VB.NET Sau khi được viết ra các chương trình con có thế chuyến đi dễ dàng cho người khác sử dụng

Người sử dụng có thể xác định 1 cách đơn giản và dễ dàng các thông số sau:

- Đường cong nhập vào và xuất ra

- Thông số đầu vào bao gồm số liệu chữ và logic

- Tham số đầu vào thể hiện bằng bảng

- Hiển thị đồ thị loga tương tác

- Các cột dữ liệu tương tác nhau

III Đặc điểm của IP

Phần chính của phần mềm chính là công cụ phân giải bằng đồ họa Nó cho phép người dùng thực hiện phép minh giải nhanh chóng và phức tạp ở nhiều khu vực chỉ với cú click chuột, tùy chỉnh thông số trên đồ thị log, dữ liệu và biểu đồ tần xuất

Phép phân tích xác định tiêu chuẩn được thực hiện bởi 3 môđun: Hàm lượng sét;

Độ rỗng và độ bão hòa nước; Cắt và tổng kết

- Môđun “hàm lượng sét” cho phép các chỉ tiêu sét phức tạp kết hợp với nhau Chỉ khi hàm lượng sét được xác định thì môđun “độ rỗng và độ bão hòa nước” mới hoạt động Môđun này cũng thể hiện bằng đồ thị tương tác

- Độ rỗng được tính toán bởi các phương pháp khác nhau như: neutron/mật độ; neutron/sóng âm; mật độ; sóng âm; neutron Độ bão hòa nước được tính toán bằng cách sử dụng 1 trong các phương pháp sau: Simandoux; Simandoux biến đổi; Juhasz; Waxman-Smits; Súng cao xạ

- Môđun cắt và tổng kết cho phép sử dụng các mảng cắt đa dạng để tính toán mạng lưới khoan và bể chứa

IV Cơ sở dữ liệu và lợi ích của IP

Cơ sở dữ liệu của IP không chỉ hoạt động đơn giản mà còn linh hoạt Đó có thể chỉ là 1 giếng khoan với các cái nhìn minh giải nhanh hoặc 1 dữ liệu đa giếng và đa khu vực Dữ liệu của IP bao gồm các file dữ liệu nhị phân (.DAT) cho mỗi giếng, mỗi đường cong log, thông số giếng chung và “bộ tham số” minh giải IP cũng hỗ trợ tải các dạng file sau: ASCII; LAS/LBS; LAS3; LIS; DLIS; DBASE4

Điểm đặc biệt nữa của IP là nó cung cấp môđun minh giải bằng 3D Môđun này là nền tảng của IP và nó cho phép bạn nhận biết và hình dung được trong công việc minh giải đa giếng Một số đặc điểm như khuynh hướng biến đổi độ sâu theo khu vực cho tới số liệu đầu vào, tham số và kết quả đều thể hiện trong môi trường 3D

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHÍNH ÁP DỤNG TRONG MINH

GIẢI TÀI LIỆU GIẾNG

I Phương pháp gamma tự nhiên

1 Cơ sở của phương pháp

Phương pháp gamma tự nhiên (GR) là phương pháp đo cường độ phóng xạ tự nhiên của thành hệ Hầu như các loại thành hệ đất đá đều bứcxạ ra tia gamma và cường độ phụ thuộc vào hàm lượng của các đồng vị phóng xạ của Kali, Thori và Uran

có chứa trong thành hệ đó

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý đo GR

GR đo ghi trong giếng khoan thường

núi lửa hoặc khi trong nước trong thành hệ

có chứa muối phóng xạ hòa tan

Hình 2.2: Mối quan hệ của đường GR với thạch học thành hệ

2 Đặc điểm và ưu điểm của đường cong gamma (GR)

 Đặc điểm của đường cong GR:

- Đơn vị đo là API hay xung/phút

- Đối xứng ở vỉa đồng nhất

- Biên độ phụ thuộc vào chiều dày của vỉa

- Dáng điệu của đường cong GR phụ thuộc vào tốc độ kéo cáp Tốc độ kéo cáp càng nhanh thì dị thường lại bị dịch chuyển lên trên ra khỏi vị trí ban đầu

 Ưu điểm của đường cong GR: GR là có thể đo ở mọi môi trường, moi điều kiện, trong giếng khoan đã chống ống, trong giếng khoan bằng dung dịch cơ sở gốc nước (mặn, ngọt), gốc dầu

3 Ứng dụng của phương pháp gamma tự nhiên (GR)

- Phân chia tỉ mỉ các lớp đất đá trong thành giếng khoan

- Xác định ranh giới và chiều dày của các vỉa đất sét

- Xác định hàm lượng sét

- Xác định thành phần thạch học

- Liên kết các giếng khoan

- Xác định môi trường trầm tích

- Xác định vật chất hữu cơ và đá sinh

- Phát hiện than quặng chứa phóng xạ

II Phương pháp mật độ

1 Cơ sở vật lý của phương pháp

Dựa vào hiệu ứng tán xạ Compton Đó là quá trình tương tác của tia gamma với điện tử bao quanh nguyên tử Chiếu vào môi trường xung quanh giếng khoan bằng một chùm tia gamma có năng lượng khác nhau và đo kết quả tương tác chúng với môi trường đất đá Khi đi qua môi trường vật chất ( thành hệ đất đá) tia gamma thực hiện các va chạm với các electron của nguyên tử trong môi trường đó và mất dần năng lượng sau mỗi lần tương tác

Ba hiệu ứng chính của tia gamma khi tương tác với môi trường: hiệu ứng tán xạ Compton, hiệu ứng hấp thụ quang điện và hiệu ứng tạo cặp.(hình 2.3)

Tạo cặp Tán xạ Compton Hiệu ứng quang điện

Hình 2.3: Tia gamma tương tác với môi trường vật chất

Trong ĐVLGK thường dùng nguồn Cs137 phát ra tia gamma có mức năng lương E=0.66 MeV Tại mức năng lượng này thì hiệu ứng tạo cặp không có Detector được thiết kế sao cho chắn ngoài tất cả tia gamma có E < 0.2 MeV Như vậy từ 0.2 đến 0.66 MeV, tán xạ Compton là chủ yếu Số tia gamma tán xạ Compton mà máy giếng ghi được liên quan trực tiếp với mật độ electron (số electron trong 1 cm3 - ρe) trong thành

hệ Mật độ electron lại có quan hệ trực tiếp với mật độ khối ρe của thành hệ đó Số đếm tia gamma của detector sẽ là một chỉ thị cho mật độ khối của môi trường đất đá

Máy giếng đo mật độ: có hai ditector đặt xa nhau để loại trừ ảnh hưởng của lớp

vỏ sét, đặt áp sườn để loại bỏ ảnh hưởng của dung dịch khoan và đường kính giếng khoan

Hình 2.4: Máy giếng đo mật độ

2 Các yếu tố ảnh hưởng tới phương pháp

- Dung dịch khoan

- Xác định ranh giới vỉa

- Kiểm tra trạng thái kỹ thuật của giếng sau khi chống ống

III Phương pháp neutron

Phương pháp Neutron là phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông qua nghiên cứu mật độ neutron, cường độ bức xạ gamma trong môi trường sau khi bắn bằng chum neutron có năng lương cao Các neutron sau khi tương tác với môi trường trở thành neutron nhiệt Ở trạng thái này chúng không chuyển động đúng hướng mà khuếch tán đi được rất sâu và theo mọi hướng phụ thuộc vào đặc điểm khuếch tán của môi trường Việc khuếch tán neutron vào môi trường nhiều hay ít phụ thuộc vào các nguyên tố bắt giữ neutron trong khoáng vật của đá Trong môi trường nhiều hydro thì neutron không đi xa được, ít hydro thì đi được xa hơn Môi trường nhiều lỗ rỗng thì sẽ

có nhiều nguyên tử hydro hơn vì các lỗ rỗng thường chứa đầy nước hoặc hydrocarbon,

do vậy kết quả đo của các phương pháp này phụ thuộc vào độ rỗng của môi trường Môi trường có độ rỗng lớn thì số xung neutron đếm được tại Detector nhỏ, ngược lại, môi trường có độ rỗng nhỏ thì số xung neutron tại detector lớn Chiều sâu nghiên cứu của phương pháp này thay đổi từ 25-50 cm

1 Cơ sở của phương pháp

Cơ sở của phương pháp Neutron là dựa trên nguyên lý tương tác giữa các neutron nhanh với hạt nhân nguyên tử của đá Khi va chạm, neutron sẽ mất dần năng lượng Số năng lượng bị mất qua mỗi lần va chạm phụ thuộc vào khối lượng của neutron và hạt nhân bị va chạm Năng lượng bị mất lớn nhất khi neutron và chạm với hạt nhân có khối lượng bằng nó, đó là hạt nhân hydro Còn khi va chạm với các hạt nhân nặng hơn thì neutron bị chậm không đáng kể Do đó, sự làm chậm neutron chủ yếu phụ thuộc vào số nguyên tử hydro có trong thành hệ Các neutron nhanh từ nguồn

phát ra qua va chạm sẽ mất năng lượng và trở thành neutron siêu nhiệt, tiếp đến là neutron nhiệt và cuối cùng bị hạt nhân chiếm và phát ra tia gamma

Nguồn hóa học

Nguồn phát xung

Hình 2.5: Thiết bị đo ghi neutron

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp neutron

- Đường kính thực của giếng khoan

- Thành phần thạch học của đất đá

- Số lượng và loại hydrocacbon

- Hàm lương sét

- Chiều dày của lớp vỏ sét

- Nồng độ khoáng hóa của giếng khoan

- Nồng độ khoáng hóa của hệ đá vôi

- Tỷ trọng dung dịch khoan

- Nhiệt độ của giếng khoan

3 Ứng dụng của phương pháp neutron

- Xác định độ rỗng của đá chứa

- Kết hợp với các phương pháp khác để xác định thach học và độ rỗng

- Xác định vỉa khí

- Xây dựng lát cắt thành giếng khoan

- Xác định ranh giới dầu nước, dầu khí, khí nước

IV Các phương pháp điện trở

1 Phương pháp hệ điện cực hội tụ (Laterolog, LL)

Laterolog là phép đo điện trở bằng một hệ điện cực có khả năng hội tụ dòng phát đi thẳng vào thành hay sường của giếng khoan Phép đo rất có hiệu quả trong trường hợp vỉa nghiên cứu là những vửa móng có điện trở suất cao hoặc trong trường hợp dung dịch gốc có nước

Hiệu quả của phép đo có hội tụ dòng là: tăng khả năng phân giải lát cắt của đường cong điện trở suất biểu kiến

thẳng vào môi trường nghiên cứu

Kết quả là tín hiệu đo sẽ ít chịu

ảnh hưởng của giếng khoan và các

lớp vây quanh Hình 2.6: Nguyên lý đo Laterolog

Có rất nhiều loại thiết bị được thiết kế đo điện trở suất theo nguyên lý hội tự dòng như: LL3, LL7, LL9, DLL, ARI, Nhưng hiện nay thiết bị loại DLL và ARI được các công ty áp dụng phổ biến nhất và cho hiệu quả cao

Hệ điện cực đo sâu sườn (Dual laterlog): DLL là hệ điện cực gồm 9 điện cực Làm việc theo chế độ luân phiên nhau để có số đo phản ánh các vùng nghiên cứu nông

và sâu hơn.(Hình 2.7)

Hình 2.7: Sơ đồ đo Dual laterlog

Theo sơ đồ, ở chế độ làm việc thứ nhất, các điện cực A2, A1, A1’ và A2’ cùng đóng vai trò các điện cực màn, nghĩa là có cùng cực tính với A0 Như vậy, dòng I0 có thể đi theo đường dòng song song trong đĩa dày OO’, là các điểm giữa của các điện cực kiểm tra M1M2 và M1’M2’ Chiều sâu thấm dòng ở chế độ làm việc này rất lớn và gọi

Azimuthal laterolog (ARI)

Nguyên lý hoạt độn của phương pháp này hoàn toàn giống như LLD nhưng trên điện cực phát A2 được chia thành 12 điện cực nhỏ 12 điện cực này được phân bố

xung quanh thiết bị đo cho phép đo ghi 12 giá trị điện trở suất theo các phương vị khác nhau (Hình 2.8)

Tài liệu Azimuthal laterolog chuẩn bao gồm 2 đường cong chuẩn LLD và LLS, LLhr (high resolution deep laterolog), 12 đường cong điện trở suất theo các phương vị khác nhau nghĩa là do ảnh điện trở (ARI) của thành hệ xung quanh giếng khoan

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý đo điện trở theo các phương vị

- Xác định điện trở suất thực của thành hệ từ đố sử dụng tính độ bão hòa nước + Xác đinh đới nứt nẻ

+ Kết hợp với các phương pháp khác để liên kết giếng khoan

2 Phương pháp vi hệ điện cực hội tụ dòng

Phương pháp vi hệ điện cực là các hệ hệ điện cực được cấu thành tự các điện cực điểm gắn trên bẳng cách điện khi đo được áp vào thành giếng khoan để tránh ảnh hưởng của thành hệ

Phép đo điện trở suất bằng các vi hệ điện cực có chiều sâu nghiên cứu rất nhỏ

và chủ yếu phản ánh điện trở suất của lớp vỏ sét (Rmc) và điện trở suất của đới rửa (Rxo)

Phương pháp vi hệ điện cực là các hệ điện cực được cấu thành từ các điện cực điểm gắn trên bẳng cách điện và khi đo được áp vào thành giếng khoan để tránh ảnh hưởng của thành hệ

Phép đo điện trở suất bằng các vi hệ điện cực có chiều sâu nghiên cứu rất nhỏ

và chủ yếu phản ánh điện trở suất của lớp vỏ sét (Rmc) và điện trở của đới rửa (Rxo);

Có nhiều thiết bị được thiết kế để đo như: MLL (Microlaterolog), PL (Proximity Log), MSFL (Microspherically Focused Log)

Vi hệ cực cầu được lắp đặt trên một tấm cao su gắn trên càng của một thiết bị kết hợp đo đường kính các các Zond đo các phương tiện khác

Vi hệ cực MSFL có 2 ưu điểm: ít nhạy cảm với lớp vỏ sét hơn so với MLL và

có chiều sâu nghiên cứu nông hơn so với PL Nó có thể kết hợp đo cùng một lúc với các Zond khác như DLL, DIL,

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý đo ghi của vi hệ điện cực

V Phương pháp âm học

1 Cơ sở phương pháp âm

Phương pháp âm là phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông qua nghiên cứu thời gian lan truyền của sóng đàn hồi trong môi trường đất đá

Khi sóng lan truyền trong các lớp đất đá khác nhau thì sóng siêu âm truyền với vận tốc khác nhau và sự suy giảm năng lượng của nó (biên độ) trong từng lớp đất đá cũng khác nhau Sóng đàn hồi được đặc trưng bởi các tham số: biên độ, chu kỳ, tần số,

bước sóng và vận tốc Các đặc điểm vừa nêu trên là cơ sở để tiến hành các phương pháp đo siêu âm khác nhau.(Hình 2.10)

Hình 2.11: Thiết bị đo âm

Vì sóng đi trong cả lỗ rỗng và trong ke nứt nên độ rỗng đo được sẽ là độ rỗng thực cộng với độ rỗng khe nứt Do đó độ rỗng tính theo phương pháp này luôn lớn hơn độ rỗng thực của đất đá Để hạn chế sự sai khác này Schlumberger sử dụng phương pháp đo gồm một Zond đo dài và một Zond đo ngắn Việc sử dụng hai Zond

đo rất có ý nghĩa vì khi đo trong đá móng có rất nhiều rạn nứt hoặc hang hốc ta không thể đo được

Sự sắp xếp của các hạt rắn và lỗ hổng của đá có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ truyền sóng siêu âm trong đá Nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng: hình dáng, kích thước và sự phân bố sắp xếp của lỗ rỗng đều tác động lên tốc độ truyền sóng siêu

âm Trong đá có độ rỗng thấp, lỗ rỗng ít nhiều bị tách biệt và phân bố lộn xộn Thông thường khi độ rỗng đạt đến khoảng 5-10% thì thời gian lan truyền sóng thực sự không

có sự thay đổi lớn Vì vậy, phương pháp sóng siêu âm trong giếng khoan được xem là không thể hiện rõ độ rỗng thứ sinh trong điều kiện hang hốc

Ngược lại, nếu các hạt thô trong chất lư như kiểu đá sét gắn kết và đá cát ở gần trên mặt đất có độ rỗng cao hơn 48-50%

Hiện nay, để giảm ảnh hưởng của dung dịch khoang, đường kính giếng khoan

và tăng độ chính xác thì người ta đã thiết kế sử dụng nhiều chấn tử thu, phát cùng một lúc với cách sắp xếp vị trí khác nhau

2 Ứng dụng của phương pháp âm học

- Tính độ rỗng của đá cát sét

- Kết hợp các phương pháp độ rỗng khác để xác định độ rộng nứt nẻ trong carbonate

- Minh giải địa chấn (Synthetic – Tích chập)

- Phát hiện dị thường áp suất cao

CHƯƠNG III : MINH GIẢI

I Cơ sở dữ liệu

1 Bản đồ (Basemap)

Bản đồ thể hiện vị trí, tọa độ của các giếng trong vùng nghiên cứu Dựa trên bản

đồ ta có thể xác định cách minh giải giếng Các giếng được tiến hành minh giải có vị trí nằm ở WYOMING, số liệu do công ty LAWRENCE ALLISON thăm dò khảo sát

Hình 3.1 Bản đồ Basemap Trong quá trình tiếp cận và tìm hiểu phần mềm IP nhóm em tiến hành minh giải giếng số 8 có :

API number: 490252303100

Well number: 61-2-X-15

2 Cột địa tầng tổng hợp

Hình 3.2 Cột địa tầng tổng hợp