Độ thấm của đá chứa và các phương pháp địa vật lý giếng khoan trong công việc xác định độ thấm

Từ đó trong ngành dầu khí quen với việc dùngthuật ngữ Địa vật lý giếng khoan để chỉ các loại hình công việc nghiên cứu giếng khoanthăm dò và khai thác dầu khí bằng các phương pháp địa vậ

Mục Lục

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 2

CHƯƠNG I: Khái niệm và phân loại độ thấm của đá chứa 2

1.Khái niệm: 2

2 Phân loại độ thấm 4

CHƯƠNG II: Mối quan hệ của độ thấm với độ rỗng và độ bão hòa nước 4

1.Quan hệ giữa độ thấm và độ rỗng 4

2.Mối quan hệ giữa độ thấm và độ bão hòa nước dư: 5

CHƯƠNG III: Các phương pháp địa vật lý giếng khoan xác định độ thấm 6

1.Ứng dụng độ rỗng để ước tính độ thấm 6

2 Phương pháp thử vỉa DST 8

3.Phương pháp thử vỉa MDT 10

KẾT LUẬN 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO 14

MỞ ĐẦU

Địa vật lý giếng khoan là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sửdụng nhiều phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ởthành giếng khoan nhằm phát hiện và đánh giá các khoáng sản có ích, thu thập các thôngtin về vận hành khai thác mỏ và về trạng thái kỹ thuật của giếng khoan

Bắt đầu sang thập kỷ 80 thế kỷ 20 công tác đo địa vật lý trong các giếng khoanthăm dò và khai thác dầu khí phát triển nhanh chóng cùng với sự phát triển của ngànhcông nghiệp dầu khí non trẻ ở Việt Nam Từ đó trong ngành dầu khí quen với việc dùngthuật ngữ Địa vật lý giếng khoan để chỉ các loại hình công việc nghiên cứu giếng khoanthăm dò và khai thác dầu khí bằng các phương pháp địa vật lý thay cho thuật ngữ Carotakhông còn đủ để bao quát hết các nội dung của hoạt động này

Được sự bố trí của nhà trường và Bộ môn địa vật lý, chúng em đã có một đợt thựctập giáo học về môn Địa vật lý giếng khoan Thông qua đợt thực tập này chúng em có thểcủng cố lại các kiến thức đã học trong năm học, bên cạnh đó chúng em cũng được nắm rõhơn và tìm hiểu sâu hơn về các mảng nghiên cứu trong Địa vật lý giếng khoan Thầy đãphân công cho các nhóm từng đề tài để tìm hiểu Nhóm chúng em đã thực hiện đề tài:

“Độ thấm của đá chứa và các phương pháp địa vật lý giếng khoan trong công việc xác định độ thấm” Bài báo cáo này của chúng em tập trung khai thác triệt để các thông

tinh về độ thấm của đá chứa, xác định các phương pháp trong địa vật lý giếng khoan đểđánh giá độ thấm của đá chứa Báo cáo gồm 3 chương:

Chương I: Khái niệm và phân loại độ thấm của đá chứa

Chương II: Mối quan hệ của độ thấm với độ rỗng và độ bão hòa nước

Chương III: Các phương pháp Địa vật lý giếng khoan xác định độ thấm

Chúng em xin cảm ơn thầy Trần Văn Hữu đã tận tình giúp đỡ chúng em trong quátrình hoàn thành bài báo cáo này Cuối cùng, báo cáo chắc chắn không tránh khỏi nhữngthiếu sót do thời gian thực tập còn quá ngắn và hạn chế về kiến thức thực tế Rất mongnhận được những đóng góp quý báu từ phía thầy cô và các bạn giúp tôi hoàn thiện bàibáo cáo của nhóm mình hơn

k – Độ thấm tuyệt đối tính bằng Darcy.

Hình 1: Công thức tính độ thấm k theo định luật Darcy

Đối với các đá trầm tích, có thể phân loại ra các độ thấm sau:

2 Phân loại độ thấm.

a Độ thấm tuyệt đối: Là độ thấm khi khí khô và chất lỏng một thành phần đi qua

đất đá

b Độ thấm pha của khí, dầu, nước: Khi hỗn hợp (khí- dầu, khí –nước, dầu-

nước hoặc khí-dầu-nước) đi qua đất đá, độ thấm cho từng loại khí, dầu, nước riêng biệt được gọi là độ thấm pha của khí, dầu, nước Ví dụ trong thành phần

có cả dầu lẫn nước, độ thấm pha tính cho mỗi thành phần là:

 Đối với pha dầu:

Q0 và Q w: Lưu lượng thấm của dầu và nước

μh0và μh w : Độ nhớt của dầu và nước

c Độ thấm tương đối của khí, dầu, nước: Là tỷ số giữa độ thấm pha của khí,

dầu, nước và độ thấm tuyệt đối

CHƯƠNG II: Mối quan hệ của độ thấm với độ rỗng và độ bão hòa nước.1.Quan hệ giữa độ thấm và độ rỗng.

Chưa tìm được mối quan hệ chung về mặt toán học giữa độ thấm và độ rỗng đểdùng cho mọi trường hợp Tuy vậy trong thực tế có trường hợp độ rỗng rất caonhưng độ thấm lại rất kém

Hình 2: Mối quan hệ giữa dộ thấm và độ rỗng ở một số loại đá

Có thể lấy ví dụ: Trường hợp của đá bọt và đá sét Trường hợp các đá bọt có độ rỗng rấtcao nhưng độ thấm =0, 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 có thể độ rỗng của đá dưới 80%, nhưng đột thấm thì gầntriệt 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

2.Mối quan hệ giữa độ thấm và độ bão hòa nước dư:

Đã có nhiều công trình nghiên cứu tìm quan hệ giữa độ thấm tuyệt đối của đá lụcnguyên và độ bão hòa Do hòa nước dư theo tài liệu đo địa vật lý giếng khoan Cáctính toán này gồm 2 loại: một là ứng dụng ở gần vùng chuyển tiếp, và một chochính vùng chuyển tiếp Một vài công thức thực nghiệm dùng cho vùng chuyểntiếp:

 Theo Timur (1896):

k =0.136 Φ4.4Sw−2ir

 Theo Wyllie và Rose (1950):

- Đối với dầu

 Theo Raymer và Freeman:

- Đối với dầu

Quan hệ giữa độ rỗng, độ bão hòa nước dư với độ thấm

Hình trên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ bão hòa nước dư S w ir với độ rỗnghiệu dụng với các giá trị độ thấm cho trước, tính theo các công thức của Wyllie vàRose Các đồ thị này trở thành bản chuẩn để tính độ thấm dầu và khí của đá trầmtích khi giá trị S w ir được xác định từ phép đo mẫu lõi hay đo điện trở Độ rỗng Φ

được xác định từ đo siêu âm hay đo mật độ

CHƯƠNG III: Các phương pháp địa vật lý giếng khoan xác định độ thấm.1.Phương pháp xác định độ thấm từ độ rỗng

Độ rỗng là phương pháp để ước tính độ thấm Sự tương quan được thể hiện ở hìnhtheo tỉ lệ logarit giữa độ thấm và độ rỗng, đặc biệt là khi mối tương quan được giới hạn

dữ liệu từ một vỉa hoặc một thành hệ cụ thể

Độ thấm của thành hệ thường được xác định gián tiếp qua các đường cong đo ghi địavật lý giếng khoan và từ giá trị độ rỗng Theo đó, từ các giá trị độ thấm và độ rỗng đã biếttrước từ nghiên cứu mẫu lõi, người ta xây dựng mối quan hệ giữa chúng theo một hàmtoán học hoặc theo một logic nào đó Từ hàm toán học này giá trị độ thấm sẽ được tínhdựa trên độ rỗng đã tính toán được qua các phương pháp ĐVLGK Trong những năm gần

đây người ta áp dụng các phương pháp truy vấn mờ hoặc mạng nơron nhân tạo tính trựctiếp độ thấm từ các đường cong địa vật lý Các giá trị độ thấm đã biết được xác địnhthông qua các phương pháp như thử vỉa, MDT và đo độ thấm từ mẫu lõi thu được

Cách tính độ rỗng theo các phương pháp địa vật lý giếng khoan:

1.1.Phương pháp sóng âm (Sonic)

Hình 3: Sự lan truyền của sóng âm trong môi trường

1.1.2 Thiết bị đo âm

Hình 4: Thiết bị đo sóng âm

 Sóng đàn hồi được phát ra từ chấn tử phát (T), qua dung dịch khoan (a), khúc xạ

và lan truyền trong thành hệ (b), sau đó lại bị khúc xạ và đi qua dung dịch (c) tớichấn tử thu (R)

 Chấn tử phát và chấn tử thu đặt cách nhau khoảng L cố định

 Thời gian sóng đàn hồi đi theo đường a, b, c gọi là thời gian truyền sóng t

 Vận tốc truyền sóng là: L/(a+b+c)

1.1.3 Xác định độ rỗng của đá qua phương pháp sóng âm:

Ta có:  t t f 1   t ma (1)

Trong đó:

trong đá.

Từ (1) ta sẽ có:

ma s

Cần có 1 lượng hiệu chỉnh ảnh hưởng cuả nhiệt độ và áp suất, để cho giá trị tính toán sátvới giá trị thực hơn Khi đó ta có:

100 s sh

Trong những năm gần đấy có những kết quả nghiên cứu mới răng phương trình (1) chỉ phù hợp trong các trường hợp ( 25% ) Ở những môi trường có độ rỗng lớn (

45%

  ) trong đá cát kết quan hệ  t f( ) không còn là quan hệ của hàm tuyến tính

1.2 Phương pháp mật độ:

1.2.1 Cơ sở của phương pháp

Phương pháp mật độ là phương pháp đo ghi mật độ khối biểu kiến của thành hệ dựa trênhiện tượng tán xạ của tia gamma khi tương tác với môi trường

Dựa vào quá trình tương tác của tia gamma với điện tử bao quanh nguyên tử Chiếu vàomôi trường xung quanh giếng khoan bằng một chùm tia gamma có năng lượng khácnhau và đo kết quả tương tác chúng với môi trường đất đá Khi các tia gamma tương tácvới môi trường đất đá chúng gây ra ba hiệu ứng: Kompton, tạo cặp và hấp thụ quangđiện (hình 2.8) Sau khi tương tác các tia gamma bị tán xạ và mất dần năng lượng

Hình 4: Tia gamma tương tác với môi trường vật chất

Trong phương pháp này dùng nguồn phóng xạ gamma chứa các đồng vị phóng xạ.Trong ĐVLGK thường dùng hai nguồn chính là Co60 và Cs137

Thiết bị đo được đặt giữa giếng khoan hay áp sườn Các khối nguồn và khối đocủa máy giếng được đặt trong ống trụ bằng hợp kim nhẹ có đường kính nhỏ hơn đườngkính danh định của giếng khoan Áp sườn nhờ một hệ lò xo và cánh tay gạt Detector vànguồn phóng xạ được đặt trong màn chì có các khe rãnh hướng tới thành giếng khoan ởphía áp sườn nhằm tăng độ nhạy của kết quả với mật độ của đất đá Detector ghi cường

độ tia gamma tán xạ đặt cách nguồn một khoảng L Cường độ này phụ thuộc vào mật độcủa môi trường

1.3 Phương pháp Neutron:

1.3.1.Phương pháp neutron-gamma

1.3.1.1 Cơ sở vật lý của phương pháp

Bắn phá đất đá ở thành giếng khoan bằng các hạt neutron và đo cường độ bức xạ

gamma phát xạ từ một số nguyên tố nhất định trong đá do kết quả bắt giữ neutron nhiệt

là nguyên tắc chung của phương pháp neutron-gamma

Các neutron nhanh bắn ra từ nguồn S, va chạm với các hạt nhân trong môi trường các

neutron nhanh để biến thành neutron nhiệt càng mau chóng khi môi trường nghiên cứu

có nhiều hạt nhân nhẹ

1.3.1.2 Sơ đồ đo

Trong máy giếng (1) gồm có nguồn S phát xạ ra các neutron và detector D để đếm các lượng tử gamma chiếm giữ Giữa nguồn S và detector D có màn chì (4) để ngăn các tia gamma không đi thẳng từ nguồn đến detector Tín hiệu từ máy giếng đi theo cáp lên mặtđất qua các ngăn điều chế tín hiệu (2) sau đó đưa lên bộ ghi (3)

1.3.2 Phương pháp neutron-neutron

Phương pháp neutron-neutron được thực hiện theo nguyên tắc bắn phá môi trường nghiên cứu xung quanh giếng khoan bằng một luồng các neutron nhanh và đo ghi các neutron có năng lượng thấp (En < 1eV), kịp đi tới detector trước khi có thể bị một số nguyên tố trong môi trường chiếm giữ

Dựa vào mức năng lượng của các neutron khi chạm tới detector để phép đo được thực hiện người ta chia phương pháp này thành hai dạng

- Phương pháp neutron-neutron nhiệt

- Phương pháp neutron-neutron trên nhiệt

1.3.2.1 Phương pháp neutron-neutron nhiệt

Trong biến thể này phép đo ghi các neutron đã ở trạng thái neutron nhiệt, các neutron cóđặc tính ít thay đổi năng lượng và khuếch tán lan tỏa trong môi trường đất đá cho đến khi bị bắt giữ.

Sơ đồ nguyên tắc khi tiến hành đo neutron-neutron nhiệt gần giống với sơ đồ đo

neutron-gamma Một sự khác biệt cơ bản là detector D chỉ đếm các neutron nhiệt mà không đếm các lượng tử gamma chiếm giữ

1.3.2.2 Phương pháp neutron-neutron trên nhiệt

Các neutron có năng lượng trong khoảng 0.1<En<100eV gọi là những neutron trên nhiệt Phương pháp neutron-neutron trên nhiệt là phương pháp đo mật độ các neutorn trong vùng năng lượng đó ở môi trường nghiên cứu

Sơ đồ đo neutron-neutron trên nhiệt có nguyên tắc giống như khi đo neutron-neutron nhiệt, chỉ khác phép đo ở đây dùng detector chỉ đếm các neutron trên nhiệt

1.3.3 Cách xác định độ rỗng qua phương pháp neutron

Độ rỗng theo đường cong neutron được xác định theo mối quan hệ độ rỗng vỉa hiệu dụng

và giá trị neutron theo log:

Φ N= HI −HI ma

HI fl−HI ma

Trong đó: ΦN: Độ rỗng nơtron.N: Độ rỗng nơtron

HI: chỉ số hydro đo được

HI ma : chỉ số hydro của khung đá

HI fl : chỉ số hydro của chất lưu

- Phương pháp neutron- mật độ: Độ rỗng hiệu dụng được xác định từ độ rỗng

tổng (Φ ef¿ được xác định từ độ rỗng tổng (Φ T¿ khi đã hiệu chỉnh ảnh hưởngcủa sét

Φ ef=Φ T∗(1−V sh)(%)

Đối với vỉa dầu, nước: Φ T=Φ D+Φ N

2 (%)

Đối với vỉa khí: Φ T=√¿ ¿ ¿ (%)

- Sơ đồ quy trình các bước xác định độ thấm từ độ rỗng:

- Một ví dụ về mối quan hệ giữa độ rỗng và độ thấm xác định từ excel :

Hình 3: Biểu đồ mối quan hệ giữa độ thấm và độ rỗng giếng khoan A-1X ST tại bể Nam

Côn sơn

2 Phương pháp thử vỉa DST

2.1 Thiết bị thử vỉa DST.

Hình 4: Thiết bị thử vỉa DST

Thử vỉa DST (thử vỉa trong cần khoan, drill stem test) là phương pháp thử vỉa dùng đểxác định tiềm năng khai thác của một khu vực chứa hydrocacbua ngay sau khi khoan vàtrước khi hoàn thiện giếng Đây là phương pháp thử được sử dụng ở những khoảng có cóbiểu hiện dầu khí Khoảng thử này được cách ly bởi phần trên nó và dưới nó bằng packer.Nên dựa vào đó người ta chia ra thiết bị dưới packer và thiết bị trên packer

a Thiết bị nằm dưới packer

- Phin lọc: Làm giảm vận tốc dòng ở khoảng mở vỉa và ngăn cản cá mảnh vụn

có kích thước lớn không cho ống khai thác

- Súng bắn: dùng để mở dòng

b Thiết bị nằm trên packer:

- Packer: có tác dụng làm kín không gian vành xuyến trên và dưới nó, Nhờ đó

mà cách ly tải trọng cảu cột dung dịch nằm trên khoảng mở vỉa

- Van PCT: Đóng mở dòng sản phẩm ngay trên khoảng thử Sự hoạt động cảuvan này có ý nghĩa rất lớn đến độ chính xác khi thử DST

- Đầu nối an toàn: Trường hợp packer bị kẹt không có khả năng kéo lên thì bộthiết bị thử vỉa sẽ được tháo ra và đưa lên từ vị trí trên packer

- Bộ phận rung: Có tác dụng rung packer khi kéo lên trong trường hợp có hiệntượng kẹt cố

- Short: Bộ phận này tương đối đơn giản, thành phần là thiết bị định sẵn lực phá

vỡ Trong trường hợp có sự phun dòng trong cần để dập dòng nhanh chóngngười ta sử dụng một lực bơm dung dịch phá vỡ tràn vào dập sự cố

- Van tuần hoàn trng và ngoài cần phun

2.2 Hoạt động thử dòng DST.

- Giai đoạn đầu dòng

- Giai đoạn làm sạch vỉa

3.Phương pháp thử vỉa MDT.

Đây là phương pháp thử vỉa được áp dụng ở giai đoạn trước khi hoàn thiện giếng khoan.MDT (Modular Dynamic Test) là phương pháp thử vỉa hiên đại với thiết bị DST nhưngphần vượt trội hơn khi có thể lấy được cả mẫu chất lưu và mẫu đá, cho ta những giá trị đo

có đô tin cậy cao phục vụ cho những nghiên cứu sau này và xác định được độ bất đôngnhất của vỉa Sau khi phân tích và đánh giá sự thay đổi của áp suất đáy giếng cùng vớicác nghiên cứu trong phòng thí nghiệm giúp ta có thể đưa ra các kết luận và xác định cácgiá trị của thông số vỉa chứa là độ thấm của vỉa, hệ số skin, áp suất trung bình của vỉa,khoảng cách tới đứt gãy nếu có, độ dài và khả năng liên thông của các khe nứt

Hình 5: Thiết bị thử vủa MDT

3.1 Thiết bị:

- Nguồn điện: cung cấp năng lượng thường nằm trên đầu dụng cụ

- Thủy lực kế: dùng đo áp suất

- Máy dò: áp vào thành giếng khoan và mở dòng

- Bình thu mẫu

- Piston và packer: ép chất lưu vào bình thu mẫu

3.2 Kế hoạch đo: Đo MDT được thiết kế sau khi đo carota trong giếng thân trần.

Phải có sự sắp xếp lên kế hoạch cho các điểm đo đã định sẵn

- Chọn những điểm độ sâu cho việc đo áp suất thành hệ

- Chọn ít nhất 3 điểm đo áp suất cho một lớp

- Những điểm áp suất nên được chọn sao cho nó rơi vào đới chứa dầu, khí hay nước

- Chọn những điểm lấy mẫu cố gắng sao cho nó rơi vào nóc tầng chứa

- Cũng nên chọn một điểm lấy mẫu nước rơi vào đới chứa nước

3.3 Vận hành thiết bị MDT:

- Thiết bị đo nên được kiểm tra định cỡ

- Kiểm tra vị trí điểm zero của tool

- Thiết bị thăm dò nên được tương ứng với độ sâu

- MDT packer phải được cài đặt cho chính xác

- Nên tạo cột áp của dung dịch khoan lớn hơn áp thành hệ

- Thận trọng khi lấy mẫu thành hệ Mẫu lấy đại diện phải là chất lưu thành hệ chứkhông phải là filtrate của dung dịch khoan

3.5 Ứng dụng của MDT.

- Xác định nhanh chóng và chính xác áp suất vỉa

- Trong thành hệ cacbonate kém thấm thì MDT packer kép tỏ ra là hiệu quả

- Mẫu dầu, khí MDT rất hữu ích cho phân tích PVT và các phân tích thí nghiệmkhác

- Tính toán độ mặn của nước vỉa trong phòng thí nghiệm qua phân tích mẫu MDT

- Phương pháp đo MDT trong quá trình lấy mẫu được điều khiển chính xác nên giảmđược những biến cố như tắc nghẽn dòng hay mất tầng chắn

- Dụng cụ trong đo MDT có bộ phận OFA nhằm phân tích chất lưu, cung cấp cho tathành phần chất lưu ngay cả khi dòng chảy phức tạp