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

Mục Lục Trang | MỞ ĐẦU Địa vật lý giếng khoan lĩnh vực địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phương pháp vật lý đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất thành giếng khoan nhằm phát đánh giá khoáng sản có ích, thu thập thông tin vận hành khai thác mỏ trạng thái kỹ thuật giếng khoan Bắt đầu sang thập kỷ 80 kỷ 20 công tác đo địa vật lý giếng khoan thăm dò khai thác dầu khí phát triển nhanh chóng với phát triển ngành công nghiệp dầu khí non trẻ Việt Nam Từ ngành dầu khí quen với việc dùng thuật ngữ Địa vật lý giếng khoan để loại hình công việc nghiên cứu giếng khoan thăm dò khai thác dầu khí phương pháp địa vật lý thay cho thuật ngữ Carota không đủ để bao quát hết nội dung hoạt động Được bố trí nhà trường Bộ môn địa vật lý, chúng em có đợt thực tập giáo học môn Địa vật lý giếng khoan Thông qua đợt thực tập chúng em củng cố lại kiến thức học năm học, bên cạnh chúng em nắm rõ tìm hiểu sâu mảng nghiên cứu Địa vật lý giếng khoan Thầy phân công cho nhóm đề tài để tìm hiểu Nhóm chúng em thực đề tài: “Độ thấm đá chứa phương pháp địa vật lý giếng khoan công việc xác định độ thấm” Bài báo cáo chúng em tập trung khai thác triệt để thông tinh độ thấm đá chứa, xác định phương pháp địa vật lý giếng khoan để đánh giá độ thấm đá chứa Báo cáo gồm chương: Chương I: Khái niệm phân loại độ thấm đá chứa Chương II: Mối quan hệ độ thấm với độ rỗng 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 tận tình giúp đỡ chúng em trình hoàn thành báo cáo Cuối cùng, báo cáo chắn không tránh khỏi thiếu sót thời gian thực tập ngắn hạn chế kiến thức thực tế Rất mong nhận đóng góp quý báu từ phía thầy cô bạn giúp hoàn thiện báo cáo nhóm Trang | NỘI DUNG CHƯƠNG I: Khái niệm phân loại độ thấm đá chứa 1.Khái niệm: a Độ thấm: - Độ thấm đá có độ rỗng mở Độ thấm đá khả cho chất lưu có độ nhớt định qua đá đơn vị gradien áp lực - Độ thấm tuyệt đối k biểu thị dòng chất lưu đồng tác động hóa học với đá pha cứng biểu thi theo định luật Darcy sau: Q = k.( Trong đó: Q-lưu lượng ( – độ nhớt chất lưu (cp) – Diện tích tiết diện ngang ( - Chiều dài tính cm phần môi trường qua có dòng thấm theo phương thấm – Áp suất hai mặt phẳng chắn vuông góc với dòng thấm đầu cuối dòng – Độ thấm tuyệt đối tính Darcy Hình 1: Công thức tính độ thấm k theo định luật Darcy Đối với đá trầm tích, phân loại độ thấm sau: + Hệ số thấm từ – 10mD: yếu Trang | + Hệ số thấm từ 10 – 100mD: yếu + Hệ số thấm từ 100 – 500mD: trung bình + Hệ số thấm từ 500 – 1000mD: tốt + Hệ số thấm từ > 10000mD: tốt Độ thấm thành hệ thường xác định gián tiếp qua đường cong đo ghi địa vật lý giếng khoan từ giá trị độ rỗng Theo đó, từ giá trị độ thấm độ rỗng biết trước từ nghiên cứu mẫu lõi, người ta xây dựng mối quan hệ chúng theo hàm toán học theo logic Từ hàm toán học giá trị độ thấm tính dựa độ rỗng tính toán qua phương pháp ĐVLGK Trong năm gần người ta áp dụng phương pháp truy vấn mờ mạng neutron nhân tạo tính trực tiếp độ thấm từ đường cong địa vật lý Các giá trị độ thấm biết xác định thông qua phương pháp thử vỉa, MDT đo độ thấm từ mẫu lõi thu Hiện kết nghiên cứu mối quan hệ độ thấm độ rỗng chung mà vùng xác định mối quan hệ riêng Phân loại độ thấm a Độ thấm tuyệt đối: Là độ thấm khí khô chất lỏng thành phần qua đất đá b Độ thấm pha khí, dầu, nước: Khi hỗn hợp (khí- dầu, khí –nước, dầunước khí-dầu-nước) qua đất đá, độ thấm cho loại khí, dầu, nước riêng biệt gọi độ thấm pha khí, dầu, nước Ví dụ thành phần có dầu lẫn nước, độ thấm pha tính cho thành phần là: • Đối với pha dầu: • Đối với pha nước: Trong đó: : Lưu lượng thấm dầu nước : Độ nhớt dầu nước P: áp lực thấm c Độ thấm tương đối khí, dầu, nước: Là tỷ số độ thấm pha khí, dầu, nước độ thấm tuyệt đối Trang | CHƯƠNG II: Mối quan hệ độ thấm với độ rỗng độ bão hòa nước 1.Quan hệ độ thấm độ rỗng Chưa tìm mối quan hệ chung mặt toán học độ thấm độ rỗng để dùng cho trường hợp Tuy thực tế có trường hợp độ rỗng cao độ thấm lại Hình 2: Mối quan hệ dộ thấm độ rỗng số loại đá Có thể lấy ví dụ: Trường hợp đá bọt đá sét Trường hợp đá bọt có độ rỗng cao độ thấm =0, bọt rỗng đá kênh thông nối với nhau; Trường hợp đá sét lực ma sát bề mặt dung dịch thấm với mạng tinh thể sét lớn Cả hai trường hợp độ rỗng đá 80%, đột thấm gần triệt tiêu Điều cho thấy giá trị độ rỗng không định cho khả thấm đá mà kiến trúc lỗ rỗng quan trọng 2.Mối quan hệ độ thấm độ bão hòa nước dư: Đã có nhiều công trình nghiên cứu tìm quan hệ độ thấm tuyệt đối đá lục nguyên độ bão hòa Do hòa nước dư theo tài liệu đo địa vật lý giếng khoan Các Trang | tính toán gồm loại: ứng dụng gần vùng chuyển tiếp, cho vùng chuyển tiếp Một vài công thức thực nghiệm dùng cho vùng chuyển tiếp: • Theo Timur (1896): • Theo Wyllie Rose (1950): - Đối với dầu - Đối với khí • - Theo Raymer Freeman: Đối với dầu - Đối với khí Trong đó: : Độ bão hòa nước dư : Độ rỗng : Chiều cao từ mực nước tự đến vùng chuyển tiếp (feet) : Mật độ (tỷ trọng) nước : Mật độ dầu khí Trang | Quan hệ độ rỗng, độ bão hòa nước dư với độ thấm Hình đồ thị biểu diễn phụ thuộc độ bão hòa nước dư với độ rỗng hiệu dụng với giá trị độ thấm cho trước, tính theo công thức Wyllie Rose Các đồ thị trở thành chuẩn để tính độ thấm dầu khí đá trầm tích giá trị xác định từ phép đo mẫu lõi hay đo điện trở Độ rỗng 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 phương pháp để ước tính độ thấm Sự tương quan thể hình theo tỉ lệ logarit độ thấm độ rỗng, đặc biệt mối tương quan giới hạn liệu từ vỉa thành hệ cụ thể Độ thấm thành hệ thường xác định gián tiếp qua đường cong đo ghi địa vật lý giếng khoan từ giá trị độ rỗng Theo đó, từ giá trị độ thấm độ rỗng biết trước từ nghiên cứu mẫu lõi, người ta xây dựng mối quan hệ chúng theo hàm toán học theo logic Từ hàm toán học giá trị độ thấm tính dựa độ rỗng tính toán qua phương pháp ĐVLGK Trong năm gần người ta áp dụng phương pháp truy vấn mờ mạng nơron nhân tạo tính trực Trang | tiếp độ thấm từ đường cong địa vật lý Các giá trị độ thấm biết xác định thông qua phương pháp thử vỉa, MDT đo độ thấm từ mẫu lõi thu Cách tính độ rỗng theo phương pháp địa vật lý giếng khoan: 1.1.Phương pháp sóng âm (Sonic) 1.1.1.Cơ sở phương pháp: Phương pháp sonic phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông qua nghiên cứu thời gian lan truyền song đàn hồi tầ số âm môi trường đất đá Phương pháp siêu âm phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông qua nghiên cứu thời gian lan truyền sóng đàn hồi tần số âm môi trường đất đá Khi sóng lan truyền lớp đất đá khác sóng âm truyền với tốc độ khác suy giảm lượng (biên độ) lớp đá khác Sóng đàn hồi đặc trưng tham số: biên độ, chu kỳ, tần số, bước sóng vận tốc Các đặc điểm vừa nêu sở để tiến hành phương pháp đo âm khác Hình 3: Sự lan truyền sóng âm môi trường 1.1.2 Thiết bị đo âm Trang | Hình 4: Thiết bị đo sóng âm Sóng đàn hồi phát từ chấn tử phát (T), qua dung dịch khoan (a), khúc xạ lan truyền thành hệ (b), sau lại bị khúc xạ qua dung dịch (c) tới chấn tử thu (R) • Chấn tử phát chấn tử thu đặt cách khoảng L cố định • Thời gian sóng đàn hồi theo đường a, b, c gọi thời gian truyền sóng t • Vận tốc truyền sóng là: L/(a+b+c) • 1.1.3 Xác định độ rỗng đá qua phương pháp sóng âm: Ta có: Trang | ∆t = Φ∆t f + ( − Φ ) ∆t ma (1) Trong đó: ∆t ∆t f - thời gian lan truyền sóng âm đá, ( ∆tma Φ µ s / ft ) - thời gian lan truyền sóng âm chất lưu (pha lỏng), ( - thời gian lan truyền sóng âm matrix (pha cứng), ( µ s / ft µ s / ft ) ) - độ rỗng đá (%) Thời gian để sóng âm đoạn đường L đá tổng thời gian sóng pha lỏng thời gian sóng qua pha rắn (matrix) đoạn đường Sóng qua không gian lỗ rỗng đá Từ (1) ta có: Φ bão hòa nước qua matrix có tỷ phần thể tích Φs = ( 1− Φ ) ∆t − ∆tma ∆t f − ∆tma Φ (2) Trong thành hệ gắn kết yếu (2) tính lớn không nên sử dụng trực tiếp mà cần có hiệu chỉnh Cần có lượng hiệu chỉnh ảnh hưởng cuả nhiệt độ áp suất, giá trị tính toán sát với giá trị thực Khi ta có: ( Φs ) e = ∆t − ∆tma 100 ∆t f − ∆tma C.∆t sh Trong đó: C- độ nén ép đá sét Cách tốt để tính tích C.∆t sh so sánh cá giá trị tính xác đinh thừ nguồn khác nhau: nước 100%) Có vài công thức tính C ∆t sh ΦD , ΦN , ΦR sau: C.∆tsh = 100 Hoặc Trang | 10 Φs ΦN Φs với giá trị độ rỗng thực (từ phương pháp Rv đá bão hòa C.∆t sh = 100 Φs ΦR Trong đó: ∆t sh Φs - tốc độ sóng lớp sét kề bên - độ rỗng tính theo (2) Trong năm gần có kết nghiên cứu phương trình (1) phù hợp trường hợp ( Φ > 45% Φ < 25% ) đá cát kết quan hệ ) Ở môi trường có độ rỗng lớn ( ∆t = f (Φ ) không quan hệ hàm tuyến tính 1.2 Phương pháp mật độ: 1.2.1 Cơ sở phương pháp Phương pháp mật độ phương pháp đo ghi mật độ khối biểu kiến thành hệ dựa tượng tán xạ tia gamma tương tác với môi trường Dựa vào trình tương tác tia gamma với điện tử bao quanh nguyên tử Chiếu vào môi trường xung quanh giếng khoan chùm tia gamma có lượng khác đo kết tương tác chúng với môi trường đất đá Khi tia gamma tương tác với môi trường đất đá chúng gây ba hiệu ứng: Kompton, tạo cặp hấp thụ quang điện (hình 2.8) Sau tương tác tia gamma bị tán xạ dần lượng Hình 4: Tia gamma tương tác với môi trường vật chất Trong phương pháp dùng nguồn phóng xạ gamma chứa đồng vị phóng xạ Trong ĐVLGK thường dùng hai nguồn Co60 Cs137 Trang | 11 Thiết bị đo đặt giếng khoan hay áp sườn Các khối nguồn khối đo máy giếng đặt ống trụ hợp kim nhẹ có đường kính nhỏ đường kính danh định giếng khoan Áp sườn nhờ hệ lò xo cánh tay gạt Detector nguồn phóng xạ đặt chì có khe rãnh hướng tới thành giếng khoan phía áp sườn nhằm tăng độ nhạy kết với mật độ đất đá Detector ghi cường độ tia gamma tán xạ đặt cách nguồn khoảng L Cường độ phụ thuộc vào mật độ môi trường Hình 5: Sơ đồ phương pháp mật độ 1.2.2.Xác định độ rỗng phương pháp mật độ Thông thường độ rỗng theo đường cong mật độ tính theo công thức: Với (g/ cát kết (g/ đá vôi ρfl = g/cm3 (đá vôi + cát kết) Mật độ chất lưu vỉa phụ thuộc vào mật độ dầu, khí, nƣớc vỉa phần bị ảnh hưởng dung dịch khoan thấm vào vỉa Để xác định xác giá trị mật độ chất lưu chung quanh thành giếng khoan vô phức tạp, để đơn giản hóa việc tính toán độ rỗng đƣờng cong mật độ, mật độ chất lưu = g/cm3 sử dụng cho cát kết, đá vôi tất giếng 1.3 Phương pháp Neutron: 1.3.1.Phương pháp neutron-gamma 1.3.1.1 Cơ sở vật lý phương pháp Trang | 12 Bắn phá đất đá thành giếng khoan hạt neutron đo cường độ xạ gamma phát xạ từ số nguyên tố định đá kết bắt giữ neutron nhiệt nguyên tắc chung phương pháp neutron-gamma Các neutron nhanh bắn từ nguồn S, va chạm với hạt nhân môi trường neutron bị dần lượng trở thành neutron nhiệt Quá trình làm chậm neutron nhanh để biến thành neutron nhiệt mau chóng 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 neutron detector D để đếm lượng tử gamma chiếm giữ Giữa nguồn S detector D có chì (4) để ngăn tia gamma không thẳng từ nguồn đến detector Tín hiệu từ máy giếng theo cáp lên mặt đất qua ngăn điều chế tín hiệu (2) sau đưa lên ghi (3) 1.3.2 Phương pháp neutron-neutron Phương pháp neutron-neutron thực theo nguyên tắc bắn phá môi trường nghiên cứu xung quanh giếng khoan luồng neutron nhanh đo ghi neutron có lượng thấp (En < 1eV), kịp tới detector trước bị số nguyên tố môi trường chiếm giữ Trang | 13 Dựa vào mức lượng neutron chạm tới detector để phép đo thực người ta chia phương pháp thành hai dạng - Phương pháp neutron-neutron nhiệt - Phương pháp neutron-neutron nhiệt 1.3.2.1 Phương pháp neutron-neutron nhiệt Trong biến thể phép đo ghi neutron trạng thái neutron nhiệt, neutron có đặc tính thay đổi lượng khuếch tán lan tỏa môi trường đất đá bị bắt giữ Sơ đồ nguyên tắc tiến hành đo neutron-neutron nhiệt gần giống với sơ đồ đo neutron-gamma Một khác biệt detector D đếm neutron nhiệt mà không đếm lượng tử gamma chiếm giữ 1.3.2.2 Phương pháp neutron-neutron nhiệt Các neutron có lượng khoảng 0.1