Ứng dụng các phương pháp địa vật lý giếng khoan đánh giá độ bão hòa chất lưu

Trong công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí, tài liệu địa vật lýgiếng khoan đã mang một lượng thông tin rất lớn giúp ta định hướng khoanhvùng có triển vọng, đánh giá các tiềm nă

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT HÀ NỘI

Mục lục

I Định nghĩa: 4

II Phân loại: 4

III Các phương pháp đo: 4

1 Phương pháp đo độ bão hòa của nước: S w 4

2 Các phương pháp xác định độ rỗng 5

3 Xác định điện trở suất 13

IV Minh giải tài liệu địa vật lý giếng khoan xác định độ bão hòa nước: 19

1 Xác định Sw đối với thành hệ cát sạch: 19

2 Các phương pháp Crossplot độ rỗng – điện trở suất 22

3 Xác định Sw đối với thành hệ chứa sét………2

MỞ ĐẦU

Dầu khí là một nguồn tài nguyên thiên nhiên vô giá và quan trọng của đấtnước Dầu khí không chỉ có ý nghĩa to lớn về mặt kinh tế, quốc phòng mà còn cógiá trị về mặt ý nghĩa chính trị xã hội, tạo ra một lượng vật chất to lớn giúp conngười thoát khỏi khủng hoảng, góp phần xoay chuyển và khởi sắc nền kinh tế củamột đất nước Ngành Dầu Khí đang và sẽ giữ vai trò vô cùng quan trọng gópphần cho nhiều ngành kinh tế kỹ thuật khác ra đời và phát triển

Trong công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí, tài liệu địa vật lýgiếng khoan đã mang một lượng thông tin rất lớn giúp ta định hướng khoanhvùng có triển vọng, đánh giá các tiềm năng chứa chắn thông qua các tham số vật

lý như độ rỗng, độ thấm, độ bão hòa, ; xác định thành phần thạch học, môitrường cổ địa chất của tất cả các đối tượng nằm dọc theo lát cắt giếng khoan baogồm các tầng sinh, các tầng chứa, các tầng chắn Chính vì lẽ đó nhóm chúng em

đã chọn đề tài: “ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ GIẾNGKHOAN ĐÁNH GIÁ ĐỘ BÃO HOÀ CHẤT LƯU” Đề tài hướng đến nghiêncứu, tìm hiểu các phương pháp địa vật lý giếng khoan phổ biến hiện nay, áp dụngquy trình minh giải để tính toán các thông số vỉa cho giếng , xác định các khí /dầu hoặc dầu / nước liên lạc bởi những thay đổi của bão hòa dư với chiều sâu, vàgián tiếp nó được sử dụng như là một biến tương quan để ước tính năng suất củacác loại đá chứa vàđể làm tài liệu cho quy trình tính toán trữ lượng, lập phương

án khai thác về sau

Để thực hiện được đề tài này, chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tậntình của thầy Trần Văn Hữu và sự quan tâm chỉ bảo của các thầy cô bộ môn Dầukhí cùng các bạn sinh viên khác Chúng Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâmgiúp đỡ và sự chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và các bạn, tạo điều kiện thuận lợi

để chúng em hoàn thành đề tài này Do thời gian thực hiện hạn chế, nguồn tài liệuthu thập chưa đầy đủ cùng với sự hiểu biết hạn hẹp của sinh viên nên đề tài khótránh khỏi nhiều sai sót về mặt nội dung lẫn hình thức trình bày Kính mong được

sự cảm thông và đóng góp ý kiến của Quý Thầy Cô cùng các bạn

Chúng em xin cảm ơn!

ĐỘ BÃO HÒA

I Định nghĩa:

-Độ bão hòa của một chất lưu nào đó trong đá chứa được định nghĩa bằng

tỷ số thể tích lỗ rỗng mà chất đó chiếm so với thể tích lỗ rỗng toàn phần của đá

-Độ bão hòa là đại lượng không thứ nguyên, có thể biểu thị bằng phần trăm(%), bằng số thập phân (nằm trong khoảng từ 0 đến 1)

II Phân loại:

-Nếu chất lưu là nước vỉa thì đó là độ bão hòa nước Sw, được tính bằng:Sw=Vw/Vp

-Nếu chất lưu là khí ta có Sg và được tính bằng công thức:

Sg=Vg/Vp

-Nếu chất lưu là dầu ta có So: So=Vo/Vp

- Tổng của độ bão hòa nước, độ bão hòa khí và độ bão hòa dầu bằng 1:Sw+Sg+So=1

-Hydrocacbon không bao giờ bão hòa 100% trong đá chứa vì thường chúng

di dời từ nơi khác đến Khi hydrocacbon đẩy nước để choán chỗ trong lỗ rỗng của

đá chứa thì nước luôn luôn còn sót lại do lực mao dẫn Nước lưu lại trong vỉa dầutạo nên độ bão hòa nước dư Sw irr Giá trị này phụ thuộc vào loại lỗ rỗng, kíchthước kênh rỗng, tính chất của hạt đá, một số chất rắn sót lại trong nước cũng ảnhhưởng lớn đến hiện tượng này

III Các phương pháp đo:

1 Phương pháp đo độ bão hòa của nước: S w

Trong thực nghiệm người ta thường dùng công thức Archie sau để tính độbão hòa của nước:

S w n= a Rw

Φ m Rt

Ta tìm hiểu một số cách xác định các thông số trên từ các phương pháp đo.

2 Các phương pháp xác định độ rỗng

2.1 Phương pháp Sonic:

2.1.1 Cơ sở của phương pháp.

Phương pháp sonic là phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thôngqua nghiên cứu thời gian lan truyền của song đàn hồi ở tầ số âm thanh trong môitrường đất đá

Phương pháp siêu âm là phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thôngqua nghiên cứu thời gian lan truyền của sóng đàn hồi tần số âm thanh trong môitrường đất đá

Khi sóng lan truyền trong các lớp đất đá khác nhau thì sóng âm truyền vớitốc độ khác nhau và sự suy giảm năng lượng của nó (biên độ) trong từng lớp đácũng 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 cácphương pháp đo âm khác nhau

Hình 2.11: Lan truyền của sóng âm trong môi trường.

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý

đo âm

Vì sóng đi trong cả lỗ rỗng và trong khe nứt nên độ rỗng đo được sẽ là độrỗng thực cộng với độ rỗng khe nứt Do đó độ rỗng tính theo phương pháp nàyluôn 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 sửdụng hai Zond đo rất có ý nghĩa vì khi đo trong đá móng có rất nhiều rạn nứt hoặchang 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 âm trong đá Nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng: hìnhdáng, kích thước và sự phân bố sắp xếp của lỗ rỗng đều tác động lên tốc độ truyềnsóng âm Trong đá có độ rỗng thấp, lỗ rỗng ít nhiều bị tách biệt và phân bố lộnxộn Thông thường khi độ rỗng đạt đến khoảng 5-10% thì thời gian lan truyềnsóng thực sự không có sự thay đổi lớn Vì vậy, phương pháp sóng âm trong giếngkhoan được xem là không thể hiện rõ độ rỗng thứ sinh trong điều kiện hang hốc

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)

tới chấn tử thu (R).

cách nhau khoảng L cố định.

đường a, b, c gọi là thời gian

truyền sóng t.

L/(a+b+c)

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

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

Hình 2.13: Sơ đồ và nguyên lý đo âm

2.1.2 Xác định độ rỗng của đá chứa sử dụng phương pháp sóng âm

Cách tốt nhất để tính tích C t.sh là so sánh cá giá trị tính s với giá trị độrỗng thực được xác đinh thừ những nguồn khác nhau: D,N,R (từ phươngpháp R v đá bão hòa nước 100%) Có 1 vài công thức tính C.t sh như sau:

2.2 Phương pháp mật độ:

2.2.1 Cơ sở của phương pháp

Phương pháp mật độ là phương pháp đo ghi mật độ khối biểu kiến củathành hệ dựa trên hiện 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 vào môi trường xung quanh giếng khoan bằng một chùm tia gamma cónăng lượng khác nhau và đo kết quả tương tác chúng với môi trường đất đá Khicác tia gamma tương tác với môi trường đất đá chúng gây ra ba hiệu ứng:Kompton, tạo cặp và hấp thụ quang điện (hình 2.8) Sau khi tương tác các tiagamma bị tán xạ và mất dần năng lượng

Hình 2.8: Tia gamma tương tác với môi trường vật chất

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

Thiết bị đo được đặt giữa giếng khoan hay áp sườn Các khốinguồn và khối đo của máy giếng được đặt trong ống trụ bằng hợp kim nhẹ cóđường kính nhỏ hơn đường kính danh định của giếng khoan Áp sườn nhờ một hệ

lò xo và cánh tay gạt Detector và nguồn phóng xạ được đặt trong màn chì có cáckhe rãnh hướng tới thành giếng khoan ở phía áp sườn nhằm tăng độ nhạy của kếtquả với mật độ của đất đá Detector ghi cường độ tia gamma tán xạ đặt cáchnguồn một khoảng L Cường độ này phụ thuộc vào mật độ của môi trường

Hình 2.9: Sơ đồ phương pháp mật độ.

2.2.2 Xác định độ rỗng đá chứa bằng phương pháp mật độ

Xuất phát từ mối quan hệ giữa cường độ chùm tia gamma đo được với mật

độ của các vật chất cấu thành đất đá và chất lưu chứa trong chúngngười ta đã xây dựng hàm mật độ đo được bởi máy đo gamma gamma như sau:

x = f  + sh Vsh + ma (1-  - Vsh)trong đó :

2.3.1 Phương pháp neutron-gamma

2.3.1.1 Cơ sở vật lý

Bắn phá đất đá ở thành giếng khoan bằng các hạt neutron và đo cường độbức xạ gamma phát xạ từ một số nguyên tố nhất định trong đá do kết quả bắt giữneutron 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 môitrường các neutron bị mất dần năng lượng và trở thành neutron nhiệt Quá trìnhlàm chậm các neutron nhanh để biến thành neutron nhiệt càng mau chóng khi môitrường nghiên cứu có nhiều hạt nhân nhẹ.

2.3.1.2 Sơ đồ nguyên tắc 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 máygiếng đi theo cáp lên mặt đất qua các ngăn điều chế tín hiệu (2) sau đó đưa lên bộghi (3)

2.3.2.1 Phương pháp neutron-neutron nhiệt

Trong biến thể này phép đo ghi các neutron đã ở trạng thái neutron nhiệt,các neutron có đặc tính ít thay đổi năng lượng và khuếch tán lan tỏa trong môitrường 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 neutronnhiệt mà không đếm các lượng tử gamma chiếm giữ

2.3.2.2 Phương pháp neutron-neutron trên nhiệt

Các neutron có năng lượng trong khoảng 0.1<En<100eV gọi là nhữngneutron trên nhiệt Phương pháp neutron-neutron trên nhiệt là phương pháp đomật 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 đoneutron-neutron nhiệt, chỉ khác phép đo ở đây dùng detector chỉ đếm các neutrontrên nhiệt

2.3.3 Ứng dụng xác định độ rỗng của các phương pháp neutron.

Trong các trường hợp đơn giản, ta có độ rỗng phi N đo được trong vỉa cátsạch bão hòa khí được tính:

III.1 Phương pháp thế tự nhiên SP:

3.1.1Cơ sở của phương pháp

Lần đầu tiên, năm 1928, lúc chuẩn bị sơ đồ để đo điện trở suất trong giếngkhoan, Schlumberger phát hiện thấy có sự tồn tại một hiệu điện thế giữa điện cực

M trong giếng khoan và điện cực N đặt trên mặt đất khi không có dòng điện phát.Điện thế đó thay đổi từ lớp đất đá này sang lớp đất đá khác, với giá trị từ một vàiđến hàng trăm millivolt Điện thế đó có tên gọi là điện thế tự phân cực Phươngpháp đo thế điện này gọi là phương pháp thế điện tự phân cực hay thế điện cực tựnhiên – SP.

Thế điện tự phân cực trong giếng khoan có hai thành phần chính do haiquá trình vận động của các ion:

1 Thế điện động lực (điện thấm lọc, dòng chảy) Ek phát sinh khi códung dịch điện phân thấm vào môi trường lỗ rỗng không kim loại

2 Thế điện hóa Ec xuất hiện khi hai chất lưu không có cùng độ khoánghóa tiếp xúc trực tiếp với nhau hay qua màng bán thấm (ví dụ sét) và quá trìnhoxy hóa khử trong môi trường có quặng kim loại

3.1.2 Sơ đồ đo thế điện tự phân cực – SP

Các điện cực M và N làm bằng chất liệu kim loại ít bị phân cực điện cựctrong môi trường dung dịch khoan và có độ khoáng hóa khác nhau

Bộ bù phân cực (BPC) sẽ tạo ra một thế điện để khử thế điện phân cực điệncực nếu có

3.1.3 Ứng dụng xác định điện trở suất của nước vỉa Rw.

Phương pháp thế điện cực tự nhiên được ứng dụng rộng rãi trong nghiêncứu các giếng khoan nhằm mục đích khác nhau, đặc biệt trong thăm dò dầu khí vàthan Một trong những nhiệm vụ của phương pháp SP là xác định điện trở suấtnước vỉa Rw

Để xác định Rw, ta cần biết:

+ Điện trở suất của filtrate dung dịch khoan Rmf

+ Nhiệt độ của thành hệ

+ Điện thế toàn phần E

3.2 Phương pháp hệ điện cực đo sâu sườn (Dual Laterolog- DLL):

- Hệ điện cực đo sâu sườn là phép đo điện trở suất bằng 1 hệ điện cực cókhả năng hội tụ dòng phát đi vào thành (sườn) của giếng khoan

- Hệ cực gồm 9 điện cực làm việc theo 2 chế độ luân phiên nhau để có 2 số

đo phản ánh vùng nghiên cứu nông (LLS) và sâu (LLD)

- Sơ đồ làm việc:

Theo sơ đồ, ở chế độ làm việc thứ nhất, các điện cực A2A1A1’ và A2’ cùngđóng 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 cặpđiện cực kiểm tra M1M2 và M1’M2’ Chiều sâu thấm dòng ở chế độ làm việc nàyrất lớn và gọi là laterolog sâu (LLD)

Chế độ làm việc thứ hai, các điện cực A2 và A2’ đổi cực tính thành điện cựcthu 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 (LLS)

Ống dây phát T được nuôi bởi một dòng biến đổi f Cách T một khoảng Lđặt ống dây thu R Các ống dây T và R đặt thẳng hàng và đồng trục tạo thành mộtZond đo đơn giản.

Khi được cung cấp một dòng biến đổi tần số f, ống dây T trở thành mộtlưỡng cực từ biến đổi, nó tạo ra trong môi trường xung quanh giếng khoan mộttrường điện từ sơ cấp (trường trực tiếp) Trường điện từ sơ cấp lan truyền trongđất đá có độ dẫn C và làm xuất hiện trong môi trường này dòng cảm ứng do kếtquả của hiệu ửng Foucault

Dòng cảm ứng truyền trong môi trường dẫn vòng quanh ống dây ở nhữngkhoảng cách và bán kính nhất định Cường độ dòng cảm ứng tỷ lệ với độ dẫn củamôi trường và lệch pha với dòng phát đúng bằng /2 Và nó gây ra trong môitrường nghiên cứu một trường điện từ thứ cấp ngược pha với dòng phát Trườngđiện từ biến đổi thứ cấp sẽ gây cảm ứng trong ống dây thu R một sức điện động(tín hiệu) tỷ lệ với độ dẫn của đất đá xung quanh giếng khoan

Hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ tạo ra một dòng điện trong thành hệ có

độ lớn phụ thuộc vào độ dẫn điện của phần thành hệ mà dòng này đã đi qua

Từ số đo cảm ứng (độ dẫn điện) sẽ tính được điện trở suất của thành hệ

3.1.2 Xác định điện trở suất thực R t :

-Bỏ qua sự cảm ứng tương hỗ và tự cảm ứng của các đường dòng vòng trònđồng trục, ta có thể xem tín hiệu e từ mỗi vòng thành phần tỷ lệ với độ dẫn củavòng đó theo một hệ số gọi là yếu tố hình học phụ thuộc vào vị trí của vòng dướigóc nhìn  tới các ống dây

e=Kgc trong đó:

e- sức điện động trong ống dây R (Volt)

g- yếu tố giả hình học đối với vòng thành phần

c- độ dẫn điện của vòng thành phần

K- hệ số của Zond đo K=….công thức 3.93 trang 82

Với - độ thẩm từ của môi trường (henry/ m)

f- tần số của dòng nuôi (Hz).

I- cường độ dòng nuôi (A)

L- chiều dài Zond đo (khoảng cách T-R) (m)

ST, SR- diện tích hiệu dụng của ống dây T và R (m2)

-Yếu tố hình học g:

2 công thức 3.94 và 3.95 trang 83

-Tín hiệu toàn phần:

E=… công thức 3.99 trang 83

CA, CB… là độ dẫn điện của phần môi trường trong các đới A, B…

GA, GB… là hệ số hình học của đới A, B…

- Phép đo cảm ứng trong giếng khoan là đo tỷ sô E/K, đại lượng này tỷ lệvới độ dẫn điện C

 R=1/C

IV Minh giải tài liệu địa vật lý giếng khoan xác định độ bão hòa nước:

1 Xác định Sw đối với thành hệ cát sạch:

1.1 Công thức Archie

Sw: độ bão hòa nước

Rw: điện trở suất nước vỉa

Rt: điện trở suất thực của

thành hệ

n: hệ số bão hòa

F: yếu tố thành hệΦ: độ rỗng của thành hệa: hệ số môi trườngm: hệ số xi măng gắn kết

Xác định các tham số từ các đường log

Rw xác định từ đường SP

Rt xác định từ đường ID, LLD

Φ xác định từ đường NPHI, RHOB, DT

a,m,n xác định từ tài liệu mẫu lõi

n: thường n=2