PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÍ PHƯƠNG PHÁP MẬT ĐỘ PHƯƠNG PHÁP NƠTRON PHƯƠNG PHÁP ÂM HỌC lê hải an

Phần 2: Các phương pháp xác ñịnh ñộ rỗng ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN TS Lê Hải An Bộ môn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí, TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT • Phương pháp mật độ (Density, Litho-density Logs) • Phương pháp nơtron (Neutron Log) • Phương pháp âm học (Sonic Log) Phương pháp mật ñộ Phương pháp mật ñộ Phương pháp mật ñộ phương pháp ño ghi mật ñộ khối biểu kiến thành hệ dựa tượng tán xạ tia gamma tương tác với mơi trường (còn gọi pp gamma-gamma) Tương tác tia gamma môi trường Năng lượng tia gamma: Eγ=hν, h số Plank, ν vận tốc Tương tác tia gamma môi trường Tùy theo mức lượng tia gamma mà xảy hiệu ứng: tạo cặp, tán xạ Compton hay hấp thụ quang điện Khi qua mơi trường vật chất (thành hệ ñất ñá), tia gamma thực va chạm với electron hạt nhân ngun tử mơi trường dần lượng sau lần tương tác Ba hiệu ứng tia gamma tương tác với mơi trường Hiệu ứng tạo cặp Hiệu ứng tán xạ Compton Hiệu ứng hấp thụ quang ñiện Hệ số suy giảm µ Phương pháp mật độ (density log) Q trình đặc trưng hệ số suy giảm µ tia gamma Iγ = Iγ0 e-µx • • • • Khi tương tác với môi trường, phụ thuộc vào mức lượng, tia gamma bị lôi vào tạo cặp, tán xạ Compton hay hấp thụ quang ñiện, kết cuối tia gamma dần lượng, phần bị hấp thụ Sử dụng nguồn Cs137, phát tia gamma có mức lượng E = 0.66 MeV Tại mức lượng hiệu ứng tạo cặp khơng có Detector thiết kế cho chắn ngồi tất tia gamma có E < 0.2 MeV Như E từ 0.2 ñến 0.66 MeV, tán xạ Compton chủ yếu µ= µp+µc+µe Tồn phần tán xạ Compton hấp thụ quang điện tạo cặp Phương pháp mật ñộ (density log) Phương pháp mật ñộ (density log) • E từ 0.2 ñến 0.66 MeV: tán xạ Compton • Số tia gamma tán xạ Compton mà máy giếng ghi ñược liên quan trực tiếp với mật ñộ electron (số electron cm3 - ρe) thành hệ • Mật độ electron lại có quan hệ trực tiếp với mật ñộ khối ρb thành hệ • Số đếm tia gamma detector thị cho mật độ khối mơi trường đất đá • Quan hệ mật độ electron ρe mật ñộ khối ρb thành hệ  2Z    A  ρ e = ρb   ρ e = ρ b  ∑ Z's  Mol.W Phương pháp mật độ (density log) • ðối với phần lớn ñá nguyên tố phổ biến khống vật tạo đá, số hạng dấu ngoặc đơn hai cơng thức xấp xỉ     Phương pháp mật độ (density log) • Vì thiết bị đo tán xạ mật độ chuẩn định cỡ mơi trường đá vơi bão hồ nước mật độ khối biểu kiến đo thiết bị có quan hệ với số mật ñộ electron ρa = 1,0704 ρe – 0.1883 Phương pháp mật ñộ Máy giếng đo mật độ • Có hai Detector đặt xa ñể loại trừ ảnh hưởng lớp vỏ sét • ðặt áp sườn ñể loại trừ ảnh hưởng dung dịch khoan đường kính giếng khoan Phương pháp mật độ thạch học (litho-density log) • Phương pháp mật ñộ thạch học biến thể phương pháp mật độ, ngồi đo mật độ khối ρb đo số tiết diện hấp thụ quang điện (Pe) • Chỉ số Pe liên quan chặt chẽ ñến thành phần thạch học thành hệ • Nguồn phát tia gamma có mức lượng 662 keV • Tia gamma bị lượng tán xạ môi trường cuối bị hấp thụ hoàn toàn hiệu ứng hấp thụ quang ñiện Phương pháp mật ñộ thạch học (litho-density log) Tiết diện hấp thụ quang ñiện Pe (barn/electron) liên quan ñến số nguyên tử nguyên tố Z sau: Z   10   3, Công thức (5.9) sách Log Interpretation/Principles Applications Pe =  SAI! Low electrone density High electrone density Phương pháp mật ñộ thạch học (litho-density log) Chỉ số thể tích hấp thụ quang điện U: Pe ρ e = U ðường cong ño ghi mật ñộ 1.7 (gm/cc) bulk density 2.5 2.9 2.1 Shale Quartzite Sandstone 2.65 gm/cc ø=0 2.49 gm/cc ø = 10% ø=0 2.71 gm/cc Limestone 2.54 gm/cc ø = 10% ø=0 2.87 gm/cc Dolomite 2.68 gm/cc ø = 10% Shale gas Sandstone ø = 20% gas effect oil water 2.32 gm/cc poorly compacted density variable 2- 2.8 gm/cc Shale compact 1.2 - 1.5 gm/cc Coal Organic shale Salt 2.03 g/cc 2.95 gm/cc Sill (igneous) Shale cave Thiết bị mật ñộ - thạch học (LDT) - Spines and Ribs ðường cong ño ghi mật ñộ Spines= ñường thẳng gia tăng mật ñộ cross-plot số ño detector xa detector gần 1.9 2.0 Mud cake with barite Khi khơng có có mặt lớp vỏ sét hai số ño phải cho mật ñộ (nằm ñường thẳng Spines) B C 2.4 Increasing Mud cake Thickness A Increasing Mud cake Thickness 2.5 2.6 Mud cake without barite 2.7 2.8 2.9 Short spacing Count Rate ðường cong ño ghi mật ñộ ðiểm A: mật độ thật 1.9 Khi có mặt lớp vỏ sét, ñiểm A dịch chuyển ñến ñiểm B điểm C phụ thuộc vào có mặt khống vật nặng (barite) dung dịch khoan hay không 2.0 Mud cake with barite Mật ñộ ñã hiệu chỉnh 2.1 2.2 B 2.3 Long Spacing Count Rate Máy giếng tự hiệu chỉnh giá trị mật ñộ giá trị thật Long Spacing Count Rate 2.3 Khi có có mặt lớp vỏ sét (qua vỉa thấm) hai số ño mật ñộ khác cần phải hiệu chỉnh ñể xác ñịnh mật ñộ thật Thiết bị mật ñộ - thạch học (LDT) - Spines and Ribs 2.1 2.2 C 2.4 Increasing Mud cake Thickness A 2.5 2.6 2.7 ρ Increasing Mud cake Thickness Mud cake without barite Giá trị hiệu chỉnh ∆ρ 2.8 2.9 Short spacing Count Rate ðường cong ño ghi mật ñộ ∆ρ ∼ ρLS − ρSS ∆ρ > ðường cong ño ghi mật ñộ Caliper ∆ρ ρb ∆ρ > ∆ρ ðường cong ño ghi mật ñộ ðường cong ño ghi mật ñộ ρb ∆ρ ∆ρ < ρb Cyclic ∆ρ < Các yếu tố môi trường ảnh hưởng lên số ño phương pháp mật ñộ Ứng dụng phương pháp mật độ • Xác định độ rỗng đá chứa • Xác định khống vật (kết hợp với GR, NGS) • ðộ nhẵn thành giếng khoan • Xác định ranh giới vỉa • Lớp vỏ sét • Kiểm tra trạng thái kỹ thuật giếng khoan sau chống ống • Dung dịch khoan Xác ñịnh ñộ rỗng ñá chứa Xác ñịnh ñộ rỗng ñá chứa Thành hệ Matrix ρb ρma ρb= Δρ ρ f( ma, Φ ρf Φ, ρf) Φ=? Xác ñịnh ñộ rỗng thành phần khoáng vật Xác ñịnh thành phần khống vật Xác định thành phần khống vật Bài tập: xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng vỉa - Hiệu chỉnh ảnh hưởng sét lên ñộ rỗng Giả thiết thành hệ cát kết Xác ñịnh ñộ rỗng vỉa sản phẩm – 4, giả thiết thành hệ ñá vôi GR _ 100 API RHOB g/cc RHOB GR Phương pháp neutron Phương pháp neutron Neutron Phương pháp neutron phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thơng qua nghiên cứu mật độ neutron, cường ñộ xạ gamma môi trường sau bắn phá chùm neutron có lượng cao Neutron Phụ thuộc vào lượng, neutron phân loại thành: • Neutron hạt khơng mang điện, có khối lượng 1.6749x10-27g • Dễ dàng đâm xun qua vật chất • Là hạt không bền, phân rã với chu kỳ T1/2=1.01x103 giây=16.83 phút, Neutron nhanh: En > 0.1 MeV Neutron trung gian: 100 eV < En < 0.1 MeV Neutron nhiệt: 0.025 eV < En < 100 eV Neutron nhiệt: En < 0.025 eV thành Proton, Electron Antineutron với lượng phát 0.78 MeV Tương tác Neutron với môi trường vật chất Khi neutron tương tác với môi trường vật chất thường xảy tượng sau: Tán xạ ñàn hồi Tán xạ không ñàn hồi Hấp thụ neutron Tán xạ ñàn hồi Xảy hạt nhân neutron hai cầu lý tưởng Neutron nhanh lượng tán xạ góc ϕ so với hướng ban ñầu Sau lần va chạm với hạt nhân, neutron lại chuyển ñộng chậm lại Tán xạ đàn hồi Tán xạ khơng đàn hồi Tiêu hao lượng neutron phụ thuộc vào khối lượng hạt nhân M góc tán xạ ϕ E = Eo M + M cos ϕ + (M + 1)2 Xảy với neutron nhanh hạt nhân nguyên tố nặng (không thể xảy với hạt nhân Hydro) Neutron truyền ñộng cho hạt nhân làm hạt nhân tích thêm lượng Hạt nhân bị kích thích phát lượng tử gamma ñể trở trạng thái ban ñầu Emin = αEo α= (M − 1)2 (M + 1)2 ∆E = E0 − E = (1 − α ) E0 Tiêu hao lượng Tiêu hao lượng neutron lớn α = neutron va chạm với hạt nhân nguyên tử Hydro (M=1) Hấp thụ neutron Tiết diện (σ) bắt giữ neutron ñàn hồi Chủ yếu xảy với neutron nhiệt Khi hạt nhân hấp thụ neutron thường kéo theo xảy tượng giải phóng proton, hạt α (He), bắn vài neutron lượng tử gamma nguyên tố có hạt nhân bắt giữ neutron nhiều Cl, B Cd Thời gian sống neutron Thời gian sống neutron Hai trình xảy neutron rời nguồn: làm chậm bị hấp thụ Máy phát xung Nguồn AmBe lượng rời nguồn ) V e ( n o rt u e n g n ợ lư g n ă n Bức xạ tia gamma Vùng lượng neutron nhiệt Bắt giữ Vùng lượng neutron nhiệt Mật ñộ neutron ñiểm phụ thuộc vào: Khoảng cách từ nguồn Mật ñộ nguyên tử gây nên tán xạ Mật ñộ nguyên tử gây nên bắt giữ Thời gian µs Thiết bị ño ghi neutron Thiết bị ño ghi neutron Nguồn phát neutron: nguồn hóa học nguồn phát xung Nguồn hóa học Nguồn hóa học: chứa hỗn hợp Am Be 4Be + 2He -> 6C + n + 5.76 MeV Nguồn phát xung: gồm máy gia tốc electron bia, electron bắn vào bia làm phát chùm neutron Thiết bị ño ghi neutron Nguồn phát xung Thiết bị ño ghi neutron Detector gần Detector: gồm dectector ñược ñặt gần xa so với nguồn Khoảng cách từ nguồn ñến hai detector phải ñược thiết kế cho không nằm vào vùng giao thoa (không phân dị) ñường cong biến thiên mật ñộ neutron theo khoảng cách ñộ rỗng Vùng giao thoa Detector xa no tru en ộñ ật M ðộ rỗng khoảng cách từ nguồn (cm) Thiết bị ño ghi neutron CNL – Compensated Neutron Log Mật ñộ neutron nhiệt ñiểm cách nguồn khoảng cố ñịnh phụ thuộc chủ yếu vào lượng hydrogen (chỉ số hydro – hydrogen index HI) nguồn điểm CNL thiết kế để đo neutron nhiệt – cho phép xác ñịnh số hydro thành hệ DNL: Dual Energy Neutron Log SNP: Sidewall Neutron Porosity Log CNL: Compensated Neutron Log GNT: Gamma Neutron Tool ðường cong neutron Phương pháp neutron cho biết số Hydro (HI) thành hệ HI nước = HI dầu ~ nước HI khí nhỏ (là sở ñể xác ñịnh gas effect) ðơn vị neutron API Tại University of Houston Một ống trụ dài 24ft., 6ft đường kính, chứa 6ft ñá vôi Indiana với 19% ñộ rỗng neutron API ñược ñịnh nghĩa 1/1000 chênh lệch “electrical zero” số đo 6ft đá vơi Indiana có 19% ñộ rỗng ðơn vị ño ñộ rỗng neutron Mỗi thiết bị có phép chuyển đổi từ đơn vị neutron API sang ñộ rỗng ðộ rỗng neutron (theo chuẩn đá vơi – limestone matrix) = ln (Số đo API * số + số 2) ðộ rỗng (thành hệ cát kết) = 0.95 (ðộ rỗng neutron (chuẩn đá vơi)) + 035 Hiệu ứng khí (Gas Effect) Ứng dụng phương pháp neutron • Xác định độ rỗng đá chứa • Kết hợp với phương pháp khác ñể xác ñịnh thạch học ñộ rỗng • Xác định vỉa khí • Xây dựng lát cắt thành giếng khoan • Xác định ranh giới dầu nước, dầu khí, khí nước Xác định độ rỗng 10 Xác ñịnh ñộ rỗng thạch học Bài tập: xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng GR Xác ñịnh ñộ rỗng vỉa sản phẩm A - D Giả thiết thành hệ ñá vôi Xác ñịnh ñộ rỗng vỉa sản phẩm A - D Giả thiết thành hệ cát kết Xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng vỉa cát sét X880, X980, X025 Hiệu chỉnh ảnh hưởng sét lên thành hệ GR _ 80 API 30 NPHI -10 % NPHI Xác ñịnh ñộ rỗng GR _ 125 API - - - CAL - - - 16 in 30 NPHI -10 % 30 PHID -10 % PHID NPHI 11 Alpha Processing Alpha Processing NPHI • NPHI: traditional ratio to porosity transform from instantaneous near and NPHI far counts • TNPH: new ratio to porosity transform: TNPH dead time, depth and resolution match • NPOR: enhanced resolution processing NPOR using short spacing detector countrates TNPH NPOR and TNPH Alpha Processing It utilizes the higher resolution of the near detector to increase the resolution of the more accurate far detector Alpha Processing Alpha Processing The first step is to depth-match the two detectors' responses Alpha Processing The difference between the two readings now gives the "high frequency" information which highlights thin beds missed by the far detector The next step is to match the resolution of both detectors 12 Alpha Processing The "high frequency" information is added to the far detector signal to give the final enhanced log Phương pháp âm Phương pháp âm Lan truyền sóng âm môi trường Phương pháp âm phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông qua nghiên cứu thời gian lan truyền sóng đàn hồi tần số âm mơi trường đất đá Sóng đàn hồi ñặc trưng tham số: biên ñộ, chu kỳ, tần số, bước sóng, vận tốc Các loại sóng âm Các loại sóng âm Sóng dọc (sóng nén): hướng dịch chuyển vật chất song song với hướng truyền sóng 13 Các loại sóng âm Lan truyền sóng âm mơi trường giếng khoan Sóng ngang: hướng dịch chuyển vật chất vng góc với hướng truyền sóng Sóng dọc Sóng ngang Sóng ống hc cá gn aỏ hK Thời gian Lan truyền sóng âm mơi trường giếng khoan Thiết bị đo âm Sóng đàn hồi phát từ chấn tử phát (T), qua dung dịch khoan (a), khúc xạ lan truyền thành hệ (b), sau lại khúc xạ qua dung dịch khoan (c) tới chấn tử thu (R) • Chấn tử phát chấn tử thu ñược ñặt cách khoảng cách L cố định • Thời gian sóng đàn hồi ñi theo ñường a, b, c ñược gọi thời gian truyền sóng t • Thiết bị đo âm Thiết bị đo âm • Thời gian sóng đàn hồi ñi theo a, b, c ñược gọi thời gian truyền sóng t • Vận tốc truyền sóng là: L / (a+b+c) Trong phương pháp âm, ñơn vị biểu diễn thời gian truyền sóng đơn vị chiều dài: • ∆t= ðể loại trừ ảnh hưởng dung dịch khoan, thiết bị có hai chấn tử thu R1, R2 sử dụng • • Thời gian truyền sóng: t= [(a+b+c)-(a+d+c)]/L = (b-d)/L (a+b+c)/L n v às/ft hoc µs/m 14 Thiết bị ño âm Thiết bị ño âm Thiết bị đo âm Thiết bị đo âm Vị trí thiết bị ño âm giếng khoan Các hiệu ứng thiết bị ño âm lệch tâm giếng khoan 15 Thiết bị ño âm (Array – Sonic) Cho phép đo ghi sóng (sóng dọc, sóng ngang sóng ống) Phương pháp xử lý Slowness-Time Coherence (STC) Mục đích để trích thơng tin sóng sóng ngang sóng ống ðánh dấu loại sóng ñã xác ñịnh Phương pháp xử lý Slowness-Time Coherence (STC) Phương pháp xử lý Slowness-Time Coherence (STC) Phương pháp xử lý Slowness-Time Coherence (STC) ðường cong ño âm ðơn vị µs/ft µs/m 16 Hiệu ứng khí (Gas Effect) Ứng dụng phương pháp âm học • Tính độ rỗng đá cát sét • Kết hợp với phương pháp độ rỗng khác để tính độ rỗng nứt nẻ ñá carbonate Xác ñịnh ñộ rỗng ñá chứa • Minh giải địa chấn (Synthetic – tích chập) • Phát dị thường áp suất cao Xác ñịnh ñộ rỗng ñá chứa Thành hệ Matrix ∆t ∆tma Φ ∆tf ∆t= f(∆tma, Φ, ∆tf) Φ=? Tính độ rỗng ñá cát sét Hiệu chỉnh ảnh hưởng sét fluid Vma Vfl 17 Synthetic – tích chập Lan truyền sóng mơi trường © Schlumberger Bài tập: xác ñịnh hàm lượng sét ñộ rỗng STC & STC Projection Log © Schlumberger Bài tập Xác định hàm lượng sét từ ñường cong SP GR khoảng ñộ sâu sau: 6500-6510, 6530-6540, 6545-6555, 6570-6580, 6610-6620, 6640-6650, 6690-6700 ft Tại lại có khác biệt hàm lượng sét tính từ SP GR khoảng 6610-6620 6690-6700 ft Hàm lượng sét phải hiệu chỉnh sao? Xác ñịnh Rw biết: nhiệt ñộ thành hệ 150oF, Rmf@150oF=0.0967 Ohmm Xác ñịnh ñộ rỗng theo sonic log khoảng ñộ sâu kể trên, giả thiết thành hệ cát sét Xác ñịnh thành phần thạch học khoảng ñộ sâu: 6562-6568, 66606680 6680-6700 ft Nguyên nhân dị thường khoảng ñộ sâu 6570 ft 18 Acknowledgments Schlumberger Baker Atlas Halliburton 19