Phần 3: Các phương pháp ñiện từ ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN TS Lê Hải An Bộ môn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí, TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT • Các phương pháp đo điện trở (pp thơng thường, hội tụ, vi hệ điện cực) • Các phương pháp đo độ dẫn điện (pp cảm ứng) • Phương pháp tốc độ lan truyền sóng điện từ EPT Phương pháp ñiện trở ðiện trở suất tham số quan trọng xác định vỉa chứa dầu khí độ bão hồ hydrocarbon thành hệ Các phương pháp ñiện trở ðiện trở suất thành hệ phụ thuộc vào yếu tố: ðiện trở suất nước thành hệ Lượng nước Cấu trúc lỗ rỗng ðiện trở suất thành hệ ñược ño ghi cách phát dòng điện vào mơi trường đo cường độ dòng điện chạy qua mơi trường cách đo dòng điện cảm ứng mơi trường Phương pháp điện trở Dòng điện Phương pháp ñiện trở suất biểu kiến Dòng ñiện Phương pháp ñiện trở suất biểu kiến Hệ ñiện cực Nguyên lý ño ñiện trở suất: - ðo ñiện - ðo cường độ dòng điện R=V/I Giá trị đo ghi ñược: ñiện trở suất biểu kiến thành hệ Một ñiện cực thả xuống giếng khoan Một ñiện cực mặt ñất ðo Hệ ñiện cực Hệ ñiện cực gradien Với hệ ñiện cực thế, dòng ñiện có cường độ khơng đổi phát hai điện cực phát A B Hiệu ñiện hai ñiện cực thu M N ñược ño ghi Hai ñiện cực A M thiết bị máy giếng (tool) hai điện cực B N nằm xa vơ Khoảng cách AM gọi chiều dài thiết bị, có hai loại thiết bị ngắn (AM = 16”) dài (AM=64”) ðiểm đo ghi ñiểm O, trung ñiểm AM ðo Chiều sâu nghiên cứu ðo gradien ðường cong ño gradien ðường Dòng phát hai điện cực A B, hiệu ñiện ñược ño ghi hai ñiện cực thu M N nằm hai mặt cầu ñẳng A ðiện ño ñược tỉ lệ với gradien hai ñiện cực M N ðiểm ño ghi ñiểm O, trung ñiểm M N Khoảng cách AO gọi chiều dài thiết bị 18’8” (5m70cm) Trong thực tế, có thiết bị hệ điện cực đo ghi đổi chỗ cho (A, B, N thiết bị thả vào giếng khoan), A, B, M, N ñều nằm thiết bị M cách N khoảng 50 ft 10 in ðo gradien Phương pháp ñiện trở ðườnggradien Chiều sâu nghiên cứu: ðo thế: r = 2AM ðo gradien: r = AO Phương pháp ñiện trở Thay ñổi hình dạng mặt ñẳng thành dạng hình trụ giống giếng khoan cách thay điện cực phát ñiểm ñiện cực phát khối ðiện trở suất yếu tố hình học © Schlumberger Trong trường hợp: • Vỉa nghiên cứu vỉa mỏng có điện trở cao • Dung dịch khoan dung dịch mặn ðiện trở suất thấp Sử dụng hệ ñiện cực hội tụ ðiện trở suất cao ðiện trở suất thấp Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ Sử dụng thiết bị đo điện trở suất có hội tụ dòng phát Phép ño hiệu trường hợp vỉa nghiên cứu vỉa mỏng có điện trở cao, trường hợp dung dịch mặn ðiện cực ép dòng ðiện trở suất thấp Dòng ép ðiện trở ðiện trở suất thấp Hiệu phép đo có hội tụ dòng: • Tăng khả phân giải lát cắt ñường cong ñiện trở suất biểu kiến • Tăng chiều sâu nghiên cứu phép ño ñiện trở trường hợp lát cắt ñiện trở cao ðiện trở suất cao suất cao Dòng hội tụ ðiện trở suất thấp Dòng ép ðiện trở suất thấp Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ LL3 Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ LL7 Ở hệ ñiện cực LL7, ñiện cực ñược ñặt ñối xứng qua ñiện cực phát A0 ðể dòng phát kích thích mơi trường vỉa nghiên cứu cần có hai điện cực phát phụ A1 A2 ñặt ñối xứng qua A0 ñể ép cho phần dòng phát từ điện cực ñi thẳng vào thành giếng khoan ðiện cực phát A0 phát dòng i0 khơng đổi, hai ñiện cực phát A1 A1’ ñược ñiều chỉnh cho ñiện cực theo dõi M1 M2, M1’ M2’ có điện Do điện cặp M1, M2 M1’, M2’ nên khơng có dòng cặp điện cực này, hay nói cách khác, dòng phát từ ñiện cực phát A0 ñi thẳng vào môi trường Khoảng cách O1O2 32 in., A1A1’ 80 in Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Dual Laterolog) Hệ ñiện cực ño sâu sườn Dùng phép ño có chiều sâu nghiên cứu khác nhau: Sâu (LLD) Nông (LLS) Thiết bị DLL lúc ño ghi LLD LLS LLD: sử dụng tần số 35Hz LLS: sử dụng tần số 280Hz LLD: A1 A2 thực ép dòng LLS: A1 thực ép dòng nối với A2 để dòng chạy từ A1 đến A2 Hệ ñiện cực ño sâu sườn Hệ ñiện cực ño sâu sườn ðường cong DLL Hiệu ứng Delaware An anomalous effect on guard log and early laterolog curves first observed in the Delaware Basin It can be recognized as an erroneous high-resistivity gradient in conductive beds when these beds are overlaid by thick high resitivity formations Hiệu ứng Groningen Hiệu ứng Groningen Res is tive Bed Laterolog Induction Giá trị LLD tăng lớn, kèm LLS theo LLS khơng thay ñổi, có LLD /LLG thể có mặt Groningen Res pons e hydrocarbon thành hệ LLG hiệu ứng Groningen Induction does not react Hiện tượng xảy ñiện quy chiếu thay ñổi khác khơng (cable-torpedo) Xảy có lớp điện trở suất cao nằm thành hệ ñang ño ghi Làm cho dòng phát sâu (deep current) bắt buộc phải chạy cột dung dịch LLD increas e Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Dual Laterolog) ðộ phân giải theo chiều dọc: Giá trị lớn đo ghi ñược: LLD 40.000 Ohmm LLS 6.000 Ohmm Giá trị nhỏ đo ghi được: LLD 0,2 Ohmm LLS 0,2 Ohmm 24" Azimuthal Resistivity Image - ARI Azimuthal Laterolog – Azimuthal Resistivity Image - ARI Sâu (LLD) Azimuthal Laterolog Nơng (LLS) ðiện cực phát A2 chia thành 12 ñiện cực nhỏ 12 ñiện cực phân bố ñều xung quanh thiết bị cho phép ño ghi 12 giá trị ñiện trở suất theo phương vị khác Azimuthal Laterolog Azimuthal Laterolog Tài liệu Azimuthal Laterolog chuẩn bao gồm: Hai ñường cong chuẩn LLD LLS LLhr - high resolution deep Laterolog Xác ñịnh nứt nẻ 12 ñường cong ñiện trở suất theo phương vị Ảnh ñiện trở (ARI image) thành hệ xung quanh thành giếng khoan (gần FMS) Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Laterolog) © Schlumberger Làm ñể nghiên cứu vỉa mỏng vùng cận thành giếng (xác ñịnh ñiện trở suất lớp vỏ sét Rmc ñiện trở suất ñới rửa Rxo.) Các phương pháp vi hệ ñiện cực • Phương pháp vi hệ ñiện cực hệ ñiện cực ñược cấu thành từ ñiện cực ñiểm gắn bảng cách ñiện ño ñược áp vào thành giếng khoan • Phép ño ñiện trở suất vi hệ điện cực có chiều sâu nghiên cứu nhỏ chủ yếu phản ánh ñiện trở suất lớp vỏ sét (Rmc) ñiện trở suất ñới rửa (Rxo) Sử dụng hệ ñiện cực có kích thước nhỏ - vi hệ điện cực Các phương pháp vi hệ ñiện cực Càng ñể ño ñường kính Bảng cách ñiện gắn vi hệ ñiện cực Vi hệ điện cực thơng thường (Microlog - ML) • Gồm ñiện cực A, M1, M2 ñặt cách ñều khoảng 1’’ (2,54 cm) • Khi đo ghi phát A đo ghi M1 M2 (vi hệ ñiện cực gradien) phát A ño ghi M2 (vi hệ ñiện cực thế) Sự phát triển phương pháp ðầu tiên Microlog (ML), ñược sử dụng; Tiếp ñến Micro Laterolog (MLL), ñược thay Proximity Log (PL), ñược thay tiếp Càng để đo đường kính M2 M1 A Bảng cách ñiện gắn vi hệ ñiện cực MicroSpherically Focused Log (MSFL), ñược thay tiếp MicroCylindrically Focused Log (MCFL) Vỉa thấm Vỏ sét Vi hệ điện cực thơng thường (Microlog - ML) • ðường cong điện trở suất thứ có chiều sâu nghiên cứu r = AO = 1.5 in, chủ yếu chịu ảnh hưởng lớp vỏ sét (Rmc) phần đới rửa • ðường cong thứ hai có chiều sâu nghiên cứu r = 2AM = in, chủ yếu phản ánh ñiện trở suất ñới rửa (Rxo) Vi hệ ñiện cực sườn (Micro Laterolog - MLL) A0 điện cực điểm, M1, M2 A1 vòng tròn đồng tâm Tấm cách điện Vi hệ ñiện cực sườn (Micro Laterolog - MLL) Vi hệ điện cực gần (Proximity log - PL) • Chịu ảnh hưởng lớp vỏ sét • Gồm điện cực hình chữ nhật Vi hệ điện cực gần (Proximity log - PL) Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroSpherically Focused Log - MSFL) • Gồm điện cực vòng đồng hình chữ nhật • Chịu ảnh hưởng lớp vỏ sét Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroSpherically Focused Log - MSFL) Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroCylindrically Focused Log - MCFL) • Chịu ảnh hưởng lớp vỏ sét Giếng khoan dung dịch gốc dầu Phương pháp cảm ứng Phương pháp cảm ứng Phương pháp cảm ứng (nguyên lý) • Phương pháp cảm ứng phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông qua việc nghiên cứu trường ñiện từ cảm ứng xuất môi trường nghiên cứu bị kích thích trường điện từ ngun sinh • Hiện tượng cảm ứng điện từ tạo dòng điện thành hệ có độ lớn phụ thuộc vào ñộ dẫn ñiện cuả phần thành hệ mà dòng qua • Từ số ño cảm ứng (ñộ dẫn ñiện) tính ñược ñiện trở suất thành hệ Nguyên lý (tổng hợp) Tương tự nguyên lý máy biến Nguyên lý Dòng cảm ứng sinh từ trường (2) ñược loại bỏ hệ thống ñiện tử máy giếng Dòng điện cn dây thu dòng cảm ứng sinh từ trường (2) (4) Từ trường thứ sinh sinh dòng cảm ứng thành hệ Dòng cảm ứng thành hệ ñược sinh từ trường xung quanh thành giếng khoan Cuộn dây phát cuộn dây thu ñược ñặt ñồng trục Từ trường ñược sinh thành hệ Cuộn dây phát dòng ðiện xoay chiều @ 20 kHz Nguyên lý Phương pháp cảm ứng Các tín hiệu đo ghi được: X R X: tín hiệu đồng pha – trực tiếp từ cuộn dây phát đến cuộn dây thu R: tín hiệu lệch pha – tín hiệu tượng cảm ứng điện từ thành hệ Yếu tố hình học Yếu tố hình học Yếu tố hình học vùng định nghĩa phần tín hiệu mà vùng tham gia vào tín hiệu tồn phần G=GmCm + GxoCxo + GtCt + GsCs Trong đó: Gm + Gxo + Gt + Gs = Hiệu ứng SKIN Hiệu ứng SKIN • Trong thành hệ dẫn điện tốt, dòng thứ sinh lớn gây nên trường ñiện từ ñáng kể • Trường ñiện từ lại gây nên suất ñiện ñộng cảm ứng khác vành khuyên lệch pha so với suất ñiện ñộng tạo nên cuộn dây phát • Làm cho tín hiệu thu ñược cuộn dây thu giảm ñi cách ñáng kể, gọi hiệu ứng SKIN • Hiệu ứng skin trở nên đáng kể mà thành hệ có ñộ dẫn ñiện lớn 1000 mmho/m SKIN = πµfσ µ: độ từ thẩm σ : độ dẫn điện f : tần số dòng phát Dòng bị đẩy khỏi vành khuyên làm ñiện trở suất biểu kiến tăng lên ñáng kể 10 Hiệu ứng SKIN Phương pháp DIL – Dual Induction Log ILD=6FF40 Sơ đồ bố trí cuộn dây cảm ứng ILM=8FF28 6FF40 • cuộn dây • 40” khoảng cách hai cuộn dây phát đo So sánh DIL – Dual Induction Log Dual Laterolog • • • • So sánh DIL – Dual Induction Log Dual Laterolog Rmf nhỏ, Φ Rmf nhỏ, Φ lớn Rmf lớn, Φ lớn Rmf lớn, Φ nhỏ: – Nước mặn – V ỉa có hydrocarbon • • • • So sánh DIL DLL Rmf nhỏ, Φ : DLL (DIL kém) Rmf nhỏ, Φ lớn: DLL Rmf lớn, Φ lớn: DIL (DLL kém) Rmf lớn, Φ nhỏ: – Nước mặn: DIL – V ỉa có hydrocarbon: DLL AIT – Array Induction Tools Induction Log ) % ( g n ỗ r ộ ð • Thiết bị đo 28 tín hiệu riêng biệt từ mảng (arrays) Chỉ có cuộn phát làm việc tần số • ðo ghi hai tín hiệu (R) (X) Laterolog • chiều sâu nghiên cứu khác nhau: 10", 20", 30", 60" 90" • độ phân giải theo chiều dọc: ft., ft ft Sử dụng hai (dưới ñường Rw tương ứng) ← Dung dịịch mặ ặn Dung d ch ng t→ ịị ọ ọ 11 AIT – Array Induction Tools AIT – Array Induction Tools Ưu điểm • Chiều sâu nghiên cứu sâu 90’’ cho phép nghiên cứu ñới nguyên thành hệ nào, kể thành hệ xảy trình xâm nhập dung dịch khoan sâu vào thành hệ • ðộ phân giải theo chiều dọc 1ft cho phép hạn chế hiệu ứng ảnh hưởng vỉa vây quanh • Ít chịu ảnh hưởng giếng khoan • Hiệu ứng SKIN ño ghi bù cách ño ghi tín hiệu X-signal • Tín hiệu tự ngẫu lớn bị loại trừ sử dụng cuộn dây thu cân lẫn mảng AIT – Array Induction Tools AIT – Array Induction Tools Chiều sâu nghiên cứu AIT – Array Induction Tools Phạm vi ứng dụng phương pháp Xác ñịnh ñiện trở suất thực thành hệ giếng khoan dung dịch khoan gốc dầu giếng khoan khơ 12 Phương pháp cảm ứng © Schlumberger EPT - Electromagnetic Propagation Log Phương pháp ño tốc ñộ lan truyền sóng điện từ EPT - Electromagnetic Propagation Log Phương trình Maxwell: • Phương pháp tốc độ lan truyền sóng điện từ (EPT) đo ghi thời gian truyền tốc độ suy giảm sóng điện từ tần số cao (25Mhz 1.1 GHz) dọc theo thành giếng khoan vài inch đầu thành hệ • Với tần số cao (GHz) tốc ñộ lan truyền sóng điện từ phụ thuộc tồn vào tính chất điện mơi thành hệ bị ảnh hưởng điện trở suất • Hằng số ñiện môi thành hệ phụ thuộc vào lượng nước chứa thành hệ Hằng số điện mơi Trong ñó: Thiết bị EPT Gồm hai ăngten phát hai ăngten thu vi sóng gắn lên đồng ñược áp sát vào thành giếng 13 Thiết bị EPT Thiết bị EPT cm cm EPT: Electromagnetic Propagation Tool @ 1.1 GHz DPT: Deep Propagation Tool @ 25 MHz Khoảng cách hai ăngten phát thu gần 8cm, khoảng cách hai ăngten thu 4cm HFD: High Frequency Dielectric Tool LFD: Low Frequency Dielectric Tool ðường cong EPT @ GHz @ 20 MHz Chuyển thời gian truyền sóng sang độ rỗng: phương pháp tpo EPT t po = t 2pl − ( A − 60) / 3604 t po = Φt pf + (1 − Φ )t pm Thời gian truyền sóng: TPL (ns/m) Suy giảm sóng: EATT (dB/m) Φ= t po − t pm t pf − t pm : thời gian truyền sóng thành hệ (ns/m) A: tốc ñộ suy giảm (dB/m) tpm: thời gian truyền sóng xương đá (ns/m) tpf: thời gian truyền sóng chất lưu (ns/m) tpl EPT Phương pháp tpo : chuyển thời gian truyền sóng sang độ rỗng Khi thành hệ bão hòa 100% nước: Φ EPT = t po − t pm Phương pháp CRIM: Complex Refractive Index Method ðo ghi trực tiếp giá trị ε Số phức ε∗ t pw − t pm ε" = t pw = 31.1 − 0.029T T: nhiệt ñộ thành hệ ε * = ε ' + iε " 17.975 R Phương trình CRIM Khi thành hệ chứa hydrocarbon: t po = S xo Φt pw + (1 − S xo )Φt ph + (1 − Φ)t pm ε * = (1 − Φ) ε ma + ΦS w* ε * + Φ(1 − S w* ) ε h w ~2.1 dầu 1.0 khí 14 EPT – Haliburton Chuyển thời gian truyền sóng sang độ rỗng: phương pháp CRIM Complex Refractive Index Method EPT – phạm vi ứng dụng Giải phương trình CRIM với ẩn số Sw* (Φ tính từ phương pháp độ rỗng) ε * = (1 − Φ) ε ma + ΦS w* ε * + Φ(1 − S w* ) ε h w Kết thu ñược số phức S w*, phần thực S w (cần xác ñịnh) phần ảo phải xấp xỉ • Xác định hydrocarbon linh động: Sxo-Sw • Xác định vỉa nước: Φ EPT = Φ • Xác định hydrocarbon vùng nước ngọt, nơi mà phương pháp điện trở khơng phân biệt nước dầu: Φ EPT ≠Φ • Với LFD DPT: đới ngun SW • Với HFD EPT: ñới rửa Sxo Acknowledgments Schlumberger Baker Atlas Halliburton 15