2. CÔNG TÁC ĐỊA CHẤT THĂM DÒ
2.1.2. rỗng (Φ, PHI)
Độ rỗng là tỷ phần không gian không được lấp đầy chất rắn trong thể tích toàn phần của khối đá. Đối với các đá trầm tích hạt vụn, độ rỗng được định nghĩa là tỷ số của tổng thể tích không gian rỗng giữa các hạt vụn hoặc tinh thể với tổng thể tích của đá tương ứng và được tính theo công thức sau:
Ф = t P V V = t s t V V V − (%) (2.1)
Trong đó: VP: là thể tích không gian rỗng. Vt: là tổng thể tích của đá. Vs: là thể tích pha cứng.
Căn cứ vào những đặc điểm riêng người ta phân loại độ rỗng như sau:
Độ rỗng toàn phần (Фt, PHIT): là tỷ phần thể tích của tất cả không gian rỗng (giữa hạt, các kênh thông nối, nứt nẻ, hang hốc, bọt…) cộng lại trong đá:
Ф = t P V V = t s t V V V− (%) (2.2) Trong đó:
VP:là thể tích không gian rỗng trong đá (thường chứa hydrocacbon và nước). Vt: là thể tích toàn phần của đá.
Vs: là thể tích pha cứng.
Độ rỗng toàn phần gồm có: độ rỗng nguyên sinh và độ rỗng thứ sinh [2].
Độ rỗng nguyên sinh (Ф1): được thành tạo trong quá trình trầm tích của đá, là độ rỗng giữa các hạt hay các tinh thể. Nó phụ thuộc vào kiểu, kích thước và cách sắp xếp của các hạt trong pha cứng.
Độ rỗng thứ sinh (Ф2): được thành tạo do quá trình biến đổi thứ sinh như: hòa tan, nứt nẻ, tái kết tinh, ximăng hóa… Nó là phần lỗ rỗng được thành tạo do quá trình phát triển của đá, do các lực ép nén kiến tạo theo các chiều khác nhau và do quá trình biến đổi các vật chất hữu cơ trong đá.
Độ rỗng hở hay độ rỗng thông nối (Фthn): là phần lỗ rỗng thông nối với nhau mà chất lưu có thể di chuyển từ nơi này qua nơi khác trong đá. Độ rỗng thông nối thường nhỏ hơn độ rỗng toàn phần bởi có nhiều trường hợp các lỗ rỗng trong đá không có sự liên thông với nhau như đá bọt.
Độ rỗng tiềm năng (Фp): là phần lỗ rỗng hở có đường kính các kênh thông nối đủ lớn để dòng chất lưu có thể đi qua dễ dàng. Đối với dầu đường kính kênh thông nối phải > 50μm, còn đối với khí > 5μm. Độ rỗng tiềm năng đôi khi có giá trị nhỏ hơn độ rỗng hở.
Ví dụ, các tập sét có độ rỗng hở rất cao từ 50%-85% nhưng hoàn toàn không có lỗ rỗng tiềm năng do các kênh thông nối trong đá cát sét rất bé, hơn nữa sét lại có
đặc điểm hấp thụ bề mặt cao nên độ thấm rất kém, khi đó các lớp sét đóng vai trò như một màng chắn ngăn cản chất lưu di chuyển.
Độ rỗng hiệu dụng (Фe, PHIE): là phần lỗ rỗng chứa chất lưu tự do trong không gian của lỗ rỗng hở hoặc lỗ rỗng tiềm năng, nghĩa là khi không tính đến phần thể tích của lớp nước bao, nước hấp thụ trên bề mặt các hạt sét, nước tàn dư [2].
Hình 2.2.Độ rỗng toàn phần và độ rỗng hiệu dụng trong đá chứa [1] 2.1.3. Độ bão hoà nước (Sw).
Độ bão hoà nước của đá chứa là tỷ số giữa thể tích của không gian lỗ rỗng chứa nước và thể tích không gian rỗng của đá chứa (Hình 3.3) [2]. Nếu chất lưu là nước vỉa thì đó là độ bão hoà nước Sw và tính bằng công thức:
Sw = V V p w (%) (2.3) Trong đó:
Vw: là thể tích nước chứa trong không gian lỗ rỗng Vp: là thể tích không gian lỗ rỗng.
Khung đá Khung đá
Độ rỗng hiệu dụng Φe Độ rỗng phi dụng Độ rỗng (ΦT)
Sw = Snước dư + Snước tự do So = Sdầu dư + Sdầu tự do
Hình 2.3. Mô Hình đá chứa [1]
Trong trường hợp lỗ rỗng không có chất lưu khác, Vw = Vp, thì Sw = 1, khi đó đá chứa gọi là đá chứa nước.
Nếu trong lỗ rỗng có các thành phần chất lưu khác như hydrocacbon (Vhy) thì Vw = Vp – Vhy nên: Sw = V V p w = VV V P hy P− (%) (2.4)
Cũng như độ rỗng, độ bão hoà là đại lượng không thứ nguyên có thể biểu thị độ bão hoà bằng phần trăm (%) hoặc bằng thập phân 0≤ Sw ≤1.
2.1.4. Độ thấm (K).
Độ thấm là khả năng cho chất lưu có độ nhớt nhất định đi qua đá đó dưới một đơn vị gradien áp lực. Vì vậy độ thấm chỉ có trong các đá có độ lỗ rỗng mở [2].
Độ thấm pha là phép đo khả năng chảy của một pha, trong trường hợp có mặt cả nước vỉa và khí tự do lẫn với dầu, được gọi là độ thấm hiệu dụng.
• Đối với pha dầu:
o o o Q h K PS µ = ∆ (D) (2.5)
• Đối với pha nước:
w w w Q h K PS µ = ∆ (D) (2.6) Trong đó:
Qo và Qw : lưu lượng thấm của dầu và của nước (cm3/s). μo và μw : Độ nhớt của dầu và của nước (centipoise). ΔP: áp lực thấm (atm).
H: chiều dài tính bằng cm của môi trường qua đó có dòng thấm đi theo phương thấm.
S: diện tích tiết diện ngang (cm2).
Độ thấm tương đối là tỷ số của độ thấm pha của đá đối với một pha chia cho độ thấm tuyệt đối, và biến thiên theo giá trị độ bão hòa của pha đó [2].
o ro
K K
K
= là độ thấm tương đối của dầu. (2.8) w w r K K K
= là độ thấm tương đối của nước. (2.9) Độ thấm của thành hệ thường được xác định gián tiếp qua các đường cong đo ghi địa vật lý giếng khoan và từ giá trị độ rỗng. Theo đó, từ các giá trị độ thấm và độ rỗng đã biết trước từ nghiên cứu mẫu lõi, người ta xây dựng mối quan hệ giữa chúng theo một hàm toán học hoặc theo một logic nào đó. Từ hàm toán học này giá trị độ thấm sẽ được tính dựa 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 nơtron nhân tạo hoặc từ mẫu lõi tính trực tiếp độ thấm từ các đường cong địa vật lý. Hiện nay không có một kết quả nghiên cứu nào chỉ ra được mối quan hệ giữa độ thấm và độ rỗng chung mà mỗi vùng có thể xác định được một mối quan hệ riêng.
2.1.5 Hàm lượng sét ( ) .
Hàm lượng sét ( ) được tính dựa trên đường GR, SP, Rt,.... Nhưng chủ yếu
được xác định theo công thức sau: ΔJ là chỉ số Gamma ray.
min max min GR GR J GR GR − ∆ = − (2.10)
Do khu vực nghiên cứu là các tầng đá trẻ Đệ tam nên ta sử dụng công thức : = 0,083 ( - 1) (%) (2.11)
Trong đó:
GRmin: giá trị cường độ gamma nỏ nhất tại vỉa cát sạch nhất trong khu vực khảo sát. GRmax: giá trị cường độ gamma lớn nhất ứng với vỉa có hàm lượng sét cao nhất.
2.1.6. Xác định độ rỗng (Ф).
Độ rỗng ở giếng khoan được xác định chủ yếu bằng phương pháp Neutron và phương pháp mật độ. Độ rỗng toàn phần của giếng được tính từ 2 độ rỗng trên. Riêng đối với khu vực có hiện tượng sập lở thành giếng khoan ảnh hưởng tới số đo của hai phương pháp neutron và phương pháp mật độ, độ rỗng tổng sẽ được tính theo đường cong âm.
Việc xác định ФN và ФD được thực hiện như sau: Giá trị ФN được đọc từ đường cong NPHI.
Giá trị ФD được đọc từ đường cong RHOB như sau: + Đọc giá trị ρb từ đường cong RHOB.
+ Dựa vào mối quan hệ của ρb và ФD ta sẽ xác định được giá trị ФD.
ρb= Ф. ρf + (1- ФD ). ρma (g/cm3) (2.12) Trong đó:
ρb (g/cm3) là mật độ khối của thành hệ đo bằng RHOB. ρma (g/cm3) là mật độ của matrix. ρfl (g/cm3) là mật độ của chất lưu. Từ đó ta có công thức tính độ rỗng : fl ma b ma D ρ ρ ρ ρ φ − − = (%) (2.13)
Khi đó độ rỗng toàn phần được tính như sau: Đối với vỉa dầu, nước:
2
D N
T
Φ + Φ
Φ = (%) (2.14)
Đối với vỉa khí:
2 2 2 D N T Φ − Φ Φ = (%) (2.15)
Φe = ΦA. (1-Vsh) (%) (2.16)
2.2. Các phương pháp ĐVLGK.
2.2.1.Phương pháp Gamma tự nhiên (GR).
2.2.1.1 Cơ sở của phương pháp.
Gamma tự nhiên là phương pháp đo cường độ phóng xạ tự nhiên của thành hệ. Các tia phóng xạ được phát ra từ các đồng vị phóng xạ, chúng gồm 3 nhóm: Urani, Thori và Kali. Trong đá trầm tích các nguyên tố phóng xạ này thường liên quan chặt chẽ với hàm lượng sét. Độ phóng xạ tăng khi hàm lượng sét tăng, trừ trường hợp đá trầm tích có chứa khoáng vật phóng xạ hàm lượng Urani tăng lên do nứt nẻ, do tăng vật chất hữu cơ v.v… [2]. Hình 2.4 mô tả hoạt động của thiết bị đo.
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý đo Gamma Ray [1]
Đặc điểm đường cong Gamma Ray: - Đối xứng ở vỉa đồng nhất.
- Biên độ dị thường phụ thuộc vào chiều dày của vỉa.
- Một trong những ưu điểm của phương pháp Gamma Ray là có thể đo ở mọi môi trường, mọi điều kiện, trong giếng khoan đã chống ống, trong giếng khoan bằng dung dịch cơ sở gốc nước, gốc dầu.
- Dáng điệu đường cong GR phụ thuộc vào tốc độ kéo cáp. Phải khống chế tốc độ kéo cáp của máy sao cho không đi được quá 1ft trong khoảng thời gian 2s
(khoảng thời gian đếm tia gamma).
2.2.1.2 Ứng dụng của phương pháp.
- Phân chia tỉ mỉ các lớp đất đá trong giếng khoan. - Xác định ranh giới và chiều dày của các vỉa cát sét. - Xác định hàm lượng sét.
- Liên kết giếng khoan
- Xác định môi trường trầm tích - Xác định vật chất hữu cơ và đá sinh - Phát hiện thân quặng chứa phóng xạ
2.2.2. Phương pháp phổ Gamma (NGS).
Phương pháp phổ gamma đo cường đọ phóng xạ toàn phần và đo ghi cả số lượng tia gamma và mức năng lượng của từng bức xạ, nhờ đó cho phép xác định thành phần của các đồng vị nguyên tố phóng xạ U ,Th, K trong thành hệ [2]..
- Cơ sở của phương pháp.
+ Các tia gamma phát xạ từ các đồng vị của 3 dãy U, Th, K dưới dạng xung rời rạc. Từ mỗi dãy ta có thể chọn được phổ năng lượng đặc trưng cho từng dãy: dãy 40Kcó E =
1,46MeV, dãy 232Th có E = 2,62MeV, dãy có E = 1,76MeV, có E= 1,76 MeV.
+ Toàn bộ phổ gamma được chia thành 5 mức cửa sổ năng lượng : W1, W2, W3, W4, W5 để “ bắt giữ” các tia gamma tương ứng với các đòng vị phóng xạ khác nhau, từ đó xác định được hàm lượng U, Th, K trong thành hệ như hình 2.5 [2].
2.2.3. Các phương pháp điện trở
Phương pháp này nghiên cứu điện trở suất của đất đá xung quanh thành giếng khoan. Điện trở suất của đất đá phụ thuộc vào thành phần đá và các chất lưu chứa bên trong lỗ rỗng của đất đá [2].
Các khoáng vật tạo đá phổ biến có điện trở suất rất lớn hoặc không dẫn điện nên hầu như khả năng dẫn điện của đất đá là hoàn toàn do nước lỗ rỗng, và phụ thuộc vào nhiệt độ và độ khoáng hóa. Hydrocacbon cũng không dẫn điện vì thế độ bão hòa HC càng cao thì điện trở suất của đất đá cũng càng lớn.
Trong quá trình khoan, dung dịch khoan sẽ xâm nhập vào trong thành hệ qua thành giếng khoan, trên lý thuyết sẽ Hình thành ba đới tính từ giếng khoan vào trong thành hệ là: đới thấm hoàn toàn, đới chuyển tiếp và đới nguyên (Hình 2.6).
Hình 2.6. Các đới trong thành hệ khi có sự xâm nhập của dung dịch khoan.
Trong đó: là điện trở suất của mùn trong giếng khoan; là điện trở suất của lớp vỏ sét; là điện trở xuất đá trong đới thấm; là độ bão hòa nước trong đới thấm; là điện trở suất của phần dung dịch khoan ngấm vào thầm hệ; là điện trở suất của lớp kế bên; là điên trở suất thực của đá trong đới nguyên; là độ bão hòa hydrocarbon trong đới nguyên; là độbão hòa nước trong đới nguyên; là điện trở suất của nước trong đới nguyên; là chiều dày lớp vỏ sét; là đường kính của đới ngấm; là đường kính của đới chuyển tiếp; là đường kính của đới
nguyên.
- Đới thấm hoàn toàn (đới rửa) : Là đới đầu tiên tính từ lỗ khoan vào thành hệ, dung dịch khoan sẽ chiếm toàn bộ phần không gian rỗng trong đới.
- Đới chuyển tiếp: Là đới tiếp theo, dung dịch khoan cùng với một lượng chất lưu của vỉa tồn tại trong không gian rỗng.
- Đới nguyên: Là đới dung dịch khoan không chạm tới, chỉ tồn tại chất lưu vỉa trong không gian rỗng.
Các phương pháp điện trở suất bao gồm : phương pháp đo điện tự nhiên và nhân tạo.
2.2.3.1. Phương pháp đo điện trường tự nhiên (SP)
SP là phương pháp nghiên cứu trường điện tĩnh trong giếng khoan, trường điện này được tạo thành do các quá trình lý hóa diễn ra giữa mặt cắt giếng khoan với đất đá và giữa các lớp đất đá có thành phần thạch học khác nhau [2]. Các quá trình lý hóa bao gồm :
- Quá trình khuếch tán muối từ nước vỉa đến dung dịch khoan và ngược lại. - Quá trình hút các ion ở trên bề mặt của các tinh thể đất đá.
- Quá trình thấm từ dung dịch giếng vào đất đá và nước vỉa vào giếng khoan. - Phản ứng oxy hóa khử diễn ra trong đất đá và trên bề mặt tiếp xúc giữa đá với dung dịch khoan.
Trong 4 quá trình trên, quá trình khuếch tán và hút ion đóng vai trò chính trong việc tạo ra trường điện tự nhiên trong đất đá.
- Thiết bị đo SP: Sử dụng hai hệ điện cực
+ Hệ điện cực thế: gồm hai điện cực M và N, N cố định, M chạy dọc thành giếng khoan. Giá trị ∆USP phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau vì vậy khi sử dụng cần phải hiệu chỉnh.
+ Hệ điện cực gradient: hai điện cực M, N đều nằm trong giếng và cách nhau 1m. Phương pháp này dung để nghiên cứu chi tiết mặt cắt giếng khoan và khi dòng điện nuôi không ổn định ( Hình 2.7).
Hình 2.7.Sơ đồ nguyên tắc đo SP trong giếng khoan [2]
2.2.3.2. Phương pháp đo điện nhân tạo
a) Phương pháp hệ điện cực hội tụ (Laterolog,LL)
Phương pháp hệ điện cực hội tụ là phép đo điện trở suất bằng một hệ điện cực có khả năng hội tụ dòng phát đi thẳng vào thành hay sườn của giếng khoan. Phép đo rất có hiệu quả trong trường hợp vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng có điện trở suất cao hoặc trong trường hợp dung dịch mặn.
Hiệu quả của phép đo có hội tụ dòng là: tăng khả năng phân giải lát cắt của đường cong điện trở suất biểu kiến.
- Nguyên lý chung :
Phát dòng I đi qua điện cực Ao. Hai điện cực màn A1, A1’ có cùng cực tính với A0 được đặt đối xứng qua Ao. Vì Ao và các điện cực A1, A1’ có cùng cực tính nên dòng phát qua Ao bị chặn trên, dưới bởi phần dòng từ các điện cực A1, A1’ và bị ép đi thẳng vào môi trường nghiên cứu. Kết quả là tín hiệu đo sẽ ít chịu ảnh hưởng của giếng khoan và các lớp vây quanh. Hình 2.8 mô tả nguyên lý đo của phương pháp.
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý đo hệ điện cực hội tụ [1]
Có rất nhiều loại thiết bị được thiết kế đo điện trở suất theo nguyên lý hội tụ dòng như : LL7, LL3, LL9, DLL, ARI… Nhưng hiện nay thiết bị loại DLL và ARI được các công ty áp dụng nhiều và cho hiệu quả cao. Theo sơ đồ, ở chế độ làm việc thứ nhất, các điện cực A2, A1, A1' và A2' cùng đóng vai trò các điện cực màn, nghĩa là có cùng cực tính với A0. Như vậy, dòng I0 có thể đi theo đường dòng song song trong đĩa dày OO', là các điểm giữa của các điện cực kiểm tra M1M2 và M'1M'2. Chiều sâu thấm dòng ở chế độ làm việc này rất lớn và gọi là LLD. Nó được sử dụng ở tần số 35Hz.