2. CÔNG TÁC ĐỊA CHẤT THĂM DÒ
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. Nguyên lý hoạt động được minh họa tại hình 2.9.
Hình 2.9. Sơ đồ hệ điện cực đo sâu sườn [1]
Chế độ làm việc thứ hai, các điện cực A2 và A2' đổi cực tính thành điện cực hút dòng từ A1 và A1'. Khi đó đường dòng I0 chỉ có khả năng xuyên nông mà thôi và gọi là LLS. Nó được sử dụng ở tần số 280Hz .
Độ phân giải theo chiều dọc là 24". Giá trị lớn nhất có thể đo ghi được đối với LLD là 40,000 Ohmm, LLS là 6,000 Ohmm. Giá trị nhỏ nhất có thể đo ghi được của LLD và LLS là 0,2 Ohmm.
b) Phương pháp đo sâu điện trở suất theo các phương vị khác nhau (Azimuthal laterolog)
pháp hệ điện cực đo sâu sườn nhưng trên điện cực phát A2 được chia thành 12 điện cực nhỏ. 12 điện cực này được phấn bố xung quanh thiết bị đo cho phép đo ghi 12 giá trị điện trở suất theo các phương vị khác nhau. Tài liệu đo sâu điện trở suất theo các phương vị khác nhau chuẩn bao gồm hai đường cong chuẩn LLD và LLS, LLhr (phương pháp đo sâu sườn phân giải cao), 12 đường cong điện trở suất theo các phương vị khác nhau nghĩa là đo ảnh điện trở (ARI) của thành hệ xung quanh giếng khoan ( Hình 2.10).
Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý đo điện trở theo các phương vị.
c) Ứng dụng của phương pháp.
+ Xác định điện trở suất thực của thành hệ từ đó sử dụng tính độ bão hòa nước. + Xác định đới nứt nẻ.
+ Kết hợp với các phương pháp khác để liên kết giếng khoan.
2.2.4. Phương pháp mật độ.
a) Cơ sở vật lý của phương pháp.
Phương pháp mật độ là phương pháp đo ghi mật độ khối biểu kiến của thành hệ dựa trên hiện tượng tán xạ của tia gamma khi tương tác với môi trường (còn gọi là phương pháp gamma-gamma) [4].
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 có năng lượng khác nhau và đo kết quả tương tác chúng với môi trường đất đá. Khi các
tia gamma tương tác với môi trường đất đá chúng gây ra ba hiệu ứng: Kompton, tạo cặp và hấp thụ quang điện. Sau khi tương tác các tia gamma bị tán xạ và mất dần năng lượng. Được thể hiện ở hình 2.11.
Hình 2.11. Tia gamma tương tác với môi trường vật chất [2]
Nguồn phóng xạ gamma trong phương pháp này là các nguồn hóa học: - Co60: phát ra tia gamma có mức năng lượng từ 1,17MeV đến 1,33MeV - Cs137: phát tia gamma có mức năng lượng khoảng 0,66MeV
Hình 2.12. Sơ đồ phương pháp mật độ [1]
Thiết bị đo được đặt giữa giếng khoan hay áp sườn ( Hình 2.12). Các khối nguồn và khối đo của máy giếng được đặt trong ống trụ bằng hợp kim nhẹ có đường 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 các khe rãnh
hướng tới thành giếng khoan ở phía áp sườn nhằm tăng độ nhạy của kết quả với mật độ của đất đá. Detector ghi cường độ tia gamma tán xạ đặt cách nguồn một khoảng L. Cường độ này phụ thuộc vào mật độ của môi trường. Do mật độ đo được là mật độ điện tử ρe. Nhưng ρe =ρb 2AZ , nên khi biết khối lượng nguyên tử A và số nguyên tử Z sẽ xác định đượcρb - mật độ khối của môi trường.
b) Các yếu tố ảnh hưởng tới phương pháp
Chiều sâu nghiên cứu của thiết bị đo gamma mật độ là khá nông, do vậy nó sẽ chịu ảnh hưởng chủ yếu của các yếu tố sau:
- Ảnh hưởng của lớp vỏ sét.
- Ảnh hưởng của đường kính giếng khoan.
- Ảnh hưởng bởi mật độ dung dịch trong giếng khoan. - Ảnh hưởng bởi hàm lượng Hydrocacbon.
- Ảnh hưởng của áp suất.
c) Ứng dụng của phương pháp mật độ.
- Xác định độ rỗng của đất đá.
- Xác định khoáng vật (kết hợp với GR, NGS). - Xác định ranh giới vỉa. - Kiểm tra trạng thái kỹ thuật sau khi chống ống.