IV. TIỀM NĂNG DẦU KHÍ
B. PHƯƠNG PHÁP PHĨNG XẠ
Phương pháp địa vật lý giếng khoan dựa trên quá trình phĩng xạ (phĩng xạ tự nhiên, phĩng xạ do bị kích) xảy ra ở các phần tử hạt nhân nguyên tử được gọi là phương pháp địa vật lý phĩng xạ hay carota phĩng xạ.
Hiện nay cĩ rất nhiều phương pháp phĩng xạ khác nhau, tuy nhiên chỉ cĩ ba phương pháp sau là sử dụng rộng rãi nhất :
1. Phương pháp Gamma Ray (GR) hay cịn gọi là phương pháp Gamma tự nhiên
2. Phương pháp Gamma Gamma Carota 3. Phương pháp Nơtron
Những phương pháp này cĩ thể sử dụng trong giếng khoan đã và chưa chống ống
1. Phương pháp Gamma tự nhiên (GR)
I. Phương pháp Gamma tự nhiên tổng
Là phương pháp đo hoạt độ Gamma tự nhiên trong đất đá.
Sự phân rã hạt nhân nguyên tử ở điều kiện tự nhiên (khi cĩ phĩng xạ) bao giờ cũng kèm theo hiện tượng bức xạ α, β, γ. Tất cả những bức xạ α, β, γ sẽ tác động vào mơi trường xung quanh và chúng sẽ bị hấp thụ một phần nào đĩ.
Những tia α phần lớn kém bền vững cĩ khả năng ion hố cao. Dịng tia α này hầu như bị hấp thụ bởi những lớp đất đá cực mỏng vài µm
Dịng tia β cĩ khả năng đâm xuyên cao hơn α và hầu như cũng bị hấp thụ bởi những lớp đất đá cĩ độ dày lớn hơn vài m.m.
Dịng tia γ được xem là bức xạ điện từ sĩng ngắn cĩ tần số cao được đo ở đơn vị MeV. (Megaelectron von)
Nhờ vào khả năng đâm xuyên cao của bức xạ γ, nĩ cĩ ý nghĩa thực tế khi nghiên cứu mặt cắt giếng khoan (tia γ bị hấp thụ bởi lớp đất đá cĩ độ dày gần 1m). Chính vì vậy mà khi đo trong giếng khoan chống ống khơng ảnh hưởng đến giá trị đo.
Dụng cụ Gamma-Ray đọc sự phản xạ Gamma-Ray tự nhiên cho bởi đá. Đá phiến sét phĩng thích nhiều Gamma-Ray tự nhiên, bởi vậy nĩ được đọc cao trên Gamma-Ray log.
Cát kết và đá vơi khơng phĩng thích nhiều Gamma-Ray, bởi vậy nĩ cho chỉ số thấp (hình 11)
Đơn vị đo của GR là Bg/g hay gAPI
Ứng dụng:
• Xác định sét lục nguyên và đá Cacbonat • Xác định hàm lượng sét chứa trong vỉa
II. Phương pháp Gamma tự nhiên thành phần
Là phương pháp xác định thành phần các nguyên tố phĩng xạ tự nhiên K,U,Th.
Phương pháp này dùng để giải quyết các vấn đề sau :
• Liên kết từng phần phân chia đất đá theo từng dạng thạch học khác nhau.
• Đánh giá các dạng của vỉa sét , thành phần khống vật sét trong đất đá.
HÌNH 11 : HÌNH ẢNH MINH HỌA ĐƯỜNG CONG GAMMA RAY
Độ sâu (feet) Thành hệ Dakota Thành hệ Kiowa Đ á ph ie án se ùt Đ á ca ùt ke át Pecmi Đơn vị API
2. Gamma Gamma Carota
Dùng phĩng xạ γ bắn vào trong đất đá rồi đo lại.
Nguyên lý : dựa vào đặc tính tán xạ của γ bức xạxuất hiện khi kích thích lên đất đá một nguồn γ bên ngồi. Tác động giữa Gamma bức xạ và vật chất là tạo thành một cặp điện tử pozitron, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng compton.
Cặp điện tử pozitron : tạo thành dưới tác động Gamma lượng tử cĩ năng lượng lớn (5 – 10 MeV) với hạt nhân nguyên tử. Kết quả Gamma lượng tử mất đi và trong trường điện hạt nhân cặp electron pozitron được tạo thành.
Hiệu ứng quang điện: diễn ra dưới sự hấp thụ Gamma lượng tử từ một trong số những electron của hạt nhân, năng lượng Gamma lượng tử tạo thành ở năng lượng electron, electron này quay quanh hạt nhân. Thơng thường ảnh hưởng của hiệu ứng quang điện với vật chất là rất nhỏ.
Hiệu ứng Compton: khác hiệu ứng quang điện, Gamma lượng tử khơng mất đi mà chỉ mất một phần năng lượng cho một trong những electron của nhân và thay đổi hướng chuyển động (tán xạ).
Trong phương pháp Gamma Gamma Carota cĩ 2 phương pháp : • Gamma Gamma mật độ
• Gamma Gamma lựa chọn
1. Gamma Gamma mật độ (Density): chủ yếu đo Gamma lượng tử tán xạ cĩ thành phần cứng dùng để xác định mật độ đất đá trong giếng khoan.
Dụng cụ Density log bao gồm một nguồn phĩng xạ Gamma-ray cao được dùng để phĩng vào trong vỉa. Phĩng xạ đi xuyên qua đá và được ghi nhận bởi sự chống lại.
Nếu đá nặng và dày đặc thì chỉ cĩ một vài Gamma-ray đạt tới sự chống lại và được đọc cao trên log. Nếu đá nhẹ và rỗng, như cát kết và đá vơi thì nhiều Gamma-ray đạt tới sự chống lại và chúng được đọc với giá trị thấp trên log (hình 12)
Đơn vị: g/cm3
Ứng dụng:
Phương pháp Gamma Gamma mật độ (Density) sử dụng rộng rãi để phân vỉa , đánh giá thành phần thạch học, đánh giá độ rỗng, phát hiện vỉa khí, kiểm tra trạng thái giếng khoan.
2. Gamma Gamma lựa chọn: khơng được sử dụng thường xuyên nên khơng đề cập
3. Nơtron CarotaNguyên lý cơ bản: Nguyên lý cơ bản:
Hạt nơtron là những hạt khơng tích điện, khơng bị ion hố bởi mơi trường xung quanh. Do khơng tích điện nên nơtron khơng bị mất năng lượng khi tương tác với electron và hạt nhân, bởi vậy nơtron cĩ khả năng đâm xuyên cao.
Nơtron log là một loại của log độ rỗng mà đo sự hiện diện của hydrogen trong những phân tử nước trong một vỉa. Đá phiến sét chứa nhiều nước, log Nơtron đọc độ rỗng rất cao trong vỉa phiến sét. (hình 13)
Năng lượng của nơtron đo bằng: MeV
Phương pháp nơtron dùng để tính độ rỗng đất đá, ngồi ra khi kết hợp với các phương pháp khác cĩ thể dùng để đánh giá thành phần thạch học, phân vỉa, xác định ranh giới dầu, nước của vỉa.
HÌNH 12: HÌNH ẢNH MINH HỌA ĐƯỜNG CONG DENSITY
Đơn vị API Độ rỗng Density gm/cc
Độ sâu (feet)
HÌNH 13: HÌNH ẢNH MINH HỌA ĐƯỜNG CONG NƠTRON
Độ rỗng Nơtron %
Đơn vị API
Độ sâu (feet)
HÌNH 14: HÌNH ẢNH MINH HỌA ĐƯỜNG CONG DENSITY VÀ NƠTRON
Độ rỗng Nơtron / Density
Đơn vị API
Độ sâu (feet)
C. PHƯƠNG PHÁP SĨNG ÂM
Là phương pháp dựa trên sự lan truyền của sĩng siêu âm cĩ tần số cao (> 20 khz) để nghiên cứu tính chất vật lý cũng như thạch học của đất đá. Dựa trên những thơng số ghi chia làm ba phương pháp :
1. Siêu âm theo vận tốc 2. Siêu âm theo sự tắt dần 3. Siêu âm theo sĩng
Nguyên lý: Đất đá nằm trong mơi trường tự nhiên là những vật đàn hồ, nếu ta kích thích một lực bên ngồi vào nĩ thì trong mơi trường sẽ xuất hiện một ứng lực kích thích lên làm di chuyển các hạt. Trong trường hợp chung dẫn đến sự xuất hiện biến dạng. Quá trình dao động lan truyền theo trình tự sự biến dạng gọi là sĩng đàn hồi. Bề mặt mà trong một thời điểm nào đĩ xuất hiện các hạt chuyển động gọi là mặt sĩng. Bước sĩng là khoảng cách giữa những chuyển động cĩ cùng một pha.
Cĩ hai loại sĩng:
Sĩng dọc : các hạt của mơi trường chuyển động theo hướng lan truyền sĩng , lan truyền trong mơi trường rắn , lỏng , khí.
Sĩng ngang : các hạt của mơi trường chuyển động theo hướng vuơng gĩc phương truyền sĩng, lan truyền trong mơi trường rắn.
Ứng dụng:
Phương pháp siêu âm dùng để phân vỉa sản phẩm , đánh giá độ rỗng, nghiên cứu tính chất cơ lý của đất đá.
CHƯƠNG II:
ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN ĐỂ XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT VỈA SẢN PHẨM Ở GIẾNG
KHOAN RB-3X, MỎ RUBY, BỒN TRŨNG CỬU LONG
Rm = 0.061 ohm.m ở 26 oC Độ sâu đáy giếng: 4230 m Rmc = 0.115 ohm.m ở 26 oC BS = 12.255 inch
фsh = 22 % Gradient nhiệt độ = 3 oC/100 m Nhiệt độ bề mặt T = 30 oC Nhiệt độ đáy giếng T = 116 oC
Input Clastic
Parameters Units Low OL Low OL Mid OL Upp OL Wet Upp OL MIOCENE OL 90-100 OL 50-80 OL 40-50 OL 10-30 OL 4-9 Mi-9-100 Fluid type Water Gas/Oil Gas Oil Water Oil/Water Porosity Parameters RHOmat gm/cc 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 RHOfl gm/cc 1 1 1 1 1 1 NPHIfl v/v -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 -0.04 NPHImat v/v 1 1 1 1 1 1 Dtmat us/ft 55.5 55.5 55.5 55.5 55.5 60 DTfl us/ft 189 189 189 189 189 189 CP us/ft 1 1 1 1 1 1.7 Formation Factor a - 1 1 1 1 1 1 m - 1.66 1.66 1.66 1.66 1.66 1.97 n - 1.71 1.71 1.71 1.71 1.71 1.97 Formation Water Rw ohm.m 1.3 0.9 0.4 0.1 0.11 0.04 Cwf mho/m 769 1111 2500 10000 9091 25000 @BHT oC Deg C 145 141 138 119 110 90 Salinity ppm Cl- 1100 1500 3500 20000 20000 65000 Mud data Rmf ohm.m 0.046 0.046 0.046 0.046 0.046 0.046 @BHT oC Deg C 26 26 26 26 26 26 Shale input Rsh ohm.m 20 10 9 4.5 3.5 1.5 Cwb mho/m 50 100 111 222 286 667 Cut-offs Vsh % 40 40 40 40 40 40 Perm mD 1 0.1 0.1 1 1 1 PHIE % 9 6 6 9 9 9 Swe % 75 85 85 75 75 75
I . Các bước giải đốn tài liệu địa vật lý giếng khoan :
1. Phân vỉa
- Xây dựng đường sét chuẩn (GRcut off): dựa vào đường GR xác định giá trị GRmax và GRmin
• GRmax là giá trị GR đọc được ở vỉa sét sạch và chuẩn nhất (cĩ bề dày tương đối, >= 1.5)
• GRmin là giá trị GR đọc được ở vỉa cát đại diện nhất (sạch và cĩ bề dày tương đối, >= 1.5m)
-Xác định giá trị GRcut off bằng cơng thức:
Với Vsh cut off = 0.4, cĩ GRmin, GRmax suy ra GR cut off -Phân vỉa:
• Căn cứ vào đường GRcut off vừa xác định để phân vỉa.
• Đồng thời phải dựa vào đường log LLD, LLS, MSFL để so sánh và xác định chính xác ranh giới vỉa cho phù hợp.
• Tất cả các vỉa cĩ giá trị GR < GRcut off là vỉa cát. Cịn những vỉa cĩ giá trị GR > GRcut off là vỉa sét.
• Trong một số trường hợp, ở trong 1 vỉa, giá trị GR biến đổi khá nhiều, chúng ta cĩ thể chia thành nhiều vỉa nhỏ (a, b, c …), đồng thời dựa vào các đường log khác để cĩ độ chính xác cao hơn.
Vsh= 0.8 GR - GRmin
• Đánh số thứ tự từ trên xuống, và chỉ lấy những vỉa cát cĩ chiều dày tương đối >= 1.5m.
• Cĩ một số vỉa cĩ giá trị GR và giá trị đường MSFL tăng đột biến
đấy là những vỉa than, ta khơng lấy những vỉa này.
2. Xác dịnh chiều sâu và bề dày vỉa:
- Độ sâu vỉa H (m): đọc chỉ số độ sâu ở từng vỉa đã phân chia.
- Bề dày vỉa h (m): căn cứ vào độ sâu nĩc và đáy, bề dày vỉa tính theo cơng thức:
3. Xác định giá trị GR cho từng vỉa
- Trên đường GR từ biểu đồ log, ghi nhận giá trị GR cho từng vỉa (lấy giá trị trung bình).
4. Xác định hàm lượng Vsh cho từng vỉa:
Sử dụng cơng thức:
Để xác định giá trị Vsh cho từng vỉa.
5. Đọc giá trị đường kính giếng khoan (Caliper - Cals) và đường kính chồng khoan (Bitsize - BS)
- Đường kính giếng khoan Caliper (inch): xác định trên đường log Caliper
- Đường kính chồng khoan Bitsize (inch): xác định trên đường log BS, giá trị này khơng thay đổi là 12.255 inches.
Hvỉa = Độ sâu đáy – Độ sâu nĩc nĩc
Vsh= 0.8 GR - GRmin
6. Xác định bề dày lớp bùn khoan (mud cake)
Xác định bằng cơng thức sau:
Nếu giá trị Caliper >= giá trị Bitsize: coi như hmc = 0
Nếu giá trị Caliper < giá trị ø Bitsize: lấy giá trị tuyệt đối của hmc
Đối với đường log này, do giá trị Caliper >= giá trị Bitsize nên tồn bộ giá trị hmc=0
7. Xác định giá trị mật độ (Density – RHOB) g/cm3
Các giá trị đọc trên đường log RHOB, lấy theo giá trị trung bình ở mỗi vỉa.
8. Xác định giá trị Neutron (NPHI) v/v
Xác định dựa vào đường log NPHI, lấy theo giá trị trung bình ở mỗi vỉa.
9. Xác định giá trị siêu âm (Sonic - DT) µs/m
Căn cứ vào đường log DT, đọc giá trị DT cho từng vỉa, lấy giá trị trung bình.
10. Tính tốn độ rỗng hiệu dụng theo đường Density:
Dựa vào cơng thức:
hmc = Đường kính giếng khoan Caliper – Đường kính chồng khoan BS
Φ = ρmat – ρlog
Xác định được Φhd theo đường Density cho từng vỉa.
11. Xác định độ rỗng hiệu dụng theo đường Sonic
Với ∆Tmat =200 (µs/m), ∆Tfluid = 630 (µs/m) và ∆T đọc được từ log Xác định được Φhd theo đường Sonic cho từng vỉa.
12. Xác định độ rỗng trung bình của vỉa
Từ giá trị Φhd theo đường Density và Φhd theo đường Sonic, ta tính Φhd trung bình cho từng vỉa theo cơng thức:
13. Xác định giá trị đo sâu sườn LLD (Ohm.m)
Các giá trị được lấy từ đường log LLD, đọc giá trị trung bình cho từng vỉa.
14. Xác định giá trị đo nơng sườn LLS (Ohm.m)
Các giá trị được lấy từ đường log LLS, đọc giá trị trung bình cho từng vỉa.
15. Xác định giá trị đo vi điện cực MSFL (Ohm.m)
Φhd = ∆T - ∆Tmat - Vsh * Φsh
Ơsh
∆Tfluid - ∆Tmat
Φvỉa = Φhd Density + Φhd Sonic 2
Các giá trị được lấy từ đường log MSFL, đọc giá trị trung bình cho từng vỉa.
16. Tính tốn nhiệt độ giếng khoan TGK (0C) ở từng vị trí vỉa
- Nhiệt độ bề mặt T = 30 0C ở 0 (m)
- Nhiệt độ đáy giếng khoan T = 116 0C ở độ sâu 4230
- Ta lập phương trình tuyến tính cĩ dạng y = ax + b, biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ giếng khoan theo theo độ sâu vỉa như sau:
17. Tính tốn nhiệt độ Tvỉa (0C)
- Nhiệt độ bề mặt T = 30 0C
- Gradient địa nhiệt 3 0C/100 m
Lập phương trình tuyến tính cĩ dạng y = ax + b, biểu hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ vỉa và độ sâu vỉa như sau:
Nhiệt độ đáy giếng khoan - Nhiệt độ
TGK =
= Độ sâu giếng khoan
x Độ sâu vỉa + Nhiệt độ bề mặt
x H (m) + 30 0C TGK = = 116 0C – 30 0C 4230 m TGK = 0.0203H + 30
Tvỉa = Gradient địa nhiệt x độ sâu vỉa + Nhiệt độ bề mặt T = 0.03H + 30
18. Tính tốn điện trở suất của nước vỉa Rw (Ohm.m)
Áp đụng cơng thức:
- Với R1 là giá trị điện trở suất nước vỉa ứng với nhiệt độ T1 và R2 là giá trị điện trở suất nước vỉa cần tính cho từng vỉa ứng với nhiệt độ T2 = TGK của từng vỉa.
- Dựa vào độ khống hĩa của nước vỉa Sa = 24000 (ppm), tra vào bảng
Resistivity of NaCl Solution, ta xác định được giá trị R1 = 0.095 (Ohm.m) ứng
với T1 tại 100 0C.
19. Tính tốn điện trở suất của lớp bùn sét (mud cake) Rmc (Ohm.m)
- Chọn giá trị Rmc cho trước
Rmc = 0.115 (Ohm.m) tại T = 26 0C
- Áp đụng cơng thức:
- Thay giá trị R1 = Rmc và T1 = T cho trước, T2 = TGK của từng vỉa, ta được cơng thức tính Rmc cho từng vỉa như sau:
20. Xác định điện trở suất của dung dịch khoan Rm (Ohm.m)
Rw = R1 [T1 + 21.5] [T2 + 21.5] Rmc = R1 [T1 + 21.5] [T2 + 21.5] Rmc = 0.115 [26 + 21.5] [TGK + 21.5]
- Chọn giá trị Rm cho trước
Rm = 0.061 (Ohm.m) tại T = 26 0C Aùp đụng cơng thức:
- Thay giá trị R1 = Rm và T1 = T cho trước, T2 = TGK của từng vỉa, ta được cơng thức tính Rm cho từng vỉa như sau:
21. Tính tốn độ bão hịa nước Sw
Sử dụng cơng thức Archiev để tính tốn độ bão hịa nước:
22. Tính tốn độ bão hịa hydrocacbon SH
Ta cĩ: Rm = R1 [T1 + 21.5] [T2 + 21.5] Rmc = 0.061 [26 + 21.5] [TGK + 21.5] Swn = a x Rw RTx Φm Ơm
Độ bão hịa nước Sw+ Độ bão hịa hydrocacbon SH = 1 Độ bão hịa hydrocacbon SH = 1 - Độ bão hịa nước Sw +