Hai phương pháp cơ bản được sử dụng hiện nay để xác định điện trở suất của vỉa là phương pháp Log cảm ứng và phương pháp Log điện cực, trong đó phương
pháp Log cảm ứng được sử dụng phổ biến hơn.
Thiết bị đo của phương pháp Log cảm ứng gồm một hoặc nhiều cuộn dây phát ra một trường điện xoay chiều tần số cao với cường độ không đổi. Sự thay đổi từ trường của cuộn dây tạo ra dòng điện thứ cấp đi vào vỉa. Đường đi của dòng điện thứ cấp trong đất đá có dạng những dòng điện vòng, vuông góc với trục của lỗ
khoan (Hình 2.14) và tạo ra từ trường cảm ứng vào cuộn dây. Tín hệu từ cuộn dây thu tỷ lệ thuận với độ dẫn điện, tức là tỷ lệ nghịch với điện trở suất.
Thiết bị đo của phương pháp Log điện cực gồm các điện cực trong lỗ khoan
được nối tới một nguồn điện, dòng điện từ các điện cực đi qua dung dịch sét trong lỗ khoan rồi đi vào vỉa và đi đến một điện cực ở xa.
Các phương pháp Log điện trở
• Log đo bằng hệ điện cực loại ngắn : hệ điện cực ngắn đo điện trở suất ở độ sâu nhỏ của vùng nghiên cứu (thành hố khoan). Đó là điện trở suất của đới xâm nhập (Ri). Khi so sánh điện trở suất đo bằng hệđiện cực thế ngắn với điện trở suất
đo bằng thiết bị cảm ứng đo sâu (Rt), đới xâm nhập được phát hiện bởi sự phân tách
hai đường Log của chúng. Sử xuất hiện của đới xâm nhập là quan trọng vì nó báo hiệu khả năng thấm của vỉa. Ngoài việc đưa ra giá trị Ri, đường Log của hệđiện cực ngắn còn có thểđược sử dụng để xác định giá trịđiện trở suất lỗ rỗng.
• Log cảm ứng : thiết bị cảm ứng đo độ dẫn điện bằng cách sử dụng dòng
điện được tạo bởi các cuộn dây. Các cuộn dây phát tạo ra một dòng điện cảm ứng lên vỉa, dòng điện này được ghi lại bằng các cuộn dây thu. Đường cong độ dẫn điện
được đo bằng Log cảm ứng được sử dụng để xác định chính xác hơn giá trị Rt của những vỉa có điện trở suất thấp, và để loại trừ sai số có thể có khi tính giá trị điện trở suất thật từđộ dẫn điện. Phương pháp Log cảm ứng không đòi hỏi sự truyền dẫn
điện qua dung dịch khoan nên có thể thực hiện trong thành lỗ khoan chứa đầy không khí, dầu hoặc bọt.
• Log trường điện tự nhiên (SP) : như trong Mục 2.3.3 đã giới thiệu.
• Log cảm ứng hội tụ kép : phương pháp Log cảm ứng hiện đại được gọi là phương pháp hội tụ kép. Log này gồm :
- Thiết bị cảm ứng đo sườn sâu.
- Thiết bị cảm ứng đo sườn trung bình. - Thiết bị đo sườn nông hội tụ.
Phương pháp Log hội tụ kép được sử dụng trong các vỉa có đới xâm nhập sâu. Do sự xâm nhập sâu của dung dịch khoan mà giá trị Log cảm ứng đo sườn sâu (đo RILd) có thể không thể hiện chính xác giá trị điện trở suất thật của vỉa (Rt). Giá trịđiện trở suất thu được từ Log hội tụ kép dùng để hiệu chỉnh điển trở suất đo sườn sâu (RILd) vềđiện trở suất thật của vỉa (Rt).
• Log đo sườn : phương pháp đo sườn được thiết kếđể đo điện trở suất thật (Rt) xung quanh thành giếng khoan chứa dung dịch gốc muối (Rmf ≈Rw). Dòng điện từđiện cực phát hội tụđi vào vỉa nhờ các điện cực chắn. Các điện cực chắn phát ra dòng điện có tính phân cực giống như các điện cực phát nhưng ở bên trên và bên dưới điện cực phát. Các điện cực chắn ngăn chặn không cho dòng điện đi lên dọc theo thành lỗ khoan chứa dung dịch muối. Độ sâu đo sườn của phương pháp đo
• Log đo sườn kép – vi hệ cực hội tụ cầu : phương pháp đo sườn kép gồm một thiết bị điện trở suất đo sườn sâu (RLLd) dùng để xác định Rt và một thiết bị điện trở suất đo sườn nông (RLLs) dùng để xác định Ri.
Vi hệ cực hội tụ cầu là một dạng tấm đệm có các điện cực được ép sát vào thành lỗ khoan. Phương pháp này có độ sâu xâm nhập vào sườn lỗ khoan rất nông và dùng để đo điện trở suất của đới thấm hoàn toàn (Rxo). Khi vi hệ cực hội tụ cầu (MSFL) được thực hiện cùng với đo sườn kép ta thu được ba đường cong (sâu, nông và MSFL) được sử dụng để hiệu chỉnh điện trở suất đo sườn sâu (RLLd) và
điện trở suất thật của vỉa (Rt).
• Log vi hệ cực : vi hệ cực là thiết bị đo điện trở suất chủ yếu để phát hiện lớp vỏ bùn. Thiết bị gồm ba điện cực, các điện cực có kích thước rất nhỏđược gắn trên tấm đệm cách điện và được ép sát vào thành lỗ khoan. Từ tấm đệm, hai phép đo
điện trở suất được thực hiện, một được gọi là đo thuận và một là đo nghịch. Đo thuận nghiên cứu sâu vào vỉa từ 3 đến 4 inch (đo Rxo) còn đo nghịch thì độ sâu nghiên cứu xấp xỉ 1 đến 2 inchs và đo điện trở suất của lớp vỏ bùn (Rmc). Việc phát hiện ra lớp vỏ bùn bằng Log vi hệ cực là dấu hiệu của đới thấm lọc và vỉa là thấm
được.
Log vi hệ cực không thực hiện được trong các giếng có dung dịch khoan gốc nước mặn hoặc dung dịch khoan gốc thạch cao vì lớp vỏ bùn không đủ mạnh để
cách tấm đệm với vỉa. Tại những vị trí tấm đệm tiếp xúc trực tiếp với vỉa độ lệch dương không thể xảy ra.
• Log vi hệ cực đo sườn và Log vùng gần : cũng như vi hệ cực hội tụ cầu vi hệ cực đo sườn và Log vùng gần là những loại vi hệ cực hội tụ được thiết kế để áp sát vào thành lỗ khoan để đo điện trở suất trong đới thấm lọc (Rxo). Vì vi hệ cực đo sườn chịu ảnh hưởng mạnh với những lớp vỏ bùn dày hơn ¼ inch nên nó chỉ được thực hiện với các dung dịch khoan gốc nước mặn. Còn Log vùng gần hội tụ mạnh hơn nên được dùng để nghiên cứu sâu hơn do đó nó được sử dụng với các dung dịch khoan gốc nước ngọt có lớp vỏ bùn dày hơn.
- Phân biệt giữa các tầng chứa dầu và nước. - Chỉ ra các đới thấm.
- Xác định điện trở suất lỗ rỗng.
- Ứng dụng quan trọng nhất của Log điện trở là phân biệt các tầng chứa dầu và nước. Vì khung đá hay các hạt nhỏđất đá không dẫn điện nên hầu như khả năng dẫn điện của đất đá hoàn toàn do nước trong lỗ rỗng. Hydrocacbon cũng như khung đá không dẫn điện, do đó khi độ bão hòa hydrocacbon trong lỗ rỗng tăng lên thì điện trở suất cũng tăng lên.
- Xác định độ bão hòa của nước vỉa bằng công thức (3) mục 2.15 :
n 1 t w w R R F S × = (2.19) Với :
Sw : độ bão hòa nước
Rw : điện trở suất của nước vỉa Rt : điện trở suất thật của vỉa
n : số mũđộ bão hòa (thường chọn n = 2) F = a/φm : hệ số vỉa
a : hệ số uốn khúc của lỗ rỗng m : hệ số xi măng hóa
Xác định độ rỗng từ Log điện trở suất :
Các khoáng vật hình thành từ các hạt trong khung đá và các hydrocacbon trong các lỗ rỗng không dẫn điện nên khả năng truyền dòng điện của đất đá hầu như
hoàn toàn là do nước trong lỗ rỗng. Do đó điện trở suất được đo có thể sử dụng để
xác định độ rỗng. Thông thường, giá trị điện trở suất của vỉa được đo sát thành lỗ
khoan (đới thấm lọc Rxo hoặc đới thâm nhập Ri) được sử dụng để xác định độ rỗng. Khi dung dịch khoan đi vào một vỉa rỗng thấm, chứa nước thì nước từ vỉa sẽ được thay thế bằng dung dịch khoan. Do đó độ rỗng trong vỉa chứa nước có thể tính
m / 1 xo mf R R a × = φ (2.20) Trong đó : φ : độ rỗng của vỉa
Rmf : điện trở suất của dung dịch trong đới thấm lọc ở nhiệt độ vỉa Rxo : điện trở suất của đới thấm lọc
a : hằng số (vỉa cacbonat a = 1, vỉa cát gắn kết a = 0.81, vỉa cát không gắn kết a = 0.62)
m : hằng số (vỉa cacbonat và cát gắn kết m = 2, vỉa cát không gắn kết m = 2.15)
Công thức hiệu chỉnh độ rỗng khi trong đới thấm lọc có hydrocacbon :
( ) ( ) m / 1 2 xo xo mf S R / R a = φ (2.21)
Trong đó Sxo là độ bão hòa nước trong đới thấm nhiễm hoàn toàn và được tính :
Sxo = 1- SRHS (2.22)
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP BIỂU ĐỒ CẮT CROSSPLOT 3.1. Phương pháp biểu đồ cắt
3.1.1. Biểu đồ P (Pickett)
Biểu đồ P được xây dựng dựa trên cơ sở của phương pháp đồ thị Pickett. Đồ
thị Pickett được xây dựng bằng cách vẽ các giá trị độ rỗng với giá trị điện trở suất sâu trên tỷ lệ logarit kép (Hình 3.1). Trên đồ thị, một đới với các hằng số Rw, m, Sw = 100% sẽ có những điểm dữ liệu được vẽ dọc theo một đường thẳng (Hình 3.1).
Đường thẳng này đặc trưng cho đường Ro (đường điện trở suất ẩm). Độ dốc của
đường Ro bằng hệ số xi măng m. Những điểm được vẽ phía trên đường Ro chứng tỏ
Sw < 100%. Giá trị Rw của một điểm bất kỳ có thểđược lấy trên đồ thị Pickett (Hình 3.1) bằng cách từ điểm này ta gióng theo phương ngang đến khi cắt đường Ro tại một điểm, từ giao điểm này gióng theo phương thẳng đứng đến khi cắt trục RILD tại một điểm, giá trị của điểm này là Ro. Rw được tính bởi công thức : Rw = Ro/F, trong
đó F = 0,81/ϕm.
Độ bão hòa nước Sw được xác định từ phương pháp đồ thị Pickett theo cách tính : Sw = (Ro/ Rt)1/2. Những giá trị của đường Sw khác nhau song song với đường Rođược xác định như trong Bảng 3.1. Bảng 3.1 Bảng tính các giá trị của các đường Sw < 100% Độ rỗng Ro Rt Sw = (Ro/ Rt)1/2 ϕ Ro 2* Ro 71% ϕ Ro 4* Ro 50% ϕ Ro 6* Ro 41% ϕ Ro 8* Ro 35% ϕ Ro 14* Ro 27%
Sau khi xác định đường Ro (Sw = 100%) chúng ta vẽ các đường Sw có giá trị
nhỏ hơn song song với đường Ro tuân theo các giá trị trong Bảng 3.1. Tiếp theo chúng ta vẽ lên đồ thị các giá trị thực từđới mà chúng ta cần xác định.
3.1.2. Biểu đồ H (Hingle)
Biểu đồ H được xây dựng dựa trên cơ sở của phương pháp biểu đồ cắt Hingle. Biểu đồ cắt Hingle dùng để xác định độ bão hòa nước Sw được xây dựng theo trình tự sau :
- Chọn đúng giấy vẽ phù hợp với loại đá chứa (Hình 3.2 : đá chứa là cát kết, Hình 3.3 : đá chứa là đá vôi).
- Dựa vào những giá trị từ Log độ rỗng (∆t, ρb, hoặc ϕN) để chọn thang tỷ lệ
tuyến tính cho trục x, phải chọn sao cho giá trị Log độ rỗng lớn nhất được vẽ trên giấy.
- Vẽ giá trị điện trở suất sâu (RILD hay RLLD) trên trục y đối với Log độ rỗng (∆t, ρb, ϕN). Tỷ lệđiện trở suất có thể thay đổi bằng cách thay đổi kích thước để phù hợp với dữ liệu mà không cần thay đổi giấy vẽ.
- Xây dựng một đường thẳng qua tiệm cận Tây – Bắc (Hình 3.4) và ngoại suy đường này cho đến khi cắt trục x (ϕ = 0, Rt = ∞). Đường thẳng này chỉ rõ Sw = 1 và được gọi là đường Ro.
- Tại giao điểm của đường Ro và trục x ta xác định được giá trị khung đá ρma
(Hình 3.4) và chọn thang chia trục x theo đơn vị độ rỗng.
- Tính giá trị của Rw từ một cặp giá trị (ϕ, Ro) theo công thức : Rw = Ro/F trong đó F = 0,62/ϕm với m = 2,15 (cát kết) hoặc m = 2 (đá vôi).
- Xác định các đường bão hòa không đổi có Sw < 100% dựa trên công thức : Sw = (Ro/ Rt)1/2được tính như trong Bảng 3.2. Bảng 3.2 Bảng tính các giá trị của các đường Sw < 100% Độ rỗng Ro Rt Sw = (Ro/ Rt)1/2 ϕ Ro 2* Ro 71% ϕ Ro 4* Ro 50% ϕ Ro 11* Ro 30% ϕ Ro 25* Ro 20%
- Sau khi xây dựng đường Sw = 100% và các đường Sw < 100% (Bảng 3.2) ta vẽ các điểm dữ liệu cần xác định các thông số lên trên đồ thị.
∞ ∞ 1 = SW -2 ϕ ϕ2.15 Hình 3.2 Giấy vẽ biểu đồ cắt Hingle cho đá chứa là cát kết
( for m = 2.0 ) CARBONATES
3.1.3. Biểu đồ M - N
Biểu đồ M – N là biểu đồ đặc điểm thạch học M* – N* được lập bằng cách sử dụng Log âm học đồng thời với Log mật độ và Log neutron. Log âm học là phương pháp đo độ rỗng dựa trên thời khoảng sóng truyền sóng ∆t. Phương pháp Log siêu âm, Log mật độ, Log neutron đều cần thiết để tính toán các đại lượng phụ
thuộc vào đặc điểm thạch học M* và N*. Giá trị M* và N* về bản chất không phụ
thuộc vào độ rỗng khung đá. Biểu đồ cắt của hai giá trị này làm cho các đặc tính về
thạch học rõ hơn. Giá trị M* và N* được tính bởi công thức sau đây :
01 . 0 * × − ∆ − ∆ = f b f t t M ρ ρ f b N Nf N ρ ρ φ φ − − = * Trong đó : f t
∆ : thời gian truyền sóng qua dung dịch (189 đối dung dịch bùn gốc nước ngọt và 185 đối với dung dịch bùn gốc nước mặn).
t
∆ : thời khoảng truyền sóng lấy từ Log.
f
ρ : mật độ dung dịch (bằng 1 đối dung dịch bùn gốc nước ngọt và bằng 1.1 đối với dung dịch bùn gốc nước mặn).
b
ρ : tổng mật độ vỉa.
N
φ : độ rỗng notron của vỉa, được xác định từ phương pháp Log neutron bù hay Log độ rỗng neutron sườn.
Nf
φ : độ rỗng neutron của dung dịch (thường dùng bằng 1).
Khi các thông số của khung đá ∆tma, ρma và ϕNma (Bảng 3.3) được sử dụng trong phương trình M* và N* thay thế cho các thông số của vỉa thì giá trị M* và N* có thể sử dụng cho các khoáng vật khác nhau (Bảng 3.4).
Bảng 3.3 Hệ số dung dịch và khung đá của một vài khoáng vật và độ rỗng Khoáng vật ∆tma ρma (ϕSNP*)ma (ϕCLN*)ma Cát kết(1) (Vma = 18.000) Φ > 10% 55,5 2,65 -0,035+ -0,05+ Cát kết(1) (Vma = 19.000) Φ < 10% 51,2 2,65 -0,035+ -0,005 Đá vôi 47,5 2,71 0 0 Đolomit(1) Φ = 5.5% - 30% 43,5 2,87 0,035+ 0,085+ Đolomit(2) Φ = 1.5% - 5.5% và >30% 43,5 2,87 0,02+ 0,065+ Đolomit(1) Φ = 0% - 1.5% 43,5 2,87 0,005+ 0,04+ Anhydrite 50 2,98 0,005 -0,002 Thạch cao 52 2,35 0,49++ Muối 67 2,03 0,04 -0,01 Trong đó : + : giá trị trung bình
++ : giá trị có được dựa vào tính toán chỉ số hydrogen
Bảng 3.4 Giá trị các hằng số M* và N* cho một số khoáng vật phổ biến
Dung dịch bùn gốc nước ngọt ρ=1 Dung dịch bùn gốc nước mặn ρ=1.1 Khoáng vật M* N* M* N* Cát kết(1) (Vma = 18.000) Φ > 10% 810 628 835 669 Cát kết(1) (Vma = 19.000) Φ < 10% 835 628 862 669 Đá vôi 827 585 854 621 Đolomit(1) Φ = 5.5% - 30% 778 516 800 544 Đolomit(2) Φ = 1.5% - 5.5% và >30% 778 524 800 554 Đolomit(1) Φ = 0% - 1.5% 778 532 800 561 Anhydrite ρ=2,98 702 505 718 532 Thạch cao 1015 378 1064 408 Muối 1269 1032
Để xác định thành phần thạch học của trầm tích ta sử dụng các giá trị M* và N* ở Bảng 3.4. Còn khi muốn xác định thành phần thạch học của đá móng ta cần phải biết các giá trị ∆Tma, ρma, M*, N* của một số khoáng vật phổ biến chẳng hạn như : Quartz, Fenpat Kali, Plagiocla, Biotit, Muscovit, Hocblen,… (Bảng 3.5).
Bảng 3.5 Giá trị trị ∆Tma, ρma, M*, N* của các khoáng vật phổ biến trong đá móng