2.1 Cơ sở lý thuyết về môi trường trầm tích và tướng
2.1.2 Lý thuyết địa vật lý giếng khoan
Trong tìm kiếm, thăm dò dầu khí, đòi hỏi người ta phải thu thập tất cả mọi nguồn thông tin và khai thác triệt để chúng nhƣ địa chất, địa chấn, ĐVLGK, khoan.
Trong ĐVLGK, tùy theo nguyên lý làm việc của mỗi phương pháp mà dụng cụ đo ghi và tiến trình làm việc sẽ đƣợc thiết kế cho phù hợp, tránh lãng phí nhƣng đảm bảo đạt hiệu quả tối ƣu nhất.
2.1.2.1 Phương pháp phóng xạ tự nhiên GR:
Mỗi loại đất đá đều có tính phóng xạ tùy thuộc vào lƣợng nguyên tố phóng xạ chứa trong chúng. Trong đá trầm tích, cát kết thạch anh, đá vôi và than đá có độ phóng xạ thấp. Ở các tầng sét thì độ phóng xạ sẽ cao do các khoáng vật sét chứa rất nhiều kali.
Các yếu tố ảnh hưởng: hàm lƣợng các đồng vị, chiều dày ống chống và xi măng, đường kính giếng khoan, mật độ đất đá, tốc độ kéo cáp, dung dịch khoan.
Ứng dụng: xác định ranh giới tầng thấm – không thấm; Xác định hàm lƣợng sét trong đất đá; Phân tích thành phần thạch học; Liên kết địa tầng;Phát hiện một số khe nứt nẻ lớn hay đứt gãy; Ngoài ra trong địa vật lý giếng khoan nói chung còn ứng dụng dò tìm quặng phóng xạ, thăm dò quặng muối,…
Cơ sở luận giải môi trường: Dựa vào hình thái đường cong GR ta có thể phân chia tập cát sét và luận đoán kích thước hạt, giá trị GR càng cao thì hạt càng mịn, và ngƣợc lại (Hình 2.12, Hình 2.13):
- Hình phễu: phản ánh sự sắp xếp hạt thô dần lên trên, biểu hiện của các tướng: doi cửa chi lưu, đảo cát chắn, tấm cát biển nông, tập cacbonat nông dần lên, quạt châu thổ, bãi biển, hồ. Trầm tích đa phần trong môi trường lục địa đến biển nông, năng lượng lắng đọng tăng, tương ứng giai đoạn biển thoái.
Võ Thị Thúy An 34 - Hình chuông: phản ánh kích thước hạt mịn tăng dần lên trên. Môi trường có năng lƣợng lắng đọng giảm, bồi kết ngang nhƣ trong các tập lấp đầy kênh rãnh biển sâu, tập cát mịn hoặc sét đặc sít liên quan quá trình biển tiến, các bãi dọc bờ biển hoặc sông liên quan đến sự tăng mực thủy triều, doi cát dòng bện, uốn khúc. Trầm tích đa phần trong môi trường biển, đồng bằng châu thổ ảnh hưởng bởi thủy triều.
- Hình trụ: thể hiện môi trường đồng lắng đọng, không có sự thay đổi nhiều về thành phần. Trầm tích lắng đọng trong điều kiện ổn định về năng lượng. Thường thấy ở các cồn cát do gió, tập cát do thủy triều, các nhánh sông tam giác châu, thềm cacbonat, ám tiêu ngầm, cát dạng turbidit, doi cát sông kiểu dòng bện, trầm tích lấp đầy rãnh đào khoét dưới biển.
- Hình cánh cung hoặc trứng: phản ánh sự không ổn định về năng lƣợng thành tạo tiêu biểu cho môi trường giao nhau giữa các tập biển tiến và thoái, thường gặp ở các bãi cát ngoài khơi, cát vùng thềm chịu ảnh hưởng của biển tiến, quạt sông.
- Hình răng cưa: là kết quả của sự thay đổi bất thường của năng lượng trầm tích trong thời gian ngắn. Phản ánh trầm tích đầm lầy, hồ, vịnh, đồng bằng ngập lụt, trầm tích sườn, cacbonat sườn, trầm tích lấp đầy hẽm núi biển sâu, các lớp than và sét lắng đọng trong đầm lầy, của đá vôi với sét lắng đọng ở biển.
Hình 2.12: Các dạng đường cong GR[6].
Võ Thị Thúy An 35 Hình 2.13: Các dạng đường cong GR và môi trường trầm tích liên quan[4].
2.1.2.2 Phương pháp điện trường tự nhiên:
Điện trường tự nhiên là phương pháp đo thế của trường điện tự nhiên, nó xuất hiện khi có sự khác biệt về thành phần thạc học của vỉa, độ khoáng hóa của nước cũng nhƣ là sự chênh lệch áp suất. Thế phân cực tự nhiên SP luôn có sự thay đổi theo thời gian nên nó phải được thực hiện đo ngay sau khi khoan. Có hai phương pháp đo điện trường tự nhiên: điện cực gradient hoặc điện cực thế.
Đường cong đo SP gần như không thay đổi và có dạng như một đường thẳng nếu đi qua các lớp sét có chiều dày không quá mỏng. Chọn vỉa sét sạch nhất, tại đó người ta qui ước giá trị SP bằng “không” và gọi là đường “cơ sở sét”. Căn cứ vào đường SP lệch khỏi đường cơ sở sét, người ta phân loại: Lệch âm so với đường cơ sở sét khi Rmf > Rw, lệch dương so với đường cơ sở sét khi Rmf < Rw, không lệch so với đường cơ sở sét khi Rmf = Rw.
Các yếu tố ảnh hưởng: hàm lƣợng sét trong vỉa; bề dày vỉa; chiều sâu của các đới ngấm; điện trở suất vỉa cũng nhƣ điện trở suất của các đới thấm nhiễm.
Ứng dụng: Phân chia tầng thấm và tầng chắn; Xác định điện trở suất của nước vỉa Rw; Xác định thể tích sét Vsh trong tầng thấm; Phát hiện vỉa hydrocacbon.
Võ Thị Thúy An 36 Trong các lát cắt lục nguyên, nó cho phép phân biệt các vỉa cát, cát kết với sét, trong các lát cắt cacbonat, nó cho phép tách các vỉa giàu những hạt sét. Trong nhiều trường hợp thuận lợi, phương pháp này còn xác định độ xốp, độ sét của đá, và cả độ khoáng hoá của nước vỉa.
Cơ sở luận giải môi trường: Thực tế dung dịch khoan có giá trị điện trở suất cao hơn thành hệ nên độ muối khoáng thành hệ cao hơn của dung dịch khoan dẫn đến đường SP sẽ lệch trái so với đường cơ sở sét. Nếu thành hệ chứa dầu khí, nước ngọt hoặc tập cát có lẫn sét thì SP có xu hướng giảm độ lệch trái, thậm chí lệch phải so với đường cơ sở sét nếu điện trở suất thành hệ lớn hơn của dung dịch. Trường hợp dung dịch khoan là gốc dầu thì không thể đo đƣợc giá trị SP (Hình 2.14).
Hình 2.14: Môi trường trầm tích tương ứng với các đường cong SP[7]. 2.1.2.3 Phương pháp điện trở suất:
Phương pháp log điện cực: Phương pháp log điện cực là phương pháp phát dòng một chiều không đổi vào môi trường các đới thấm xung quanh thành giếng khoan để đo điện trở suất của môi trường bên trong vỉa. Phương pháp log điện cực gồm có các loại: Phương pháp đo sườn đo điện trở suất của các đới trong thành hệ;
Phương pháp đo sườn kép xác định Rt và Rj; Phương pháp vi hệ cực hội tụ cầu đo Rxo.
Võ Thị Thúy An 37 Đối với mỗi khoáng vật, mỗi chất lưu, mỗi đới thấm nhiễm sẽ có giá trị điện trở suất khác nhau. Dựa vào giá trị điện trở suất đo đƣợc ta có thể đánh giá thành phần thạch học, xác định thành phần chất lưu có trong vỉa. Đối với các vỉa sét giá trị điện trở suất thường thấp. Đối với đá móng, đá chặt sít có độ thấm chứa thấp thì điện trở suất rất cao. Đối với các tầng thấm chứa tốt, tùy vào chất lưu có trong đá sẽ cho giá trị điện trở suất rất khác nhau. Thông thường vỉa chứa khí là cao nhất, tới vỉa chứa dầu, và vỉa chứa nước thì điện trở suất rất thấp. Tuy nhiên ta cần lưu ý điện trở suất riêng phần của khung đá chứa bình thường là rất cao.
Phương pháp log cảm ứng: đo độ dẫn điện của môi trường theo nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ. Kết quả đo thường được biểu diễn dưới dạng điện trở suất biểu kiến. Phương pháp này sử dụng loại dung dịch khoan không dẫn điện.
Gồm 2 phương pháp: phương pháp log cảm ứng và log cảm ứng hội tụ kép.
Các yếu tố ảnh hưởng: Kiến trúc đá: điện trở suất phụ thuộc vào sự sắp xếp của hạt, kiến trúc khung đá và phân lớp đá, hình dáng, phân bố của lỗ rỗng và kênh dẫn; Hàm lƣợng sét cũng nhƣ thành phần khoáng vật có trong đá; Độ khoáng hóa của nước vỉa; Nhiệt độ tại vỉa; Loại chất lưu chứa trong vỉa.
Ứng dụng: Xác định tầng thấm và tầng không thấm; Xác định tầng chứa nước và chứa hydrocacbon; Liên kết địa tầng các giếng khoan trong khu vực nghiên cứu dựa trên sự đồng dạng của các đường điện trở suất; Xác định độ rỗng và độ bão hòa của các lớp đất đá. Tuy nhiên phương pháp này chỉ sử dụng được trong các giếng thân trần, không sử dụng trong giếng đã chống ống.
Cơ sở luận giải môi trường: Để nhận biết tầng thấm ta phải sử dụng đồng thời ba đường điện trở suất đo ở ba đới khác nhau. Tại vị trí ba đường gần chồng lên nhau thì đó là tầng không thấm, ở vị trí ba đường tách khỏi nhau là dấu hiệu của tầng thấm (Hình 2.15). Giá trị điện trở suất của đá phụ thuộc vào độ rỗng và chất lỏng chứa trong đó. Đá có độ rỗng lớn chứa chất lỏng bên trong có độ dẫn điện tốt sẽ có điện trở suất thấp, trong khi các đá không có lỗ rỗng hoặc ít lỗ rỗng hơn sẽ có điện trở suất cao hơn. Đối với lớp sét chặt sít biển tiến thì đường LLD thường có giá
Võ Thị Thúy An 38 trị thấp, nhƣng đôi khi cũng có giá trị cao khi có sự tập trung cao của hóa thạch và sét nguồn gốc từ vật liệu mịn biển sâu.
Hình 2.15: Đường GR (bên trái) và đường LLD (bên phải) đặc trưng cho các tướng xung quanh đồng bằng tam giác châu[6].
2.1.2.4 Phương pháp siêu âm (sóng âm):
Là phương pháp sử dụng sóng siêu âm có tần số cao (>20000Hz) nghiên cứu tốc độ truyền sóng trong môi trường giếng khoan để biết được đặt tính đàn hồi của đất đá xung quanh thành giếng khoan. Đây là phương pháp được ứng dụng rất rộng rãi gồm: phương pháp tốc độ truyền sóng hay chênh lệch thời gian truyền sóng, phương pháp biên độ, phương pháp quét hình ảnh thành giếng khoan bằng sóng siêu âm (CAST – V).
Các yếu tố ảnh hưởng: Tốc độ truyền sóng siêu âm của lớp đá xung quanh thành giếng khoan, sự có mặt của hang hốc, nứt nẻ trong đá và đặc điểm phân bố của chúng; Dung dịch khoan trong quá trình tuần hoàn sẽ xuất hiện các bọt khí nhỏ, chúng hấp thụ sóng siêu âm làm suy yếu năng lƣợng của sóng và làm cho máy thu nhận được tín hiệu không rõ ràng; Đường kính giếng khoan lớn thì thời gian truyền sóng qua dung dịch khoan lớn làm kết quả đo bị sai lệch; Tốc độ kéo cáp khi đo ghi
Võ Thị Thúy An 39 phải phù hợp cho từng loại thiết bị siêu âm, tốc độ kéo cáp phải đồng đều nhau để giảm thiểu nhiễu; Nhiệt độ và áp suất nếu nhiệt độ tăng thì tốc độ truyền sóng sẽ giảm, áp suất môi trường tăng thì tốc độ truyền sóng âm tăng.
Ứng dụng: xác định độ rỗng Фs giữa các hạt và không xác định độ rỗng thứ sinh; Phân vỉa sản phẩm, nghiên cứu tính cơ lý của đất đá, xác định thành phần thạch học của vỉa bằng cách kết hợp với các phương pháp log khác; Nghiên cứu chất lƣợng trám ximăng: nhằm mục đích chống sạt lỡ và hạn chế mất dung dịch khoan; Phương pháp quét hình ảnh thành giếng khoan được dùng để đánh giá mức độ nứt nẻ của đất đá thành hệ.
Cơ sở luận giải môi trường: Các lớp sét kết sẽ có thời gian truyền sóng dài hơn các lớp cát kết nếu chúng có cùng độ rỗng, vì vậy trong một số trường hợp đường siêu âm được dùng để phân biệt độ hạt của các lớp trầm tích. Các lớp sét đen, than có hàm lượng vật chất hữu cơ cao thường có thời gian truyền sóng dài hơn. Lớp sét đặc sít tồn tại trong giai đoạn biển tiến cực đại tương ứng với đường cong GR cao nhất và thời gian truyền sóng thấp nhất.
2.1.2.5 Phương pháp log neutron:
Phương pháp neutron là phương pháp bắn phá môi trường xung quanh thành giếng khoan bằng các hạt neutron nhanh, đo ghi cường độ các neutron có năng lượng thấp (E < 1eV) kịp đi tới detector trước khi có thể bị một số nguyên tố trong môi trường chiếm giữ, hoặc đo ghi cường độ GR sinh ra do quá trình chiếm giữ neutron của môi trường, neutron hay GR ghi nhận được sẽ phản ánh một số đặt tính lý hóa của môi trường đất đá xung quanh thành giếng khoan.
Giá trị đo ghi ở phương pháp neutron sau hiệu chỉnh được tính ra dưới dạng chỉ số hidro “HI” – hàm lượng hidro trong 1 cm3 vật liệu môi trường/hàm lượng hidro trong 1cm3 nước nguyên chất ở 750F. Chỉ số HI cho biết độ rỗng của môi trường đất đá.
Các yếu tố ảnh hưởng: Hàm lƣợng hydro chứa trong đá hay độ rỗng của đá;
Đường kính thực của giếng khoan; Chiều dày của vỉa; Mật độ và loại dung dịch;
Tốc độ kéo cáp khi đo ghi; Sự có mặt của một số nguyên tố đặc biệt trong vỉa có
Võ Thị Thúy An 40 khả năng hấp thụ chùm hạt neutron; Cấu trúc và độ dày ống chống; Kích thướt và chủng loại của lớp vành xuyến ximăng; Chiều dài của máy đo….; Hàm lƣợng sét:
sét có tính chất ngậm nước dưới dạng kết tinh hoặc phân tử nước bám trên bề mặt các hạt sét. Vì vậy ta thường thấy chỉ số HI của các vỉa sét là rất cao.
Ứng dụng: Đánh giá độ rỗng của vỉa chứa; Xác định các đới chứa khí hay chứa hydrocarbon; Xác định thành phần thạch học của đất đá; Phân vỉa, liên kết địa tầng các giếng khoan; Xác định ranh giới dầu nước.
2.1.2.6 Phương pháp log mật độ:
Phương pháp log mật độ hay phương pháp GR tán xạ: là phương pháp bắn phá môi trường xung quanh thành giếng khoan bằng chùm tia GR có các mức năng lượng khác nhau, đo ghi cường độ GR tán xạ do kết quả tương tác của chúng với môi trường. Giá trị GR đo được phản ánh mật độ khối của môi trường đất đá xung quanh thành giếng khoan. Ở mức năng lượng khác nhau GR có thể tương tác với môi trường ở các mức độ (hiệu ứng) khác nhau:
- Hiệu ứng quang điện: xảy ra với các GR năng lƣợng thấp.
- Hiệu ứng tán xạ Compton: xảy ra với các GR năng lƣợng cao.
- Hiệu ứng tạo cặp:xả ra ở các GR ở mức năng lƣợng rất cao.
Các yếu tố ảnh hưởng : Mật độ đất đá, mật độ và loại dung dịch, đường kính giếng khoan, tốc độ kéo cáp, sự có mặt các đồng vị nguyên tố nặng (Pb, Bi, W, Ag, Pt).
Ứng dụng: Xác định độ rỗng đá chứa, thành phần thạch học, khoáng vật, hàm lƣợng các nguyên tố nặng.
Cơ sở luận giải môi trường: Kết hợp log mật độ và neutron khi đo qua các lớp cát sạch, các đường cong sẽ có độ lệch không đáng kể, khi có một lượng sét tăng lên trong cát thì giá trị đường neutron tăng trong khi đường mật độ không đổi nhiều, vì vậy hai đường cong sẽ cắt nhau. Bên cạnh đó, các lớp than, đoạn trám ximăng lại rất dễ phân biệt trên tổ hợp đường cong này. Đường mật độ bị ảnh hưởng bởi đường kính giếng khoan, còn đường neutron bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của khí (Hình 2.16).
Võ Thị Thúy An 41 Hình 2. 16: Tổ hợp các đường cong GR, SP, LLD, Neutron xác định thạch học và