Bài giảng Địa vật lý giếng khoan Phần 3: TS. Lê Hải An

Phần 3: Các phương pháp ñiện từ

• Các phương pháp ño ñiện trở (pp. thông thường, hội tụ, vi hệ ñiện cực)

ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN

• Các phương pháp ño ñộ dẫn ñiện (pp. cảm ứng)

• Phương pháp tốc ñộ lan truyền sóng ñiện từ EPT

TS. Lê Hải An Bộ môn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí, TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT

Phương pháp ñiện trở

ðiện trở suất là một tham số quan trọng khi xác ñịnh các vỉa chứa dầu khí và ñộ bão hoà hydrocarbon của thành hệ.

Các phương pháp ñiện trở

ðiện trở suất của thành hệ phụ thuộc vào 3 yếu tố: 1. ðiện trở suất của nước trong thành hệ 2. Lượng nước 3. Cấu trúc lỗ rỗng

ðiện trở suất của thành hệ ñược ño ghi bằng cách phát một dòng ñiện vào môi trường và ño cường ñộ dòng ñiện chạy qua môi trường hoặc bằng cách ño dòng ñiện cảm ứng trong môi trường ñó.

Phương pháp ñiện trở

Dòng ñiện

Phương pháp ñiện trở suất biểu kiến

Dòng ñiện

Phương pháp ñiện trở suất biểu kiến Hệ ñiện cực

R=V/I

Nguyên lý cơ bản ño ñiện trở suất: - ðo ñiện thế - ðo cường ñộ dòng ñiện

Giá trị ño ghi ñược: ñiện trở suất biểu kiến của thành hệ

Một ñiện cực thả xuống giếng khoan Một ñiện cực trên mặt ñất

ðo thế ðo gradien

Hệ ñiện cực thế Hệ ñiện cực gradien

Dòng ñược phát giữa hai ñiện cực A và B, hiệu Với hệ ñiện cực thế, dòng ñiện có cường ñộ không ñiện thế ñược ño ghi giữa hai ñiện cực thu M và ñổi ñược phát giữa hai ñiện cực phát A và B. N nằm ở hai mặt cầu ñẳng thế của A. Hiệu ñiện thế giữa hai ñiện cực thu M và N ñược ðiện thế ño ñược tỉ lệ với gradien thế giữa hai ño ghi. ñiện cực M và N. Hai ñiện cực A và M ở trên thiết bị máy giếng ðiểm ño ghi là ñiểm O, trung ñiểm của M và N. (tool) còn hai ñiện cực B và N nằm xa vô cùng. Khoảng cách AO gọi là chiều dài thiết bị và bằng 18’8” (5m70cm). Khoảng cách AM ñược gọi là chiều dài thiết bị, có hai loại thiết bị ngắn (AM = 16”) và dài (AM=64”) Trong thực tế, còn có thiết bị các hệ ñiện cực ño ghi ñổi chỗ cho nhau (A, B, N ở trên thiết bị thả ðiểm ño ghi chính là ñiểm O, trung ñiểm của AM. vào giếng khoan), hoặc A, B, M, N ñều nằm trên thiết bị M cách N một khoảng 50 ft 10 in ðo thế ðo gradien

ðường thế ðườnggradien

Chiều sâu nghiên cứu Phương pháp ñiện trở ðường cong ño thế và gradien

Chiều sâu nghiên cứu: ðo thế: r = 2AM ðo gradien: r = AO

Phương pháp ñiện trở

Thay ñổi hình dạng của các mặt ñẳng thế thành dạng hình trụ giống ðiện trở suất và yếu tố hình học như giếng khoan bằng cách thay © Schlumberger ñiện cực phát ñiểm bằng ñiện cực phát khối

Trong các trường hợp: • Vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng có ñiện trở cao • Dung dịch khoan là dung dịch mặn

(cid:1) Sử dụng hệ ñiện cực hội tụ

ðiện trở suất thấp

ðiện trở suất cao

ðiện trở suất thấp

Dòng ép

ðiện trở suất thấp

ðiện trở suất cao

Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ Sử dụng các thiết bị ño ñiện trở suất có hội tụ dòng phát. Hiệu quả của phép ño có hội tụ dòng: Phép ño này rất hiệu quả trong các trường hợp vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng có ñiện trở cao, hoặc trường hợp dung dịch mặn. • Tăng khả năng phân giải lát cắt của ñường cong ñiện trở suất biểu kiến ðiện cực ép dòng • Tăng chiều sâu nghiên cứu của phép ño ñiện trở trong những trường hợp lát cắt ðiện trở suất thấp ñiện trở cao.

Dòng hội tụ

ðiện trở suất thấp

ðiện trở suất cao

Dòng ép

ðiện trở suất thấp

LL7

LL3

Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ

Ở hệ ñiện cực LL7, các ñiện cực ñược ñặt ñối xứng nhau qua ñiện cực phát chính A0. ðể dòng phát kích thích môi trường ở vỉa nghiên cứu thì cần có hai ñiện cực

ðiện cực phát A0 phát ra một dòng i0 có thế không ñổi, hai ñiện cực phát A1 và A1’ ñược ñiều chỉnh sao cho các ñiện cực theo dõi M1 và M2, M1’ và M2’ ñều có ñiện thế bằng nhau. phát phụ A1 và A2 ñặt ñối xứng qua A0 ñể ép cho phần dòng phát ra từ ñiện cực này ñi thẳng vào thành giếng khoan

Do ñiện thế giữa các cặp M1, M2 và M1’, M2’ bằng nhau nên không có dòng ñi ở giữa các cặp ñiện cực này, hay nói cách khác, dòng phát từ ñiện cực phát A0 ñi thẳng vào môi trường.

Khoảng cách O1O2 là 32 in., A1A1’ là 80 in.

Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Dual Laterolog) Hệ ñiện cực ño sâu sườn

Dùng các phép ño có chiều sâu nghiên cứu khác nhau: Sâu (LLD) và Nông (LLS) Thiết bị DLL cùng một lúc ño ghi cả LLD và LLS

LLD: sử dụng tần số 35Hz LLS: sử dụng tần số 280Hz

LLD: A1 và A2 thực hiện ép dòng LLS: A1 thực hiện ép dòng và ñược nối với A2 ñể dòng chạy từ A1 ñến A2

Hệ ñiện cực ño sâu sườn Hệ ñiện cực ño sâu sườn

ðường cong DLL Hiệu ứng Delaware

An anomalous effect on guard log and early laterolog curves first observed in the Delaware Basin. It can be recognized as an erroneous high-resistivity gradient in conductive beds when these beds are overlaid by thick high resitivity formations.

Res is tive Bed

Laterolog

Induction

Hiệu ứng Groningen Hiệu ứng Groningen

LLS

LLD /LLG

Groningen Res pons e

LLG

Induction does not react

LLD increas e

Giá trị LLD tăng lớn, ñi kèm Hiện tượng xảy ra do ñiện thế quy chiếu thay ñổi khác không (cable-torpedo) theo LLS không thay ñổi, có thể là do có mặt của Xảy ra khi có các lớp ñiện trở suất cao nằm ngay trên thành hệ ñang ño ghi hydrocarbon trong thành hệ Làm cho dòng phát sâu (deep current) bắt buộc phải chạy trong cột dung dịch hoặc do hiệu ứng Groningen

Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Dual Laterolog)

ðộ phân giải theo chiều dọc: 24"

Giá trị lớn nhất có thể ño ghi ñược: Azimuthal Resistivity Image - ARI LLD 40.000 Ohmm LLS 6.000 Ohmm Giá trị nhỏ nhất có thể ño ghi ñược: LLD 0,2 Ohmm LLS 0,2 Ohmm

Azimuthal Laterolog – Azimuthal Resistivity Image - ARI Azimuthal Laterolog

Sâu (LLD) Nông (LLS)

ðiện cực phát A2 ñược chia thành 12 ñiện cực nhỏ

12 ñiện cực phân bố ñều xung quanh thiết bị cho phép ño ghi 12 giá trị ñiện trở suất theo các phương vị khác nhau

Azimuthal Laterolog Azimuthal Laterolog

Tài liệu Azimuthal Laterolog chuẩn bao gồm: Hai ñường cong chuẩn LLD và LLS

LLhr - high resolution deep Laterolog Xác ñịnh nứt nẻ 12 ñường cong ñiện trở suất theo phương vị

Ảnh ñiện trở (ARI image) của thành hệ xung quanh thành giếng khoan (gần như FMS)

Làm thế nào ñể nghiên cứu các vỉa mỏng và vùng cận thành giếng (xác Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Laterolog) © Schlumberger ñịnh ñiện trở suất của lớp vỏ sét Rmc và ñiện trở suất của ñới rửa Rxo.)

Các phương pháp vi hệ ñiện cực

(cid:1) Sử dụng hệ ñiện cực có kích thước nhỏ - vi hệ ñiện cực

Càng ñể ño ñường kính

Bảng cách ñiện gắn vi hệ ñiện cực

• Phương pháp vi hệ ñiện cực là các hệ ñiện cực ñược cấu thành từ các ñiện cực ñiểm gắn trên bảng cách ñiện và khi ño ñược áp vào thành giếng khoan. • Phép ño ñiện trở suất bằng các vi hệ ñiện cực có chiều sâu nghiên cứu rất nhỏ và chủ yếu phản ánh ñiện trở suất của lớp vỏ sét (Rmc) và ñiện trở suất của ñới rửa (Rxo).

Các phương pháp vi hệ ñiện cực Vi hệ ñiện cực thông thường (Microlog - ML)

• Gồm 3 ñiện cực A, M1, M2 ñặt cách ñều Sự phát triển của phương pháp nhau một khoảng 1’’ (2,54 cm)

Càng ñể ño ñường kính

Bảng cách ñiện gắn vi hệ ñiện cực

M2 M1 A

ðầu tiên là Microlog (ML), hiện nay vẫn ñược sử dụng; • Khi ño ghi có thể phát A ño ghi ở M1 và M2 (vi hệ ñiện cực gradien) hoặc phát A ño ghi ở M2 (vi hệ ñiện cực thế) Tiếp ñến là Micro Laterolog (MLL), ñược thay bằng Proximity Log (PL), ñược thay tiếp bằng MicroSpherically Focused Log (MSFL), ñược thay tiếp bằng MicroCylindrically Focused Log (MCFL)

Vỉa thấm

Vỏ sét

Vi hệ ñiện cực thông thường (Microlog - ML) Vi hệ ñiện cực sườn (Micro Laterolog - MLL)

Tấm cách ñiện

• ðường cong ñiện trở suất thứ nhất có A0 là ñiện cực ñiểm, còn M1, M2 và A1 là các vòng tròn ñồng tâm chiều sâu nghiên cứu r = AO = 1.5 in, chủ yếu chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét (Rmc) và một phần ñới rửa. • ðường cong thứ hai có chiều sâu nghiên cứu r = 2AM = 4 in, chủ yếu phản ánh ñiện trở suất ñới rửa (Rxo).

Vi hệ ñiện cực sườn (Micro Laterolog - MLL) Vi hệ ñiện cực gần (Proximity log - PL)

• Chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét

• Gồm các ñiện cực tấm hình chữ nhật

Vi hệ ñiện cực gần (Proximity log - PL) Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroSpherically Focused Log - MSFL) • Gồm các ñiện cực là các vòng ñồng hình chữ nhật

• Chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét

Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroSpherically Focused Log - MSFL) Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroCylindrically Focused Log - MCFL)

• Chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét

Phương pháp cảm ứng

Giếng khoan bằng dung dịch gốc dầu

Phương pháp cảm ứng Phương pháp cảm ứng (nguyên lý)

• Phương pháp cảm ứng là phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông qua việc nghiên cứu trường ñiện từ cảm ứng xuất hiện trong môi trường nghiên cứu do bị kích thích bởi một trường ñiện từ nguyên sinh. • Hiện tượng cảm ứng ñiện từ sẽ tạo ra một dòng ñiện trong thành hệ có ñộ lớn phụ thuộc vào ñộ dẫn ñiện cuả phần thành hệ mà dòng này ñã ñi qua. • Từ số ño cảm ứng (ñộ dẫn ñiện) sẽ tính ñược ñiện trở suất của thành hệ

Tương tự như nguyên lý của máy biến thế

6. Dòng cảm ứng sinh ra bởi từ trường (2) ñược loại bỏ bằng hệ thống ñiện tử của máy giếng

5. Dòng ñiện trong cuôn dây thu là dòng cảm ứng sinh ra bởi từ trường (2) và (4)

4. Từ trường thứ sinh ñược sinh ra bởi dòng cảm ứng trong thành hệ

3. Dòng cảm ứng trong thành hệ ñược sinh ra bởi từ trường xung quanh thành giếng khoan

Nguyên lý (tổng hợp) Nguyên lý

2. Từ trường ñược sinh ra trong thành hệ

1. Cuộn dây phát dòng ðiện xoay chiều @ 20 kHz

Cuộn dây phát và cuộn dây thu ñược ñặt ñồng trục

Nguyên lý Phương pháp cảm ứng

Các tín hiệu ño ghi ñược: X và R X: tín hiệu ñồng pha – trực tiếp từ cuộn dây phát ñến cuộn dây thu R: tín hiệu lệch pha – tín hiệu do hiện tượng cảm ứng ñiện từ của thành hệ

Yếu tố hình học Yếu tố hình học

Yếu tố hình học của 1 vùng ñược ñịnh nghĩa bởi phần tín hiệu mà vùng ñó tham gia vào tín hiệu toàn phần

G=GmCm + GxoCxo + GtCt + GsCs Trong ñó: Gm + Gxo + Gt + Gs = 1

Hiệu ứng SKIN Hiệu ứng SKIN

SKIN

• Trong thành hệ dẫn ñiện tốt, thì dòng thứ sinh là rất lớn và gây nên trường ñiện từ ñáng kể. • Trường ñiện từ này lại gây nên một suất ñiện ñộng cảm ứng khác ở các vành khuyên và lệch pha so với suất ñiện ñộng tạo nên bởi cuộn dây phát. • Làm cho tín hiệu thu ñược ở cuộn dây thu giảm ñi một cách ñáng kể, gọi là hiệu ứng SKIN • Hiệu ứng skin trở nên ñáng kể khi mà thành hệ có ñộ dẫn ñiện lớn hơn 1000 mmho/m

1 s f

m : ñộ từ thẩm s : ñộ dẫn ñiện f: tần số dòng phát

Dòng bị ñẩy ra khỏi các vành khuyên làm ñiện trở suất biểu kiến tăng lên ñáng kể

Sơ ñồ bố trí các cuộn dây cảm ứng

ILD=6FF40 ILM=8FF28

Hiệu ứng SKIN Phương pháp DIL – Dual Induction Log

6FF40 • 6 cuộn dây

• 40” khoảng cách giữa hai cuộn dây phát và ño chính

• Rmf nhỏ, F • Rmf nhỏ, F • Rmf lớn, F • Rmf lớn, F

So sánh DIL – Dual Induction Log và Dual Laterolog So sánh DIL – Dual Induction Log và Dual Laterolog

• Rmf nhỏ, F • Rmf nhỏ, F • Rmf lớn, F • Rmf lớn, F

lớn lớn nhỏ: : DLL (DIL kém) lớn: DLL lớn: DIL (DLL kém) nhỏ:

– Nước mặn – Vỉa có hydrocarbon – Nước mặn: DIL – Vỉa có hydrocarbon: DLL

Induction Log

So sánh DIL và DLL AIT – Array Induction Tools

• Thiết bị ño 28 tín hiệu riêng biệt từ 8 mảng (arrays). Chỉ có 1 cuộn phát làm việc ở 3 tần số

• ðo ghi cả hai tín hiệu (R) và (X)

Laterolog

) (% g n rỗ ộ ð

• 5 chiều sâu nghiên cứu khác nhau: 10", 20", 30", 60" và 90".

Sử dụng cả hai (dưới ñường Rw tương ứng)

• 3 ñộ phân giải theo chiều dọc: 1 ft., 2 ft. và 4 ft.

‹ Dung dịịịịch mặặặặn

Dung dịịịịch ngọọọọtﬁ

‹ ‹ ‹ ﬁ ﬁ ﬁ

AIT – Array Induction Tools AIT – Array Induction Tools

Ưu ñiểm

• Chiều sâu nghiên cứu rất sâu 90’’ cho phép nghiên cứu ñới nguyên ở bất kỳ thành hệ nào, kể cả thành hệ xảy ra quá trình xâm nhập của dung dịch khoan rất sâu vào thành hệ • ðộ phân giải theo chiều dọc là 1ft. cho phép hạn chế hiệu ứng ảnh hưởng của vỉa vây quanh • Ít chịu ảnh hưởng của giếng khoan • Hiệu ứng SKIN ñược ño ghi và bù bằng cách ño ghi tín hiệu X-signal • Tín hiệu tự ngẫu lớn bị loại trừ do sử dụng các cuộn dây thu cân bằng lẫn nhau trong mảng

AIT – Array Induction Tools AIT – Array Induction Tools

Chiều sâu nghiên cứu

AIT – Array Induction Tools Phạm vi ứng dụng của phương pháp

Xác ñịnh ñiện trở suất thực của thành hệ trong các giếng khoan bằng dung dịch khoan gốc dầu hoặc trong giếng khoan khô

Phương pháp ño tốc ñộ lan truyền sóng ñiện từ

EPT - Electromagnetic Propagation Log EPT - Electromagnetic Propagation Log

Phương trình Maxwell:

• Phương pháp tốc ñộ lan truyền sóng ñiện từ (EPT) ño ghi thời gian truyền và tốc ñộ suy giảm của sóng ñiện từ ở tần số cao (25Mhz hoặc 1.1 GHz) dọc theo thành giếng khoan ở một vài inch ñầu của thành hệ

• Với tần số cao (GHz) tốc ñộ lan truyền của sóng ñiện từ phụ thuộc hầu như toàn bộ vào tính chất ñiện môi của thành hệ và bị ảnh hưởng rất ít bởi ñiện trở suất Trong ñó: • Hằng số ñiện môi của thành hệ phụ thuộc vào lượng nước chứa trong thành hệ ñó

Hằng số ñiện môi Thiết bị EPT

Gồm hai ăngten phát và hai ăngten thu vi sóng ñược gắn lên một tấm ñồng và ñược áp sát vào thành giếng

Thiết bị EPT Thiết bị EPT

EPT: Electromagnetic Propagation Tool @ 1.1 GHz 8 cm DPT: Deep Propagation Tool @ 25 MHz Khoảng cách giữa hai ăngten phát và thu gần nhất là 8cm, khoảng cách giữa hai ăngten thu là 4cm 4 cm HFD: High Frequency Dielectric Tool @ 1 GHz LFD: Low Frequency Dielectric Tool @ 20 MHz

ðường cong EPT EPT Chuyển thời gian truyền sóng sang ñộ rỗng: phương pháp tpo

(

2 /)60

3604

2 pl

- -

-+ 1(

) t

Thời gian truyền sóng: TPL (ns/m) F Suy giảm sóng: EATT (dB/m)

t

=F

t

tpl: thời gian truyền sóng trong thành hệ (ns/m) A: tốc ñộ suy giảm (dB/m) tpm: thời gian truyền sóng trong xương ñá (ns/m) tpf: thời gian truyền sóng trong chất lưu (ns/m)

EPT Phương pháp tpo : chuyển thời gian truyền sóng sang ñộ rỗng Phương pháp CRIM: Complex Refractive Index Method

ðo ghi trực tiếp giá trị e - * Số phức e

e

=

e

EPT

" =e

Khi thành hệ bão hòa 100% nước: F -

e i+ .17 975 R

.01.31 -

029

t pw

F+

Phương trình CRIM T: nhiệt ñộ thành hệ Khi thành hệ chứa hydrocarbon:

-= 1(

)

* w

-+ 1(

)

-+ 1(

)

- F F F F

~2.1 nếu là dầu và 1.0 nếu là khí

* (F ñược tính từ các phương pháp ñộ rỗng)

EPT – Haliburton EPT – phạm vi ứng dụng Chuyển thời gian truyền sóng sang ñộ rỗng: phương pháp CRIM Complex Refractive Index Method

F+

-= 1(

)

* w

EPT = F

*, phần thực là Sw (cần xác ñịnh) và phần ảo phải

EPT ≠ F

Giải phương trình CRIM với ẩn số là Sw • Xác ñịnh hydrocarbon linh ñộng: Sxo-Sw - F • Xác ñịnh vỉa nước: khi ñó F • Xác ñịnh hydrocarbon trong những vùng nước ngọt, nơi mà các Kết quả thu ñược là số phức Sw xấp xỉ 0 phương pháp ñiện trở không phân biệt ñược nước và dầu: khi ñó F

Acknowledgments

Schlumberger

Baker Atlas

Halliburton

• Với LFD và DPT: ñới nguyên SW • Với HFD và EPT: ñới rửa Sxo