Bài giảng Địa vật lý giếng khoan: Phần 1 - TS. Lê Hải An

Chia sẻ: Nnmm Nnmm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng phần 1 - Các phương pháp đo trường tự nhiên. Phần này trình bày những nội dung chính như sau: Phương pháp thế tự nhiên (SP) – Spontaneous Potential, phương pháp gammma tự nhiên (GR) – Natural Gamma Ray, phương pháp phổ gammma (NGS) – Natural Gamma Ray Spectometry. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm bắt các nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Địa vật lý giếng khoan: Phần 1 - TS. Lê Hải An

Phần 1: Các phương pháp ño trường tự nhiên ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN • Phương pháp thế tự nhiên (SP) – Spontaneous Potential • Phương pháp gammma tự nhiên (GR) – Natural Gamma Ray TS. Lê Hải An • Phương pháp phổ gammma (NGS) – Natural Gamma Ray Bộ môn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí, TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT Spectometry Phương pháp thế tự nhiên Giếng khoan ðo ghi chênh lệch ñiện thế giữa ñiện cực thả vào trong giếng ðiện cực khoan và ñiện cực ở trên nối ñất mặt ñất (khi không có dòng ñiện phát – trường ñiện thế Phương pháp thế tự nhiên tự nhiên) ðiện thế này thay ñổi từ lớp ñất ñá này sang lớp ñất ñá khác Cáp ño ðiên thế có thể biến thiên từ một vài ñến hàng trăm millivolt ðiện cực Nguồn gốc của trường thế tự nhiên Phương pháp thế tự nhiên Gồm 2 nguồn chính: Giếng khoan phải là ñược khoan bằng dung dịch cơ sở gốc nước (không ño ghi ñược • Thế ñiện hóa học (electrochemical) trong giếng khoan bằng • Thế ñiện ñộng lực (electrokinetic) dung dịch cơ sở gốc dầu) Hệ ñiện cực ño ghi SP ñược chế tạo trong nhiều máy giếng như: induction log, laterolog, sonic log, sidewall core gun 1
Thế ñiện hóa (Ec) Thế ñiện hóa (Ec) Thành phần thứ nhất: thế hấp phụ - thế màng lọc (Em) Giếng khoan Sét cho phép các ion Na+ ñi qua, trong khi ñó lại ngăn cản không cho các ion Cl- ñi qua và hấp phụ chúng. Dòng ion Na+ Thế ñiện hóa học: gồm hai quá trình ñiện chạy qua lớp sét từ nơi có ñộ khoáng hóa xảy ra khi có hai chất lưu có hóa cao (nước vỉa) ñến nơi có ñộ nồng ñộ khoáng hóa khác nhau khoáng hóa thấp (filtrate dung dịch (filtrate dung dịch khoan và nước khoan) tạo nên một ñiện thế hấp phụ vỉa) tiếp xúc vói nhau hay thông Em qua màng bán thấm (sét vây quanh) Thế ñiện hóa (Ec) Thế ñiện ñộng lực (Ek) Thành phần thứ hai: thế khuyếch tán (E j) Giếng khoan Giếng khoan Cột dung dịch Giữa thành hệ và dung dịch khoan có sự Hình thành khi có dòng dung dịch ñiện phân chênh lệch về nồng ñộ khoáng hóa (chủ thấm vào môi trường rỗng phi kim yếu là NaCl: ion Na+ và ion Cl-) (không kim loại) Các ion sẽ chuyển dịch từ nơi có nồng ñộ cao Sự chênh áp giữa cột dung dịch và vỉa gây (nước vỉa) sang nơi có nồng ñộ thấp nên dòng filtrate dung dịch khoan thấm (dung dịch khoan) vào thành hệ (quá trình xâm nhập) Do ñộ linh ñộng của ion Na+ và Cl- khác nhau Dòng filtrate dung dịch khoan ñi qua lớp vỏ (ion Cl- chuyển ñộng nhanh hơn), do bùn (mudcake) tạo nên một thế ñiện vậy mà tạo nên trên ranh giới giữa ñới ñộng lực Ek rửa và ñới nguyên một ñiện thế Thế ñiện ñộng lực Ek này rất nhỏ và biến mất khuyếch tán Es khi lớp vỏ sét trở nên không thấm ðiện thế toàn phần ðiện thế toàn phần (SSP) • Với dung dịch NaCl tại 25°C (77°F): SP = Ej + Em + Ek Em = -59.1log(Rmfe/Rwe) và Ej = -11.5 log(Rmfe/Rwe) SP trong ñó Rmfe and Rwe là ñiện trở suất tương ñương, liên quan ñến giá trị ñiện Em Emembrane trở suất dung dịch khoan Rmf và ñiện trở suất nước vỉa Rw Ejlj + E + Em Em • ðiện thế toàn phần hay ñiện thế tĩnh SSP (static SP) với lớp cát dày: Shale Sand SSP = -K . log (Rmfe/Rwe) EliquidEjjunction trong ñó K là hằng số tỉ lệ với nhiệt ñộ T= (61+0.13T) khi T tính theo °F: Invaded Virgin SSP = - (61 + 0.13T) . log (R mfe/Rwe) Mud zone zone 2
Ảnh hưởng của ñộ khoáng hóa ðường cong SP ðơn vị ño là millivolt (mv) Không có vẽ trên lưới theo tỉ lệ mà chỉ có ñơn vị quy ước cho chênh lệch 20mv ðường cong SP Ảnh hưởng của môi trường xung quanh lên ñường cong SP Xác ñịnh ñiện trở suất của nước vỉa Rw Ứng dụng của phương pháp thế tự nhiên SP Cần biết: 1. Phân chia các lớp ñất ñá trong giếng khoan theo thành phần thạch học (phân biệt các vỉa thấm chứa và vỉa sét) 1. ðiện trở suất của filtrate dung dịch khoan (Rmf) 2. Xác ñịnh ranh giới và chiều dày của các vỉa cát sét 2. Nhiệt ñộ của thành hệ (T0C) 3. Xác ñịnh hàm lượng sét 3. ESSP 4. Xác ñịnh ñiện trở suất của nước vỉa Rw 5. Liên kết các giếng khoan 3
Xác ñịnh ñiện trở suất của nước vỉa Rw Xác ñịnh ñiện trở suất của nước vỉa Rw 1. Xác ñịnh Rmf tại nhiệt ñộ thành hệ 2. Xác ñịnh Rmfeq Rmf Rmf Rmf@T0 Rmfeq Xác ñịnh ñiện trở suất của nước vỉa Rw Xác ñịnh ñiện trở suất của nước vỉa Rw 3. Xác ñịnh tỉ số (Rmfeq/Rweq) 4. Xác ñịnh Rw Rweq ESSP Rmfeq/Rweq Rw Xác ñịnh ñiện trở suất của nước vỉa Rw Xác ñịnh ñiện trở suất của nước vỉa Rw Cho biết: Cho biết: 1. Gradien nhiệt ñộ là 30C/100m 1. Nhiệt ñộ thành hệ là 1740F 2. Nhiệt ñộ trên mặt ñất là 250C 2. Nhiệt ñộ trên mặt ñất là 780F 3. Thành hệ @ 2000m 3. ðiện trở suất của filtrate dung dịch khoan là Rmf= 0.64 ohmm@780F 4. ðiện trở suất của filtrate dung dịch khoan là Rmf= 0.05 ohmm@250C 4. ESSP=-90 mv 5. ESSP=-112 mv 4
Spontaneous Potential Phương pháp gamma tự nhiên © Schlumberger Phương pháp gamma tự nhiên Phương pháp gamma tự nhiên Phương pháp gamma tự nhiên (GR) ño ghi cường ñộ phóng xạ gamma tự nhiên của thành hệ. Hầu như tất cả các loại thành hệ ñất ñá ñều bức xạ ra tia gamma và cường ñộ phụ thuộc vào hàm lượng của các ñồng vị phóng xạ của Kali, Thori va Uran có chứa trong thành hệ ñó Phương pháp gamma tự nhiên Tia gamma Tia gamma là một dạng sóng ñiện từ có năng lượng cao phát ra từ một nguyên GR ño ghi trong giếng khoan thường phản Sét tố ñồng vị phóng xạ trong tự nhiên. ánh thành phần sét của thành hệ bởi vì trong các thành hệ trầm tích, các Hầu hết các tia gamma tự nhiên ở vỏ quả ñất ñược phát ra từ 3 nguồn ñồng vị phóng xạ chính: nguyên tố phóng xạ thường có khuynh hướng tích tụ trong sét và khoáng vật Cát sét. sét Thành hệ sạch (không có sét) thường có • Kali (K40) cường ñộ phóng xạ rất nhỏ, ngoại trừ • Thori (Th232) tàn núi lửa hoặc granite wash hoặc khi Cát • Uran (U238) sạch trong nước trong thành hệ có chứa muối phóng xạ hoà tan Sét 5
Tia gamma Tương tác của tia gamma trong môi trường Khi ñi qua môi trường vật chất (thành hệ ñất ñá), tia gamma thực hiện các va chạm với các electron của các nguyên tử trong môi trường ñó và mất dần năng lượng sau mỗi lần tương tác Mỗi nguyên tố ñồng vị phóng xạ phát xạ tia gamma có cường ñộ Ba hiệu ứng chính của tia gamma khi tương tác với môi trường và năng lượng riêng khác với các 1. Hiệu ứng tạo cặp nguyên tố khác 2. Hiệu ứng tán xạ Compton • Kali (K40) chỉ 3. Hiệu ứng hấp thụ quang ñiện cho 1 mức năng lượng 1.46 MeV • Thori (Th232) cho mức năng lượng 2.62 MeV • Uran (U238) cho mức năng lượng 1.76 MeV Tương tác của tia gamma trong môi trường Tương tác của tia gamma trong môi trường Hiệu ứng tạo cặp Hiệu ứng tán xạ Compton Tia gamma có năng lượng cao (>10MeV) có thể tương tác trực tiếp với hạt Va chạm ñàn hồi giữa tia gamma với một electron ở lớp ngoài cùng của nhân nguyên tử và bị hấp thụ hoàn toàn, làm bắn ra từ hạt nhân một cặp nguyên tử, làm cho tia gamma tán xạ một góc so với hướng ban ñầu và tích ñiện trái dấu là electron và positron bắn ra một electron compton có năng lượng lớn Tương tác của tia gamma trong môi trường Thiết bị ño ghi gamma Hiệu ứng hấp thụ quang ñiện Máy giếng GR có 1 ñầu thu ño ghi cường ñộ của tia gamma phát ra từ thành Va chạm không ñàn hồi của tia gamma với nguyên tử và mất hoàn toàn hệ xung quanh máy giếng. năng lượng. Lúc này nguyên tử tích thêm năng lượng và ở vào trạng thái Hiện nay, ống ñếm nhấp nháy (scintillation counters) ñược sử dụng chủ yếu kích thích Nguyên tử thoát khỏi trạng thái kích thích bằng cách bắn ra một electron cho phép ño ghi này thay cho ống ñếm Geiger-Mueller trước ñây. Ống ñếm nhấp nháy chỉ dài có vài inches nhưng cho giá trị ño ghi khá là chính xác, gồm một tinh thể NaI lớn Khi tia gamma ñâm vào tinh thể NaI tạo ra một tia sáng, sau ñược chuyển thành một xung ñiện bằng một tế bào quang ñiện 6
ðường cong gamma (GR) ðường cong gamma (GR) phụ thuộc tốc ñộ kéo cáp ðơn vị ño là API hoặc xung/phút ðặc ñiểm của ñường cong GR: sét • ðối xứng ở vỉa ñồng nhất Tốc ñộ kéo cáp càng nhanh thì dị thường • Biên ñộ dị thường phụ thuộc chiều dày lại càng bị dịch chuyển lên trên ra khỏi vị của vỉa trí ñúng Dáng ñiệu của ñường cong GR phụ thuộc vào tốc ñộ kéo cáp Phải khống chế tốc ñộ kéo cáp của máy 1m cát sao cho không ñi ñược quá 1ft trong khoảng hằng số thời gian 2s (khoảng thời gian ñếm tia gamma) 1ft = vertical resolution GR tool sét Ưu ñiểm của phương pháp gamma (GR) ðơn vị ño gamma API Một trong những ưu ñiểm của Tại University of Houston phương pháp gamma tự nhiên là Một ống trụ dài 24ft., 4ft ñường kính, có thể ño ghi ở mọi môi trường, chứa 8ft xi măng ở giữa trộn với mọi ñiều kiện, trong giếng khoan 12ppm U, 24ppm Th và 4% K ñã chống ống, trong giếng khoan khoan bằng dung dịch cơ sở gốc nước (mặn, ngọt), gốc dầu. 1 API ñược ñịnh nghĩa bằng 1/200 của chênh lệch cường ñộ phóng xạ gamma giữa sét nhân tạo và vỉa vây quanh Ứng dụng của phương pháp gamma tự nhiên GR Ứng dụng của phương pháp gamma tự nhiên GR • Liên kết các giếng khoan 1. Phân chia tỉ mỉ các lớp ñất ñá trong giếng khoan 2. Xác ñịnh ranh giới và chiều dày của các vỉa cát sét 3. Xác ñịnh hàm lượng sét 4. Liên kết các giếng khoan 5. Xác ñịnh môi trường trầm tích 6. Xác ñịnh vật chất hữu cơ và ñá sinh 7. Phát hiện thân quặng chứa phóng xạ 7
Ứng dụng của phương pháp gamma tự nhiên GR Ứng dụng của phương pháp gamma tự nhiên GR • Xác ñịnh hàm lượng sét • Xác ñịnh hàm lượng sét Công thức cho ñá già Vsh = 1.7 − 3.38 − (GRI + 0.7)2 Công thức Clavier (consolidated rocks) Vsh = 0.33 * (2 2*GRI − 1) Vsh = GRI (GRI +n) Công thức Bateman Công thức cho ñá trẻ ñệ Tam IR G ( n =1.2÷1.7 ) (unconsolidated rocks) Vsh = 0.083* (23.7*GRI −1) V sh = 0 . 5GRI (1 . 5 − GRI ) Công thức Steiber Vsh Phương pháp phổ gamma • Phương pháp phổ Gamma (NGS) ño ghi cường ñộ phóng xạ toàn phần và ño ghi cả số lượng tia gamma và mức năng lượng của từng bức xạ gamma, nhờ ñó mà cho phép xác ñịnh thành phần của các ñồng vị nguyên tố phóng xạ K, Th và U trong thành hệ Phương pháp phổ gamma Phương pháp phổ gamma ðường cong phổ gamma Trên tài liệu ño ghi phổ gamma: • URAN - hàm lượng U (phần triệu, ppm) • THOR- hàm lượng Th (phần triệu, ppm) • POTA- hàm lượng K (phần trăm, %) ñược ghi trên rãnh 2 và 3 • SGR (spectral gamma ray) - gamma tổng (API) • CGR (computed gamma ray) - gamma tổng trừ ñi thành phần Toàn bộ phổ gamma ñược chia thành 5 mức cửa sổ năng lượng: W1, W2, của U (API) hay là gamma tổng W3, W4, W5 ñể “bắt giữ”các tia gamma tương ứng với các ñồng vị phóng thành phần của Th và K ñược ghi xạ khác nhau, từ ñó có thể xác ñịnh ñược hàm lượng K, U và Th trong ở rãnh 1 thành hệ 8
Ứng dụng của phương pháp phổ gamma Ứng dụng của phương pháp phổ gamma • Nhận biết các loại sét và tính hàm lượng của chúng • Kết hợp với các phương pháp khác ñể xác ñịnh thành phần khoáng vật • Nhận biết các loại sét và tính hàm lượng của chúng • Liên kết ñịa tầng theo lát cắt giếng khoan, kể cả trong các giếng khoan có ống chống • Kiểm tra chính xác chiều sâu ñể bắn vỉa • Nghiên cứu tướng trầm tích theo lát cắt giếng khoan. • Xác ñịnh các ñới mất sản phẩm (thief zones, channels) trong xi măng sau khi chống ống • Phát hiện các khóang vật phóng xạ như quặng phóng xạ U Xác ñịnh hàm lượng sét Bài tập: xác ñịnh hàm lượng sét • Xác ñịnh hàm lượng sét của các vỉa A ñến I • Xác ñịnh hàm lượng sét của các vỉa A ñến I nếu biết ñây là thành hệ trước Kaizozoi • Vỉa I có gì ñặc biệt? • Hiệu chỉnh giá trị ño GR của vỉa I và tính lại hàm lượng sét của vỉa này biết: mật ñộ của bùn khoan là 14 lbs/galon; thiết bị ño GR có ñường kính 3 3/8” và ñặt lệch tâm trong giếng khoan Xác ñịnh hàm lượng sét Xác ñịnh thành phần khoáng vật Từ ñường cong phổ Gamma (GR, U, Th, K) xác ñịnh thành phần khoáng vật trong các khoảng ñộ sâu sau: 0 ______ GR _____ 120 API • 10665 ft. ñến 10675 ft. • 10730 ft. ñến 10740 ft. • 10770 ft. ñến 10805 ft. • 10810 ft. ñến 10820 ft. 6 - - - CAL - - - 16 in 9
Xác ñịnh thành phần khoáng vật Vsh = 0.33 * ( 2 2*GRI − 1) 10700 0 ______ SGR _____ 150 API K 10 - - - URAN - - - 30 ppm -2 ______ THOR ____ 38 ppm U IR G -11 ______ POTA ____ 9 % Th 10800 SGR Vsh Acknowledgments Schlumberger Baker Atlas Halliburton 10