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

Chia sẻ: Nnmm Nnmm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Địa vật lý giếng khoan - Phần 3: Các phương pháp điện từ. Phần này gồm có những nội dung chính như: Các phương pháp đo điện trở (phương pháp thông thường, hội tụ, vi hệ điện cực), các phương pháp đo độ dẫn điện (phương pháp cảm ứng), phương pháp tốc độ lan truyền sóng điện từ EPT.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Địa vật lý giếng khoan: Phần 3 - TS. Lê Hải An

Phần 3: Các phương pháp ñiện từ ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN • • Các phương pháp ño ñiện trở (pp. thông thường, hội tụ, vi hệ ñiện cực) Các phương pháp ño ñộ dẫn ñiện (pp. cảm ứng) TS. Lê Hải An • Phương pháp tốc ñộ lan truyền sóng ñiện từ EPT 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. ðiện trở suất của thành hệ phụ thuộc vào 3 yếu tố: 1. ðiện trở suất của nước trong thành hệ Các phương pháp ñiện trở 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 1
Phương pháp ñiện trở suất biểu kiến Hệ ñiện cực Nguyên lý cơ bản ño ñiện trở suất: - ðo ñiện thế - ðo cường ñộ dòng ñiện R=V/I 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 ñổi ñược phát giữa hai ñiện cực phát A và B. ñiện thế ñược ño ghi giữa hai ñiện cực thu M và 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 Khoảng cách AM ñược gọi là chiều dài thiết bị, có 18’8” (5m70cm). 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 Chiều sâu nghiên cứu Phương pháp ñiện trở ðường cong ño thế và gradien ðường thế ðườnggradien Chiều sâu nghiên cứu: ðo thế: r = 2AM ðo gradien: r = AO 2
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 ðiện trở suất thấp Sử dụng hệ ñiện cực hội tụ ðiện trở suất cao ðiện trở suất thấp 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. Phép ño này rất hiệu quả trong các trường hợp vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng Hiệu quả của phép ño có hội tụ dòng: có ñiện trở cao, hoặc trường hợp dung dịch mặn. ðiện cực ép dòng • Tăng khả năng phân giải lát cắt của ñường cong ñiện trở suất biểu kiến Dòng • Tăng chiều sâu nghiên cứu của phép ño ñiện trở trong những trường hợp lát cắt ðiện trở ép ðiện trở suất thấp suất thấp ñiện trở cao. ðiện trở suất cao ðiện trở suất cao Dòng hội tụ ðiện trở ðiện trở suất thấp Dòng suất thấp ép 3
Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ LL3 LL7 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 ðiện cực phát A0 phát ra một dòng i0 có thế không ñổi, hai ñiện cực vỉa nghiên cứu thì cần có hai ñiện cực phát A1 và A1’ ñược ñiều chỉnh sao cho các ñiện cực theo dõi M1 và phát phụ A1 và A2 ñặt ñối xứng qua A0 M2, M1’ và M2’ ñều có ñiện thế ñể ép cho phần dòng phát ra từ ñiện bằng nhau. cực này ñi thẳng vào thành giếng Do ñiện thế giữa các cặp M1, M2 và khoan 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 4
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. Hiệu ứng Groningen Hiệu ứng Groningen Res is tive Bed Laterolog Induction Giá trị LLD tăng lớn, ñi kèm Hiện tượng xảy ra do ñiện thế quy chiếu thay ñổi khác không (cable-torpedo) LLS theo LLS không thay ñổi, có Xảy ra khi có các lớp ñiện trở suất cao LLD /LLG Groningen thể là do có mặt của nằm ngay trên thành hệ ñang ño ghi Res pons e hydrocarbon trong thành hệ Làm cho dòng phát sâu (deep current) LLG bắt buộc phải chạy trong cột dung dịch hoặc do hiệu ứng Groningen Induction does not react LLD increas e Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Dual Laterolog) ðộ phân giải theo chiều dọc: 24" Giá trị lớn nhất có thể ño ghi ñược: LLD 40.000 Ohmm Azimuthal Resistivity Image - ARI LLS 6.000 Ohmm Giá trị nhỏ nhất có thể ño ghi ñược: LLD 0,2 Ohmm LLS 0,2 Ohmm 5
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) ñịnh ñiện trở suất của lớp vỏ sét Rmc và © Schlumberger ñiện trở suất của ñới rửa Rxo.) 6
Các phương pháp 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 Sử dụng hệ ñiện cực có kích vào thành giếng khoan. thước nhỏ - vi hệ ñiện cực • Phép ño ñiện trở suất bằng các vi Càng ñể ño ñường kính Bảng cách ñiện gắn vi hệ hệ ñiện cực có chiều sâu nghiên ñiện cực 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) • Khi ño ghi có thể phát A ño ghi ở M1 và M2 (vi hệ ñiện cực gradien) hoặc phát A ðầu tiên là Microlog (ML), hiện nay vẫn ñược sử dụng; ño ghi ở M2 (vi hệ ñiện cực thế) Tiếp ñến là Micro Laterolog (MLL), ñược thay bằng Càng ñể ño Bảng cách M2 Proximity Log (PL), ñược thay tiếp bằng ñường kính ñiện gắn vi hệ ñiện cực M1 MicroSpherically Focused Log (MSFL), ñược thay tiếp bằng A MicroCylindrically Focused Log (MCFL) Vỉa thấm Vỏ sét Vi hệ ñiện cực thông thường (Microlog - ML) Vi hệ ñiện cực sườn (Micro Laterolog - MLL) • 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. Tấm cách ñiện • ðường cong thứ hai có chiều sâu nghiên cứu r = 2AM = 4 in, chủ yếu phản ánh ñiện trở suất ñới rửa (Rxo). 7
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 8
Giếng khoan bằng dung dịch gốc dầu Phương pháp cảm ứng 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 Nguyên lý (tổng hợp) Nguyên lý 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 Cuộn dây phát và cuộn xung quanh thành giếng khoan dây thu ñược ñặt ñồng trục 2. Từ trường ñược sinh ra trong thành hệ 1. Cuộn dây phát dòng ðiện xoay chiều @ 20 kHz 9
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 • 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 µ: ñộ từ thẩm Dòng bị ñẩy ra khỏi các vành SKIN = σ : ñộ dẫn ñiện khuyên làm ñiện trở suất biểu kiến πµfσ f : tần số dòng phát tăng lên ñáng kể 10
Hiệu ứng SKIN Phương pháp DIL – Dual Induction Log Sơ ñồ bố trí các cuộn dây cảm ứng ILD=6FF40 ILM=8FF28 6FF40 • 6 cuộn dây • 40” khoảng cách giữa hai cuộn dây phát và ño chính So sánh DIL – Dual Induction Log và Dual Laterolog So sánh DIL – Dual Induction Log và Dual Laterolog • Rmf nhỏ, Φ • Rmf nhỏ, Φ : DLL (DIL kém) • Rmf nhỏ, Φ lớn • Rmf nhỏ, Φ lớn: DLL • Rmf lớn, Φ lớn • Rmf lớn, Φ lớn: DIL (DLL kém) • Rmf lớn, Φ nhỏ: • Rmf lớn, Φ nhỏ: – Nước mặn – Nước mặn: DIL – V ỉa có hydrocarbon – V ỉa có hydrocarbon: DLL So sánh DIL và DLL AIT – Array Induction Tools Induction Log • 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) % ( g n ỗ r Laterolog • 5 chiều sâu nghiên cứu khác nhau: 10", 20", 30", 60" và 90". ộ ð • 3 ñộ phân giải theo chiều dọc: 1 ft., 2 ft. và 4 ft. Sử dụng cả hai (dưới ñường Rw tương ứng) ← Dung dịịch mặ ặn Dung d ch ng t→ ịị ọ ọ 11
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 12
Phương pháp cảm ứng © Schlumberger 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 13
Thiết bị EPT Thiết bị EPT Khoảng cách giữa hai ăngten EPT: Electromagnetic Propagation Tool @ 1.1 GHz 8 cm phát và thu gần nhất là 8cm, DPT: Deep Propagation Tool @ 25 MHz 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 t po = t 2pl − ( A − 60) 2 / 3604 Thời gian truyền sóng: TPL (ns/m) t po = Φt pf + (1 − Φ )t pm Suy giảm sóng: EATT (dB/m) t po − t pm Φ= t pf − t pm 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 ε t po − t pm Số phức ε∗ ε * = ε ' + iε " Khi thành hệ bão hòa 100% nước: Φ EPT = t pw − t pm ε" = 17.975 t pw = 31.1 − 0.029T R T: nhiệt ñộ thành hệ Phương trình CRIM Khi thành hệ chứa hydrocarbon: ε * = (1 − Φ) ε ma + ΦS w* ε * + Φ(1 − S w* ) ε h t po = S xo Φt pw + (1 − S xo )Φt ph + (1 − Φ)t pm w ~2.1 nếu là dầu và 1.0 nếu là khí 14
EPT – Haliburton Chuyển thời gian truyền sóng sang ñộ rỗng: phương pháp CRIM EPT – phạm vi ứng dụng Complex Refractive Index Method Giải phương trình CRIM với ẩn số là Sw* (Φ ñược tính từ các phương pháp ñộ rỗng) • Xác ñịnh hydrocarbon linh ñộng: Sxo-Sw ε * = (1 − Φ) ε ma + ΦS w* ε * + Φ(1 − S w* ) ε h w • Xác ñịnh vỉa nước: khi ñó Φ EPT = Φ Kết quả thu ñược là số phức S w*, phần thực là S w (cần xác ñịnh) và phần ảo phải • Xác ñịnh hydrocarbon trong những vùng nước ngọt, nơi mà các xấp xỉ 0 phương pháp ñiện trở không phân biệt ñược nước và dầu: khi ñó Φ EPT ≠Φ • Với LFD và DPT: ñới nguyên SW • Với HFD và EPT: ñới rửa Sxo Acknowledgments Schlumberger Baker Atlas Halliburton 15