Bài giảng Địa vật lý giếng khoan: Phần 5

Phần 5: Các phương pháp ñặc biệt

• Phương pháp ño góc nghiêng và phương vị của vỉa (Dipmeter)

• Phương pháp quét ảnh thành hệ FMI (Fullbore Formation MicroImager)

ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN

• Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân NMR (Nuclear Magnetic Resonance)

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

Phương pháp Dipmeter

Mục ñích ñể xác ñịnh • Góc nghiêng của vỉa • Cấu trúc, luận giải trầm tích • ðứt gãy • Bất chỉnh hợp

Dipmeter Tool Dipmeter Tool

Thiết bị Dipmeter có thể có 3 càng, 4 càng hoặc 6 càng và có những ñặc ñiểm chung sau:

• Phần ñịnh hướng (ño ñộ lệch so với phương thẳng ñứng, phương vị của thiết bị, và ño hướng của chân số 1 so với thành giếng khoan) • Phần ño ñường kính • Thiết bị ño vi hệ ñiện cực gắn vào càng • Thiết bị ño ñể liên kết (ño SP hoặc GR)

1

Dipmeter Tool Dipmeter

Tài liệu gốc (6 càng)

Dipmeter Dipmeter Nguyên lý xử lý tài liệu

Dipmeter Dipmeter Biểu diễn bằng ñồ thị nòng nọc (tadpole)

Tài liệu sau khi xử lý ñược ghi dưới các dạng: 1. Tadpole plot (là chủ yếu) 2. Listing 3. Histogram 4. Tube plot

2

Dipmeter Dipmeter Liệt kê dạng bảng Biểu ñồ

Ống Dipmeter

Phân tích tài liệu Dipmeter dạng ñồ thị nòng nọc

Phân lớp nghiêng, góc cắm và chiều dày không ñổi

Phân lớp nằm ngang

3

Crossbedding Góc cắm giảm theo ñộ sâu

Phân lớp nghiêng, góc cắm và chiều dày vỉa tăng dần

Thấu kính cát Lòng sông

ðới cà nát của ñứt gãy Bất chỉnh hợp

4

Nếp lồi

Bất chỉnh hợp

5

ðứt gãy

Fullbore Formation MicroImager

Current Bedform

FMI: Fullbore Formation MicroImager Thiết bị FMI

• Khảo sát ñược ñến 80% thông tin trong giếng khoan 8 in

• ðộ phân giải theo chiều dọc là 0.2 in (5 mm) • Chiều sâu nghiên cứu là 30 in

6

FMI Thiết bị FMI Nguyên lý

• 4 càng, 8 tấm • ðo ghi 192

ñường cong ñiện trở suất biểu kiến vi hệ ñiện cực

Xử lý tài liệu FMI

FMI – Phạm vi ứng dụng FMI

• Minh giải cấu trúc • Xác ñịnh ñặc tính của các thể trầm tích • Xác ñịnh net-to-gross trong trầm tích cát sét • Minh giải kiến trúc • ðánh giá ñộ rỗng thứ sinh • ðánh giá hệ thống nứt nẻ • Hiệu chỉnh ñộ sâu, phương vị … • Thay thế mẫu lõi

7

FMI FMI

8

FMI FMI

Phân biệt các kiến trúc trầm tích (sedimentary structures) Trong lát cắt có cát sét phân lớp mỏng, FMI cho phép xác ñịnh ñược net pay zones

9

Cộng hưởng từ hạt nhân NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE

FMI Xác ñịnh nứt nẻ

Magnetic Resonance Magnetic Resonance

• • • •

Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân sử dụng ñể xác ñịnh phân bố ñộ Thành hệ cát kết bao gồm hạt (rock grains) và chất lưu rỗng và xác ñịnh ñộ thấm

Chất lưu bao gồm chất lưu tự do và chất lưu không tự do (immobile) Kích thước hạt khác nhau (to, nhỏ hoặc hỗn hợp) Có thể có hoặc không có khoáng vật sét trong thành hệ

•

Phương pháp NMR có thể cung cấp các thông tin: • • Có bao nhiêu chất lưu trong thành hệ -> ðộ rỗng Trong một vài trường hợp còn xác ñịnh chất lưu là nước hay dầu -> ðộ bão hòa nước Kích cỡ lỗ rỗng và cấu trúc lỗ rỗng -> ðộ thấm

Magnetic Resonance Magnetic Resonance

• Hạt nhân của Hydro (proton) là hạt mang ñiện tích tự quay xung quanh trục của mình, làm cho hạt nhân mang cả ñộng năng góc và moment từ

g = w/H

o =2p

• Do ñó mà trong lỗ rỗng chứa chất lưu, các proton tạo thành hàng triệu thanh nam châm nhỏ và có thể ñiều khiển ñược bằng một trường từ tác ñộng vào Precessional orbit of nuclear mass (Precessional angular velocity or Larmor frequency = W0)

Spinning proton

Ho Proton precessing in a magnetic field Ho

Spinning charge in proton generates magnetic dipole

10

Alignment along Bo

Magnetic Resonance Magnetic Resonance – Nguyên lý

Tipping

Nam châm của thiết bị máy giếng sắp xếp các proton theo trường từ tĩnh B0 (dọc theo trục Z)

Một xung ñiện từ tác ñộng vào làm các proton nghiêng một góc 90 ñộ so với ban ñầu. Các proton nằm trên mặt phẳng vuông góc với từ trường tĩnh

Dephasing

• Proton như là các thanh nam châm nhỏ và trong từ trường chúng gây nên một tín hiệu có tần số Larmour. Máy thu ño ghi tín hiệu này • Càng nhiều proton trong lỗ rỗng chứa chất lưu thì biên ñộ của tín hiệu càng lớn Proton bắt ñầu “dephase” so với nhau khi tương tác với bề mặt của hạt. ðể quay về trạng thái cân bằng ban ñầu • Thiết bị ño ghi ñược số Hydro hay nói cách khác chính là ño ghi ñộ rỗng. • Trong ống thử (100% ñộ rỗng), tín hiệu thu ñược là lớn nhất, trong thành hệ thì tín hiệu giảm ñi nhiều

ðường kính lỗ rỗng (microns)

T2 ño ghi T2 mẫu chuẩn

Giá trị cut-off cho chất lưu tự do

Phân bố của tín hiệu

Producible Fluids

Capillary Bound Fluids

Clay Bound Fluids

Thời gian (T2 ms)

Magnetic Resonance – Nguyên lý Magnetic Resonance – Nguyên lý

ðộ rỗng (theo CMR) ðộ rỗng (chất lưu tự do

3 loại chất lưu trong lỗ rỗng: • Producible or Free Fluids – chất lưu có thể dịch chuyển ñược • Capillary Bound Fluids – chất lưu (thông thường là nước) dính vào bề mặt ñá bằng lực căng của bề mặt • Clay Bound Fluids – nước bao ñi kèm với khoáng vật sét • NMR cho thấy sự khác nhau về phân bố thời gian với từng chất lưu Thời gian nghỉ (relaxation time) trong capillary bound fluids and clay bound fluids rất ngắn • Giá trị cut-off thực nghiệm (cho cát kết) là 33msec ñể phân biệt chất lưu tự do với các loại chất lưu khác

Magnetic Resonance – T2 và kích thước lỗ rỗng (pore size) Magnetic Resonance – T2 và kích thước lỗ rỗng (pore size)

• Thời gian ñể proton quay về trạng thái cân bằng gọi là transverse

t t i i l l

Large Lỗ rỗng lớn Pore

relaxation time, ký hiệu là T2, là hàm số phụ thuộc vào kích thước của lỗ rỗng

Small Small Lỗ rỗng nhỏ pore pore

e ộ d ñ u n t iê i l p B m A

e e d d ộ ộ ñ ñ u u n n iê iê p p B B m m A A

• Trong lỗ rỗng nhỏ, giá trị T2 nhỏ (proton dephase nhanh) • Trong lỗ rỗng lớn, giá trị T2 lớn (proton dephase chậm) • T2 tỉ lệ nghịch với tỉ số của diện tích bề mặt trên thể tích lỗ rỗng

Time msec Time msec Thời gian (ms)

Time msec Thời gian (ms)

(Phương trình Kozeny-Carman?) • Trong các lỗ rỗng lớn, xác suất ñể các proton va chạm với bề mặt hạt ít hơn là trong lỗ rỗng nhỏ

11

Magnetic Resonance – T2 và ñộ thấm Magnetic Resonance – T2 và ñộ thấm

F = ? % = ? mD K

• Hai mẫu trên có biên ñộ T2 như nhau (cid:1) ñộ rỗng như nhau • Thời gian T2 khác nhau rõ rệt (cid:1) ñộ thấm khác nhau • Trong mẫu có ñộ thấm cao (cid:1) phân bố T2 kiểu bi-modal, thể hiện của sự có mặt của chất lưu linh ñộng và không linh ñộng

F = ? % = ? mD K

Magnetic Resonance – T2 và ñộ thấm Magnetic Resonance – T2 và ñộ thấm

F = 20% = 8 mD K

F = 19.5% = 280 mD K

Nam châm vĩnh cửu

Thành giếng khoan

Magnetic Resonance – Nguyên lý NMR Tool Sử dụng một nam châm vĩnh cửu Dựa trên • Tạo ra một từ

Vùng nhạy

Vùng mù

• Phản hồi của hạt nhân trong trường từ • Nhiều hạt nhân có moment từ • Spin từ của hạt nhân có thể tương tác với từ trường bên ngoài và tạo ra một tín hiệu có thể ño ghi ñược • Hydro là nguyên tố có moment từ lớn nhất • Khi sử dụng tần số cộng hưởng từ của Hydro thì tín hiệu là lớn nhất và có thể ño ghi ñược

Nam châm vĩnh cửu

trường lớn trong thành hệ làm phân cực mạnh hạt nhân của hydro (proton) trong nước và hydrocarbon • Khi nam châm ñược bỏ ra, proton sẽ trở về trạng thái nghỉ • Tín hiệu ño ghi ñược là biên ñộ và sự suy giảm

12

Cung ép thiết bị vào thành giếng

Cartridge ñiện tử

CMR Log NMR Tool

Vùng nhạy

CMR Log CMR Log

Ứng dụng NMR Ứng dụng NMR Nhận biết ñược hydrocarbon và nước

• Xác ñịnh ñộ rỗng toàn phần (không phụ thuộc vào thành phần thạch học) • Nhận biết ñược hydrocarbon (dạng khí và dạng lỏng) trong thành hệ cát sét • Xác ñịnh lượng nước bao (bound water) cho phép tính toán ñộ bão hòa dầu, ñộ thấm và ñộ bão hòa nước dư chính xác hơn là sử dụng các phương pháp thông thường khác