Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương3

Chia sẻ: Norther Light | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

131
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ch-ơng 3 Các ph-ơng pháp điện từ tr-ờng 3.1. Giới thiệu Trong địa vật lý giếng khoan, các ph-ơng pháp điện từ tr-ờng bao gồm rất nhiều phép đo khác nhau nhằm xác định giá trị điện trở suất/độ dẫn điện của đất đá ở thành giếng khoan. Các ph-ơng pháp trong nhóm này có các đặc điểm chung là qua các điện cực hoặc ống dây phát các tín hiệu (dòng điện hoặc tr-ờng điện từ) kích thích vào môi tr-ờng nghiên cứu rồi dùng các điện cực/ống dây khác đặt cách điểm phát một khoảng nhất định để thu...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương3

CÆp ®iÖn cùc ch¾n HiÖu thÕ ®o HiÖu thÕ mµn ch¾n CÆp ®iÖn cùc ch¾n (a) (b) H×nh 3.23. S¬ ®å vi hÖ cùc héi tô cÇu MSFL a) Nguyªn t¾c ®o. b) S¬ ®å s¾p xÕp c¸c ®iÖn cùc (theo Schlumberger) H×nh 3.24. Zond MSFL g¾n trªn mét c¸nh ®ßn cña thiÕt bÞ ®o ®−êng kÝnh 3.4. C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn tõ tr−êng Trong c¸c môc 3.2 vµ 3.3 ta ®∙ xÐt c¸c ph−¬ng ph¸p ®o ®iÖn trë cña ®Êt ®¸ trªn c¬ së ®o vÏ tr−êng ®iÖn cña c¸c nguån ®iÓm cã dßng nu«i lµ dßng mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu tÇn sè thÊp. Trong môc nµy sÏ nghiªn cøu c¸c ph−¬ng ph¸p cã nguån lµ tr−êng ®iÖn tõ tÇn sè kh¸c nhau. 3.4.1. Tr−êng ®iÖn tõ trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ Sãng ®iÖn tõ lan truyÒn tõ nguån ph¸t ®i trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ sÏ bÞ suy gi¶m lÖch pha, vµ ph¶n x¹ trªn c¸c mÆt ranh giíi bÊt ®ång nhÊt. Trong mäi tr−êng hîp ta cÇn nghiªn cøu sù ph©n bè cña tr−êng ®iÖn tõ trong giÕng khoan g¾n liÒn víi c¸c tÝnh chÊt ®iÖn vµ tõ cña ®Êt ®¸. Nguån tr−êng sÏ lµ mét èng d©y ®−îc nu«i b»ng mét dßng biÕn ®æi cã tÇn sè nhÊt ®Þnh, ®−îc coi nh− mét l−ìng cùc tõ biÕn ®æi cã momen ®Æt trïng víi trôc giÕng khoan. §Ó x¸c ®Þnh tÝn hiÖu sinh ra trong mét èng d©y thu h∙y b¾t ®Çu tõ hÖ ph−¬ng tr×nh Maxwell viÕt cho tr−êng ®iÖn tõ chuÈn dõng quen thuéc sau ®©y: 73
rot E = −iµω H rot H = c E (3.66) div E = 0 div H = 0 Tõ ph−¬ng tr×nh thø nhÊt vµ thø ba cña hÖ (3.66) ta cã thÓ viÕt: E = rot A (3.67) Víi A lµ thÕ vect¬ cña tr−êng ®iÖn tõ. MÆt kh¸c còng cã thÓ viÕt: rot A = iωµϕ (3.68) Víi ϕ lµ thÕ v« h−íng. §Ó t×m A vµ ϕ, cuèi cïng tÝnh E vµ H ta ®Æt ϕ = −div P (3.69) Trong ®ã P lµ vect¬ Hertz. Tõ hai ph−¬ng tr×nh (3.68) vµ (3.69) ta cã: A = −iωµ P (3.70) Khi chó ý tíi (3.67) ta sÏ cã: E = −iωµrot P (3.71) MÆt kh¸c còng tõ ph−¬ng tr×nh thø hai vµ thø t− cña hÖ (3.66), vµ dùa vµo (3.71) ta cã: rot H = −iωµcrot P = K 2 rot P HoÆc H = K 2 P − gradϕ (3.72) Trong ®ã: K2 = iωµc – Lµ b×nh ph−¬ng sè sãng (trong tr−êng hîp dßng dÞch nhá h¬n dßng dÉn) c - §é dÉn ®iÖn cña m«i tr−êng µ - §é thÈm tõ cña m«i tr−êng ω - VËn tèc gãc 74
Thay (3.69) vµo (3.72) ta cã biÓu thøc: H = K 2 P + graddiv P (3.73) KÕt hîp (3.71) víi (3.73) ta cã hÖ ph−¬ng tr×nh:  E = −iωµrot P   (3.74)  H = K 2 P + graddiv P  Tõ c¸c hÖ ph−¬ng tr×nh (3.66) vµ (3.74) ta cã: 1 H =− rot E (3.75) iωµ Thay E ë (3.74) vµo (3.75) ta cã: H = rot rot P = graddiv P − ∆ P (3.76) §ång nhÊt thµnh phÇn H ë c¸c ph−¬ng tr×nh (3.76) vµ (3.74) ta sÏ nhËn ®−îc ph−¬ng tr×nh Helmholz: ∆P + K 2 P = 0 (3.77) 3.4.2. Tr−êng ®iÖn tõ cña mét èng d©y trong giÕng khoan Quy −íc cã mét èng d©y (ph¸t) nh− mét l−ìng cùc tõ biÕn ®æi cã momen M ®Æt trïng víi trôc Z cña giÕng khoan. Tr−êng ®iÖn tõ s¬ cÊp ph¸t ra tõ èng d©y lan truyÒn trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ vµ g©y ra dßng c¶m øng trong m«i tr−êng ®ã. C−êng ®é dßng c¶m øng tû lÖ víi ®é dÉn ®iÖn cña ®Êt ®¸ xung quanh giÕng khoan, vµ chÝnh dßng nµy, ®Õn l−ît nã g©y ra tr−êng ®iÖn tõ thø cÊp. Tr−êng ®iÖn tõ thø cÊp sÏ g©y ra trong mét èng d©y thu (®Æt c¸ch èng d©y ph¸t mét ®o¹n L trªn trôc Z) mét søc ®iÖn ®éng còng chÝnh lµ tÝn hiÖu thu. TÝn hiÖu trong èng d©y thu cã thÓ tÝnh ®−îc tõ nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh Helmholz. Trong täa ®é trô, thµnh phÇn ®iÖn cña tr−êng ®iÖn tõ chØ cã thµnh phÇn tiÕp tuyÕn Eϕ, cßn thµnh phÇn tõ th× cã Hr vµ HZ. C¸c thµnh phÇn nµy cã liªn hÖ hµm sè víi vect¬ P nh− sau: ∂2P Hr = ∂z∂r ∂2P HZ = K 2P + (3.78) ∂z 2 ∂P Eϕ = iωµ ∂r 75
Trong m«i tr−êng ®ång nhÊt momen M cña l−ìng cùc tõ ®−îc tÝnh: M = πa t2 nt I t = At I t (3.79) Trong ®ã: at - B¸n kÝnh cña èng d©y ph¸t nt - Sè vßng trong èng d©y It - C−êng ®é dßng ph¸t trong èng d©y At - DiÖn tÝch hiÖu dông cña èng d©y Cßn vector Hertz sÏ ®−îc biÓu diÔn theo thÕ cña l−ìng cùc tõ biÕn ®æi: e iKR P=M (3.80) R 1 víi R = (r 2 + Z 2 ) 2 lµ kho¶ng c¸ch tõ t©m èng d©y ph¸t T ®Õn ®iÓm quan s¸t (h×nh 3.25). TÝn hiÖu sinh ra trong èng d©y thu R ®−îc tÝnh b»ng c¸ch lÊy tÝch ph©n vßng khÐp kÝn däc theo chiÒu dµi èng d©y. U = ∫ EdR = 2πn r a r Eϕ (3.81) Trong ®ã: nr - Sè vßng trong èng d©y thu ar - B¸n kÝnh trung b×nh cña èng d©y thu Thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tr−êng ®iÖn Eϕ, theo (3.78) vµ (3.80) ta cã: ∂P r e iKR Eϕ = iωµ = −iωµM (1 − iKR ) . 2 ∂r RR (3.82) iKR e = −iωµM (1 − iKR ) sin θ 2 R Thay (3.82) vµo (3.81) ta nhËn ®−îc: e iKR U = −2πn r a r iωµM (1 − iKR) Sina (3.83) R2 V× L >> a; R = L vµ r = ar nªn (3.83) biÕn ®æi thµnh: 76
e iKL U = 2π nr a r2 i ωµ (1 − iKL ) (3.84) L3 §Æt Ar = πn r a r2 lµ diÖn tÝch hiÖu dông cña èng d©y thu vµ chó ý tíi (3.79) ta cã: 2iωµAr At I t U= (1 − iKL )e iKL (3.85) 3 L Ph−¬ng tr×nh biÓu thÞ tÝn hiÖu ë (3.85) cã thÓ ph©n tÝch thµnh: U = U 0 e iKL (1 − iKL) (3.86) Víi U0 lµ søc ®iÖn ®éng cña tr−êng trùc tiÕp g©y c¶m øng trong èng d©y thu bëi mét l−ìng cùc tõ biÕn ®æi khi l−ìng cùc nµy vµ èng d©y cïng ®Æt trong m«i tr−êng ®ång nhÊt cã ®é tõ thÈm µ. Khi biÕn ®æi thõa sè eiKL ë (3.86) thµnh chuçi, ta cã:  iKL (iKL) 2 (iKL) 3  U = U 0 (1 − iKL) 1 + + ... + + 1! 2! 3!     (3.87) 1 2 5 = U 0 (1 + K 2 L2 + i K 3L3 + K 4 L4 + ...) 2 3 24 Trong biÓu thøc trªn, sè h¹ng thø nhÊt lµ tÝn hiÖu c¶m øng trùc tiÕp tõ èng d©y T ®Õn èng d©y R. Sè h¹ng thø hai tû lÖ víi ®é dÉn cña m«i tr−êng vµ ®ång pha víi dßng trong èng d©y ph¸t. C¸c sè h¹ng cßn l¹i, víi ®é chÝnh x¸c nµo ®ã, sÏ lµ hiÖu øng lan truyÒn. Trong ®Þa vËt lý giÕng khoan, sè h¹ng c¶m øng trùc tiÕp ®−îc bï khö, cßn thµnh phÇn theo pha cña tÝn hiÖu trong èng d©y thu ®−îc x¸c ®Þnh bëi mét c¶m biÕn nh¹y víi thay ®æi pha. TÝn hiÖu U c¶m øng trong èng thu R nh− ë (3.86) cã thÓ biÓu diÔn qua hai thµnh phÇn: thµnh phÇn kÝch ho¹t (active) lÖch pha 90° so víi tr−êng trùc tiÕp U0; vµ thµnh phÇn kh«ng sinh c«ng (reactive) cïng pha víi U0. Khi ®ã sè sãng K ®−îc biÓu thÞ d−íi d¹ng: Cµω K= (1 + i ) (3.88) 2 cµω vµ nÕu ta ®−a vµo (3.86) hÖ thøc: P = R ®Ó biÓu diÔn tham sè ®Æc tr−ng cña 2 tr−êng t¹i mét ®iÓm c¸ch t©m l−ìng cùc mét kho¶ng R trªn h−íng kÐo dµi cña l−ìng cùc th× nhËn ®−îc: U = U 0 e − P [(1 − P) cos P + P sin P − iP cos P + i (1 + P) sin P] 77
Tõ biÓu thøc cuèi cïng, ta t¸ch ra c¸c thµnh phÇn U act = iU 0 e − P [( 1 + P ) sin P − P cos P ] (3.89) U react = U 0 e − P [( 1 + P ) cos P + P sin P ] vµ (3.90) Thµnh phÇn Uact ®−îc sinh ra do dßng c¶m øng tõ m«i tr−êng xung quanh giÕng khoan; cßn thµnh phÇn Ureact lµ tæng søc ®iÖn ®éng cña tr−êng trùc tiÕp vµ tr−êng dÞ th−êng. §èi víi mét tham sè P nhá, vÕ bªn ph¶i cña c¸c ph−¬ng tr×nh (3.89) vµ (3.90) cã thÓ khai triÓn thµnh chuçi vµ tÝnh to¸n víi P → 0. Uact ≈ iU0P2 (3.89)’ 2 Ureact ≈ U0(1- P2) (3.90)’ 3 Tõ (3.62)’, nÕu U0 ®−îc bï khö, th× thµnh phÇn Ureact cña tÝn hiÖu c¶m øng trong èng d©y thu R chØ cßn l¹i ¶nh h−ëng cña dßng c¶m øng tõ m«i tr−êng. 2 ∗ U react = − U 0 P 3 (3.91) 3 Tõ c¸c biÓu thøc (3.89)’ vµ (3.91) ta b¶o r»ng ë vïng tham sè P cã gi¸ trÞ nhá, thµnh phÇn Uact cña dÞ th−êng lín h¬n thµnh phÇn Ureact rÊt nhiÒu. Lý thuyÕt chøng minh r»ng víi P ≤ 0,1, c«ng thøc (3.89)’ cã thÓ dïng ®Ó tÝnh thµnh phÇn Uact víi sai sè kh«ng qu¸ 10%. Muèn nghiªn cøu sù ph©n bè cña dßng ®iÖn c¶m øng trong m«i tr−êng, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh yÕu tè gi¶ h×nh häc vµ gi¸ trÞ tham sè P, ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cho tr−êng biÕn ®æi trong m«i tr−êng dÉn. Lý thuyÕt cña Doll (1949) dùa trªn c¬ së gÇn ®óng víi quy −íc lµ dßng c¶m øng trong m«i tr−êng kh«ng cã t−¬ng t¸c lÉn nhau, viÖc ®o chóng chØ lµ ®Ó x¸c ®Þnh riªng tr−êng tõ s¬ cÊp cña l−ìng cùc. Thùc thÕ chøng tá r»ng ë mäi ®iÓm trong m«i tr−êng dßng c¶m øng lu«n lu«n nhá so víi dßng ®−îc t¹o ra do tr−êng s¬ cÊp, vµ sù kh¸c biÖt ®ã t¨ng theo kho¶ng c¸ch tÝnh tõ èng d©y ph¸t. Còng tÝnh to¸n nh− vËy, Kaufman (1961) ®∙ cã kÕt luËn r»ng lý thuyÕt do Doll H.G. ®Ò xuÊt cã sö dông yÕu tè h×nh häc lµ lý thuyÕt cña nh÷ng tham sè P nhá. 3.4.3. Ph−¬ng ph¸p ®o c¶m øng (Induction Log - IL) a) Nguyªn lý chung C¸c phÐp ®o c¶m øng trong giÕng khoan hiÖn ®ang thÞnh hµnh trong s¶n xuÊt ®Òu cã nguyªn lý chung nh− sau: 78
èng d©y ph¸t T ®−îc nu«i bëi mét R nguån G ph¸t dßng biÕn ®æi tÇn sè f. C¸ch T mét kho¶ng L ®Æt èng d©y thu R. C¸c èng d©y T vµ R ®Æt th»ng hµng vµ ®ång trôc t¹o thµnh mét Zond ®o ®¬n gi¶n (h×nh 3.25). r β O* Khi ®−îc cung cÊp mét dßng biÕn ®æi tÇn sè f, èng d©y T trë thµnh mét l−ìng cùc tõ biÕn ®æi, nã t¹o ra trong m«i tr−êng xung R θ quanh giÕng khoan mét tr−êng ®iÖn tõ s¬ cÊp (còng gäi lµ tr−êng trùc tiÕp). Tr−êng ®iÖn tõ s¬ cÊp lan truyÒn trong ®Êt ®¸ cã ®é dÉn C vµ T lµm xuÊt hiÖn trong m«i tr−êng nµy dßng c¶m øng do kÕt qu¶ cña hiÖu øng Foucault. H×nh 3.25. Nguyªn t¾c l¾p ®Æt cña Zond ®o c¶m øng 2 èng d©y Dßng c¶m øng truyÒn trong m«i tr−êng dÉn vßng quanh èng d©y ë nh÷ng kho¶ng c¸ch vµ b¸n kÝnh nhÊt ®Þnh. C−êng ®é π dßng c¶m øng tû lÖ víi ®é dÉn cña m«i tr−êng vµ lÖch pha víi dßng ph¸t ®óng b»ng , 2 nh−ng ®ång pha víi thµnh phÇn Ureact. §Õn l−ît nã, dßng c¶m øng còng g©y ra trong m«i tr−êng nghiªn cøu mét tr−êng ®iÖn tõ thø cÊp ng−îc pha víi dßng ph¸t. Tr−êng ®iÖn tõ biÕn ®æi thø cÊp sÏ g©y c¶m øng trong èng d©y thu R mét søc ®iÖn ®éng (tÝn hiÖu) tû lÖ víi ®é dÉn cña ®Êt ®¸ xung quanh giÕng khoan. Dùa trªn nguyªn lý chung nªu trªn, Doll H.G. (1949) ®Ò xuÊt lý thuyÕt gÇn ®óng cña ph−¬ng ph¸p c¶m øng cho mét m« h×nh ®−îc ®¬n gi¶n ho¸ trong tÝnh to¸n qua tham sè “yÕu tè h×nh häc”. M« h×nh quy −íc ®ã cã c¸c ®iÒu kiÖn sau: - M«i tr−êng cã c¸c mÆt ng¨n c¸ch bÊt ®ång nhÊt song song n»m ngang, giÕng khoan c¾t vu«ng gãc víi c¸c líp cã ®iÖn trë kh¸c nhau, ®−êng dßng c¶m øng trong m«i tr−êng tËp trung trong mét líp n»m ngang ë kho¶ng gi÷a c¸c èng d©y T vµ R. - TÇn sè cña dßng ph¸t do nguån G cung cÊp kh«ng qu¸ cao vµ ®é dÉn cña ®Êt ®¸ còng kh«ng qu¸ lín do ®ã cã thÓ bá qua t−¬ng t¸c gi÷a c¸c phÇn dßng c¶m øng trong m«i tr−êng, xem tÝn hiÖu ®o lµ tæng c¸c tÝn hiÖu cña mäi phÇn trong m«i tr−êng. H×nh 3.26. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña mét Zond ®o c¶m øng 79
- M«i tr−êng ®−îc chia ra thµnh c¸c vßng xuyÕn thµnh phÇn cã tiÕt diÖn vu«ng rÊt nhá ph©n chia bëi c¸c trô ®ång trôc vµ c¸c mÆt n»m ngang. Mét vßng xuyÕn b¸n kÝnh r, chiÒu cao z cã tiÕt diÖn ds = drdz th× gäi lµ vßng thµnh phÇn (h×nh 3.26). - KÝch th−íc cña c¸c èng d©y ®−¬c xem lµ nhá so víi kÝch th−íc cña c¸c vßng thµnh phÇn, vµ kho¶ng c¸ch (Dr, Dt) tõ c¸c vßng thµnh phÇn ®Õn ®iÓm gi÷a cña c¸c èng d©y; nghÜa lµ trong tÝnh to¸n xem c¸c èng d©y lµ c¸c ®iÓm. C¸c Zond ®o c¶m øng trong thùc tÕ, ngoµi hai èng d©y ph¸t T vµ thu R cßn ®−îc l¾p ®Æt thªm c¸c èng d©y héi tô nh»m gi¶m thiÓu ¶nh h−ëng cña cét dung dÞch vµ c¸c líp ®¸ v©y quanh. b) YÕu tè h×nh häc Víi gÇn ®óng bËc mét phï hîp cho Zond ®o c¶m øng ®¬n gi¶n gåm hai èng d©y ®Æt trong m«i tr−êng ®ång nhÊt ®¼ng h−íng (h×nh 3.26). Bá qua sù c¶m øng t−¬ng hç vµ tù c¶m øng cña c¸c ®−êng dßng vßng trßn ®ång trôc, ta cã thÓ xem tÝn hiÖu e tõ mçi vßng thµnh phÇn tû lÖ víi ®é dÉn cña vßng ®ã theo mét hÖ s« gäi lµ “yÕu tè h×nh häc” phô thuéc vµo vÞ trÝ cña vßng d−íi gãc nh×n β tíi c¸c èng d©y. e = Kgc (3.92) Trong ®ã: e - Søc ®iÖn ®éng trong èng d©y R (volt) g - YÕu tè gi¶ h×nh häc ®èi víi vßng thµnh phÇn c - §é dÉn ®iÖn cña vßng thµnh phÇn K - HÖ sè cña Zond ®o πµ 2 f 2 IST S R K= (3.93) L µ - §é thÈm tõ cña m«i tr−êng (henry/m) víi f - TÇn sè cña dßng nu«i (Hz) I - C−êng ®é dßng nu«i (A) L - ChiÒu dµi Zond ®o (kho¶ng c¸ch T-R) (m) ST, SR - DiÖn tÝch hiÖu dông cña c¸c èng d©y T vµ R (m2) YÕu tè h×nh häc g cã thÓ ®−îc diÔn gi¶i b»ng mét trong hai c¸ch: nh− hµm sè cña gãc nh×n γ lªn chiÒu dµi L: 80
sin 3 γ g= (3.94) 2L2 hoÆc theo b¸n kÝnh r vµ chiÒu cao z, kho¶ng c¸ch tÝnh tõ O ®Õn ®iÓm gi÷a cña T vµ R: r3 L g= . (3.95) 3 3 2  2 1   2 1  2 2 2 2   r +  − z  r +  + z    2 2           VËy cho toµn bé kh«ng gian tÝn hiÖu toµn phÇn ®−îc tÝnh: ∞ +∞ E = K ∫ ∫ gcdrdz (3.96) 0 −∞ LÊy tÝch ph©n (3.96) b»ng c¸ch ph©n chia ph−¬ng tr×nh d−íi dÊu tÝch ph©n thµnh c¸c ®íi trô ®ång trôc A, B... t−¬ng øng víi giÕng khoan, ®íi ngÊm vµ ®Êt ®¸ ë ®íi nguyªn:   E = K C A ∫∫ gdrdz + C B ∫∫ gdrdz + ... (3.97)   A B Trong ®ã: CA, CB... lµ ®é dÉn ®iÖn cña phÇn m«i tr−êng trong c¸c ®íi A, B... C¸c sè h¹ng tÝch ph©n kÐp trong ngoÆc cña (3.97) lÇn l−ît lµ c¸c yÕu tè h×nh häc, thÓ hiÖn tû phÇn ®ãng gãp trong tÝn hiÖu toµn phÇn cña c¸c ®íi A, B... G A = ∫∫ gdrdz - hÖ sè h×nh häc cña ®íi A A G B = ∫∫ gdrdz - hÖ sè h×nh häc cña ®íi B (3.98) B ... Thay c¸c sè h¹ng t−¬ng øng ë (3.98) vµo (3.97) ta cã: E = K[CAGA + CBGB + ...] (3.99) E PhÐp ®o c¶m øng trong giÕng khoan lµ ®o tû sè , ®¹i l−îng nµy tû lÖ víi ®é dÉn K biÓu kiÕn Ca cña m«i tr−êng nghiªn cøu bao gåm tÊt c¶ c¸c ®íi A, B, C... E Ca = = C A G A + C B G B + ... (3.100) K víi GA + GB + ... = 1 81
Tõ (3.100) ta thÊy víi cïng gi¸ trÞ yÕu tè h×nh häc, ®é dÉn cña ®íi nµo cao h¬n th× ®ãng gãp cña ®íi ®ã vµo tÝn hiÖu toµn phÇn lín h¬n. Trong m«i tr−êng ®ång nhÊt, c¸c phÇn kh«ng gian cã tû phÇn ®ãng gãp vµo tÝn hiÖu chung cña c¸c ®íi quanh Zond ®o ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 3.27. Tû phÇn ®ãng ghãp tÝn hiÖu ®o theo yÕu tè h×nh häc 5% ÷ 10% > 50% Gi¸ trÞ ®o Ca cña Zond ®o 25 ÷ 50% 2 ÷ 5% 10 ÷ 25% < 2% c¶m øng tÝnh cho ®iÓm O n»m chÝnh gi÷a hai èng d©y T vµ R - v× vËy ®iÓm O gäi lµ ®iÓm ®o cña hÖ thiÕt bÞ ®o c¶m øng hai èng d©y. c) ChiÒu s©u nghiªn cøu vµ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i ChiÒu s©u nghiªn cøu theo H×nh 3.27. YÕu tè h×nh häc cña Zond ®o c¶m øng (theo Schlumberger) ph−¬ng b¸n kÝnh vµ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i l¸t c¾t theo ph−¬ng z cña mét Zond ®o c¶m øng trong giÕng khoan ®−îc tÝnh to¸n nh− sau: YÕu tè h×nh häc cña phÇn m«i YÕu tè h×nh häc tr−êng n»m gi÷a hai mÆt trô b¸n kÝnh r vµ (r+dr) kÐo dµi theo trôc z tõ -∞ ®Õn +∞ ®−îc tÝnh: +∞ ∫ gdz Gr = (3.101) −∞ §èi víi tr−êng hîp cña Zond hai èng d©y, gi¸ trÞ Gr tÝnh theo (3.101) biÕn ®æi nh− hµm sè cña r (h×nh 3.28). H×nh 3.28 chØ ra r»ng Zond hai èng d©y kh«ng héi tô tr−êng ®iÖn tõ tËp trung chñ yÕu trong ®íi trô cã b¸n 1 kÝnh r = L ®Õn L. 4 H×nh 3.28. YÕu tè h×nh häc Gr theo ph−¬ng b¸n kÝnh cña Zond 2 èng d©y H×nh 3.29 cho thÊy c¸c Zond ®o cã nhiÒu èng d©y héi tô cã chiÒu s©u nghiªn cøu t¨ng theo chiÒu dµi cña Zond. Chó ý: C¸c ký hiÖu 6FF27, 5FF40 vµ 6FF40 lµ nh÷ng ký hiÖu cña c¸c Zond ®o c¶m øng. Trong c¸c ký hiÖu ®ã ch÷ sè Hy L¹p ®Çu tiªn chØ sè èng d©y, c¸c ký tù FF chØ 82
r»ng Zond ®o cã héi tô, vµ con sè cuèi YÕu tè h×nh häc cïng lµ chiÒu dµi L cña Zond ®o, tÝnh b»ng inches. YÕu tè h×nh häc theo ph−¬ng th¼ng ®øng t¹i vÞ trÝ c¸ch ®iÓm ®o O mét kho¶ng Z (h×nh 3.30) ®−îc tÝnh theo biÓu thøc sau: Kho¶ng c¸ch H×nh 3.29. YÕu tè h×nh häc Gr theo r ∞ G Z = ∫ gdr cña c¸c Zond ®o cã nhiÒu èng d©y (3.102) 0 LÊy tÝch ph©n (3.102) ta sÏ nhËn ®−îc c¸c biÓu thøc sau: L L 1 GZ = , trong kho¶ng − < Z < + 2L 2 2 L L 1 GZ = , ngoµi kho¶ng trªn, nghÜa lµ Z < − vµ Z > + . 2 2 2 8Z VËy lµ mét vØa cã chiÒu dµy lín h¬n L th× ¶nh h−ëng cña c¸c líp v©y quanh sÏ rÊt nhá, ®iÒu ®ã ®ång nghÜa víi nhËn xÐt ®é ph©n gi¶i l¸t c¾t cña Zond ®o c¶m øng b»ng chiÒu dµi L cña nã. d) Lµm héi tô tr−êng kÝch thÝch vµ tÝn hiÖu ®o Nh− ®∙ nãi, trong thùc tÕ s¶n xuÊt c¸c Zond ®o c¶m øng ng−êi ta kh«ng dïng lo¹i H×nh 3.30. YÕu tè h×nh häc theo ph−¬ng th¼ng ®øng cã hai èng d©y, mµ th−êng (®Æc tÝnh ph©n gi¶i theo z) dïng lo¹i cã nhiÒu èng d©y, gåm hai èng d©y ph¸t thu chÝnh cßn thªm c¸c èng d©y phô. C¸c èng d©y phô cã chøc n¨ng lµm héi tô ®Þnh xø tr−êng kÝch thÝch vµo vïng cÇn thiÕt ®Ó tÝn hiÖu ®o ®−îc cã phÇn ®ãng gãp cña c¸c vïng ®ã nhiÒu h¬n. Th−êng th× viÖc lµm héi tô nh»m môc ®Ých thu ®−îc c¸c tÝn hiÖu cña vïng s©u h¬n ®íi thÊm dông dÞch - vïng ®íi nguyªn. Sö dông héi tô ph¶i ®¹t ®−îc c¸c kÕt qu¶ sau: - Cã kh¶ n¨ng ph©n dÞ l¸t c¾t tèt h¬n, h¹n chÕt tèi ta ¶nh h−ëng cña c¸c líp v©y quanh. - Gi¶m thiÓu ¶nh h−ëng cña giÕng khoan, t¨ng chiÒu s©u nghiªn cøu, lo¹i bá c¸c tÝn hiÖu ë ®íi ngÊm. 83
- H¹n chÕ c¸c tÝn hiÖu reactive - tÝn hiÖu kh«ng mong muèn. C¸c h×nh 3.30 vµ 3.31 cho thÊy −u ®iÓm cña thiÕt bÞ ®o cã thªm èng d©y thu R’. Khi kÕt hîp cÆp T-R víi cÆp T-R’ ta cã T-R- R’ vµ nhËn ®−îc ®−êng biÓu diÔn cã ®é ph©n gi¶i l¸t c¾t cao h¬n, ë nãc vØa cã xuÊt hiÖn gi¸ trÞ ©m (h×nh 3.31c). Trªn h×nh 3.31 ta còng thÊy sù kÕt H×nh 3.31. §Æc ®iÓm ph©n gi¶i theo hîp nh− vËy sÏ lµm t¨ng kh¶ n¨ng nghiªn ph−¬ng th¼ng ®øng cña Zond ®o 3 cøu theo ph−¬ng b¸n kÝnh ®−îc tèt h¬n; lµm èng d©y gi¶m thiÓu ¶nh h−ëng cña ®íi ngÊm. e) HiÖu øng Skin HiÖu øng skin, hay cßn gäi lµ hiÖu øng bÒ mÆt, ®Æc biÖt m¹nh trong c¸c tr−êng hîp m«i tr−êng nghiªn cøu cã ®é dÉn cao, nã lµ kÕt qu¶ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c vßng thµnh phÇn lµm cho gi¸ trÞ ®o ®é dÉn biÓu kiÕn thÊp ®i rÊt nhiÒu so víi thùc tÕ. Dßng Foucault trong mçi vßng T-R kh«ng cßn ®éc lËp nhau cho nªn tÝn hiÖu toµn phÇn ®o ®−îc kh«ng cßn lµ tæng cña c¸c vßng thµnh phÇn nh− ®iÒu gi¶ ®Þnh ë môc a. T - R’ Søc ®iÖn ®éng ®−îc t¹o thµnh lµ kÕt qu¶ cña chÝnh mçi vßng vµ cña c¸c vßng l©n cËn. ChÝnh c¸c thµnh phÇn tõ c¸c vßng xung quanh ®∙ lµm sai lÖch c¶ biªn ®é lÉn pha cña tÝn hiÖu ®i tíi èng d©y thu. C¸c vßng ë gÇn víi Zond ®o l¹i lµ nguyªn nh©n lµm h¹n chÕ tr−êng ®iÖn tõ ®i vµo c¸c vßng T - R - R’ thµnh phÇn ë xa h¬n v×: N¨ng l−îng bÞ tiªu hao theo luång dßng trong vßng thµnh phÇn nªn ®∙ gi¶m n¨ng l−îng ®Ó chuyÓn tíi phÇn m«i tr−êng ë xa h¬n M« h×nh thùc tÕ - Tr−êng ®iÖn tõ ë pha sau, sinh ra do dßng Foucault ë gÇn Zond ®o, bÞ ph¸ vì h¹n chÕ tr−êng ph¸t s¬ cÊp truyÒn ra xa h¬n. KÕt qu¶ lµ phÇn m«i tr−êng (®Êt ®¸) thùc sù cã ®ãng gãp cho tÝn hiÖu ®o chØ ë líp vá s¸t thµnh giÕng khoan víi chiÒu s©u H×nh 3.32: §Æc ®iÓm nghiªn cøu theo δ h¹n chÕ b»ng: ph−¬ng b¸n kÝnh r cña Zond ®o 3 èng d©y 84
2 δ= (3.103) ωµc ë ®©y: δ lµ chiÒu s©u, n¬i cã tíi 63% tÝn hiÖu ph¸t ®∙ bÞ suy gi¶m, vµ gäi lµ chiÒu 1 s©u skin (63% lµ tÝnh b»ng 1 − , víi e = 2,718) e ω = 2πf, víi f lµ tÇn sè cña tÝn hiÖu (Hz) µ - §é tõ thÈm (4π.10-7 ®èi víi kh«ng gian rçng). c - §é dÉn cña m«i tr−êng (mmho/m hoÆc mS/m). H×nh 3.33 biÓu diÔn sù suy gi¶m cña tÝn hiÖu ph¸t khi lµm viÖc víi tÇn sè kHz vµ ®é dÉn cña ®Êt ®¸ trÇm tÝch th−êng gÆp trong thùc tÕ. §é dÉn (mS/m) Tõ h×nh vÏ nµy ta thÊy chiÒu s©u skin δ gi¶m khi ®é dÉn cña ®Êt ®¸ t¨ng. % tÝn hiÖu cßn l¹i Do hiÖu øng skin mµ ®é dÉn biÓu kiÕn ®o ®−îc th−êng nhá h¬n gi¸ trÞ thùc. NÕu Cg lµ ®é dÉn thùc vµ Ca lµ ®é dÉn biÓu kiÕn ®o ®−îc b»ng Zond ®o c¶m øng th× hiÖu øng skin CS ®−îc tÝnh: CS = Cg - Ca (3.104) Gi¸ trÞ CS phô thuéc vµo ®é dÉn thùc cña m«i tr−êng nghiªn cøu (h×nh 3.34). §é dÉn cña m«i tr−êng nghiªn cøu cµng cao th× CS cµng lín. Kho¶ng c¸ch ®Õn T (in) CS Ca H×nh 3.33. Sù suy gi¶m cña tÝn hiÖu ph¸t C¸c Zond ®o hiÖn ®ang dïng phæ biÕn trong s¶n xuÊt 6FF40 ®−îc thiÕt kÕ ®Ó tù ®éng tÝnh hiÖu chØnh ¶nh h−ëng skin ngay trong khi ®o. Cg Khi ®o c¶m øng b»ng c¸c Zond ®o 5FF40 vµ 5FF27 th× phÐp hiÖu chØnh skin dùa vµo c¸c b¶n chuÈn cña Schlumberger. H×nh 3.34. HiÖu chØnh hiÖu øng Skin 85
g) Nh÷ng nhËn xÐt chung Trong thùc tÕ s¶n xuÊt chñ yÕu dïng c¸c Zond ®o c¶m øng cã nhiÒu èng d©y vµ gäi lµ Zond héi tô. Kho¶ng c¸ch gi÷a hai èng d©y T vµ R lµ chiÒu dµi cña Zond. ChiÒu dµi L cña Zond cã ý nghÜa quan träng ®èi víi c¸c ®Æc tr−ng cña nã. Khi t¨ng chiÒu dµi L sÏ lµm t¨ng phÇn ®ãng gãp cña ®íi xa vµo tÝn hiÖu ®o, nh−ng l¹i lµm gi¶m ¶nh h−ëng cña ®íi gÇn lªn kÕt qu¶ ®o. VÒ nguyªn t¾c, dïng Zond cã chiÒu dµi L kh¸c nhau, vµ c¸c èng d©y cã sè vßng kh¸c nhau ta cã thÓ lµm gi¶m phÇn lín tin hiÖu sinh ra tõ c¸c thµnh phÇn trong m«i tr−êng. §Ó lµm t¨ng kh¶ n¨ng nghiªn cøu theo b¸n kÝnh cña Zond th× cÇn gi¶m tÝn hiÖu cña giÕng khoan so víi tÝn hiÖu tõ ®íi nguyªn. MÆt kh¸c muèn t¨ng kh¶ n¨ng ph©n gi¶i cña Zond ®ã theo chiÒu th¼ng ®øng th× l¹i cÇn lµm gi¶m phÇn tÝn hiÖu tõ c¸c vØa v©y quanh so víi tÝn hiÖu cña vØa nghiªn cøu. Víi c¸ch nh− vËy, cÊu tróc cña c¸c Zond nhiÒu èng d©y h¬n sÏ cã c¸c kh¶ n¨ng phï hîp víi c¸c ®ßi hái cã phÇn tr¸i ng−îc nhau: - Muèn lµm cho Zond ®o cã kh¶ n¨ng nghiªn cøu s©u h¬n theo ph−¬ng b¸n kÝnh th× ph¶i gi¶m ¶nh h−ëng cña c¸c phÇn m«i tr−êng ë gÇn, trong khi ®ã kh«ng ®−îc gi¶m tÝn hiÖu cña phÇn ë xa giÕng khoan. - §Ó lµm t¨ng kh¶ n¨ng ph©n gi¶i l¸t c¾t theo chiÒu th¼ng ®øng cÇn gi¶m ¶nh h−ëng cña c¸c phÇn m«i tr−êng ë xa Zond ®o vÒ phÝa trªn vµ d−íi, nh−ng kh«ng ®−îc gi¶m phÇn tÝn hiÖu cña phÇn m«i tr−êng ë gÇn, ngang víi ®iÓm ®o. gr 1.0 5FF40 .9 6FF40 .8 .7 .6 .5 .4 .3 .2 .1 0 40 200 240 80 120 160 320 280 §−êng kÝnh (in.) H×nh 3.35. YÕu tè h×nh häc theo ph−¬ng b¸n kinh cña c¸c Zond ®o c¶m øng s©u vµ trung b×nh C¸c Zond ®o 6FF40 vµ 5FF40 ®−îc thiÕt kÕ ®Ó tho¶ m∙n hÇu hÕt c¸c ®ßi hái cã phÇn tr¸i ng−îc nhau nh− trªn. Chóng cã chiÒu dµi L b»ng nhau lµ 40 inches (t−¬ng ®−¬ng 1,0 m). Zond ®o 5FF40 cã b¸n kÝnh nghiªn cøu v−ît qu¸ chiÒu s©u ®íi ngÊm th−êng gÆp (Di = 5d). Trong thùc tÕ cã thÓ gÆp c¸c tr−êng hîp ®íi ngÊm s©u h¬n (Di > 10d), 86
lóc ®ã Zond 6FF40 vÉn cã thÓ cho kÕt qu¶ ®o tèt v× nã cã chiÒu s©u nghiªn cøu lín h¬n hai lÇn chiÒu s©u nghiªn cøu cña Zond 5FF40. H×nh 3.35 lµ ®å thÞ so s¸nh yÕu tè h×nh häc Gr theo ph−¬ng b¸n kÝnh cña c¸c Zond 5FF40 vµ 6FF40. YÕu tè h×nh häc GZ theo chiÒu th¼ng ®øng Z cña c¸c Zond 5FF40 vµ 6FF40 xÊp xØ nh− nhau, cã nghÜa lµ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i l¸t c¾t cña chóng lµ nh− nhau. h) ChuÈn m¸y ®o c¶m øng C¸c m¸y mãc vµ Zond ®o c¶m øng trong giÕng khoan cÇn ®−îc chuÈn kh¾c ®é theo ®Þnh kú hoÆc sau mçi lÇn söa ch÷a. Cã mét c¸ch chuÈn kh¾c ®é c¸c Zond ®o c¶m øng, hay dïng ë c¸c c¬ së l¾p r¸p m¸y ®Þa vËt lý lµ th¶ m¸y ®o trong m«i tr−êng ®∙ biÕt tr−íc ®é dÉn ®iÖn (®iÖn trë suÊt) vµ tiÕn hµnh ®o. Gi¸ trÞ ®o ®−îc ®Þnh cì theo gi¸ trÞ ®é dÉn cña m« h×nh chuÈn ®∙ cho. Nh−ng nh− vËy m« h×nh chuÈn ph¶i cã kÝch th−íc lín ®Ó tho¶ m∙n ®iÒu kiÖn ®ång nhÊt ®¼ng h−íng v« h¹n nh− lý thuyÕt. Mét bÒ m« h×nh víi kÝch th−íc lín kh«ng ph¶i cã thÓ l¾p ®Æt dÔ dµng ë bÊt cø n¬i nµo. V× vËy, c¸ch nµy chØ thÊy dïng ë c¸c trung t©m chÕ t¹o l¾p r¸p m¸y lín trªn thÕ giíi. C¸ch thø hai, hay dïng h¬n, lµ dïng vßng d©y cã ®iÖn trë suÊt biÕt tr−íc ®Æt xung quanh Zond ®o c¶m øng (m¸y giÕng). Thao t¸c thùc tÕ nh− sau: phèi hîp trë kh¸ng cña mçi vßng, ®−êng kÝnh vµ vÞ trÝ cña vßng so víi thiÕt bÞ sao cho c¸c thµnh phÇn Uact vµ Ureact cña tÝn hiÖu tæng lµ xÊp xØ b»ng nhau t−¬ng øng víi søc ®iÖn ®éng t¹o ra trong ®iÒu kiÖn m«i tr−êng h÷u h¹n. §èi víi c¸c ®¸ th−êng gÆp ë vß Qu¶ ®Êt cã ®é dÉn kho¶ng 2 mS/m (R = 500 Ωm), tÇn sè lµm viÖc 20 kHz, chiÒu dµi Zond L = 1m th× thµnh phÇn Uact lín h¬n Ureact rÊt nhiÒu. Trong ®iÒu kiÖn ®ã khi chuÈn kh¾c ®é cã thÓ chØ cÇn tiÕn hµnh ®o thµnh phÇn Uact. i) Ph¹m vi øng dông cña ph−¬ng ph¸p c¶m øng Ph−¬ng ph¸p ®o c¶m øng trong giÕng khoan lµ ph−¬ng ph¸p ®iÖn trë duy nhÊt nghiªn cøu cã hiÖu qu¶ c¸c giÕng khoan dïng dung dÞch ®en hay giÕng khoan kh«. Nh÷ng thËp kû gÇn ®©y lµ kho¶ng thêi gian c¸c m¸y mãc thiÕ bÞ ®o ®Þa vËt lý giÕng khoan nãi chung, m¸y mãc ®o c¶m øng nãi riªng ®∙ cã nh÷ng tiÕn bé v−ît bËc. V× vËy ph−¬ng ph¸p ®o c¶m øng ®∙ ®¸p øng cho viÖc nghiªn cøu c¸c giÕng khoan khoan b»ng dung dÞch n−íc ngät. Trong c¸c l¸t c¾t ®iÖn trë ®Êt ®¸ tõ 30 ®Õn 200 Ωm ph−¬ng ph¸p c¶m øng cho kÕt qu¶ rÊt tèt. Ngoµi kho¶ng giíi h¹n nªu trªn kÕt qu¶ ®o c¶m øng vÉn cßn nh¹y víi sù thay ®æi thµnh phÇn th¹ch häc cña c¸c thµnh hÖ nh−ng b¾t ®Çu cã sai sè. Theo ®¸nh gi¸ cña Halliburton, víi c¸c thiÕt bÞ ®o c¶m øng hiÖn ®ang dïng phæ biÕn trong s¶n xuÊt, ë l¸t c¾t ®iÖn trë 250 Ωm, sai sè ®o kho¶ng ±1 mS/m. C¸c Zond ®o c¶m øng 6FF40 ®∙ cã kh¶ n¨ng ®Þnh xø tÝn hiÖu ®o cña ®íi s©u (0,8 - 1,3m), cho nªn khi kÕt hîp víi c¸c phÐp ®o laterolog, ph−¬ng ph¸p ®o c¶m øng ®−îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®iÖn trë suÊt thùc Rt cña vØa nghiªn cøu. Trong tæ hîp cïng c¸c 87
ph−¬ng ph¸p ®Þa vËt lý giÕng khoan kh¸c, ph−¬ng ph¸p c¶m øng cho kh¶ n¨ng ph©n biÖt c¸c ®¸ chøa b∙o hoµ dÇu, khÝ hoÆc n−íc. 3.4.4. C¸c d¹ng kh¸c cña ph−¬ng ph¸p ®iÖn tõ tr−êng Vµi chôc n¨m trë l¹i ®©y, trong ®Þa vËt lý giÕng khoan ®−a vµo sö dông mét hÖ ph−¬ng ph¸p sãng ®iÖn tõ ë tÇn sè cao tõ megahertz (106) ®Õn gigahertz (109) b»ng hÖ Zond ®o sãng radio hay vi sãng. ë tÇn sè cao ®é thÈm ®iÖn m«i ε ¶nh h−ëng ®Õn sù lan truyÒn vµ cã ®ãng gãp nhiÒu nhÊt ®Õn tÝn hiÖu ®o. V× thÕ c¸c phÐp ®o tr−êng ®iÖn tõ ë tÇn sè cao nh− vËy trong giÕng khoan gäi lµ ph−¬ng ph¸p h»ng sè ®iÖn m«i. Ng−êi ®Æt c¬ së lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm cho ph−¬ng ph¸p nµy lµ Daev D.C., mét nhµ khoa häc x« viÕt vµo ®Çu thËp kû 60, nh−ng ph¸t triÓn vÒ m¸y mãc vµ c«ng nghÖ ®Ó nã thµnh mét ph−¬ng ph¸p sö dông cã kÕt qu¶ trong s¶n xuÊt l¹i lµ c¸c chuyªn gia ë c¸c n−íc ph−¬ng T©y vµo nh÷ng n¨m 70 cña thÕ kû XX. ë tÇn sè gigahertz, h»ng sè ®iÖn m«i ε’ vµ thêi gian lan truyÒn cña sãng ®iÖn tõ tp trong m«i tr−êng t−¬ng øng cña c¸c ®¸ vµ kho¸ng vËt kh¸c h¼n trong n−íc (b¶ng 3.1). B¶ng 3.1 H»ng sè ®iÖn m«i ε Thêi gian lan truyÒn §¸, kho¸ng vËt tp (NS/m) (so víi kh«ng khÝ) C¸t kÕt 4.66 7.2 Dolomit 6.8 8.7 §¸ v«i 7.5 - 9.2 9.1 - 10.2 Anhydrit 6.35 8.4 Coloit (kh«) 5.76 8.0 Muèi má 5.6 6.35 Th¹ch cao 4.16 6.8 DÇu má 2.0 - 2.4 4.7 - 5.2 N−íc ngät 78.30 29.5 §Æc biÖt thùc nghiÖm ®∙ kh¼ng ®Þnh: gi¸ trÞ h»ng sè ®iÖn m«i cña n−íc rÊt Ýt thay ®æi theo ®é kho¸ng ho¸. V× vËy, gi¸ trÞ h»ng sè ®iÖn m«i cña m«i tr−êng ®Êt ®¸ sÏ lµ hµm sè cña ®é lç rçng b∙o hoµ n−íc. HÖ ®o Schlumberger cã hai Zond ®o thêi gian tp vµ h»ng sè ®iÖn m«i ε: tÇn sè vi sãng vµ tÇn sè radio. 88
C¸c h×nh 3.36 vµ 3.37 lµ sè ®o c¸c Zond ®o lan truyÒn sãng ®iÖn tõ (EMP) theo hÖ vi sãng vµ sãng radio. ThiÕt bÞ gåm c¸c anten ph¸t T vµ thu R. Mét m¸y ph¸t dßng biÕn ®æi cho anten ph¸t ®Ó tõ ®©y ph¸t sãng Dung dÞch §íi röa ®iÖn tõ truyÒn trong m«i tr−êng. Sãng ®iÖn tõ bÞ suy gi¶m vµ lÖch pha §íi nguyªn khi lan truyÒn. Mçi anten thu ®o ®é suy gi¶m n¨ng l−îng tÝn côc bé vµ lÖch pha cña c¸c sãng nµy. hiÖu trong vØa thiÕt bÞ trªn Nguyªn lý chung lµ ph¸t vµ thu sãng ®iÖn tõ trong m«i tr−êng anten n¨ng l−îng tÝn nghiªn cøu, nh−ng phÐp ®o cã thÓ lµ vi sãng hiÖu trong vØa ®o ®é lÖch pha, hoÆc ®o thêi gian lan thiÕt bÞ d−íi truyÒn (tèc ®é) sãng ®iÖn tõ gi÷a hai antan hoÆc ®o ®é suy gi¶m biªn ®é n¨ng l−îng (n¨ng l−îng) sãng trªn qu∙ng ®−êng trong vá sÐt gi÷a hai anten ®ã. C¸c ®¹i l−îng nµy ®Òu cã quan hÖ hµm sè víi ®é thÈm c¸ch ®iÖn ε cña m«i tr−êng. Vá sÐt S¬ ®å ®o theo hÖ vi sãng (h×nh 3.36) ®−îc ¸p s−ên cã chiÒu s©u nghiªn cøu kh«ng v−ît qu¸ 2” (≈ H×nh 3.36. CÊu h×nh c¸c anten cña Zond ®o ë 5cm) trong ®íi röa. Thêi gian lan tÇn sè vi sãng truyÒn tpo trªn qu∙ng ®−êng gi÷a c¸c anten thu trong vØa b∙o hoµ n−íc (SW = 1) ®−îc ®−a vÒ d¹ng ph−¬ng tr×nh thêi gian trung b×nh: tpo = ΦtpW + (1 - Φ)tpm (3.105) vµ trong vØa dÇu: tpo = (ΦSxo)tpW + Φ(1 - Sxo)tph + (1 - Φ)tpm (3.106) Trong ®ã: tpW – Thêi gian truyÒn trong n−íc (phô thuéc nhiÖt ®é) tpm – Thêi gian lan truyÒn trong matrix tph – Thêi gian lan truyÒn trong dÇu má C¸c tham sè cßn l¹i: Sxo ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c. Tõ ®ã dÔ dµng x¸c ®Þnh ®é rçng Φ. 89
KhuyÕch Lªn mÆt ®Êt ®¹i 16Mhz KhuyÕch C¸p dÉn ®¹i tæng KhuyÕch ®¹i 30Mhz Nguån kh«ng ®æi ChuyÓn m¹ch H×nh 3.37. CÊu h×nh Zond ®o lan truyÒn sãng ®iÖn tõ ë tÇn sè radio PhÐp ®o theo s¬ ®å ë h×nh 3.37 lµm viÖc ë tÇn sè MHz. ThiÕt bÞ m¸y giÕng cã cÊu t¹o gÇn gièng Zond ®o c¶m øng. C¸c èng d©y ph¸t vµ thu còng cã chøc n¨ng ph¸t vµ thu tÝn hiÖu ë nh÷ng tÇn sè 16MHz vµ 30MHz. §é lÖch pha gi÷a c¸c sè ®o cña c¸c cÆp anten thu gÇn vµ xa theo biªn ®é vµ pha lµ sè liÖu ®o cña phÐp ®o. Gi÷a ®é lÖch pha vµ suy gi¶m biªn ®é cã mèi quan hÖ hµm sè phô thuéc h»ng sè ®iÖn m«i ε cña m«i tr−êng. Tõ c¸c gi¸ trÞ ®o gãc lÖch pha (tÝnh b»ng ®é) vµ ®é suy gi¶m biªn ®é (tÝnh b»ng dB) ta cã thÓ x¸c ®Þnh ε cña ®Êt ®¸ trong m«i tr−êng nghiªn cøu. H»ng sè ®iÖn m«i cã quan hÖ hµm sè víi c¸c tham sè kh¸c cña m«i tr−êng: ε re = ΦSW ε w + (1 − SW )ε h + (1 − Φ )ε m ep e e (3.107) Trong ®ã: εr - H»ng sè ®iÖn m«i cña ®¸ εw - H»ng sè ®iÖn m«i cña n−íc εh - H»ng sè ®iÖn m«i cña hydrocacbon εm - H»ng sè ®iÖn m«i cña matrix e - Sè mò ®iÖn m«i th¹ch häc, gièng nh− tham sè “m” trong m« h×nh Archie p - Sè mò ph©n cùc, liªn quan ®Õn ®é dÉn cña dung dÞch khoan. 90
C¸c tham sè e vµ p ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm cho tõng vïng má hoÆc cho tÇng ®Êt ®¸. 3.5. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng lªn kÕt qu¶ ®o vµ ph¹m vi øng dông cña c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn trë ë chõng mùc nhÊt ®Þnh chóng ta ®∙ h×nh dung r»ng lu«n lu«n cã nh÷ng nhiÔu do ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng lªn tÝn hiÖu ®o. B©y giê h∙y xem xÐt ®Õn tÇm quan träng cña mét sè ®Æc ®iÓm cña c¸c thµnh hÖ vÒ khÝa c¹nh ®Þa chÊt: nh− thµnh phÇn, kiÕn tróc, thÕ n»m, m«i tr−êng trÇm tÝch, nhiÖt ®é ¸p suÊt... 3.5.1. Thµnh phÇn ®¸ - B¶n chÊt cña pha r¾n, gåm c¸c h¹t vôn xi m¨ng g¾n kÕt trong ®¸ lµ kh«ng dÉn ®iÖn hoÆc cã ®iÖn trë rÊt cao, ®iÒu nµy lµ phæ biÕn nh− mét quy luËt. - C¸c chÊt l−u b∙o hoµ trong lç rçng cña ®¸: hydrocacbon còng cã ®iÖn trë v« cïng lín, n−íc lµ thµnh phÇn chÊt l−u cã ®é dÉn ®iÖn tèt phô thuéc vµo ®é kho¸ng ho¸ vµ nhiÖt ®é. - §é lç rçng vµ ®é b∙o hoµ 3.5.2. KiÕn tróc ®¸ H×nh d¸ng kÝch th−íc ph©n bè s¾p xÕp cña c¸c h¹t cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn ®é lç rçng; kÝch th−íc, ®Æc ®iÓm ph©n bè cña c¸c lç rçng vµ kªnh dÉn trong ®¸ l¹i cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn ®iÖn trë suÊt cña ®¸. CÊu tróc lç rçng trong c¸c ®¸ lµ mét cÊu tróc fractal. §é cong lç rçng thÓ hiÖn lªn c¸c tham sè “a” vµ “m” trong quan hÖ gi÷a F vµ Φ. §é thÊm kh¸c nhau sÏ lµm thay ®æi trong ®íi ngÊm vµ ®é b∙o hoµ c¶ vÒ b¶n chÊt còng nh− kÝch th−íc cña ®íi ngÊm. BÊt ®¼ng h−íng nhá. Trong khi hÖ ®iÖn cùc ph¸t dßng theo h−íng n»m ngang, nÕu bÊt ®¼ng nhÊt kh«ng theo mét h−íng nhÊt ®Þnh (bÊt ®¼ng h−íng nhá) th× sè ®o sÏ thay ®æi kh«ng cã quy luËt. KiÓu ph©n bè cña sÐt hay c¸c kho¸ng vËt dÉn ®iÖn kh¸c trong ®¸ còng cã vai trß quan träng lµm cho ®iÖn trë cña ®¸ thay ®æi. Trong c¸c hang hèc, khe nøt nÕu cã chøa dung dÞch dÉn ®iÖn hay chøa n−íc sÏ −u tiªn cho mét phÇn dßng ®i tõ c¸c hÖ cùc vµ tõng khe nøt sÏ cã ¶nh h−ëng kh¸c nhau lªn kÕt qu¶ ®o. C¸c tham sè “a” vµ “m” còng v× thÕ mµ thay ®æi. 3.5.3. Gãc dèc vµ cÊu tróc c¸c líp ®¸ ThÕ n»m cña c¸c líp ®¸ kh«ng lu«n lu«n n»m ngang, trôc giÕng khoan còng kh«ng lu«n lu«n theo ph−¬ng th¼ng ®øng, nghÜa lµ c¸c mÆt ph©n líp kh«ng lu«n lu«n vu«ng gãc víi trôc giÕng khoan, nªn ®iÖn trë suÊt biÓu kiÕn cã thÓ cã sai sè. §©y còng lµ mét kiÓu sai sè gièng nh− khi gÆp bÊt ®ång nhÊt nhá. 91
ChiÒu dµy, c¸ch tæ chøc s¾p xÕp bªn trong cña vØa nghiªn cøu vµ c¸c vØa v©y quanh (®©y lµ mét kiÓu bÊt ®¼ng h−íng vÜ m«) phô thuéc vµo lÞch sö l¾ng ®äng, ®Æc ®iÓm m«i tr−êng trÇm tÝch trong tõng nhÞp ®Þa chÊt...C¸c d¹ng cÊu tróc vÜ m« ®ã ®Òu thÓ hiÖn rÊt râ rµng theo sù thay ®æi gi¸ trÞ ®iÖn trë cña c¸c líp trong l¸t c¾t. 3.5.4. NhiÖt ®é, ¸p suÊt nÐn Ðp HiÖu øng cña nhiÖt ®é lªn ®iÖn trë suÊt cña chÊt l−u nh− n−íc vØa ®∙ ®−îc xem xÐt ë ch−¬ng thø nhÊt. Cã mét sè ®o nhiÖt ®é ë ®¸y giÕng lµ cÇn thiÕt ®èi víi ph−¬ng ph¸p ®iÖn trë nÕu ta ch−a biÕt râ gradien ®Þa nhiÖt cña vïng. ¸p suÊt vØa lµ hµm sè cña nhiÒu yÕu tè - bao gåm lùc nÐn Ðp kiÕn t¹o, thiÓu nÐn Ðp. Sù nÐn Ðp lµm cho ®¸ chÆt xÝt, c¸c h¹t ®¸ bÞ biÕn d¹ng vµ ®é lç rçng thay ®æi theo chiÒu gi¶m khi lùc nÐn Ðp t¨ng. PhÐp thö nghiÖm ®−îc thùc hiÖn ë phÇn l¸t c¾t cã ®èi t−îng nghiªn cøu dùa vµo sù kh¸c biÖt ¸p suÊt thuû tÜnh cña cét dung dÞch vµ ¸p suÊt vØa. 3.5.5. C¸c øng dông C¸c øng dông kh¸c nhau cña c¸c ph−¬ng ph¸p ®o ®iÖn trë sÏ ®−îc nghiªn cøu chi tiÕt ë phÇn hai cña gi¸o tr×nh nµy. ë ®©y chØ nªu tãm t¾t viÖc sö dông kÕt qu¶ ®o ®iÖn trë suÊt/®é dÉn ®iÖn vµo c¸c phÐp x¸c ®Þnh tham sè colect¬ vµ ®Æc ®iÓm ®Þa chÊt. a) §é b∙o hoµ PhÇn lín c¸c øng dông cña phÐp ®o ®iÖn trë suÊt / ®é dÉn ®iÖn ë giÕng khoan lµ ®Ó x¸c ®Þnh ®é b∙o hoµ n−íc (hoÆc ®é b∙o hoµ dÇu) trong ®íi röa vµ ®íi nguyªn. Rxo cã thÓ ®−îc ®o trùc tiÕp b»ng c¸c vi hÖ ®iÖn cùc. Rt th−êng kh«ng ®o trùc tiÕp v× lu«n lu«n cã ¶nh h−ëng cña cét dung dÞch, líp vá sÐt vµ ®íi ngÊm, ngoµi ra cßn ¶nh h−ëng cña c¸c líp v©y quanh. ChØ trong c¸c ®iÒu kiÖn thËt thuËn lîi, c¸c Zond ®o cã héi tô (LLd, ILd) míi cã kh¶ n¨ng cho sè ®o gÇn víi gi¸ trÞ Rt, kh«ng cÇn ph¶i hiÖu chØnh. B×nh th−êng c¸c sè ®o ®iÖn trë b»ng c¸c hÖ cùc s©u vÉn ph¶i hiÖu chØnh nhê c¸c b¶n chuÈn chuyªn dông ®Ó lo¹i bá ¶nh h−ëng cña giÕng khoan, ®íi ngÊm vµ c¸c vØa v©y quanh. PhÐp hiÖu chØnh ®èi víi ®íi röa th−êng kÕt hîp sè ®o cña ba phÐp ®o cã chiÒu s©u nghiªn cøu kh¸c nhau ®Ó t×m ba Èn sè: Di, Rxo vµ Rt. Ch¼ng h¹n ta cã: (Ra)cor = RxoGxo + RiGi + RtGt Gxo(Di) + Gi(Di) + Gt(Di) = 1 lµ tæng yÕu tè h×nh häc cña c¸c ®íi t−¬ng øng. NÕu lo¹i trõ ¶nh h−ëng cña ®íi chuyÓn tiÕp (Gi = 0) th× ph−¬ng tr×nh trªn ®−îc rót gän: (Ra)cor = RxoGxo + RtGt víi 1 = Gxo(Di) + Gt(Di) ë ®©y Gxo, Gi ®−îc x¸c ®Þnh theo ®−êng kÝnh ®íi ngÊm Di (trong c¸c ph−¬ng ph¸p c¶m øng yÕu tè h×nh häc lÊy ký hiÖu G, cßn trong c¸c ph−¬ng ph¸p laterolog ký hiÖu ®ã lµ J). 92