Giáo trình địa vật lý giếng khoan part 1

Chia sẻ: Asfj Asfhjk | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

173
lượt xem 48
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Việc ứng dụng các phương vật lý để nghiên cứu lát cắt địa chất giếng khoan qua các thời kỳ và từng đối tượng khác nhau đã từng có những tên gọi khác nhau. Những năm 1960 về trước lĩnh vực này được gọi bằng cái tên “Carota”. Thuật ngữ nμy có gốc từ tiếng Pháp: Carottage xuất phát từ Carotté nghĩa là mẫu lõi khoan, hay cũng có nghĩa là củ cà rốt.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình địa vật lý giếng khoan part 1

Môc lôc Më ®Çu ............................................................................................................................5 Ch−¬ng 1. §èi t−îng vµ c¸c tham sè nghiªn cøu .......................................................7 1.1. §èi t−îng nghiªn cøu ...........................................................................................7 1.2. Ph©n lo¹i ®¸ theo thµnh phÇn, ®iÒu kiÖn thµnh t¹o vµ c¸c ®Æc tr−ng vËt lý th¹ch häc ...............................................................................................................................7 1.3. §¸ chøa, c¸c tham sè vËt lý cña ®¸ chøa ............................................................10 1.3.1. §é rçng ........................................................................................................11 1.3.2. §iÖn trë suÊt vµ ®é dÉn ®iÖn ........................................................................12 1.4. CÊu kiÕn tróc cña ®¸ ...........................................................................................16 1.4.1. YÕu tè thµnh hÖ - mèi liªn hÖ gi÷a ®é rçng víi ®iÖn trë suÊt ......................16 1.4.2. Quan hÖ gi÷a ®é b∙o hoµ vµ ®iÖn trë suÊt - C«ng thøc Archie ....................18 I.4.3. ¶nh h−ëng cña ®é sÐt lªn gi¸ trÞ ®iÖn trë suÊt vµ ®é b∙o hoµ cña ®¸ ...........20 1.5. §é thÊm ..............................................................................................................23 Ch−¬ng 2. Nguyªn lý chung trong ®Þa vËt lý giÕng khoan .......................................30 2.1. C¸c ph−¬ng ph¸p kh¶o s¸t ..................................................................................30 2.1.1. HÖ thiÕt bÞ ®o (hÖ quan s¸t)..........................................................................30 2.1.2 Ph©n lo¹i c¸c phÐp ®o trong giÕng khoan .....................................................32 2.2. C¸c vÊn ®Ò xung quanh viÖc ®o vÏ ë giÕng khoan..............................................34 2.2.1. Sù ngÊm dung dÞch ......................................................................................34 2.2.2. HiÖu øng h×nh häc cña Zond .......................................................................35 2.2.3. Tèc ®é kÐo c¸p.............................................................................................38 2.3. Nguyªn lý ®o ghi ................................................................................................39 2.4. BiÓu diÔn kÕt qu¶ ®o ghi .....................................................................................40 2.5. §o kiÓm tra vµ chuÈn m¸y..................................................................................40 2.6. ChuyÓn t¶i sè liÖu ...............................................................................................42 Ch−¬ng 3. C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn tõ tr−êng .............................................................43 3.1. Giíi thiÖu ............................................................................................................43 3.2. C¸c ph−¬ng ph¸p ®o b»ng hÖ ®iÖn cùc kh«ng héi tô ..........................................43 3.2.1. Bµi toµn lý thuyÕt cña ph−¬ng ph¸p ®iÖn trë trong giÕng khoan .................47 3.2.2. §iÖn trë suÊt biÓu kiÕn.................................................................................53 3.2.3. D¸ng ®iÖu cña ®−êng cong ®o ®iÖn trë trong giÕng khoan..........................57 3.2.3.1. Tr−êng hîp hÖ ®iÖn cùc thÕ......................................................................57 3.2.3.2. Tr−êng hîp hÖ ®iÖn cùc gradien...............................................................58 3.2.4. ChiÒu s©u nghiªn cøu cña c¸c hÖ ®iÖn cùc ..................................................59 3.2.5. C¸c phÐp hiÖu chØnh.....................................................................................61 3.2.6. Vi hÖ ®iÖn cùc (kh«ng héi tô dßng) - Microlog ML....................................62 3.3. C¸c ph−¬ng ph¸p ®o b»ng hÖ ®iÖn cùc cã héi tô dßng .......................................64 3.3.1. Ph−¬ng ph¸p Laterolog, LL .........................................................................65 3.3.2. Ph−¬ng ph¸p vi hÖ ®iÖn cùc héi tô dßng......................................................71 3.4. C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn tõ tr−êng.........................................................................73 3.4.1. Tr−êng ®iÖn tõ trong m«i tr−êng ®Êt ®¸.......................................................73 3.4.2. Tr−êng ®iÖn tõ cña mét èng d©y trong giÕng khoan...................................75 3.4.3. Ph−¬ng ph¸p ®o c¶m øng (Induction Log - IL) ...........................................78 3.4.4. C¸c d¹ng kh¸c cña ph−¬ng ph¸p ®iÖn tõ tr−êng ..........................................88 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.......................................................................................................................91 1
3.5.1. Thµnh phÇn ®¸ .............................................................................................91 3.5.2. KiÕn tróc ®¸ .................................................................................................91 3.5.3. Gãc dèc vµ cÊu tróc c¸c líp ®¸ ....................................................................91 3.5.4. NhiÖt ®é, ¸p suÊt nÐn Ðp...............................................................................92 3.5.5. C¸c øng dông ...............................................................................................92 Ch−¬ng 4. C¸c ph−¬ng ph¸p thÕ tù ph©n cùc vµ ph©n cùc kÝch thÝch.......................94 4.1. Ph−¬ng ph¸p thÕ ®iÖn tù ph©n cùc - SP...............................................................94 4.1.1. C¸c qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ vµ ®iÖn ®éng lùc trong m«i tr−êng quanh giÕng khoan: ....................................................................................................................95 4.1.2. ThÕ ®iÖn tù ph©n cùc toµn phÇn - SP.........................................................101 4.1.3. S¬ ®å ®o thÕ ®iÖn tù ph©n cùc - SP.............................................................102 4.1.4. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn h×nh d¸ng vµ biªn ®é dÞ th−êng ∆USP ..............104 4.1.5. Ph¹m vi øng dông cña ph−¬ng ph¸p SP.....................................................106 4.2. Ph−¬ng ph¸p thÕ ®iÖn ph©n cùc kÝch thÝch – PP .............................................106 4.2.1. Qu¸ tr×nh h×nh thµnh thÕ ®iÖn ph©n cùc kÝch thÝch....................................106 4.2.2. §o thÕ ®iÖn ph©n cùc kÝch thÝch trong giÕng khoan ..................................109 1. S¬ ®å nguyªn t¾c .............................................................................................109 2. C¸c ®−êng cong ®o ghi thÕ ∆UPP .....................................................................110 3. ThÕ ph©n cùc kÝch thÝch ..................................................................................110 4. Ph¹m vi øng dông cña ph−¬ng ph¸p ph©n cùc kÝch thÝch ...............................111 Ch−¬ng 5. C¸c ph−¬ng ph¸p phãng x¹ h¹t nh©n ...................................................112 5.1. C¬ së vËt lý - ®Þa chÊt .......................................................................................112 5.1.1. C−êng ®é phãng x¹ tù nhiªn trong ®¸........................................................112 5.1.2. C−êng ®é phãng x¹ nh©n t¹o hay kÝch thÝch .............................................115 5.1.3. MËt ®é electron vµ mËt ®é khèi .................................................................119 5.2. §Æc ®iÓm cña c¸c phÐp ®o phãng x¹ tù nhiªn vµ nh©n t¹o trong giÕng khoan.124 5.3. C¸c ph−¬ng ph¸p ®o phãng x¹ nghiªn cøu giÕng khoan ..................................125 5.3.1. Ph−¬ng ph¸p ®o bøc x¹ gamma tù nhiªn (GR)..........................................126 5.3.2. Ph−¬ng ph¸p ®o phæ gamma tù nhiªn- SGR, NGS ....................................129 5.3.2.1. C¬ së vËt lý - ®Þa chÊt.............................................................................129 5.3.2.2. C¸c thiÕt bÞ m¸y giÕng ®o phæ gamma...................................................132 5.3.2.3. Ph¹m vi øng dông...................................................................................134 5.3.3. C¸c ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹................................................................135 5.3.3.1. C¬ së vËt lý.............................................................................................135 5.3.3.2. S¬ ®å ®o gamma t¸n x¹ trong giÕng khoan ............................................137 5.3.3.3. PhÐp ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é bï (kÐp).................................................138 5.3.3.4. ChiÒu s©u nghiªn cøu vµ ®é ph©n gi¶i cña c¸c Zond ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é.........................................................................................................................139 5.3.3.5. ChuÈn kh¾c ®é c¸c m¸y ®o gamma t¸n x¹.............................................139 5.3.3.5. Ph¹m vi øng dông cña ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é...................140 5.3.4. Ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ gamma.....................................................142 5.3.5. C¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron ............................................................................145 5.3.5.1. Ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma ................................................................145 5.3.5.2. Ph−¬ng ph¸p n¬tron - n¬tron..................................................................150 5.3.5.3. Ph−¬ng ph¸p xung n¬tron ......................................................................159 5.3.5.4. Ph−¬ng ph¸p quang n¬tron ....................................................................167 5.3.5.5. Ph−¬ng ph¸p kÝch ho¹t phãng x¹ ...........................................................167 2
Ch−¬ng 6. Ph−¬ng ph¸p sãng ©m .............................................................................171 6.1. TÝn hiÖu sãng ©m ..............................................................................................171 6.2. Sãng ©m (Siªu ©m)............................................................................................171 6.3. Tèc ®é sãng ©m.................................................................................................173 6.4. C¬ chÕ lan truyÒn sãng ©m ...............................................................................176 6.5. Ph−¬ng ph¸p ®o tèc ®é sãng ©m .......................................................................178 6.5.1. Nguyªn lý vµ s¬ ®å m¸y giÕng ..................................................................178 6.5.2. NhËn biÕt sãng däc vµ sãng ngang ............................................................179 6.5.3. Lo¹i trõ ¶nh h−ëng ®−êng kÝnh giÕng khoan.............................................182 6.5.4. ChiÒu s©u nghiªn cøu vµ ®é ph©n gi¶i cña Zond ®o tèc ®é siªu ©m kÐp (BHC)...................................................................................................................183 6.5.5. §¬n vÞ ®o ...................................................................................................183 6.5.6. C¸c yÕu tè thÓ hiÖn lªn kÕt qu¶ ®o.............................................................184 6.5.7. Ph©n tÝch kÕt qu¶........................................................................................187 6.5.8. C¸c sai sè cã thÓ gÆp..................................................................................189 6.5.9. DÊu tÝch luü thêi gian truyÒn sãng ............................................................191 6.5.10. C¸c øng dông ...........................................................................................192 6.6. PhÐp ®o suy gi¶m biªn ®é sãng ©m .................................................................193 6.6.1. C¸c tr−êng hîp xuÊt hiÖn suy gi¶m n¨ng l−îng vµ t¸i ph©n bè n¨ng l−îng cña sãng ..............................................................................................................194 6.6.2. PhÐp ®o chÊt l−îng tr¸m xi m¨ng (CBL) ...................................................197 6.6.3. PhÐp ®o biÕn thiªn mËt ®é (VDL)..............................................................199 Ch−¬ng 7. C¸c ph−¬ng ph¸p ®o khÝ dung dÞch vµ c¸c tham sè c¬ häc.................201 7.1. Më ®Çu..............................................................................................................201 7.2. C¸c phÐp ®o dung dÞch .....................................................................................202 7.2.1. Sù thÊm cña khÝ vµ chÊt láng trong m«i tr−êng lç rçng ............................202 7.2.2. Vai trß cña dung dÞch khoan vµ sù th©m nhËp cña dÇu khÝ vµo dßng dung dÞch ®èi l−u ..........................................................................................................203 7.2.3. Tr¹ng th¸i cña hydrocacbon khi x©m nhËp vµo dßng dung dÞch ®èi l−u...204 7.2.4. T¸ch khÝ tõ dung dÞch khoan .....................................................................206 7.2.5. Ph¸t hiÖn vµ ph©n tÝch khÝ toµn phÇn .........................................................207 7.2.6. Ph©n tÝch khÝ b»ng s¾c ký ..........................................................................208 7.2.7. Ph¸t hiÖn khÝ H2S .......................................................................................210 7.2.8. §o c¸c tham sè phô trî kh¸c .....................................................................210 7.3. C¸c phÐp ®o mïn khoan ...................................................................................211 7.3.1. Ph¸t hiÖn vµ m« t¶......................................................................................211 7.3.2. Hµm l−îng dÇu khÝ vµ sù ph©n tÝch ...........................................................212 7.3.3. MËt ®é........................................................................................................213 7.3.4. Ph©n tÝch hµm l−îng cacbonat ...................................................................214 7.3.5. Sù ®¸nh gi¸ tiÒm n¨ng dÇu khÝ cña ®¸ mÑ .................................................214 7.4. Ph©n tÝch vµ sö dông c¸c kÕt qu¶ ......................................................................215 7.4.1. NhËn biÕt th¹ch häc ...................................................................................215 7.4.2. Ph©n tÝch c¸c biÓu hiÖn khÝ ........................................................................217 7.4.3. §¸nh gi¸ ®Þnh l−îng c¸c dÞ th−êng khÝ .....................................................217 7.4.4. TÝnh chØ sè b∙o hoµ khÝ ë ®¸y giÕng..........................................................219 7.4.5. Tû sè hµm l−îng khÝ ..................................................................................220 7.4.6. d- exponent ................................................................................................222 7.5. C¸c ch−¬ng tr×nh hç trî øng dông ....................................................................226 3
7.6. NhËn xÐt............................................................................................................227 Ch−¬ng 8. C¸c ph−¬ng ph¸p ®o kh¸c ......................................................................228 8.1. §o ®−êng kÝnh giÕng ........................................................................................228 8.1.1. S¬ ®å nguyªn t¾c cña phÐp ®o....................................................................228 8.1.2. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ................................................................................229 8.1.3. ¸p dông .....................................................................................................229 8.2. X¸c ®Þnh gãc nghiªng vµ gãc ph−¬ng vÞ cña trôc giÕng khoan ........................230 8.2.1. S¬ ®å cÊu t¹o cña m¸y ®o gãc nghiªng vµ ph−¬ng vÞ ................................230 8.2.2. Xö lý tÝnh to¸n c¸c ®¹i l−îng nghiªn cøu ..................................................231 8.3. §o gãc c¾m cña c¸c líp ®Êt ®¸ .........................................................................232 8.3.1. Nguyªn lý cña phÐp ®o gãc c¾m................................................................233 8.3.2. TÝnh gãc c¾m cña vØa.................................................................................234 8.3.3. BiÓu diÔn c¸c kÕt qu¶ ®o, vÏ gãc c¾m vµ ph−¬ng vÞ ..................................240 8.3.4. Ph¹m vi øng dông ......................................................................................241 8.4. §o nhiÖt ®é trong giÕng khoan .........................................................................242 8.4.1. Tr−êng nhiÖt ®é trong giÕng khoan .................................................................242 8.4.2. PhÐp ®o nhiÖt ®é ........................................................................................243 8.4.2.1. §o kh«ng liªn tôc...................................................................................243 8.4.2.2. §o liªn tôc..............................................................................................246 8.4.3. C¸c øng dông cña ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é ë giÕng khoan ......................247 Ch−¬ng 9. LÊy mÉu thµnh giÕng vµ khoan næ ........................................................249 9.1. LÊy mÉu ®¸ .......................................................................................................249 9.1.1. LÊy mÉu thµnh giÕng b»ng sóng (Corgun) ................................................249 9.1.2. LÊy mÉu ®¸ b»ng thiÕt bÞ khoan thµnh giÕng.............................................250 9.2. LÊy mÉu chÊt l−u vµ ®o ¸p suÊt vØa...................................................................251 9.2.1. Thö vØa (FT)...............................................................................................251 9.2.3. Thö vØa lÆp l¹i (RFT) .................................................................................254 Tµi liÖu tham kh¶o chÝnh ..........................................................................................258 Phô lôc sè 1.1a,b. C¸c ®Æc tr−ng ®Þa vËt lý cña nh÷ng kho¸ng vËt phæ biÕn trong ®¸ trÇm tÝch . 260 Phô lôc sè 2. C¸c ký hiÖu viÕt t¾t ... 263 Phô lôc sè 3. Tra cøu theo trang in ... . 264 Phô lôc sè 4. ChuyÓn ®æi vµ sö dông t−¬ng ®−¬ng . ...268 4
Më ®Çu § Þa vËt lý giÕng khoan (§VLGK) lµ mét lÜnh vùc cña ®Þa vËt lý øng dông bao gåm viÖc sö dông nhiÒu ph−¬ng ph¸p vËt lý hiÖn ®¹i nghiªn cøu vËt chÊt ®Ó kh¶o s¸t l¸t c¾t ®Þa chÊt ë thµnh giÕng khoan nh»m ph¸t hiÖn vµ ®¸nh gi¸ c¸c kho¸ng s¶n cã Ých, thu thËp c¸c th«ng tin vÒ vËn hµnh khai th¸c má vµ vÒ tr¹ng th¸i kü thuËt cña giÕng khoan. ViÖc øng dông c¸c ph−¬ng vËt lý ®Ó nghiªn cøu l¸t c¾t ®Þa chÊt giÕng khoan qua c¸c thêi kú vµ tõng ®èi t−îng kh¸c nhau ®∙ tõng cã nh÷ng tªn gäi kh¸c nhau. Nh÷ng n¨m 1960 vÒ tr−íc lÜnh vùc nµy ®−îc gäi b»ng c¸i tªn “Carota”. ThuËt ng÷ nµy cã gèc tõ tiÕng Ph¸p: Carottage xuÊt ph¸t tõ CarottÐ nghÜa lµ mÉu lâi khoan, hay còng cã nghÜa lµ cñ cµ rèt. Trong hÖ thèng Anh ng÷ c¸c ph−¬ng ph¸p §Þa vËt lý giÕng khoan ®−îc gäi b»ng thuËt ng÷ Log, Logging - cã nghÜa lµ ®o vÏ liªn tôc mét tham sè vËt lý theo trôc giÕng khoan, ch¼ng h¹n Log ®iÖn trë, Log siªu ©m, Log nhiÖt ®é... Víi tèc ®é ph¸t triÓn nh− vò b∙o hiÖn nay cña khoa häc c«ng nghÖ, §Þa vËt lý giÕng khoan nµy cµng phong phó vÒ sè ph−¬ng ph¸p, hiÖn ®¹i vÒ c«ng nghÖ vµ s©u s¾c vÒ néi dung khoa häc. Trong sù ph¸t triÓn nhanh chãng ®ã cã mét ®Æc ®iÓm dÔ nhËn thÊy lµ tõ nghiªn cøu lý thuyÕt ®Õn triÓn khai c«ng nghÖ lµ mét kho¶ng c¸ch rÊt ng¾n, d−êng nh− nh÷ng ý t−ëng khoa häc h«m nay th× ngµy mai ®∙ trë thµnh c«ng nghÖ ¸p dông trong s¶n xuÊt. ë ViÖt Nam c¸c ph−¬ng ph¸p ®Þa vËt lý giÕng khoan ®∙ ®−îc øng dông ®Ó nghiªn cøu c¸c lç khoan than tõ cuèi nh÷ng n¨m 50 ®Çu nh÷ng n¨m 60 cña thÕ kû võa qua khi Liªn X« vµ c¸c n−íc XHCN anh em lóc bÊy giê ®∙ b¾t ®Çu gióp chóng ta ®Èy m¹nh c«ng t¸c ®iÒu tra ®Þa chÊt ë miÒn B¾c. Tõ nh÷ng thêi gian ®ã ë s¶n xuÊt nh÷ng ng−êi lµm c«ng t¸c ®Þa vËt lý cña ViÖt Nam ®∙ quen víi thuËt ng÷ Carota ®Ó chØ mét lo¹i h×nh c«ng viÖc ®o ®Þa vËt lý trong c¸c lç khoan th¨m dß than vµ t×m kiÕm c¸c kho¸ng s¶n cã Ých kh¸c. B¾t ®Çu sang thËp kû 80 khi c«ng t¸c ®o ®Þa vËt lý trong c¸c giÕng khoan th¨m dß vµ khai th¸c dÇu khÝ ph¸t triÓn nhanh cïng víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ non trÎ ë ViÖt Nam. Tõ ®ã trong ngµnh dÊu khÝ quen víi viÖc dïng thuËt ng÷ §Þa vËt lý giÕng khoan ®Ó chØ c¸c lo¹i h×nh c«ng viÖc nghiªn cøu giÕng khoan th¨m dß vµ khai th¸c dÇu khÝ b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p ®Þa vËt lý thay cho thuËt ng÷ Carota kh«ng cßn ®ñ ®Ó bao qu¸t hÕt c¸c néi dung cña ho¹t ®éng nµy. Trong t×nh h×nh ®ã ë chóng ta song song tån t¹i hai tõ: Carota vµ §Þa vËt lý giÕng khoan, cïng ®Ó chØ c«ng t¸c ®o vÏ ®Þa vËt lý ë d−íi mÆt ®Êt, mét trong lÜnh vùc th¨m dß than, quÆng vµ n−íc d−íi ®Êt, vµ mét trong lÜnh vùc th¨m dß khai th¸c dÇu khÝ. VÒ m¸y mãc trang thiÕt bÞ trong ®Þa vËt lý giÕng khoan còng ®ang cã nhiÒu thay ®æi nhê cã nh÷ng tiÕn bé nhanh chãng trong c«ng nghÖ ®iÖn tö vµ tù ®éng ho¸. Ngµy cµng nhiÒu c¸c m¸y thiÖt bÞ ®o ®Þa vËt lý trong giÕng khoan ®−îc c¶i tiÕn, xuÊt hiÖn míi råi l¹i tiÕp tôc c¶i tiÕn, xuÊt hiÖn míi,... Cã t¸c gi¶ ®∙ nhËn xÐt: Trªn thÕ giíi cø 5
sau 5 n¨m th× mét thÕ hÖ m¸y míi ®∙ ra ®êi vµ gÇn thay thÕ hoµn toµn c¸c m¸y mãc cña thÕ hÖ tr−íc ®ã, l¹i còng cã ý kiÕn cho r»ng: thËm chÝ cßn sím h¬n! ë ViÖt Nam tuy sù thay ®æi vÒ trang thiÕt bÞ trong c¸c c¬ së s¶n xuÊt, ViÖn nghiªn cøu vµ c¸c Tr−êng ®¹i häc ch−a ®Õn møc nhanh nh− vËy nh÷ng râ rµng 10 n¨m trë l¹i ®©y c¸c thÕ hÖ m¸y §Þa vËt lý giÕng khoan míi ®∙ thay thÕ hoµn toµn c¸c m¸y mãc thiÕt bÞ cò kü tr−íc ®©y, ®Æc biÖt lµ trong ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ. Cïng víi nh÷ng thay ®æi ®ã ë n−íc ta ®éi ngò nh÷ng ng−êi lµm c«ng t¸c ®Þa vËt lý giÕng khoan ngµy cµng ®«ng ®¶o, nh÷ng ng−êi cã sö dông c¸c tµi liÖu ®o vÏ ®Þa vËt lý giÕng khoan vµ quan t©m ®Õn lÜnh vùc khoa häc c«ng nghÖ nµy ngµy cµng nhiÒu h¬n. Sau nhiÒu n¨m gi¶ng d¹y ë tr−êng ®¹i häc vµ c«ng t¸c trong ngµnh dÇu khÝ c¸c t¸c gi¶ quyÕt ®Þnh biªn so¹n gi¸o tr×nh nµy. Gi¸o tr×nh sÏ lµ mét tµi liÖu phôc vô gi¶ng d¹y ë c¸c tr−êng ®¹i häc cã ®µo t¹o chuyªn ngµnh kü s− ®Þa vËt lý th¨m dß, kü s− ®Þa chÊt dÇu khÝ. Ngoµi ra gi¸o tr×nh nµy sÏ lµ tµi liÖu tham kh¶o tèt cho c¸c kü s− ®Þa vËt lý vµ kü s− ®Þa chÊt dÇu khÝ ®ang lµm viÖc t¹i c¸c c¬ së s¶n xuÊt, viÖn nghiªn cøi vµ c¸c ®¬n vÞ cã sö dông tµi liÖu ®o ®Þa vËt lý giÕng khoan. Gi¸o tr×nh chia lµm hai phÇn. PhÇn thø nhÊt lµ néi dung chÝnh d¹y ë tr−êng ®¹i häc trong ®ã giíi thiÖu néi dông c¸c ph−¬ng ph¸p ®o ®Þa vËt lý giÕng khoan, chó träng c¬ së vËt lý - ®Þa chÊt, nguyªn lý ®o vÏ thu thËp tµi liÖu gîi ý ph¹m vi øng dông cña c¸c ph−¬ng ph¸p. Trong gi¸o tr×nh kh«ng chó träng m« t¶ c¸c m¸y mãc thiÕt bÞ ®o §Þa vËt lý giÕng khoan mµ trong mçi ph−¬ng ph¸p hay nhãm ph−¬ng ph¸p chØ tr×nh bµy nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¸y vµ s¬ ®å khèi cña c¸c m¸y ®ã. PhÇn thø hai cña gi¸o tr×nh sÏ ®−îc tr×nh bµy nh− c¸c tµi liÖu chuyªn khoa vÒ ph©n tÝch ®Þa chÊt c¸c tµi liÖu ®Þa vËt lý giÕng khoan theo tõng chuyªn ®Ò (nghiªn cøu ®Þa tÇng, m«i tr−êng ®Þa chÊt, cÊu kiÕn tróc cña ®¸ chøa, x¸c ®Þnh thµnh phÇn vËt chÊt, tÝnh to¸n tr÷ l−îng má dÇu khÝ vµ c¸c má kho¸ng s¶n r¾n, c¸c phÇn mÒm ph©n tÝch tµi liÖu §Þa vËt lý giÕng khoan...) ®¸p øng c¸c yªu cÇu t×m hiÓu s©u vÒ §Þa vËt lý giÕng khoan cña c¸c kü s− ®ang c«ng t¸c trong ngµnh dÇu khÝ vµ c¸c ngµnh cã liªn quan. Chóng t«i cho r»ng viÖc biªn so¹n mét gi¸o tr×nh chuyªn ngµnh §Þa vËt lý giÕng khoan, mét sù thu nhá cña ngµnh ®Þa vËt lý øng dông trong c¸c giÕng khoan kh«ng ph¶i lµ viÖc lµm dÔ dµng do tÝnh ®a ngµnh vµ ph¸t triÓn nhanh chãng cña nã. Ch¾c ch¾n trong lÇn biªn so¹n ®Çu tiªn nµy kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt vÒ néi dung, thuËt ng÷ vµ s¾p xÕp c¸c phÇn cña gi¸o tr×nh... mong ®−îc c¸c ®ång nghiÖp ®ãng gãp ý kiÕn. C¸c t¸c gi¶ bµy tá lßng c¶m ¬n ®èi víi c¸c ®ång nghiÖp ë tr−êng §¹i häc Má - §Þa chÊt vµ ë Vietsovpetro ®∙ cho nhiÒu ý kiÕn ®ãng gãp trong qu¸ tr×nh biªn so¹n gi¸o tr×nh nµy, ®Æc biÖt xin c¶m ¬n kü s− NguyÔn Trung Qu©n ë tr−êng §¹i häc Má - §Þa chÊt vµ c¸c kü s− ë XÝ nghiÖp §Þa vËt lý giÕng khoan – Vietsovpetro ®∙ gãp nhiÒu c«ng søc trong viÖc tr×nh bµy vµ so¹n th¶o ®Ó kÞp cho in phÇn thø nhÊt cña gi¸o tr×nh. C¸c t¸c gi¶. 6
Ch−¬ng 1 §èi t−îng vµ c¸c tham sè nghiªn cøu 1.1. §èi t−îng nghiªn cøu §èi t−îng nghiªn cøu cña ®Þa vËt lý giÕng khoan lµ c¸c giÕng khoan t×m kiÕm th¨m dß, khai th¸c c¸c kho¸ng s¶n cã Ých: Than, dÇu khÝ, c¸c lo¹i quÆng vµ n−íc d−íi ®Êt. GiÕng khoan lµ mét c«ng tr×nh t×m kiÕm th¨m dß hoÆc khai th¸c. Lo¹i c«ng tr×nh nµy ®−îc t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p c¬ häc - ph−¬ng ph¸p khoan giÕng, nh»m môc ®Ých lÊy mÉu ®Êt ®¸, t¹o ra mét vÕt lé ®Þa chÊt cßn “t−¬i”, ch−a bÞ phong ho¸, hoÆc ®Ó khai th¸c c¸c chÊt l−u nh− dÇu khÝ, n−íc d−íi ®Êt, n−íc nãng cã chøa n¨ng l−îng nhiÖt. Th«ng th−êng viÖc lÊy mÉu lâi khoan khã thùc hiÖn ®−îc tèt vµ gi¸ thµnh cao, tr¹ng th¸i kü thuËt vµ ®é æn ®Þnh cña c«ng tr×nh phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè kü thuËt vµ ®Þa chÊt. §Ó thay thÕ cho viÖc lÊy mÉu lâi, x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i kü thuËt vµ theo dâi ®é æn ®Þnh cña c¸c giÕng khoan, ng−êi ta khai th¸c triÖt ®Ó c¸c th«ng tin ®Þa chÊt vµ kü thuËt trªn vÕt lé ®Þa chÊt (l¸t c¾t ®Þa chÊt trªn thµnh giÕng khoan) cña c«ng tr×nh. ¦u ®iÓm cña vÕt lé ®Þa chÊt nµy lµ ë chç nã cßn “t−¬i” nguyªn, ch−a bÞ phong ho¸ l¹i xuyªn c¾t mäi líp ®Êt ®¸ tíi chiÒu s©u ®¸y giÕng. ViÖc khai th¸c c¸c th«ng tin ®Þa chÊt vµ kü thuËt trªn vÕt lé ®Þa chÊt ë thµnh giÕng khoan ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p vËt lý, ho¸ häc. Nhê c¸c ph−¬ng ph¸p nµy ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc thµnh phÇn vËt chÊt ë c¸c líp ®Êt ®¸ trong l¸t c¾t, tr¹ng th¸i kü thuËt vµ ®é æn ®Þnh cña c«ng tr×nh t¹i chiÒu s©u bÊt kú ë thêi ®iÓm cÇn thiÕt. X¸c ®Þnh thµnh phÇn vËt chÊt, x©y dùng l¸t c¾t ®Þa chÊt ë thµnh giÕng khoan, x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i kü thuËt vµ ®é æn ®Þnh cña c«ng tr×nh, ®¸nh gi¸ hiÖu suÊt khai th¸c cña giÕng... lµ môc ®Ých cña ®Þa vËt lý giÕng khoan. 1.2. Ph©n lo¹i ®¸ theo thµnh phÇn, ®iÒu kiÖn thµnh t¹o vµ c¸c ®Æc tr−ng vËt lý th¹ch häc §¸ lµ nh÷ng tËp hîp cã quy luËt cña nh÷ng kho¸ng vËt t¹o thµnh nh÷ng thÓ ®Þa chÊt ®éc lËp ë vá Qu¶ ®Êt. ThÓ ®Þa chÊt ®éc lËp ë ®©y lµ nãi ®Õn nh÷ng s¶n phÈm ®Æc tr−ng cña mét qu¸ tr×nh ®Þa chÊt nhÊt ®Þnh. VËy ®¸ ph¶i lµ kÕt qu¶ cña mét qu¸ tr×nh ®Þa chÊt nµo ®ã chø kh«ng ph¶i lµ mét tËp hîp ngÉu nhiªn c¸c kho¸ng vËt hay c¸c nguyªn tè. Trong ®Þa chÊt häc th−êng dùa vµo nguån gèc cña ®¸ ®Ó ph©n lo¹i chóng, v× nguån gèc thÓ hiÖn rÊt râ trªn c¸c ®Æc tr−ng vËt lý, ho¸ häc, c¬ häc cña ®¸. Theo nguån gèc sinh thµnh cña ®¸, ng−êi ta ph©n ®¸ ë vá Qu¶ ®Êt thµnh 3 nhãm: macma, trÇm tÝch vµ biÕn chÊt; mçi nhãm cã nh÷ng ®Æc tr−ng riªng nh−ng khi nghiªn cøu chóng ®Òu cÇn lµm râ ba vÊn ®Ò: 7
1. ThÕ n»m cña ®¸ vµ quan hÖ cña nã víi c¸c ®¸ kh¸c xung quanh, nghÜa lµ ®¸ gÆp trong tù nhiªn nh− thÕ nµo? 2. KiÕn tróc vµ cÊu t¹o cña ®¸, tøc lµ c¸c phÇn tö hîp thµnh ®¸ ®−îc s¾p xÕp ra sao? 3. Thµnh phÇn kho¸ng vËt vµ ho¸ häc cña ®¸? Ba vÊn ®Ò võa nªu chøa ®ùng c¸c th«ng tin vÒ ®Þa tÇng, kiÕn t¹o, m«i tr−êng ®Þa chÊt, tiÒm n¨ng kho¸ng s¶n cã Ých (quÆng, than, dÇu khÝ...). §Þa vËt lý giÕng khoan trong nghiªn cøu dÇu khÝ cã ®èi t−îng chñ yÕu lµ ®¸ trÇm tÝch. Khi ph©n tÝch tµi liÖu ®Þa vËt lý giÕng khoan, m« h×nh ®¸ ®−îc xem lµ m«i tr−êng cã lç rçng cÊu t¹o tõ 3 pha: Cøng, láng vµ khÝ. Pha cøng bao gåm x−¬ng ®¸ (matrix) lµ nh÷ng h¹t kho¸ng vËt t¹o ®¸, xi m¨ng g¾n kÕt th−êng lµ sÐt, cacbonat...; pha láng bao gåm n−íc, dÇu; pha khÝ bao gåm c¸c khÝ hydrocacbon, khÝ CO2, H2S, N2... Còng cã mét m« h×nh ®¬n gi¶n bao gåm hai thµnh phÇn: matrix vµ sÐt; trong kh«ng gian, lç rçng cña ®¸ ®−îc lÊp ®Çy chÊt l−u (dÇu, khÝ, n−íc). Hai thµnh phÇn cÊu thµnh pha cøng cña ®¸ (matrix vµ sÐt) cã ¶nh h−ëng rÊt kh¸c nhau kh«ng chØ lªn c¸c phÐp ®o ®Þa vËt lý, mµ lªn c¸c tÝnh chÊt vËt lý th¹ch häc cña ®¸ chøa (®é thÊm, ®é b∙o hoµ...). SÐt trong nhiÒu tr−êng hîp ®−îc ph©n biÖt: sÐt nÐn (shale), h¹t sÐt x©m t¸n trong ®¸ ë d¹ng cÊu tróc (clay), bét sÐt (silt) lµ c¸c h¹t mÞn cã kÝch th−íc 1/16 - 1/256 mm. Matrix: Trong ph©n tÝch tµi liÖu matrix ®−îc hiÓu lµ bao gåm mäi thµnh phÇn cøng cña ®¸ (c¸c h¹t, matrix, xi m¨ng) kh«ng kÓ sÐt. §¸ ®¬n kho¸ng lµ ®¸ cã matrix chØ bao gåm mét lo¹i kho¸ng vËt (vÝ dô nh− canxit, th¹ch anh...). §¸ ®a kho¸ng trong matrix bao gåm nhiÒu kho¸ng vËt, vÝ dô xi m¨ng trong ®¸ cã thµnh phÇn vµ b¶n chÊt kh¸c víi c¸c h¹t vôn (c¸t th¹ch anh cã xi m¨ng g¾n kÕt lµ canxit). Thµnh hÖ s¹ch lµ thµnh hÖ kh«ng chøa c¸c h¹t sÐt hay sÐt nÐn qu¸ hµm l−îng cho phÐp (< 5%). Giíi h¹n hµm l−îng sÐt ®ã ph©n biÖt tªn thµnh hÖ (§¸) lµ s¹ch hay c¸t sÐt. C¸c phô lôc 1.1a vµ 1.1b lµ tËp hîp c¸c ®Æc tr−ng vËt lý (phãng x¹, ®iÖn trë, chØ sè hydro, mËt ®é khèi, tèc ®é sãng ®µn håi...) cña mét sè kho¸ng vËt chÝnh th−êng gÆp trong ®¸ trÇm tÝch. SÐt: Ph©n biÖt sÐt nÐn, h¹t sÐt x©m t¸n vµ bét sÐt. - SÐt nÐn (shale). SÐt nÐn hay ®¸ phiÕn sÐt cã cÊu t¹o ph©n phiÕn ph¸t sinh trong c¸c lo¹i ®¸ sÐt bÞ biÕn ®æi d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt. Trong ®¸ c¸t sÐt, sÐt nÐn th−êng cã cÊu t¹o líp máng, cã chiÒu dµy < 0,5 mm, song song cíi mÆt ph©n líp. Thµnh phÇn kho¸ng vËt cña sÐt nÐn cã tíi 50% bét sÐt, 35% h¹t sÐt hay h¹t mÞn mica vµ 15% lµ c¸c kho¸ng vËt t¹i sinh. - SÐt x©m t¸n (clay) lµ c¸c h¹t mÞn cã ®−êng kÝnh kh«ng qu¸ 1/256 mm, cã nguån gèc t¹i sinh hoÆc thø sinh, trén lÉn hay b¸m trªn c¸c h¹t kho¸ng vËt tha sinh. - Bét sÐt (silt) lµ nh÷ng m¶nh ®¸ hay nh÷ng h¹t cã ®−êng kÝnh trong kho¶ng tö 1/256 - 1/16 mm, chøa nhiÒu h¹t sÐt víi hµm l−îng cao vµ chøa th¹ch anh, felspat vµ c¸c kho¸ng vËt kh¸c nh− mica, zircon, apatit, turmalin... 8
VËy lµ thuËt ng÷ sÐt trong ph©n tÝch ®Þa vËt lý giÕng khoan cã phÇn kh«ng hoµn toµn gièng víi c¸c thuËt ng÷ th−êng dïng trong ®Þa chÊt. Trong ®Þa vËt lý thuËt ng÷ phiÕn sÐt (shale) ®Ó chØ c¸c líp ®¸ sÐt cã trªn 95% lµ h¹t kho¸ng vËt sÐt ®−îc g¾n kÕt nhê nÐn Ðp, cã cÊu t¹o ph©n phiÕn. Trong ®¸ chøa c¸t sÐt, sÐt nÐn (shale) chØ c¸c líp mµng sÐt cã chiÒu dµy < 0,5 mm n»m xen kÑp trong c¸c líp c¸t. SÐt nÐn lµ mét d¹ng tån t¹i cña sÐt trong ®¸ c¸t sÐt (sÐt ph©n líp máng). Mµng sÐt, hay sÐt x©m t¸n (clay) lµ c¸c h¹t sÐt cã ®−êng kÝnh nhá h¬n 1/256 mm, lÊp ®Çy hay mét phÇn lç rçng cña ®¸ hoÆc b¸m trªn thµnh c¸c khe lç rçng nh− mµng sÐt bäc lÊy c¸c h¹t cøng. D¹ng sÐt x©m t¸n lµm thay ®æi ®Æc ®iÓm thÊm chøa (®é rçng, ®é thÊm) cña ®¸ m¹nh h¬n c¸c d¹ng tån t¹i kh¸c cña sÐt. Khèi ChØ C¸c kho¸ng vËt sÐt KÝch l−îng sè th−íc %K Nhãm riªng H 0 A Tªn C«ng thøc (g/cm3) (%) B¶ng 1.2. §Æc tr−ng cña c¸c kho¸ng vËt sÐt Do kh¶ n¨ng hÊp phô cña c¸c h¹t sÐt nªn sÐt th−êng ngËm c¸c «xit nh«m, mangan, s¾t vµ c¸c chÊt h÷u c¬. SÐt cã KÝch th−íc c¸c tinh thÓ sÐt ®Æc tÝnh chÞu uèn dÎo, ®µn håi vµ kh«ng thÊm, cã kiÕn tróc « m¹ng. C¸c « m¹ng tinh thÓ cña sÐt cã chiÒu dµy, ph©n bè kh«ng gian vµ ngËm hydro vµ n−íc kh¸c nhau tuú tõng lo¹i. SÐt x©m t¸n ngËm hydro cao h¬n sÐt nÐn. Hydro Kh¶ n¨ng hÊp phô cña sÐt (mÐq./100g) cã trong: a) C¸c ion hydroxit trong c¸c ph©n H×nh 1.1. S¬ ®å cÊu tróc « m¹ng cña mét sè lo¹i sÐt 9
tö kho¸ng vËt sÐt; b) Trªn bÒ mÆt (líp n−íc mµng) cña h¹t kho¸ng vËt sÐt; c) N−íc trong kh«ng gian gi÷a c¸c mµng tinh thÓ cña sÐt. L−îng n−íc tù do trong sÐt thay ®æi phô thuéc ®é nÐn Ðp lªn c¸c m¹ng tinh thÓ cña sÐt. C¸c ®Æc ®iÓm võa nªu cña sÐt nãi lªn r»ng thµnh phÇn kho¸ng vËt nµy trong ®¸ cã ¶nh h−ëng rÊt m¹nh mÏ lªn c¸c th«ng sè vËt lý ®o ®−îc trong giÕng khoan. L−u chÊt Trong kh«ng gian rçng gi÷a c¸c h¹t vôn cña ®¸ ®−îc lÊp ®Çy chÊt l−u (n−íc, dÇu, kh«ng khÝ, c¸c khÝ tù nhiªn...). VËy cã bao nhiªu l−u chÊt cã trong ®¸ tr−íc hÕt phô thuéc kh«ng gian rçng trong ®¸, tøc vµo ®é lç rçng cña ®¸ (H×nh 1.2). Kªnh dÉn NÕu chÊt l−u chøa trong lç rçng cña ®¸ lµ H¹t vôn n−íc vØa th× gi÷a matrix vµ n−íc b∙o hoµ cã ®Æc tÝnh dÉn ®iÖn hoµn toµn kh¸c nhau. Th−êng th× c¸c Lç rçng kho¸ng vËt t¹o ®¸ trong matrix lµ nh÷ng kho¸ng vËt kÐm dÉn ®iÖn, trong khi ®ã n−íc vØa cã ®é kho¸ng ho¸ nhÊt ®Þnh trë thµnh chÊt dÉn ®iÖn rÊt tèt. Trong m«i tr−êng lç rçng cã chøa n−íc th× kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn cña m«i tr−êng ®ã phô thuéc chñ yÕu vµo n−íc vµ ®é kho¸ng ho¸ cña n−íc. Dßng ®iÖn mét chiÒu hay dßng ®iÖn tÇn sè thÊp chñ yÕu H×nh1.2. §é rçng gi÷a h¹t cña ®i trong c¸c kªnh lç rçng trong ®¸. ®¸ clastic b∙o hoµ chÊt l−u §Õn ®©y ta thÊy kiÕn tróc kh«ng gian lç rçng cã ¶nh h−ëng lªn kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn cña ®¸. NÕu c¸c phÇn lç rçng trong ®¸ th«ng nèi víi nhau theo nh÷ng kªnh th¼ng vµ réng th× ®¸ sÏ dÉn ®iÖn tèt, ng−îc l¹i c¸c kªnh th«ng nèi hÑp l¹i cong queo th× ®é dÉn ®iÖn gi¶m. Sù kh¸c nhau ®ã ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng mét tham sè kh«ng thø nguyªn gäi lµ ®é cong kªnh rçng. §é cong kªnh dÉn kh«ng chØ ¶nh h−ëng lªn ®é dÉn ®iÖn mµ cßn ¶nh h−ëng lªn ®é thÊm c¬ häc cña ®¸ - ®é cong cµng lín th× ®é thÊm cµng kÐm. Trong tr−êng hîp chÊt l−u b∙o hoµ trong kh«ng gian lç rçng cña ®¸ kh«ng chØ cã n−íc vØa mµ cßn cã hydrocacbon (dÇu khÝ) lµ c¸c chÊt kh«ng dÉn ®iÖn hoÆc dÉn ®iÖn rÊt kÐm th× ®iÖn trë cña ®¸ t¨ng khi l−îng n−íc trong ®¸ gi¶m, l−îng hydrocacbon t¨ng. Trong tr−êng hîp nµy, ®é dÉn ®iÖn cña ®¸ lµ mét hµm sè cña ®é b∙o hoµ n−íc trong ®¸ ®ã. 1.3. §¸ chøa, c¸c tham sè vËt lý cña ®¸ chøa §¸ chøa ë ®©y lµ c¸c ®¸ (hay thµnh hÖ) cã lç rçng vµ cã kh¶ n¨ng chøa chÊt l−u (dÇu, khÝ, n−íc) trong kh«ng gian rçng cña ®¸. C¸c chÊt l−u nh− dÇu khÝ chñ yÕu lµ di chuyÓn tõ n¬i kh¸c ®Õn vµ lÊp ®Çy trong lç rçng cña ®¸ chøa. §¸ chøa th−êng lµ ®¸ cã ®é rçng vµ ®é thÊm cao nh− c¸c ®¸ c¸t, cacbonat vµ ®¸ mãng nøt nÎ. §¸ chøa lµ c¸t kÕt hay c¸t sÐt kÕt, lç rçng chñ yÕu lµ lç rçng gi÷a h¹t (®é rçng nguyªn sinh) cã vai trß quan träng, cßn ®é rçng thø sinh, nh− khe nøt, röa lòa gÆm mßn lµ lç rçng Ýt quan träng h¬n. 10
§¸ chøa lµ cacbonat (®¸ v«i, dolomit) kh«ng gian rçng quan träng nhÊt lµ c¸c khe nøt nÎ vµ lç gÆm mßn hang hèc. §¸ cacbonat lµ lo¹i ®¸ kh«ng chÞu uèn, nªn dÔ bÞ nøt nÎ d−íi t¸c dông cña lùc kiÕn t¹o. §¸ chøa lµ ®¸ macma, nh− tr−êng hîp cña má B¹ch Hæ vµ mét sè má kh¸c ë bÓ Cöu Long, th× ®é rçng trong c¸c khe nøt l¹i lµ quan träng. §é rçng khe nøt trong ®¸ macma (hay ®¸ mãng nh− vÉn quen gäi) cã ®é më th«ng nèi rÊt tèt nªn mÆc dï cã gi¸ trÞ ®é rçng thÊp mµ c¸c th©n dÇu trong ®¸ mãng vÉn cho gi¸ trÞ khai th¸c cao. C¸c khe nøt trong ®¸ macma ®−îc h×nh thµnh do t¸c dông cña lùc kiÕn t¹o, do bÞ co ngãt khi nguéi, vµ do ph¸ huû phong ho¸ nÕu lé trªn mÆt ®Êt. §é thÊm cña ®¸ chøa lµ mét hµm sè phøc t¹p phô thuéc vµo kiÕn tróc lç rçng cña ®¸, ®Æc ®iÓm cña chÊt l−u. §é thÊm cña ®¸ chøa c¸t sÐt phô thuéc vµo ®é rçng, ®é h¹t, hµm l−îng sÐt... §é më hay ®é th«ng nèi cña kiÓu lç rçng khe nøt lín h¬n lç rçng gi÷a h¹t nªn cã cïng ®é rçng nh−ng ®é thÊm trong c¸c tÇng chøa lµ ®¸ cacbonat vµ ®¸ mãng bao giê còng lín h¬n trong ®¸ c¸t sÐt. 1.3.1. §é rçng §Þnh nghÜa: §é rçng lµ tØ phÇn kh«ng gian kh«ng ®−îc lÊp ®Çy chÊt r¾n trong thÓ tÝch toµn phÇn cña khèi ®¸ (hay còng cã thÓ ph¸t biÓu: Tû sè thÓ tÝch cña lç rçng víi thÓ tÝch cña khèi ®¸). C¨n cø vµo nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng ng−êi ta chia lç rçng ra c¸c lo¹i: a) §é rçng toµn phÇn (Φt) hay ®é rçng chung lµ tû phÇn thÓ tÝch cña tÊt c¶ kh«ng gian rçng (gi÷a h¹t, kªnh th«ng nèi, nøt nÎ, hang hèc, bät...) céng l¹i cã trong ®¸. vt − v s v p Φt = = (1.1) vt vt Trong ®ã: vp: ThÓ tÝch cña mäi kh«ng gian trèng trong ®¸ (th«ng th−êng trong vp cã chøa dÇu, n−íc, khÝ) vs: ThÓ tÝch cña vËt liÖu r¾n vt: ThÓ tÝch toµn phÇn cña khèi ®¸. §é rçng toµn phÇn gåm 2 phÇn: Lç rçng nguyªn sinh (Φ1) vµ ®é lç rçng thø sinh (Φ2). §é lç rçng Φ1 lµ lç rçng gi÷a h¹t hay gi÷a c¸c tinh thÓ, nã phô thuéc vµo kiÓu, kÝch th−íc h¹t vµ c¸ch s¾p xÕp cña c¸c h¹t trong pha cøng. Φ2 lµ phÇn lç rçng ®−îc t¹o thµnh do c¸c qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña ®¸, do c¸c lùc nÐn kiÕn t¹o theo c¸c chiÒu kh¸c nhau, vµ cßn do qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña vËt chÊt h÷u c¬ mµ ®Ó l¹i c¸c lç hæng. b) §é lç rçng th«ng nèi hay lç rçng hë (Φthn) ®−îc t¹o thµnh tõ c¸c phÇn lç trèng cã th«ng nèi víi nhau. §é lç rçng th«ng nèi Φthn th−êng nhá h¬n lç rçng toµn phÇn Φt bëi cã nhiÒu tr−êng hîp c¸c bät rçng trong ®¸ kh«ng th«ng nèi ®−îc víi nhau. Ch¼ng h¹n ®¸ bät cã ®é rçng Φ1 vµo cì 50%, nh−ng v× c¸c bät kh«ng cã kªnh th«ng nèi víi nhau nªn Φthn = 0. 11
c) §é lç rçng tiÒm n¨ng (Φp) lµ phÇn lç rçng hë cã ®−êng kÝnh c¸c kªnh th«ng nèi ®ñ lín ®Ó cho dßng c¸c chÊt l−u cã thÓ ®i qua dÔ dµng (lín h¬n 50 µm ®èi víi dÇu, vµ 5 µm ®èi víi khÝ). §é lç rçng tiÒm n¨ng (Φp) ®«i khi cã gi¸ trÞ nhá h¬n ®é rçng hë (Φthn). VÝ dô c¸c líp sÐt cã ®é rçng hë rÊt cao tõ 50 - 85% nh−ng hoµn toµn kh«ng cã lç rçng tiÒm n¨ng v× lÏ lç rçng vµ kªnh th«ng nèi trong ®¸ sÐt rÊt bÐ, sÐt l¹i cã ®Æc ®iÓm hÊp phô bÒ mÆt cao nªn ®é thÊm rÊt kÐm, c¸c líp sÐt cã vai trß líp mµn ch¾n. d) §é lç rçng hiÖu dông (Φef) lµ thuËt ng÷ ®−îc sö dông trong ph©n tÝch tµi liÖu ®Þa vËt lý giÕng khoan. §©y lµ phÇn lç rçng chøa chÊt l−u tù do trong kh«ng gian cña lç rçng hë Φthn hoÆc lç rçng Φp, nghÜa lµ kh«ng tÝnh ®Õn phÇn thÓ tÝch cña c¸c líp n−íc bao, n−íc hydrat sÐt (n−íc hÊp phô trªn bÒ mÆt c¸c h¹t sÐt), n−íc tµn d−. Chó ý: §é rçng, hay tû phÇn thÓ tÝch lç rçng trong ®¸ lµ ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn cã thÓ biÓu thÞ b»ng phÇn tr¨m (vÝ dô 30%), b»ng sè thËp ph©n (0,3) hay ®¬n vÞ ®é rçng (30 pu). C¸c yÕu tè ®Þa chÊt hay m«i tr−êng trÇm tÝch ¶nh h−ëng lªn ®é rçng cña ®¸ sÏ ®−îc ®Ò cËp chi tiÕt ë phÇn sau cña gi¸o tr×nh nµy. 1.3.2. §iÖn trë suÊt vµ ®é dÉn ®iÖn §iÖn trë suÊt (R) cña vËt chÊt lµ sè ®o ®¸nh gi¸ sù c¶n dßng ®iÖn ®i qua chÊt ®ã. §iÖn trë suÊt ®−îc ®o b»ng ®¬n vÞ Ohm.m2/m hay Ohm.m (Ωm). Mét khèi ®¸ ®ång nhÊt ®¼ng h−íng cã h×nh lËp ph−¬ng víi kÝch th−íc 1 mÐt cã trë kh¸ng 1Ω gi÷a hai mÆt ®èi diÖn, sÏ cã ®iÖn trë suÊt R = 1Ωm. §é dÉn ®iÖn (C) lµ sè ®o thÓ hiÖn kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn tÝch cña vËt chÊt. §©y lµ sè nghÞch ®¶o cña ®iÖn trë suÊt vµ biÓu thÞ b»ng ®¬n vÞ millimho/m (mmho/m) hay mS/m (millisiemen/metre). 1 (mmho/m) = 1000/R (Ωm) = 1 mS/m Cã hai kiÓu dÉn ®iÖn lµ: - DÉn ®iÖn ®iÖn tö: Lµ ®Æc tÝnh dÉn ®iÖn cña c¸c chÊt r¾n nh− graphit, c¸c kim lo¹i (®ång, b¹c...), oxit kim lo¹i (hematit), sunfua kim lo¹i (pyrit, galenit...). - DÉn ®iÖn ion (hay dÉn ®iÖn ®iÖn m«i): Lµ ®Æc tÝnh dÉn cña c¸c dung dÞch, vÝ dô n−íc cã hoµ tan c¸c muèi. C¸c ®¸ kh« vµ kh«ng chøa c¸c chÊt dÉn ®iÖn ®iÖn tö nªu trªn th× cã ®iÖn trë rÊt lín ®Õn møc gÇn nh− kh«ng dÉn ®iÖn. §Æc tÝnh dÉn ®iÖn cña ®¸ trÇm tÝch chñ yÕu lµ dÉn ®iÖn ion v× trong ®¸ trÇm tÝch th−êng xuyªn cã n−íc vµ ph©n bè liªn tôc trong ®¸. §iÖn trë suÊt cña ®¸ phô thuéc vµo: - §iÖn trë suÊt cña chÊt l−u trong lç rçng. §iÖn trë nµy thay ®æi theo b¶n chÊt, nång ®é muèi hoµ tan trong n−íc vµ nhiÖt ®é. 12
- L−îng n−íc chøa trong ®¸, nghÜa lµ phô thuéc vµo ®é rçng vµ ®é b∙o hoµ n−íc cña ®¸. - Lo¹i ®¸, vÝ nh− b¶n chÊt vµ sù tån t¹i cña sÐt, dÊu hiÖu cña c¸c kim lo¹i dÉn ®iÖn. - KiÕn tróc cña ®¸: Ph©n bè lç rçng, sÐt vµ c¸c kho¸ng vËt dÉn ®iÖn. - NhiÖt ®é, ®Æc biÖt lµ c¸c ®¸ cã ®Æc tÝnh dÉn ®iÖn ion. §¸, ®Æc biÖt ®¸ trÇm tÝch, lµ m«i tr−êng kh«ng ®¼ng h−íng vÒ kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn còng nh− dÉn dßng thÊm. Theo chiÒu ph©n líp (däc theo c¸c mÆt ph©n líp), ®iÖn trë suÊt däc (R//) th−êng thÊp h¬n theo chiÒu vu«ng gãc (R⊥). §Æc ®iÓm ®ã cña ®¸ ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng hÖ sè bÊt ®¼ng h−íng λ: 1 R 2 λ = ⊥  R  (1.2)  //  HÖ sè λ cã thÓ thay ®æi trong ph¹m vi 1,0 ≤ λ ≤ 2,5. C¸c phÐp ®o ®iÖn trë trong giÕng khoan b»ng c¸c thiÕt bÞ ®o s©u kh¸c nhau (laterolog, c¶m øng) th−êng ®o ®−îc gi¸ trÞ ®iÖn trë suÊt R: 1 R = (R⊥ × R // ) 2 (1.3) BÊt ®¼ng h−íng trong ph¹m vi mét vØa ®ång nhÊt ®−îc xem lµ bÊt ®¼ng h−íng vi m«; khi xÐt trong ph¹m vi mét tËp vØa hay mét ®o¹n l¸t c¾t trÇm tÝch th× gäi lµ bÊt ®¼ng h−íng vÜ m«. BÊt ®¼ng h−íng vÜ m« sÏ ¶nh h−ëng lªn mäi gi¸ trÞ ®o cña c¸c thiÕt bÞ ®o ®iÖn trë kh¸c nhau. BÊt ®¼ng h−íng vi m« chØ thÓ hiÖn trong sÐt vµ líp vá sÐt ë thµnh giÕng. ë thµnh giÕng gi¸ trÞ ®iÖn trë ®o däc theo trôc giÕng khoan th× nhá h¬n khi ®o theo h−íng vu«ng gãc víi thµnh giÕng. ¶nh h−ëng ®ã thÓ hiÖn lªn gi¸ trÞ ®o b»ng hÖ thiÕt bÞ MLL hoÆc PML. Tãm l¹i khi gäi lµ ®iÖn trë suÊt thùc (Rt) cña thµnh hÖ lµ ®iÖn trë phô thuéc vµo hµm l−îng chÊt l−u vµ b¶n chÊt còng nh− cÊu h×nh cña x−¬ng ®¸. Quan hÖ phô thuéc gi÷a ®iÖn trë suÊt víi ®é kho¸ng ho¸ Ta cã nhËn xÐt r»ng ®iÖn trë suÊt cña mét dung dÞch th× phô thuéc vµo nång ®é vµ lo¹i muèi hoµ tan. H×nh 1.3 cho thÊy quan hÖ phô thuéc gi÷a ®é dÉn C víi nång ®é muèi hoµ tan trong dung dÞch tÝnh b»ng ppm. ë nång ®é thÊp d−íi 100.000ppm, quan hÖ nµy lµ ®ång biÕn. Nh−ng khi nång ®é tiÕp tôc t¨ng lªn th× ®−êng biÓu diÔn quan hÖ nµy cña c¸c muèi kh¸c nhau b¾t ®Çu chuyÓn sang quan hÖ nghÞch biÕn víi nh÷ng gi¸ trÞ nång ®é kh¸c nhau. HiÖn t−îng 13
quan hÖ phô thuéc cña ®é dÉn vµo nång ®é muèi hoµ tan lµ ®ång biÕn ë nång ®é thÊp vµ nghÞch biÕn ë nång ®é cao ®−îc gi¶i thÝch lµ ë nång ®é b∙o hoµ vµ qu¸ b∙o hoµ, c¸c ion trong dung dÞch mÊt dÇn ho¹t tÝnh vµ kÐm linh ®éng, kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn cña dung dÞch gi¶m. C¸c dung dÞch muèi trong nhãm halogen, KCl vµ NaCl lµ c¸c dung dÞch cã ho¹t tÝnh dÉn ®iÖn m¹nh h¬n CaCl2 vµ MgCl2... vµ m¹nh h¬n nhãm sunfat (xem h×nh 1.3). Trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn muèi NaCl võa cã ho¹t tÝnh m¹nh võa cã hµm l−îng lín nªn trong §é dÉn mMho m2/m nghiªn cøu ng−êi ta th−êng ®−a nång ®é c¸c muèi kho¸ng cña dung dÞch vÒ nång ®é t−¬ng ®−¬ng muèi NaCl. Quan hÖ phô thuéc cña ®iÖn trë víi nhiÖt ®é §iÖn trë suÊt cña dung dÞch gi¶m khi nhiÖt ®é t¨ng. B¶n chuÈn ë h×nh 1.4 ®−îc dïng ®Ó chuyÓn ®æi Nång ®é ppm ®iÖn trë ®o ®−îc ë nhiÖt ®é thø nhÊt (T1) vÒ ®iÖn trë ë nhiÖt ®é T2 bÊt kú. H×nh 1.3. Quan hÖ gi÷a ®é dÉn vµ nång ®é kho¸ng ho¸. Nång ®é NaCl NhiÖt ®é §iÖn trë suÊt dung dÞch (Ωm) H×nh 1.4. B¶n chuÈn quy ®æi ®iÖn trë suÊt cña dung dÞch tõ nhiÖt ®é T1 vµ nång ®é C1 vÒ ®iÖn trë suÊt ë nhiÖt ®é T2 bÊt kú. 14
C¬ së ®Ó x©y dùng b¶n chuÈn ë h×nh 1.4 lµ c«ng thøc gÇn ®óng cña Arps:  T + 6 ,77  RWT2 = RWT1  1  T + 6 ,77  (1.4)  2  khi dïng thang ®o °F, vµ T1 + 21,5 RWT2 = RWT1 (1.5) T2 + 21,5 khi dïng thang ®o °C. Trong ®ã RWT vµ RWT lµ ®iÖn trë suÊt dung dÞch ë thiÖt ®é T1 vµ T2. 1 2 §iÖn trë suÊt cña sÐt Ngo¹i trõ mét sè kho¸ng vËt quÆng hay vËt liÖu b¸n dÉn nh− graphit, pyrit, hematit vµ mét vµi kho¸ng vËt kh¸c, cßn l¹i c¸c kho¸ng vËt kh« hÇu nh− kh«ng dÉn ®iÖn. Cã mét vµi kho¸ng vËt bÒ ngoµi d−êng nh− lµ vËt dÉn ®iÖn ë thÓ r¾n, sÐt lµ mét thÝ dô nh− thÕ. Theo Waxman vµ Smits (1968), vËt liÖu trÇm tÝch sÐt b¶n th©n nã gièng nh− mét thµnh hÖ s¹ch cã ®é rçng, ®é cong kªnh dÉn vµ chÊt l−u b∙o hoµ ngoµi n−íc, d−êng nh− dÉn ®iÖn tèt h¬n ta t−ëng do bÒ mÆt khèi cña nã (h×nh 1.5a). (a) (b) H×nh 1.5. §é dÉn C0 cña ®¸ c¸t sÐt phô thuéc vµo ®é dÉn cña n−íc CW (a); Quan hÖ gi÷a ®é dÉn mÆt vµ ®é rçng cña c¸c lo¹i sÐt (b) SÐt gièng nh− mµng rÊt máng nh−ng cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng rÊt lín, tuú tõng lo¹i kho¸ng vËt sÐt (1.5b). Cã sù thiÕu hôt ®iÖn tÝch d−¬ng ë c¸c mµng sÐt. §iÒu nµy lµm n¶y sinh tr−êng ®iÖn ©m vu«ng gãc víi bÒ mÆt mµng sÐt, hót c¸c ion d−¬ng (Na+, K+, Ca2+...) vµ ®Èy c¸c ion ©m (Cl-...) cã trong n−íc. KÕt qu¶ cña sù trao ®æi trung hoµ ®iÖn tÝch Êy sÏ h×nh thµnh dung tÝch hÊp phô cation, th−êng ký hiÖu b»ng CEC (meq/g ®¸ kh«) hoÆc QV (meq/cm3 thÓ tÝch rçng toµn phÇn). CEC quan hÖ chÆt chÏ víi diÖn tÝch riªng Sq cña sÐt 15
vµ phô thuéc vµo lo¹i kho¸ng vËt sÐt. §¹i l−îng nµy thÊp nhÊt ë sÐt caolimit vµ cao nhÊt ë sÐt montmorilonit vµ vermiculit. SÐt kh«ng chØ gÆp phæ biÕn ë c¸c vØa riªng biÖt mµ cßn trén lÉn trong c¸c ®¸ kh¸c nh− c¸t kÕt, ®¸ v«i. Khi ®Ò cËp tíi sÐt trong ®¸ ta cã thÓ xem phÇn x−¬ng ®¸ lµ kh«ng dÉn ®iÖn. Thµnh phÇn sÐt sÏ ®−îc tÝnh ®Õn trong tÝnh to¸n dùa trªn c¸c phÐp ®o ®iÖn trë (yÕu tè thµnh hÖ, ®é lç rçng, ®é b∙o hoµ...). ¶nh h−ëng cña sÐt sÏ phô thuéc vµo tû phÇn, tÝnh chÊt vËt lý vµ d¹ng h×nh tån t¹i cña sÐt trong ®¸. 1.4. CÊu kiÕn tróc cña ®¸ C¸c ®¸ trong vá Qu¶ ®Êt ®Òu cã nguån gèc vµ hoµn c¶nh sinh thµnh riªng cña mçi lo¹i. Nghiªn cøu cÊu tróc vµ kiÕn tróc cña ®¸ lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc cã ý nghÜa trong thùc tÕ, lµ mèi quan t©m chung cña c¸c nhµ ®Þa chÊt vµ ®Þa vËt lý má. Kh¸i niÖm vÒ kiÕn tróc bao gåm c¸c ®Æc tÝnh vÒ kÝch th−íc, h×nh d¸ng, ®Æc tÝnh bÒ mÆt vµ sè l−îng t−¬ng ®èi cña c¸c phÇn tö t¹o nªn ®¸. Cßn cÊu tróc cña ®¸ th× ph¶n ¸nh c¸c ®Æc ®iÓm ph©n bè cña c¸c phÇn tö ®ã trong ®¸. Nãi ®Õn kiÕn tróc lµ nãi ®Õn b¶n th©n c¸c phÇn tö t¹o nªn ®¸, cßn nãi vÒ cÊu tróc lµ nãi vÒ sù ph©n bè vµ mèi t−¬ng quan gi÷a c¸c phÇn tö t¹o ®¸. 1.4.1. YÕu tè thµnh hÖ - mèi liªn hÖ gi÷a ®é rçng víi ®iÖn trë suÊt Trong ®¸ c¸t s¹ch chøa n−íc cã ®iÖn trë RW, khi ®ã ®iÖn trë suÊt cña ®¸ R0 tû lÖ víi ®iÖn trë RW: R0 = FRW (1.6) Trong ®ã hÖ sè tû lÖ F cã tªn gäi lµ yÕu tè thµnh hÖ hay tham sè ®é rçng: R0 F= (1.7) RW Tham sè F lµ hµm sè cña kiÕn tróc ®¸. Trong thùc tÕ dßng ®iÖn ®i qua m«i tr−êng lç rçng theo c¸c kªnh th«ng nèi tõ c¸c lç rçng gi÷a h¹t. §−êng dÉn ®ã rÊt phøc t¹p, phô thuéc vµo kiÕn tróc cña ®¸ vµ cÊu h×nh cña hÖ thèng kªnh dÉn nh− nh÷ng mao qu¶n xen chÐo vµ c¾t l nhau. Møc ®é phøc t¹p cña ®−êng dÉn trong ®¸ ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng hÖ sè ®é cong kªnh dÉn, lµ tû sè gi÷a chiÒu dµi thùc l cña kªnh dÉn trªn chiÒu dµi l0 cña mÉu ®¸ (h×nh 1.6). l0 l Víi mét tËp hîp lín sè ®o cña c¸c mÉu ®¸ H×nh 1.6. HÖ sè ®é cong T = l ≥ 1 0 Archie (1942), cho thÊy yÕu tè thµnh hÖ cña ®¸ c¸t sÐt cã quan hÖ víi ®é rçng Φ theo ph−¬ng tr×nh mang tªn «ng: 16
a F= (1.8) Φm Víi a lµ mét hÖ sè cã gi¸ trÞ thay ®æi 0,6 - 2,0 tuú tõng lo¹i ®¸; m lµ hÖ sè g¾n kÕt, hay yÕu tè ®é cong mao qu¶n, m thay ®æi trong kho¶ng tõ 1 ®Õn 3, phô thuéc vµo lo¹i trÇm tÝch, kiÓu d¹ng vµ ®Æc ®iÓm ph©n bè cña lç rçng còng nh− ®é g¾n kÕt xi m¨ng 1 cña ®¸. §èi víi kiÓu lç rçng nøt nÎ ë d¹ng hÑp kh«ng kÐo dµi th−êng lÊy m = 1; F = Φ C¸c ®¸ c¸t kÕt th¹ch anh cã lç rçng gi÷a h¹t lµ chÝnh. C«ng thøc Humble th−êng 0,62 ®−îc dïng ®Ó ®¸nh gi¸ lç rçng trong c¸c tr−êng hîp nµy: F = . Φ 2,15 1 §èi víi c¸c ®¸ cã ®é g¾n kÕt tèt, F = cã vÎ thÝch hîp h¬n. C¸c ®¸ cacbonat Φm 1 cÊu t¹o khèi ®é rçng thÊp th−êng phï hîp víi c«ng thøc Shell: F = m víi Φ 0,019 m = 1,87 + . Φ B¶n chuÈn ë h×nh 1.7 thÓ hiÖn sù phô thuéc cña F vµo ®é rçng Φ víi c¸c gi¸ trÞ cña hÖ sè a vµ m kh¸c nhau. §é lç rçng Φ (%) YÕu tè thµnh hÖ F H×nh 1.7. Quan hÖ phô thuéc F víi Φ (theo Schlumberger) 17
ViÖc ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c c¸c tham sè a vµ m th−êng ®−îc thùc hiÖn nhê mét ®å thÞ dùng trªn to¹ ®é vu«ng gãc loga kÐp, cña tû sè R0 (trôc tung), vµ ®é rçng Φ (trôc RW hoµnh), lÊy tõ sè ®o cña phÇn c¸t s¹ch chøa n−íc 100% cña tÇng s¶n phÈm (h×nh 1.8). C¸c gi¸ trÞ ®é rçng lÊy tõ c¸c sè ®o mÉu lâi hoÆc tõ sè ®o cña ph−¬ng ph¸p ®Þa vËt lý giÕng khoan kh¸c (vÝ dô neutron - density). Trªn h×nh vÏ ®−êng ®Ëm nÐt H×nh 1.8. §å thÞ F víi Φ dùng trªn to¹ ®é ®i qua phÝa “t©y nam” cña tËp hîp c¸c ®iÓm hµm ý r»ng ®−êng v¹ch loga kÐp ®Ó x¸c ®Þnh a vµ m. nµy lµ “®−êng n−íc” cña thµnh hÖ (c¸c ®iÓm trªn ®−êng nµy kh«ng cã liªn quan ®Õn dÇu). Trªn ®å thÞ víi c¸c gi¸ trÞ F1 vµ F2 ta cã thÓ t×m ®−îc c¸c gi¸ trÞ Φ1 vµ Φ2 t−¬ng øng. Tõ 2 cÆp sè (Φ1, F1) vµ (Φ2, F2), R0 a = F = m cã thÓ x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ m vµ a nh− sau: dùa vµo (1.8) Φ RW log F1 − log F2 m= (1.9) log Φ 2 − log Φ 1 a = F1 Φ 1 = F2 Φ m m vµ (1.10) 2 VËy ta cã thÓ thÊy r»ng c¸c sè ®o R0 (b»ng c¸c phÐp ®o sau: LLd, lLd) hay Rx0 (b»ng c¸c vi hÖ ®iÖn cùc) cã thÓ ®−îc dïng ®Ó tÝnh ®é lç rçng Φ nÕu biÕt a vµ m (dÜ nhiªn khi dïng Rx0 thay cho R0 th× còng ph¶i dïng Rmf thay cho RW trong c¸c biÓu thøc tÝnh). Chó ý: Trong tr−êng hîp võa xÐt ®iÖn trë suÊt chØ phô thuéc vµo ®é rçng cã th«ng nèi Φthn hay ®é rçng hë. 1.4.2. Quan hÖ gi÷a ®é b∙o hoµ vµ ®iÖn trë suÊt - C«ng thøc Archie §é b∙o hoµ cña mét chÊt l−u nµo ®ã trong ®¸ chøa ®−îc ®Þnh nghÜa b»ng tû sè thÓ tÝch lç rçng mµ chÊt ®ã chiÕm so víi thÓ tÝch ®é rçng toµn phÇn cña ®¸. NÕu chÊt l−u lµ n−íc vØa th× ®ã lµ ®é b∙o hoµ n−íc SW vµ tÝnh b»ng: VW SW = (1.11) Vp 18
Tr−êng hîp trong lç rçng kh«ng cã c¸c chÊt l−u kh¸c, VW = Vp, th× SW = 1,0; khi ®ã ®¸ chøa gäi lµ ®¸ chøa n−íc, tÇng chøa n−íc (aquifer). NÕu trong lç rçng cã c¶ c¸c thµnh phÇn chÊt l−u kh¸c, nh− hydrocacbon (Vhy) th× VW = Vp - Vhy, nªn: VW V p − Vhy SW = = (1.12) Vp Vp Chó ý: Còng nh− ®é rçng, ®é b∙o hoµ lµ ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn, cã thÓ biÓu thÞ ®é b∙o hoµ b»ng phÇn tr¨m (%), b»ng sè thËp ph©n 0 ≤ SW ≤ 1,0. Trªn thÕ giíi cã nhiÒu phßng thÝ nghiÖm thùc hiÖn c¸c phÐp ®o vµ chØ ra r»ng SW cã quan hÖ víi ®iÖn trë suÊt theo ph−¬ng tr×nh cã d¹ng: R0 SW = n (1.13) Rt Trong ®ã: R0 lµ ®iÖn trë cña ®¸ cã ®é rçng hiÖu dông Φef, chøa b∙o hoµ 100% n−íc cã ®iÖn trë RW. Rt lµ ®iÖn trë suÊt thùc cña chÝnh ®¸ ®ã cã b∙o hoµ c¶ n−íc vµ hydrocacbon (b∙o hoµ n−íc SW, b∙o hoµ hydrocacbon Sh = 1 - SW) n lµ sè mò b∙o hoµ, ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm vµ thay ®æi trong ph¹m vi 1,2 ÷ 2,2. Rt Tû sè cã tªn gäi kh¸c nhau: chØ sè t¨ng ®iÖn trë, tham sè b∙o hoµ; ký hiÖu I, R0 hoÆc RI. ChØ sè I = 1 khi SW = 1,0 vµ lín h¬n 1 khi cã hydrocacbon xuÊt hiÖn trong lç rçng cña ®¸ chøa. H×nh 1.9 m« t¶ ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh sè mò n theo c¸c sè ®o trong phßng thÝ nghiÖm. Trªn to¹ ®é loga kÐp mçi ®iÓm lµ to¹ ®é cña cÆp sè (I; SW). §−êng v¹ch ®Ëm nÐt lµ ®−êng håi quy tuyÕn tÝnh ®Æc tr−ng cho tËp c¸c gi¸ trÞ I I vµ SW. (I ≥ 1; 0 ≤ SW ≤ 1). Tõ ®−êng håi H×nh 1.9. §å thÞ x¸c ®Þnh sè mò n theo SW vµ I quy ta cã thÓ viÕt: 1 n log S W = log  = − log I (1.14) I 19
1 1 VËy log SW = −  log I vµ −   lµ hÖ sè gãc cña ®−êng biÓu diÔn. n n Tõ ®ã cã thÓ tÝnh: log I n=− (1.15) log S W Trong tr−êng hîp chung, víi gÇn ®óng bËc 1, n lÊy b»ng 2. NÕu theo (1.6) ta thay R0 = FRW th×: FRW Rt = (1.16) n SW Ph−¬ng tr×nh (1.16) gäi lµ ph−¬ng tr×nh Archie thø hai cho tr−êng hîp ®¸ s¹ch. Hydrocacbon kh«ng bao giê b∙o hoµ 100% trong ®¸ chøa v× th−êng chóng di dêi tõ n¬i kh¸c ®Õn. Khi hydrocacbon ®Èy n−íc ®Ó cho¸n chç trong lç rçng cña ®¸ chøa th× n−íc lu«n lu«n cßn sãt l¹i do lùc mao dÉn. N−íc l−u l¹i trong vØa dÇu t¹o nªn ®é b∙o hoµ n−íc d− S W . Gi¸ trÞ S W phô thuéc vµo lo¹i lç rçng, kÝch th−íc kªnh rçng, ir ir tÝnh chÊt cña h¹t ®¸, mét sè chÊt r¾n sãt l¹i trong n−íc còng ¶nh h−ëng lín ®Õn hiÖn t−îng nµy. DÇu khÝ ®∙ b∙o hoµ trong ®¸ chøa th× còng cã ®Æc ®iÓm lµ dÇu b¸m vµo thµnh lç rçng víi lùc b¸m kh¸ bÒn v÷ng. I.4.3. ¶nh h−ëng cña ®é sÐt lªn gi¸ trÞ ®iÖn trë suÊt vµ ®é b∙o hoµ cña ®¸ Khi cã thµnh phÇn sÐt trong ®¸ lµ thªm yÕu tè dÉn ®iÖn trong ®¸ ®ã vµ v× vËy sÐt cã ¶nh h−ëng ®Õn sè ®o ®iÖn trë. Ch¼ng h¹n cã hai mÉu ®¸, mét lµ ®¸ s¹ch, mÉu kia lµ cã sÐt, vµ chóng b∙o hoµ cïng thø n−íc trong lç rçng. §iÖn trë suÊt cña c¸c mÉu ®¸ nµy l¹i hoµn toµn kh¸c nhau. §iÖn trë suÊt cña ®¸ sÐt phô thuéc vµo lo¹i sÐt, hµm l−îng vµ kiÓu ph©n bè cña sÐt. Trong ph©n tÝch ®Þa vËt lý ng−êi ta chó ý ®Õn ba kiÓu ph©n bè C¸t s¹ch SÐt ph©n líp SÐt cÊu tróc SÐt ph©n t¸n cña sÐt trong ®¸ nh− h×nh vÏ 1.10. Mçi kiÓu ph©n bè cña sÐt ®Òu cã ¶nh h−ëng lªn ®iÖn trë suÊt, thÓ tù ph©n cùc vµ tèc ®é sãng siªu ©m, lµm thay ®æi ®é thÊm, ®é b∙o hoµ cña tÇng chøa theo c¸ch kh¸c nhau. a) SÐt ph©n líp: §©y lµ c¸c líp máng hay mµng sÐt kÑp gi÷a H×nh 1.10. C¸c kiÓu ph©n bè kh¸c nhau cña sÐt c¸c líp cña tËp ®¸ chøa (c¸t, v«i...) trong ®¸ chøa nh− h×nh 1.11. 20