Giáo trình địa vật lý giếng khoan part 9

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

Thêm vào BST

Báo xấu

119
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phân tích các biểu hiện khí Khí có trong dung dịch khoan mà ta thu được bằng bộ tách khí không chỉ có khí được giải phóng từ thể tích đá bị phá vỡ mà còn có thể từ những nguồn khác nhau: - Khí từ các lớp sét tạo ra khí nền. - Khí từ tầng khai thác do nguyên nhân thay đổi đột ngột của nồng độ khí. - Khi tiếp cần khoan, ta kéo cần lên gây sự giảm áp suất cột dung dịch, các chất lưu từ vỉa có thể thâm nhập vào giếng....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình địa vật lý giếng khoan part 9

7.4.2. Ph©n tÝch c¸c biÓu hiÖn khÝ KhÝ cã trong dung dÞch khoan mµ ta thu ®−îc b»ng bé t¸ch khÝ kh«ng chØ cã khÝ ®−îc gi¶i phãng tõ thÓ tÝch ®¸ bÞ ph¸ vì mµ cßn cã thÓ tõ nh÷ng nguån kh¸c nhau: - KhÝ tõ c¸c líp sÐt t¹o ra khÝ nÒn. - KhÝ tõ tÇng khai th¸c do nguyªn nh©n thay ®æi ®ét ngét cña nång ®é khÝ. - Khi tiÕp cÇn khoan, ta kÐo cÇn lªn g©y sù gi¶m ¸p suÊt cét dung dÞch, c¸c chÊt l−u tõ vØa cã thÓ th©m nhËp vµo giÕng. - KhÝ t¸i tuÇn hoµn do m¸y t¸ch khÝ kh«ng hÕt, khÝ sinh ra ë vßng tuÇn hoµn tr−íc l¹i ®−îc ®−a vµo giÕng ®Ó tham gia vßng tuÇn hoµn tiÕp theo. KhÝ t¸i tuÇn hoµn khi lªn mÆt ®Êt l¹i g©y ra dÞ th−êng gi¶ gièng nh− dÞ th−êng thËt nh−ng cã biªn ®é nhá h¬n. - KhÝ khuyÕch t¸n tõ vØa vµo dung dÞch khoan do ë tÇng ¸p suÊt cao, ¸p suÊt vØa lín h¬n ¸p suÊt dung dÞch. - Ngoµi ra cßn cã c¸c yÕu tè kh¸c cã thÓ lµm xuÊt hiÖn khÝ nh−ng Ýt x¶y ra nh−: - GiÕng khoan gÆp c¸c líp than hay lignit. - Cã c¸c vËt liÖu nói löa trong ®¸. - GÆp c¸c ®øt g∙y. Khi ph©n tÝch c¸c biÓu ®å ®o khÝ tæng hoÆc khÝ thµnh phÇn, cÇn ph¶i t×m hiÓu nguyªn nh©n hä¨c nguån gèc g©y ra c¸c dÞ th−êng khÝ. Trë l¹i víi h×nh 7.12, ë phÇn trªn cïng cña b¨ng Master Log cã mét ph«ng nÒn khÝ methan trong dung dÞch víi nång ®é thÊp 0,1% cã tån t¹i mét vµi pick ë nh÷ng ®o¹n cã thÊu kÝnh Dolomit, c¸t vµ sÐt tõ chiÒu s©u 7321’ ®Õn 7420’. Tõ chiÒu s©u 7430’, nång ®é khÝ t¨ng gåm cã c¶ ethan, propane trong vØa chøa. VØa chøa thùc sù b¾t ®Çu ë ®é s©u 7465’. ë vÞ trÝ b¾t ®Çu vµo vØa chøa cã biÓu hiÖn t¨ng nhanh nång ®é khÝ, trong khi ®ã còng thÊy xuÊt hiÖn gi¶m mËt ®é ë dßng dung dÞch ch¶y ra (dßng ®èi l−u). C¸c hydrocacbon nÆng cã c¶ butan trong dung dÞch, trong khi chØ cã methane lµ xuÊt hiÖn ngay c¶ n¬i kh«ng ph¶i lµ vØa chøa. Cã biÓu hiÖn ®é thÊm khi cã sù tæn hao dung dÞch hay chÊt l−u ch¶y vµo giÕng khoan. HiÖn t−îng mÊt dung dÞch hay chÊt l−u ch¶y vµo giÕng sÏ ®−îc ph¸t hiÖn theo phÐp ®o ®é sai kh¸c gi÷a tèc ®é dung dÞch vµo vµ ra hay ®o møc dung dÞch trong bÓ. 7.4.3. §¸nh gi¸ ®Þnh l−îng c¸c dÞ th−êng khÝ Khi ph©n tÝch ®Þnh l−îng c¸c dÞ th−êng khÝ ®èi l−u cÇn ph¶i qua thö nghiÖm. Sè ®o hµm l−îng khÝ ®−îc t¸ch qua bé t¸ch khÝ liªn tôc cÇn ph¶i ®−îc chuÈn kh¾c ®é thµnh phÇn phÇn tr¨m (%) khÝ tæng trong dung dÞch. ViÖc nµy cÇn ph¶i dïng m¸y t¸ch khÝ quay tay tiÕn hµnh ®ång thêi víi qu¸ tr×nh t¸ch khÝ liªn tôc. Víi c¸c m¸y t¸ch khÝ quay tay kiÓu VMS (Vacunm Mud Still) cã thÓ t¸ch toµn bé khÝ hoµ tan trong dung dÞch. 217
Ta gi¶ thiÕt r»ng: - L−îng khÝ chøa trong dung dÞch lµ khÝ ®−îc t¸ch ra tõ thÓ tÝch ®¸ bÞ choßng khoan ph¸ huû (khÝ ph«ng vµ khÝ t¸i tuÇn hoµn xem nh− ®∙ ®−îc lo¹i bá). - TÊt c¶ c¸c hydrocacbon chøa trong phÇn ®¸ bÞ ph¸ vì ®Òu x©m nhËp hÕt vµo dung dÞch (kh«ng cã phÇn nµo ngÊm vµo ®Êt ®¸ ë ®¸y giÕng). - Tèc ®é b¬m dung dÞch vµ tèc ®é khoan c¬ häc ®Òu ®−îc x¸c ®Þnh. Khi ®ã, tû sè tiÒm n¨ng PSS cã thÓ ®Þnh nghÜa nh− sau: (ThÓ tÝch khÝ + dung dÞch)/ 1 ®¬n vÞ thêi gian PSS = ThÓ tÝch ®¸ ®∙ ®−îc khoan/ 1 ®¬n vÞ thêi gian Gt Q = 0,01973 HoÆc (7.5) D 2 ROP ë ®©y: Gt: Hµm l−îng khÝ toµn phÇn (%) Q: L−u l−îng b¬m (l/min) ROP: Tèc ®é khoan c¬ häc (m/min) D: §−êng kÝnh choßng (in) VÝ dô ta cã: Hµm l−îng khÝ trong dung dÞch = 0.54% Hµm l−îng khÝ trong dßng b¬m (khÝ t¸i tuÇn hoµn) = 0.364% Tèc ®é b¬m = 2175 (l/min) = 20min/m, t−¬ng ®−¬ng 0,05 m/min; D = 12 1 4" ROP Hµm l−îng khÝ tho¸t ra tõ ®Êt ®¸ bÞ ph¸ huû sÏ lµ: Gt = 0.54 - 0.364 = 0.186% Vµ tÝnh ®−îc: PSS = 1.06m3khÝ/m3 ®Êt ®¸. Tû sè tiÒm n¨ng PSS cã thÓ nhá h¬n mét t¹i c¸c vØa n−íc cã chøa methan trong pha láng. 218
Quan hÖ phô thuéc gi÷a PSS víi tiÒm n¨ng khai th¸c cã thÓ ®−îc thiÕt lËp cho tõng má cô thÓ. 7.4.4. TÝnh chØ sè b∙o hoµ khÝ ë ®¸y giÕng ChØ sè b∙o hoµ ë ®¸y giÕng cã thÓ ®Þnh nghÜa nh− lµ ®é b∙o hoµ khÝ tÝnh to¸n (CGS), lµ tû sè gi÷a thÓ tÝch khÝ trong ®iÒu kiÖn vØa vµ thÓ tÝch ®¸ chøa theo ký thuyÕt, (%): Tv Pa CGS = PSS .Z .100 (7.6) Ta Pv Trong ®ã: Tv vµ ¸p suÊt gi¶ rót gän Pv: LÇn l−ît NhiÖt ®é gi¶ lµ nhiÖt ®é vµ rót gän ¸p suÊt vØa. Ta vµ Pv: LÇn l−ît lµ nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt trªn mÆt ®Êt. Z: HÖ sè nÐn khÝ; b»ng 1,0 ®èi víi khÝ lý t−ëng vµ biÕn thiªn tõ 0,7 HÖ sè nÐn Ðp Z HÖ sè nÐn Ðp Z ®Õn 1,2 ®èi víi khÝ thùc. HÖ sè nµy cã thÓ tÝnh ®−îc theo to¸n ®å Katz (H×nh 7.13) khi biÕt nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt gi¶ rót gän1. Sau khi t×m ®−îc Z, thay gi¸ trÞ hÖ sè nÐn Ðp Z vµo (7.6) th× ta tÝnh ¸p suÊt gi¶ rót gän ®−îc CGS. H×nh 7.13. To¸n ®å tÝnh hÖ sè nÐn Z theo ph−¬ng ph¸p Katz 1. NhiÖt ®é gi¶ rót gän Tr lµ tû sè cña nhiÖt ®é vØa Tv vµ nhiÖt ®é tíi h¹n Tc, còng nh− thÕ ¸p suÊt gi¶ rót gän Pr lµ tû sè cña ¸p suÊt vØa Pv vµ ¸p suÊt tíi h¹n Pc 219
§é b∙o hoµ khÝ lý thuyÕt cã mèi quan hÖ phô thuéc víi ®é b∙o hoµ khÝ SG nh− sau: CGS SG = .100 (7.7) Φ VÝ dô: Gi¸ trÞ ®é b∙o hoµ khÝ lý thuyÕt x¸c ®Þnh theo (7.6) b»ng 0,5%; ®é rçng x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p ®iÖn trë hoÆc ph−¬ng ph¸p h¹t nh©n b»ng 15%. §é b∙o hoµ khÝ sÏ lµ: 100.0 ,5 Sg = = 3,3% 15 7.4.5. Tû sè hµm l−îng khÝ KhÝ tù nhiªn trong c¸c thµnh hÖ ë bÓ trÇm tÝch cã thµnh phÇn kh¸c nhau phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn thµnh t¹o vµ lÞch sö tån t¹i cuèi cïng cña chóng. ë c¸c tÇng n«ng, gÆp c¸c khÝ CH4, CO2, N2, nh−ng chóng th−êng kh«ng tÝch tô l¹i trong c¸c bÉy ®Ó t¹o thµnh má. C¸c khÝ mµ phÐp ®o khÝ dung dÞch khoan quan t©m lµ khÝ ë c¸c líp cã chiÒu dµy lín vµ th−êng tÝch tô l¹i ®Ó t¹o thµnh má trong c¸c bÉy ®Þa tÇng hay bÉy kiÕn t¹o. Thµnh phÇn chÝnh cña c¸c khÝ nµy hydrocacbon, cacbonic vµ khÝ nit¬. KhÝ hydrocacbon ®Òu cã trong c¸c má dÇu, khÝ hoÆc than nh−ng thµnh phÇn cña chóng ë c¸c lo¹i má ®ã hoµn toµn kh¸c nhau. KhÝ má dÇu ®Æc tr−ng b»ng nång ®é lín nh÷ng hydrocacbon nÆng kh«ng chØ cã hydrocacbon ë thÓ khÝ nh− ethan, propan, butan, iso butan mµ cßn cã c¶ nh÷ng hydrocacbon thuéc nhãm dÇu nhÑ lµ C5H12, C6H14 vµ cao h¬n. ng−êi ta thÊy trong khÝ ®ång hµnh khi khai th¸c dÇu, nång ®é hydrocacbon nÆng th−êng cã tõ 2 - 10%, h÷u h¹n cã tr−êng hîp thµnh phÇn nµy chiÕm tíi 40 - 50%; hµm l−îng CH4 th−êng 50 - 70%. KhÝ ë c¸c má khÝ s¹ch cã nång ®é hydrocacbon nÆng kh«ng cao vµ Ýt khi v−ît qu¸ 2 - 3%, cßn CH4 l¹i ®¹t tíi 97 - 98%. Còng cã tr−êng hîp gÆp hydrocacbon nÆng chiÕm tíi 3 -6%, ®ã lµ tr−êng hîp liªn quan ®Õn c¸c vØa khÝ trong c¸c má dÇu khÝ. Ngoµi ra trong má khÝ cßn cã thÓ gÆp nh÷ng khÝ H2S, CO2, H2, N2. KhÝ trong c¸c má than ®Æc tr−ng bëi hµm l−îng hydrocacbon nÆng rÊt thÊp kho¶ng tõ 0,1 - 1% hoÆc hÇu nh− kh«ng cã. ë ®©y gÆp chñ yÕu lµ methan. TÊt c¶ nh÷ng khÝ tù nhiªn cã thÓ ë tr¹ng th¸i tù do hoÆc hoµ tan trong n−íc, trong dÇu vµ hÊp phô trong ®¸. Nh÷ng hydrocacbon nÆng th−êng hoµ tan m¹nh trong dÇu. NhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cã ¶nh h−ëng lín ®Õn tr¹ng th¸i khÝ vµ dÇu ë trong vØa chøa. ë d−íi s©u, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao c¸c khÝ C3H8, nC4H10, iC4H10 th−êng ë thÓ láng vµ hoµ tan vµo trong dÇu. Khi lªn gÇn mÆt ®Êt, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt gi¶m, phÇn lín c¸c thµnh phÇn chuyÓn sang tr¹ng th¸i ho¸ h¬i. Theo hµm l−îng hydrocacbon nÆng, khÝ tù nhiªn ®−îc ph©n lo¹i nh− sau: KhÝ má dÇu cã hµm l−îng hydrocacbon nÆng 1 - 60% vµ lín h¬n. 220
Má khÝ ho¸ láng hµm l−îng hydrocacbon nÆng 3 - 18%. KhÝ ë má khÝ hµm l−îng hydrocacbon nÆng tõ 0 - 3%. KhÝ ë má than, hµm l−îng hydrocacbon nÆng tõ 0 - 1%. §Ó dÔ ph©n biÖt gi÷a chóng ng−êi Tû sè hydrocacbon ta cÇn cã thªm nh÷ng dÊu hiÖu kh¸c thÓ hiÖn sù kh¸c nhau vÒ t−¬ng quan gi÷a c¸c cÊu tö riªng biÖt trong khÝ tù nhiªn. DÊu hiÖu ®−îc sö dông trong ph©n tÝch lµ tû sè gi÷a hµm l−îng c¸c hydrocacbon víi nhau. Ci .100 < 83% Trong má dÇu Kh«ng s¶n phÈm n ∑C i i =1 Ci .100 > 83% Trong má khÝ n ∑C i i =1 ë ®©y: n ∑C : Tæng hµm l−îng cña c¸c cÊu i tö hydrocacbon tõ C1 ®Õn Cn. i =1 Theo ph−¬ng ph¸p tû sè, c¸c khÝ hydrocacbon lÊy tõ vØa s¶n phÈm ®−îc ph©n tÝch b»ng s¾c ký khÝ ®Ó cã hµm l−îng cña c¸c khÝ thµnh phÇn C1, C2, C3, C4, TÝnh tû sè C1 C , C1 C , C1 C vµ C1 C . C¸c gi¸ 2 3 4 5 trÞ tû sè nµy ®−îc vÏ trªn biÓu ®å nh− h×nh 7.14. Kh«ng s¶n phÈm Trªn biÓu ®å cã c¸c vïng giíi h¹n b»ng c¸c ®−êng th¼ng kh«ng liÒn nÐt. Vïng cã triÓn väng dÇu ®èi víi c¸c vØa cã tû sè 2 < C1 C ≤ 10; 2 < C1 C ≤ 20; vïng 2 4 H×nh 7.14. Kh¶ n¨ng chøa s¶n phÈm cã triÓn väng khÝ 10 ≤ C1 ≤ 35 vµ 20 cña vØa nghiªn cøu C2 ≤ C1 C ≤ 200. Bªn ngoµi c¸c giíi h¹n trªn lµ vïng kh«ng cã s¶n phÈm. 4 C¸c ®−êng ®å thÞ (nÐt ®Ëm) nèi c¸c gi¸ trÞ tû sè C1 C , C1 C , C1 C vµ C1 C 2 3 4 5 ®èi víi tõng vØa nghiªn cøu chØ ra sù thay ®æi cña c¸c tû sè nµy. c¸c ®−êng ®å thÞ nµy r¬i vµo vïng triÓn väng nµo trªn biÓu ®å (dÇu hay khÝ) th× vØa nghiªn cøu ®ã ®−îc xÕp vµo vïng triÓn väng ®ã. 221
Theo thø tù: C1 C , C1 C , C1 C nÕu tû sè ®øng sau mµ nhá h¬n tû sè ®øng 2 3 4 tr−íc th× vØa ®ã cã thÓ lµ vØa n−íc. C2 §Æc biÖt, tû sè ®«i khi ®−îc sö C3 dông ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ ®íi dÞ th−êng ¸p suÊt lµm cho chÊt l−u tõ vØa ch¶y vµo giÕng dù b¸o nguy c¬ phun. H×nh 7.15 lµ mét thÝ dô vÒ sù biÕn thiªn cña tû sè C 2 C 3 Ngoµi ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch trªn biÓu ®å tû sè c¸c cÊu tö khÝ thµnh phÇn ®Ó ®¸nh gi¸ ®Æc tr−ng cña vØa chøa, trong s¶n xuÊt cßn sö dông biÓu ®å tam gi¸c thµnh phÇn vµ ph−¬ng ph¸p tû sè alkane nhÑ. Kü thuËt biÓu ®å tam gi¸c dùa vµo t−¬ng quan gi÷a c¸c tû sè C 2 C , Nãc dÞ th−êng T ¸p suÊt C3 vµ nC 4 C (CT - hµm l−îng khÝ tæng) CT T trong c¸c mÉu khÝ ®Ó ®¸nh gi¸ triÓn väng cña vØa. Kü thuËt tû sè alkane nhÑ th× dùa vµo 3 tham sè: H×nh 7.15. Thay ®æi tû sè C 2 C ë vØa C 2 + C3 + C 4 + C5 Wh = lµ tham sè tû 3 C1 + C 2 + C 3 + C 4 + C 5 cã hiÖn t−îng chÊt l−u ch¶y vµo giÕng. lÖ víi ®é Èm cña dÇu hoÆc khÝ; C 2 + C3 Bh = lµ tham sè thÓ hiÖn kh¶ n¨ng chøa hydrocacbon cña vØa. Bh C3 + C 4 + C5 C + C5 cµng cao triÓn väng cµng thÊp vµ C h = 4 lµ tham sè hç trî ®Ó ®¸nh gi¸ ®Æc tr−ng C3 chøa cña vØa. Ch < 1 2 vØa thiªn vÒ khÝ −ít hoÆc condensat; Ch > 1 2 cã kh¶ n¨ng lµ vØa chøa dÇu. 7.4.6. d- exponent Tõ l©u ng−êi ta ®∙ nhËn thÊy r»ng khi khoan qua c¸c líp ®¸ sÐt ë phÇn l¸t c¾t cã ¸p suÊt cao th× vËn tèc khoan (ROP) t¨ng cao. hiÖn t−îng nµy ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: ë ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt b×nh th−êng, sÐt ®−îc nÐn chÆt do ¸p suÊt th¹ch tÜnh, v× thÕ cµng ë chiÒu s©u lín th× sÐt cµng bÞ nÐn chÆt lµm cho mËt ®é, ®é bÒn c¬ häc, ®é cøng t¨ng, ®é rçng gi¶m vµ l−îng chÊt l−u trong c¸c líp sÐt v× vËy còng gi¶m. Nh−ng ë vïng cã dÞ th−êng ¸p suÊt cao th× sÐt kh«ng bÞ nÐn chÆt, bøc tranh võa nªu l¹i bÞ thay ®æi, ng−îc l¹i, nghÜa lµ ®é rçng vµ l−îng chÊt l−u t−¬ng ®èi trong sÐt t¨ng, mËt ®é, ®é bÒn c¬ häc gi¶m lµm cho c¸c tham sè khoan thay ®æi. 222
ë ®©y, vÊn ®Ò ®−îc ®Æt ra lµ liÖu dùa vµo sù thay ®æi cña c¸c th«ng sè khoan nh− vËn tèc, vßng quay rotor (RPM), t¶i träng cña choßng (WOB), kÝch th−íc choßng (BS) ta cã thÓ tÝnh ®−îc ¸p suÊt thµnh hÖ trong tÇng sÐt kh«ng?. §Ó tr¶ lêi c©u hái ®ã, ng−êi ta ®−a ra mét ph−¬ng tr×nh cã tªn gäi lµ “ph−¬ng tr×nh khoan”, biÓu thÞ kh¶ n¨ng khoan. Mét trong nh÷ng ph−¬ng tr×nh do Jorden vµ Shirley (1966) ®−a ra cã d¹ng: d  WOB  ROP = RPM   (7.8)  BS  Tõ ®ã, d- exponent lµ tham sè biÓu thÞ kh¶ n¨ng khoan cã thÓ ®−îc tÝnh ROP ln = RPM d exp (7.9) WOB ln BS VÒ sau (1971) ph−¬ng tr×nh (7.9) ®−îc hiÖu chØnh söa ®æi khi tÝnh ®Õn sù kh¸c nhau gi÷a ¸p suÊt cña dung dÞch ë ®¸y giÕng vµ ¸p suÊt thuû tÜnh ë cïng chiÒu s©u. Mét hiÖu chØnh kh¸c còng ®−îc ®−a vµo lµ ®Öm (¸o) choßng vµ lo¹i choßng: 3,28ROP.a p ln 60 RPM . G H = d exp (7.10) 655,7.WOB ECD ln 10 3 BS GH - gradien ¸p suÊt thuû tÜnh - kg/dm3 ROP tÝnh b»ng m/h ECD - MËt ®é tuÇn hoµn t−¬ng ®−¬ng- kg/dm3 RPM tÝnh b»ng vg/ph WOB tÝnh b»ng tÊn a-hÖ sè phô thuéc kho¶ng c¸ch tõ choßng ®Õn ¸o, thay ®æi tõ 1 - 8 BS tÝnh b»ng m p-hÖ sè phô thuéc lo¹i choßng. p = 0,5 - 0,6 ®èi víi choßng cã r¨ng. p = 0,2 choßng cã g¾n cacbit p = 0,01 choßng cã g¾n kim c−¬ng. Gi¸ trÞ dexp th−êng gÆp thay ®æi tõ 0,5 ®Õn 3. Nã ®−îc ghi l¹i trªn biÓu ®å b¸n logarit (H×nh 7.16) khi tiÕn hµnh ®o ®ång thêi víi qu¸ tr×nh khoan. Gradien ¸p suÊt thuû tÜnh (GH) hay gradien ¸p suÊt vØa b×nh th−êng lµ gradien ¸p lùc cña cét n−íc cã cïng chiÒu cao b»ng chiÒu s©u giÕng khoan tÝnh theo ph−¬ng th¼ng ®øng. 223
H×nh 7.16. ThÝ dô ®o ghi dexp, MËt ®é tuÇn hoµn t−¬ng ®−¬ng (ECD) lµ tham sè tÝnh ®Õn sù gi¶m ¸p cña cét dung dÞch ®èi l−u gi÷a bªn ngoµi cÇn khoan vµ thµnh giÕng (vµnh xuyÕn). Khi vËn ®éng theo ph−¬ng th¼ng ®øng tõ ®¸y lªn miÖng giÕng, nÕu thµnh giÕng tr¬n nh½n th× sù mÊt ¸p Ýt, ng−îc l¹i thµnh giÕng ghå ghÒ, xÇn x×u th× møc gi¶m ¸p sÏ t¨ng cao. gi¸ trÞ gi¶m ¸p cña dung dÞch ®èi l−u trong vµnh xuyÕn PD b»ng tæng ∑PA cña gi¸ trÞ gi¶m ¸p trong toµn l¸t c¾t cña vµnh xuyÕn. §¹i l−îng nµy ®−îc tÝnh tù ®éng nhê mét ch−¬ng tr×nh cã tªn lµ “ch−¬ng tr×nh thuû tÜnh” ®∙ cµi ®Æt s½n trong m¸y tÝnh. Khi ®ã, mËt ®é tuÇn hoµn t−¬ng ®−¬ng ®−îc tÝnh: PH + PD , kg 3  ECD = (7.11)  dm    0,0981Z V ZV - chiÒu s©u cña vØa tÝnh theo ph−¬ng th¼ng ®øng (chiÒu s©u tuyÖt ®èi) Trong ®ã: PH = 0,0981.ρm.ZV (víi ρm - mËt ®é dung dÞch) gäi lµ ¸p suÊt lªn thµnh hÖ trong qu¸ tr×nh khoan (¸p suÊt ®¸y giÕng) tÝnh b»ng ®¬n vÞ [bar]. 224
Ngoµi tham sè d - exponent ng−êi ta cßn chó ý ®Õn mét tham sè ( σ ) c¨n bËc hai cña øng suÊt σ. Tham sè ( σ ) còng cã quan hÖ víi ROP, RPM, WOP vµ BS theo mét ph−¬ng tr×nh thùc nghiÖm t−¬ng tù nh− dexp nh−ng kh«ng ®−îc sö dông réng r∙i. Mét øng dông quan träng cña dexp lµ tÝnh ¸p suÊt vØa hay ¸p suÊt chÊt l−u trong lç rçng. §Ó tÝnh ¸p suÊt chÊt l−u trong lç rçng cña c¸c thµnh hÖ, viÖc ®Çu tiªn lµ v¹ch ®−êng xu thÕ (trend) cña dexp trong c¸c vØa sÐt cã ®iÒu kiÖn nÐn Ðp b×nh th−êng (dcn) ®−êng trend ®−îc vÏ theo ph−¬ng tr×nh: ln(dcn) = αZV + β (7.12) Trong ®ã: ZV ChiÒu s©u tuyÖt ®èi cña vØa. α vµ β lµ c¸c tham sè cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c¸ch: - Tù ®éng theo ph−¬ng ph¸p tÝnh håi quy, chän mét ®iÓm r¬i vµo gi÷a hai hay nhiÒu ®iÓm ®∙ biÕt tr−íc gi¸ trÞ cña tham sè §−êng xu thÕ (Trend) nghiªn cøu. - Thñ c«ng theo mét vµi ®iÓm tr−íc khi dïng ch−¬ng tr×nh tÝnh b×nh ph−¬ng tèi thiÓu. ¸p suÊt cao Kho¶ng dÞch håi quy - ¦íc l−îng: ng−êi ph©n tÝch x¸c ®Þnh ®−êng xu thÕ theo tÝnh to¸n thùc nghiÖm. LÒ ph¶i H×nh 7.17 lµ s¬ ®å chØ râ nªn chän LÒ tr¸i c¸c ®iÓm (2, 3 vµ 4) hay lo¹i bá (®iÓm 1) ®Ó x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè cho ph−¬ng tr×nh (7.12). H×nh 7.17. X¸c ®Þnh xu thÕ cña dexp. Mäi phÐp ph©n tÝch cña dexp theo tèc ®é khoan ®Òu dùa trªn c¬ së cña mét gÇn ®óng s¸t nhÊt víi ®−êng xu thÕ. ViÖc nµy t−¬ng ®èi dÔ nÕu lµm cho toµn bé l¸t c¾t cña giÕng khoan nh−ng h¬i phøc t¹p v× ph¶i x¸c ®Þnh tiÕn tr×nh khoan. VÝ dô, ngang víi chiÒu s©u Zn nµo ®ã ta tÝnh ®−îc dcn theo ph−¬ng tr×nh (7.12) vµ dexp theo ph−¬ng tr×nh (7.10). Khi ®ã, gradien ¸p suÊt lç rçng (¸p suÊt vØa) GFP cã thÓ tÝnh nh− sau: 1 ,2 d  - GH ).  exp  GFP = (GOB (7.13) d   cn  Trong ®ã: GOB - Gradien ¸p suÊt th¹ch tÜnh. 225
GH - Gradien thuû tÜnh b×nh th−êng. Ph−¬ng tr×nh (7.13) cho thÊy r»ng nÕu mäi ®iÒu kiÖn kh¸c lµ nh− nhau th× tèc ®é khoan c¬ häc phô thuéc vµo sù chªnh lÖch gi÷a ¸p suÊt dung dÞch vµ ¸p suÊt vØa. Khi ®ã ¸p suÊt lç rçng PFP cã thÓ tÝnh cho vØa ë chiÒu s©u ZV theo ph−¬ng tr×nh: PFP = 0,0981.GFP.ZV (7.14) ë ®©y: ZV - ChiÒu s©u vØa tÝnh theo ph−¬ng th¼ng ®øng (m). PFP - ¸p suÊt vØa, tÝnh b»ng ®¬n vÞ bar. 7.5. C¸c ch−¬ng tr×nh hç trî øng dông Khi tiÕn hµnh ®o khÝ dung dÞch (khÝ n«ng) vµ khÝ mïn khoan (khÝ s©u) ®ång thêi víi qu¸ tr×nh khoan ng−êi ta ph¶i tÝnh to¸n xö lý h¬n 200 th«ng sè ®Þa chÊt, dung dÞch, khoan. C¸c th«ng sè nµy ®−îc thu n¹p tõ hå s¬, tõ phÐp ®o theo ®Þnh kú thêi gian, chiÒu s©u hoÆc ®o liªn tôc b»ng c¸c lo¹i c¶m biÕn kh¸c nhau. §Ó tÝnh to¸n xö lý ph©n tÝch nhiÒu tham sè cïng mét lóc nh»m xö lý c¸c t×nh huèng trong khi khoan, gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô ®Þa chÊt, ®Þa vËt lý ph¶i nhê vµo c¸c ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm cã cµi ®Æt trong c¸c m¸y tÝnh cña tr¹m ®o khÝ ë thùc ®Þa. Nhê c¸c ch−¬ng tr×nh hç trî nh− vËy mµ mäi tÝnh to¸n ®−îc nhanh chãng, chÝnh x¸c, gióp cho ng−êi ®øng m¸y vµ kü s− khoan ®−a ra c¸c kÕt luËn kÞp thêi ®óng ®¾n, lµm cho qu¸ tr×nh khoan an toµn vµ tèi −u. C¸c tr¹m ®o khÝ ®ång thêi víi qu¸ tr×nh khoan ngµy nay ®∙ ®−îc trang bÞ hiÖn ®¹i cã nhiÒu c¶m biÕn, ®Çu dß vµ thiÕt bÞ phô trî cïng c¸c m¸y tÝnh chuyªn dông. C¸c ch−¬ng tr×nh hç trî øng dông ®−îc cµi ®Æt trong c¸c m¸y PC. Mçi c«ng ty dÞch vô cã nh÷ng ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm riªng cña m×nh, tuy nhiªn c¸c ch−¬ng tr×nh ®ã ®Òu cã môc ®Ých nh− nhau: Xö lý c¸c t×nh huèng trong khi khoan, gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô ®Þa chÊt - ®Þa vËt lý, cã thÓ chia chóng thµnh 3 nhãm ch−¬ng tr×nh chÝnh: a. C¸c ch−¬ng tr×nh xö lý khoan - Th«ng b¸o chÕ ®é thuû lùc. - Ch−¬ng tr×nh tham sè dung dÞch. - Ch−¬ng tr×nh hót nÐn. - Ch−¬ng tr×nh xö lý phun. - Ch−¬ng tr×nh th«ng b¸o h−íng ®i cña choßng khoan. - Ch−¬ng tr×nh th«ng b¸o vÒ choßng khoan. - 226
b. C¸c ch−¬ng tr×nh ®Þa chÊt - Ch−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh dÞ th−êng ¸p suÊt trong qu¸ tr×nh khoan (dexp). - Ch−¬ng tr×nh ®¸nh gi¸ hydrocacbon. - Ch−¬ng tr×nh ®o kÕt hîp (c¸c ph−¬ng ph¸p ®Þa vËt lý, ®iÖn trë, GR, SGR, CNL ®ång thêi qu¸ tr×nh khoan). - c. C¸c ch−¬ng tr×nh ®o ®iÖn trë gåm: c¸c ch−¬ng tr×nh liªn quan ®Õn xö lý tµi liÖu ®o c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn kÕt hîp víi ph−¬ng ph¸p ®o khÝ dung dÞch khoan 7.6. NhËn xÐt HiÖn nay, c¸c c«ng t¸c khoan giÕng trong th¨m dß - khai th¸c ®∙ chiÕm mét tû träng lín trong ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ. C«ng nghÖ khoan ®ang cã nh÷ng thay ®æi: Khoan nghiªng, khoan ngang, khoan ®−êng kÝnh bÐ, th× c¸c ph−¬ng ph¸p ®o dung dÞch khoan còng ®ang ®−îc ph¸t triÓn vµ trë thµnh mét d¹ng dÞch vô quan träng ®¸ng tin cËy cho c¸c giÕng khoan ë nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¸c nhau. §Æc biÖt c¸c ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc sö dông trong 3 lÜnh vùc: 1. An toµn khoan: Trong lÜnh vùc nµy, c¸c ph−¬ng ph¸p ®o khÝ dung dÞch lµ ph−¬ng tiÖn chñ ®¹o vµ chÝnh x¸c nÕu nã ®−îc tiÕn hµnh cÈn thËn cho dï kh«ng ph¶i lµ tÊt c¶. 2. §¸nh gi¸ c¸c thµnh hÖ ®¸ chøa: C¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña thµnh hÖ ®−îc tÝnh to¸n trùc tiÕp theo ®Æc tÝnh dÔ khoan cña chóng vµ b¶n chÊt cña ®¸ ®−îc x¸c ®Þnh theo mïn khoan ®−a lªn mÆt ®Êt. Sù xuÊt hiÖn vµ thµnh phÇn cña hydrocacbon sÏ ®−îc ph¸t hiÖn vµ tÝnh to¸n trùc tiÕp. 3. Tèi −u ho¸ gi¸ thµnh khoan: Nhê cã c¸c phÐp ®o dung dÞch khoan ë d¹ng tÝnh to¸n trªn m¸y tÝnh, c¸c th«ng sè khoan ®−îc tèi −u ho¸ nh− chän tèc ®é khoan tèt nhÊt vµ ®Ó tÝnh to¸n gi¸ thµnh mét c¸ch l©u dµi xem cÇn duy tr× nã hay chän kh¶ n¨ng h¹ thÊp h¬n, 227
Ch−¬ng 8 C¸c ph−¬ng ph¸p ®o kh¸c 8.1. §o ®−êng kÝnh giÕng §−êng kÝnh giÕng khoan lµ mét tham sè thÓ hiÖn ®Æc tÝnh c¬ häc rÊt quan träng, mÆt kh¸c nã l¹i lµ mét sè liÖu dïng ®Ó thÓ hiÖu chØnh c¸c sè liÖu ®o cña c¸c ph−¬ng ph¸p ®Þa vËt lý giÕng khoan kh¸c nhau khi xö lý tµi liÖu. 8.1.1. S¬ ®å nguyªn t¾c cña phÐp ®o PhÐp ®o ®−êng kÝnh giÕng ®−îc thùc hiÖn nhê c¸c cÆp cµng. C¸c cµng trong cÆp ®Æt ®èi diÖn nhau qua trôc m¸y giÕng. Khi th¶ tíi ®¸y giÕng c¸c cÆp cµng nµy ®−îc ®iÒu khiÓn tõ mÆt ®Êt ®Ó më ra tú vµo thµnh giÕng. Tõ ®©y khi kÐo lªn miÖng giÕng ®Ó thùc hiÖn phÐp ®o th× ®é më réng ra, hay khÐp vµo cña mçi cÆp cµng ®Òu phô thuéc vµo ®−êng kÝnh cña giÕng réng hay hÑp. Sù thay ®æi ®−êng kÝnh giÕng lµm cho mét ®iÓm tiÕp xóc tr−ît ch¹y dÉn ®Õn sù thay ®æi ®iÖn trë cña thÓ ®iÖn kÕ (h×nh ...1). B»ng c¸ch chuÈn H×nh 8.1. S¬ ®å nguyªn t¾c ®¬n gi¶n ta dÔ dµng lËp ®Çu c¸p ®o ®−êng kÝnh giÕng ®−îc mèi quan hÖ phô thuéc gi÷a nh÷ng thay Cµng ®æi cña ®−êng kÝnh giÕng víi chØ thÞ cña phÐp ®o trªn ®Þnh t©m ®iÖn thÕ kÕ. Cã nhiÒu Zond ®o cã thÓ g¾n trªn c¸c cµng cña §o Zond ®o ®−êng kÝnh ®Ó ®o ®ång thêi. VÝ dô: MLL, FDC, ®−êng kÝnh INCL, GR ... Nhê hai cÆp cµng ®o vu«ng gãc víi nhau (h×nh 8.2) nªn thiÕt bÞ cã thÓ ®o chÝnh x¸c ®−êng kÝnh giÕng trªn hai mÆt ph¼ng vu«ng gãc giao nhau theo trôc giÕng: §o gãc nghiªng vµ ph−¬ng vÞ d1 vµ d2. NÕu d1 = d2 chøng tá giÕng trßn, cßn d1 kh¸c d2giÕng bÞ ovan. ThiÕt bÞ ®o ®−êng kÝnh giÕng BGT do Schlumberger chÕ t¹o (h×nh 8.2) cã chiÒu dµi 13’4’’; ®−êng kÝnh khÐp 4’’; Träng l−îng 205lb; lµm viÖc ®−îc ë Cµng ®o nhiÖt ®é 3500F, ¸p suÊt 2000psi; ®é nghiªng lín nhÊt cña ®−êng kÝnh giÕng khoan 720. H×nh 8.2. KÝch th−íc cña Zond ®o ®−êng kÝnh 228
Trong thiÕt bÞ nµy cã l¾p ®Æt ®o ®ång thêi c¸c tham sè gãc ph−¬ng vÞ vµ gãc nghiªng cña trôc giÕng. Víi thiÕt bÞ BGT cña Schlumberger phÐp ®o thùc hiÖn vÏ (h×nh 8.3) c¸c ®−êng cong d1 vµ d2, ®é c¨ng d©y c¸p σ vµ c¸c v¹ch tÝch luü chØ thÓ tÝch giÕng (ë cét bªn ph¶i). C¸c ®−êng cong chØ gi¸ trÞ gãc nghiªng vµ gãc ph−¬ng vÞ cña trôc giÕng khoan theo chiÒu s©u (cét thø nhÊt bªn tr¸i). 8.1.2. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng C¸c yÕu tè ®Þa chÊt cã ¶nh h−ëng nhiÒu nhÊt lªn gi¸ trÞ ®−êng kÝnh cña giÕng cã thÓ kÓ ®Õn lµ: + Thµnh phÇn th¹ch häc, v× cã mét sè ®¸ cã thÓ: - Hoµ tan trong dung dÞch khoan (vÝ dô nh− muèi má). H×nh 8.3. ThÝ dô ®o gãc nghiªng - Trë nªn bë rêi, tr−¬ng në dÉn ®Õn bÞ vµ ph−¬ng vÞ b»ng m¸y BGT xãi lë khi tiÕp xóc víi dung dÞch khoan ë dßng ®èi l−u (vÝ dô nh− c¸t, sÐt,...) sinh ra sËp lë thµnh giÕng. - §Êt ®¸ bÞ co ngãt trong tr−êng hîp ®ã giÕng khoan còng sÏ réng ra. + KiÕn tróc vµ cÊu tróc cña ®¸. C¸c líp ®Êt ®¸ trong l¸t c¾t cã ®é rçng vµ thÊm cao (c¸t kÕt, ®¸ v«i nøt nÎ), d−íi ¸p lùc cña cét dung dÞch filtrat thÊm qua thµnh giÕng ®Ó l¹i trªn ®ã mét líp vá sÐt cã chiÒu dµi tíi hµng chôc milimet. Trong tr−êng hîp ®ã ®−êng kÝnh cña giÕng nhá l¹i, cã khi nhá h¬n c¸c c¶ ®−êng kÝnh danh ®Þnh. §©y lµ mét trong c¸c dÊu hiÖu cña vØa thÊm trong l¸t c¾t lôc nghuyªn. MÆc dï, nªn nhí lµ tuy gÆp Ýt nh−ng còng cã tr−êng hîp trong vØa do bÞ nÐn Ðp chÆt khi bÞ t¸c ®éng cña lùc kiÕn t¹o hay do mòi khoan c«ng ph¸ còng ®Ó l¹i nh÷ng vi khe nøt, cã kh¶ n¨ng thÊm. 8.1.3. ¸p dông Nh÷ng tµi liÖu ®o ®−êng kÝnh giÕng ®−îng sö dông ®Ó: - Ph¸t hiÖn c¸c ®íi cã ®é rçng vµ kh¶ n¨ng thÊm (sù xuÊt hiÖn líp vá sÐt ë thµnh giÕng ), vµ x¸c ®Þnh chiÒu dÇy líp vá sÐt: hmc= (db- dh)/2, víi dh- ®−êng kÝnh mòi khoan hay ®−êng kÝnh danh ®Þnh. - X¸c ®Þnh thÓ tÝch giÕng khoan ®Ó gia c«ng thÓ tÝch khèi xi m¨ng cÇn thiÕt khi tr¸m giÕng khoan. 229
- Ph¸t hiÖn c¸c phÇn l¸t c¾t r¾n ch¾c vµ kÝn ®Ó ®Æt c¸c packer trong thÓ thö vØa ë giÕng khoan. - Lµm sè liÖu ®Ó hiÖu chØnh sè ®o cña nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®Þa vËt lý giÕng khoan kh¸c. - DÊu hiÖu ®Ó ph©n biÖt mét sè lo¹i ®¸. 8.2. X¸c ®Þnh gãc nghiªng vµ gãc ph−¬ng vÞ cña trôc giÕng khoan Khèi l−îng c¸c giÕng khoan co gãc nghiªng lín, khoan ®Þnh h−íng, khoan ngang ngµy cµng cã tû träng lín trong c«ng t¸c khoan t×m kiÕm, th¨m dß khai th¸c dÇu khÝ. ViÖc x¸c ®Þnh h−íng ®i cña giÕng khoan trong kh«ng gian ë d−íi s©u trong lßng ®Êt lµ rÊt quan träng. Muèn lµm ®−îc viÖc ®ã th× ë nh÷ng chiÒu s©u nhÊt ®Þnh ta cÇn ®o ®−îc gãc nghiªng λ vµ gãc ph−¬ng vÞ ϕ cña trôc giÕng khoan ë chiÒu s©u ®ã. Gãc nghiªng λ lµ gãc t¹o bëi trôc giÕng khoan vµ ph−¬ng th¼ng ®øng (mÆt chiÕu nghiªng) cã chøa trôc giÕng t¹i ®iÓm ®o. Gãc ph−¬ng vÞ ϕ lµ gãc t¹o bëi h×nh chiÕu cña trôc giÕng khoan lªn mÆt ph¼ng n»m ngang so víi h−íng b¾c tõ N. §o hai gãc λvµ ϕ cã thÓ ®o liªn tôc b»ng thiÕt bÞ BGT cña schlumberger (h×nh 8.3), nh÷ng th«ng dông nhÊt vÉn lµ ®o tõng ®iÓm theo chiÒu s©u giÕng khoan. Kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÓm ®o liªn tiÕp thay ®æi tõ 10 ®Õn 20m tuú thuéc vµo tõng tr−êng hîp. 8.2.1. S¬ ®å cÊu t¹o cña m¸y ®o gãc nghiªng vµ ph−¬ng vÞ S¬ ®å nguyªn t¾c cña m¸y giÕng ®o gãc λ vµ ϕ (h×nh 8.4) cã hai khèi chÝnh: khèi ®o gãc nghiªng λ vµ khèi ®o ph−¬ng vÞ ϕ. Hai khèi nµy lµm viÖc lu©n phiªn nhau theo mét ch−¬ng tr×nh cã ®iÒu khiÓn tõ mÆt ®Êt. C¸c khèi ®−îc g¾n víi nhau vµ xoay trªn trôc chung dùa vµo hai ®iÓm tùa 9 vµ 1 (h×nh 8.4). Trôc quay nµy ®−îc ®Æt trïng víi trôc cña giÕng. Nhê qu¶ nÆng lÖch träng 16 xª dÞch trªn mÆt chiÕu nghiªng, mÆt ph¼ng cña hÖ sÏ lu«n vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng nµy. ChØ sè gãc ϕ dùa vµo kim nam ch©m 4 g¾n trªn ®iÓm tùa 8. Bªn d−íi kim 4 cã mét biÕn trë 6 vµ mét ®iÓm tiÕp xóc vßng 7. Khi ®ã kim tiÕp xóc g¾n víi kim nam ch©m sÏ tiÕp xóc víi vµnh 7 ë mét ®iÓm cña biÕn trë 6. Qu¶ nÆng 10 trong khi ®o gi÷ cho hÖ ®o ph−¬ng vÞ c©n b»ng ë vÞ trÝ n»m ngang vµ tùa trªn biÕn trë 11 nhê ®ã mµ phÐp ®o h−íng theo mÆt chiÕu nghiªng cña giÕng khoan. Khi ®o gãc nghiªng qu¶ nÆng 12 lµm H×nh 8.4. S¬ ®å nguyªn t¾c cña m¸y xª dÞch kim 13 xª dÞch khái vÞ trÝ zer« lµ lóc giÕng ®o gãc λvµ ϕ thiÕt bÞ hoµn toµn ®−îc ®Æt theo ph−¬ng 230
th¼ng ®øng. Khi ®o kim 13 t¹o ra mét ®iÓm tiÕp xóc lµ ®iÓm cuèi nèi gi÷a biÕn trë 15 víi 14. Cæ gãp 3 cã ba vßng tiÕp xóc 2 cho phÐp nèi víi mét trong hai biÕn trë (6 hoÆc 15) trong s¬ ®å ®o. ThiÕt bÞ nµy khi ®o trong giÕng khoan cã èng ch«ng th× chØ cho gi¸ trÞ gãc λ, cßn gi¸ trÞ ®o gãc ϕ kh«ng chÝnh x¸c. S¬ ®å m¹ch ®iÖn cña mét m¸y ®o gãc nghiªng λ vµ gãc ph−¬ng vÞ ϕ ®−îc thÓ hiÖn ë h×nh 8.5. S¬ ®å ®−îc x©y dùng trªn nguyªn t¾c cña cÇu ®iÖn trë. Ba c¸nh cña cÇu lµ c¸c ®iÖn trë kh«ng ®æi vµ l¾p ®Æt trong hép ®iÒu khiÓn ë mÆt ®Êt. C¸c ®iÖn trë R1 vµ R2 ®−îc nèi víi khi ®o c¸c gãc. §iÖn trë R4 vµ R5- ®Ó ®o ph−¬ng vÞ. R3 lµ ®iÖn trë chung cña cÇu. C¸nh thø t− ®−îc lÊy tõ ®iÖn trë cña ruét c¸p. BiÕn trë R7 ®−îc nèi trong m¹ch ®Ó bï cho sù thay ®æi cña ®iÖn trë ruét c¸p vµ c¸c ®iÖn trë cña biÕn trë tõ ®o gãc nghiªng R6 vµ gãc ph−¬ng vÞ R4. Nguån m«i E ®−îc m¾c vµo ®−êng chÐo AB cña cÇu, ®−êng chÐo cßn l¹i (MN) th× ®−îc m¾c ®iÖn kÕ G. §iÖn trë thay ®æi R6 dïng ®Ó bï cho cÇu khi ®o ∆R6 hay ∆R4. H×nh 8.5. S¬ ®å m¹ch ®iÖn cña mét thiÕt bÞ ®o λ 8.2.2. Xö lý tÝnh to¸n c¸c ®¹i l−îng nghiªn cøu vµ ϕ cña trôc giÕng khoan ChiÒu dµi h×nh chiÕu ®o¹n giÕng khoan li lªn mÆt ph¼ng th¼ng ®øng (h×nh 8.6a) tÝnh b»ng c«ng thøc: liver = li . Cosλi (8.1) N Nm li-1 λ β li liCosλi λi ϕ liSinλi li+1 liSinλi λi+1 P λi+2 Sm S (b) (a) H×nh 8.6. H×nh chiÕu cña c¸c ®o¹n giÕng khoan gi÷a hai ®iÓm ®o lªn mÆt ph¼ng th¼ng ®øng (a) vµ n»m ngang (b) 231
VËy ®iÓm mÐt tuyÖt ®èi cña líp thø i, lµ Hi tõ miÖng giÕng ®Õn ®o¹n nghiªn cøu ®−îc tÝnh b»ng tæng cña c¸c h×nh chiÕu th¼ng ®øng. Hi = ∑liver = ∑licosλi (8.2) H×nh chiÕu lªn mÆt n»m ngang cña ®o¹n giÕng thø i ∆li cã gãc nghiªng λi (h×nh 8.4.6) tÝnh b»ng: N ∆li = lisinλi (8.3) Dùa vµo c¸c sè ®o λ ta tÝnh c¸c ®o¹n h×nh chiÕu li theo (8.1) vµ ∆li theo (8.3). α W E Tõ c¸c sè ®o gãc vµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n nµy ta cã thÓ x©y dùng biÓu ®å h×nh chiÕu cña trôc giÕng khoan lªn mÆt ph¼ng n»m ngang (h×nh 8.7) theo tû lÖ chän ϕi tr−íc (th−êng lµ 1:500). ∆l i §−êng nèi th¼ng ®øng tõ miÖng giÕng ®Õn ®iÓm cuèi cña ®o¹n ®o cuèi cïng (α) thÓ hiÖn kho¶ng xª dÞch cña giÕng khoan trong vïng nghiªn cøu. ChiÒu dµi S vµ ph−¬ng vÞ cña ®o¹n α thÓ hiÖn H×nh 8.7. BiÓu ®å h×nh chiÕu trôc giÕng ®Æc ®iÓm cña giÕng khoan. lªn mÆt ph¼ng n»m ngang 8.3. §o gãc c¾m cña c¸c líp ®Êt ®¸ Gãc c¾m (gãc dèc) lµ gãc cña mét mÆt bÊt kú (cã thÓ lµ ph©n líp, vÕt nøt nÎ hë hoÆc kÝn, mÆt bµo mßn hay mÆt tiÕp gi¸p gi÷a hai phÇn kho¸ng vËt cã tÝnh chÊt vËt lý kh¸c h¼n nhau) víi mÆt ph¼ng n»m ngang (h×nh 8.8). Khi giÕng MÆt ph©n líp khoan ë chiÒu th¼ng ®øng xuyªn qua nh÷ng mÆt nh− vËy sÏ ®Ó l¹i Nm mét vÕt c¾t h×nh trßn, nÕu mËt ®é vu«ng gãc víi trôc giÕng khoan h×nh elip nÕu nã kh«ng vu«ng ϕ gãc víi trôc giÕng khoan. Nh− Gãc c¾m vËy, trªn h×nh 8.8 ta thÊy gãc c¾m cña mÆt ph©n líp lµ gãc t¹o P bëi b¶n trôc lín h×nh elip víi mÆt ph¼ng n»m ngang. Gãc ph−¬ng vÞ ϕ sÏ lµ gãc t¹o bëi h×nh chiÕu cña b¶n trôc dµi h×nh H×nh 8.8. Gãc c¾m vµ gãc ph−¬ng vÞ ϕ elip trªn mÆt ph¼ng n»m ngang víi h−íng b¾c tõ. 232
8.3.1. Nguyªn lý cña phÐp ®o gãc c¾m MÆt ph©n líp c¾t qua giÕng khoan t¹o thµnh mét vÕt c¾t h×nh elip. Trªn vÕt c¾t ®ã khi chän ®−îc Ýt nhÊt ba ®iÓm th× ta cã thÓ dùng ®−îc mÆt ph¼ng ph©n líp. Nh»m ®o ®−îc gãc c¾m cña mét mÆt ph©n líp hay vÕt nøt nÎ c¾t qua giÕng khoan, ng−êi ta chÕ t¹o mét Zond ®o cã tõ ba hoÆc bèn ®iÖn cùc g¾n trªn ba hoÆc bèn tÊm c¸ch ®iÖn ®−îc t× s¸t vµo thµnh giÕng nhê c¸c lß so (h×nh 8.9). Trªn vµnh trßn mçi ®iÖn cùc ®−îc s¾p xÕp c¸ch ®Òu nhau 1200 (tr−êng hîp thiÕt bÞ ba cùc) hoÆc 900 (thiÕt bÞ bèn c¸nh). Trôc giÕng khoan H−íng quay cña ®iÖn cùc 1 Thµnh giÕng Gãc lÖch cña trôc giÕng Bé phËn ®o gãc nghiªng vµ ph−¬ng vÞ cña trôc giÕng Gãc ph−¬ng vÞ cña ®iÖn cùc 1 H−íng b¾c tõ La bµn §o ®−êng kÝnh §o ®−êng kÝnh §iÖn cùc 1 C¸c ®−êng cong ®iÖn trë §o ®iÖn trë (4 cùc) MÆt ph©n líp H×nh 8.9. Nguyªn t¾c cña thiÕt bÞ ®o gãc c¾m Qua mçi ®iÖn cùc trªn c¸c c¸nh ghi ®−îc mét ®−êng ®iÖn trë khi nã quÐt trªn thµnh giÕng V× kÝch th−íc cña c¸c ®iÖn cùc gÇn trªn c¸c c¸nh cã tÊm ®Öm lµ rÊt nhá l¹i ®−îc héi tô dßng nªn c¸c ®−êng cong ®iÖn trë ®o ®−îc ®Òu cã ®é ph©n gi¶i rÊt cao, do 233
®ã cã thÓ xem c¸c sè ®o lµ kÕt qu¶ ®o cña tõng ®iÓm trªn thµnh giÕng. Khi thiÕt bÞ ®i qua mÆt ph©n c¸ch gi÷a c¸c líp ®¸ kh¸c nhau, hay mét vÕt nøt nÎ th× ®−êng cong ®o ®iÖn trë trªn mçi c¸nh ®Òu thÓ hiÖn sù thay ®æi ®iÖn trë suÊt. DÊu hiÖu thay ®æi ®iÖn trë qua c¸c mÆt ph©n c¸ch ®ã sÏ xuÊt hiÖn kh«ng trªn cïng mét chiÒu s©u nÕu trôc giÕng khoan kh«ng vu«ng gãc víi mÆt ph©n c¸ch ®ã. C¸c chiÒu s©u ®¸nh dÊu sù thay ®æi ®ét ngét gi¸ trÞ ®iÖn trë suÊt trªn mçi c¸nh gäi lµ chiÒu s©u biÓu kiÕn (hay lµ chiÒu s©u t−¬ng ®èi tÝnh theo trôc giÕng khoan). Sù kh¸c nhau cña c¸c chiÒu s©u t−¬ng ®èi nµy gi÷a c¸c ®iÖn cùc chøa ®ùng th«ng tin cÇn thiÕt ®Ó ®¸nh gi¸ gãc c¾m vµ gãc ph−¬ng vÞ nÕu ta biÕt ®−îc: a. H−íng cña trôc thiÕt bÞ vµ h−íng cña mét trong sè c¸c c¸nh sö dông (th−êng dïng c¸nh thø nhÊt) so víi h−íng b¾c tõ. b. Gãc nghiªng vµ ph−¬ng vÞ cña trôc giÕng khoan. c. §−êng kÝnh giÕng t¹i ®iÓm quan s¸t. S¬ ®å cña mét thiÕt bÞ ®o gãc c¾m ë h×nh 8.9 lµ s¬ ®å nguyªn t¾c l¾p r¸p cña h∙ng Dresser Atlas. Trong s¶n xuÊt cßn dïng nh÷ng m¸y ®o gãc c¾m kh¸c cña Schlumberger, Halliburton cã c¸c ®Æc tÝnh kü thuËt kh¸c nhau nh−ng nguyªn t¾c chung th× nhiÒu phÇn gièng nhau. Bé con l¾c bªn trªn vµ c¸c vßng gãp lµ ®Ó ®o gãc nghiªng cña giÕng. Thanh nam ch©m cïng c¸c cæ gãp lµ bé phËn x¸c ®Þnh ph−¬ng vÞ cña cµng sè mét (N01). PhÇn cuèi cña s¬ ®å lµ c¸c cµng g¾n ®iÖn cùc 1- 2 vµ 3 (COM) hoÆc No 1,2,3 vµ 4 (HDT). C¸c cµng nµy còng dïng ®Ó ®o ®−êng kÝnh giÕng khoan. PhÇn bªn ph¶i phÝa d−íi h×nh vÏ lµ c¸c ®−êng cong ®o ®iÖn trë b»ng c¸c ®iÖn cùc ®Æt ë c¸c cµng t−¬ng øng. Khi thiÕt bÞ ®i qua mÆt ph©n c¸ch gi÷a hai líp ®¸ cã ®iÖn trë kh¸c nhau c¸c ®−êng cong thay ®æi ®ét ngét ë c¸c chiÒu s©u t−¬ng ®èi 1,2,3 vµ 4. Dùa vµo chiÒu s©u t−¬ng ®èi nµy vµ c¸c tham sè kh¸c nh− ®−êng kÝnh giÕng, ta cã thÓ tÝnh ®−îc gãc cña trôc giÕng khoan víi mÆt ph©n c¸ch. Dùa vµo gãc nghiªng cña trôc giÕng khoan víi ph−¬ng th¼ng ®øng cã thÓ tÝnh ®−îc gãc c¾m cña mÆt, dùa vµo ph−¬ng vÞ cña c¸nh thø nhÊt (No1) sÏ tÝnh ®−îc h−íng ®æ hay gãc ph−¬ng vÞ cña mÆt ph©n c¸ch. Ta l−u ý r»ng gãc c¾m thay ®æi trong ph¹m vi tõ 00- 900, cßn gãc ph−¬ng vÞ trong kho¶ng tõ 00 - 3600, hÕt vßng thay ®æi 3600 gãc ph−¬ng vÞ l¹i trë vÒ 00. Trong thùc tÕ gãc ph−¬ng vÞ x¸c ®Þnh ®−îc ϕ = 3600 hay 00 cã nghÜa lµ h−íng ®æ cña mÆt ph©n c¸ch lµ nh− nhau. 8.3.2. TÝnh gãc c¾m cña vØa C¸c gi¸ trÞ gãc nghiªng λ cña trôc giÕng so víi ph−¬ng th¼ng ®øng ®−îc ghi ë d¹ng ®−êng cong ®o liªn tôc (th−êng s¾p xÕp ë cét bªn tr¸i cña b¨ng ghi , víi thang 0- 90/180/360/720), trong ®ã thang 360 hay ®−îc sö dông h¬n c¶. Trong tr−êng hîp cña hÖ thang 360 c¸c ®−êng cong chØ gãc ph−¬ng vÞ ϕ cña ®iÖn cùc N01 so víi h−íng b¾c tõ, ®−êng cong chØ ph−¬ng cña ®iÖn cùc N01 so víi h−íng cña trôc giÕng (vßng β) còng ®−îc ghi liªn tôc theo chiÒu s©u cña giÕng khoan (h×nh 8.10). C¸c b−íc tiÕn hµnh tÝnh to¸n : 234
a) X¸c ®Þnh gãc c¾m vµ ph−¬ng vÞ biÓu kiÕn so víi h−íng cña giÕng (θ, F). H×nh 8.10. ThÝ dô b¨ng ®o gãc c¾m ë giÕng khoan (Cét bªn tr¸i c¸c ®−êng cong chØ h−íng ph−¬ng vÞ, cét bªn ph¶i lµ c¸c ®−êng cong ®iÖn trë dïng ®Ó liªn kÕt) b) X¸c ®Þnh gãc vµ ph−¬ng vÞ tõ sau khi hiÖu chØnh gãc nghiªng δ cña trôc giÕng (α, AZM). c) X¸c ®Þnh ph−¬ng vÞ ®Þa lý cña gãc c¾m theo phÐp hiÖu chØnh cho gãc lÖch tõ (AZG). d) X¸c ®Þnh gãc c¾m biÓu kiÕn vµ ph−¬ng vÞ cña ®iÖn cùc N01. 235
C¸c tÝnh to¸n nµy kh¸ phøc t¹p, ë ®©y xin tr×nh bÇy ng¾n gän c¬ së cña ph©n tÝch ®o gãc c¾m (Fundamentals of Dipmeter Interpretation) theo tµi liÖu cña Schlumberger. H×nh 8.11 thÓ hiÖn mét l¸t c¾t cña giÕng khoan qua mét mÆt ph©n líp B. Trong h×nh trôc giÕng OA n»m theo ph−¬ng th¼ng ®øng dÔ dµng cho viÖc x¸c ®Þnh gãc c¾m θ vµ ph−¬ng vÞ biÓu kiÕn Φ. MÆt DOF vu«ng gãc víi trôc OA. C¸c ®iÖn cùc 1, 2 vµ 3 ®i tõ d−íi lªn gÆp mÆt B ë c¸c ®é cao lÇn l−ît l1, l2, vµ l3 ë phÝa trªn DOF. MÆt AOD chøa ®iÖn cùc 1. Qui −íc lµ Φ Zond ®o kh«ng quay theo h−íng vu«ng gãc víi mÆt B. Theo dÊu vÕt cña mÆt B trªn thµnh giÕng, chän ®iÓm thÊp nhÊt M lµ ®iÓm n»m trªn mÆt n»m ngang FOD. Dùng mÆt ph¼ng H×nh 8.11. Mèi quan hÖ gi÷a c¸c chøa trôc OA vµ M vu«ng gãc víi mÆt B. ®−êng cong, gãc c¾m vµ ph−¬ng vÞ Giao tuyÕn MC cña mÆt ph¼ng míi dùng víi biÓu kiÕn so víi ®iÖn cùc N01 B t¹o víi mÆt n»m ngang mét gãc θ; lµ gãc dèc lín nhÊt vµ lµ gãc c¾m biÓu kiÕn cña mÆt B. V× M sÏ lµ h−íng ®æ dèc (xuèng) cña mÆt B, nªn gãc DOM sÏ lµ gãc ph−¬ng vÞ biÓu kiÕn Φ cã chiÒu d−¬ng theo kim ®ång hå tõ D ®Õn M. Cho a lµ b¸n kÝnh cña giÕng (a = dh/2 ) ta cã thÓ tÝnh: l1 = atgθ (1 − CosΦ )  2π   l 2 = atgθ 1 − Cos − Φ  (8.4) 3    4π   l 3 = atgθ 1 − Cos − Φ  3   V× vËy, c¸c kho¶ng lÖch cña c¸c sè ®o gi÷a c¸c ®−êng cong sÏ lµ:  2π   h1− 2 = l 2 − l1 = atgθ CosΦ  − Φ  3    4π   h1−3 = l 3 − l1 = atgθ CosΦ  − Φ  3   () () () () Chó ý: Sin 2π 3 = − Sin 4π 3 = 3 2 vµ Cos 2π 3 = Cos 4π 3 = − 1 2 Nªn cã thÓ biÕn ®æi thµnh: 236