5 Mở đầu ịa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phơng pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ở thành giếng khoan nhằm phát hiện và đánh giá các khoáng sản có ích, thu thập các thông tin về vận hành khai thác mỏ và về trạng thái kỹ thuật của giếng khoan. Việc ứng dụng các phơng vật lý để nghiên cứu lát cắt địa chất giếng khoan qua các thời kỳ và từng đối tợng khác nhau đ từng có những tên gọi khác nhau. Những năm 1960 về trớc lĩnh vực này đợc gọi bằng cái tên Carota. Thuật ngữ này có gốc từ tiếng Pháp: Carottage xuất phát từ Carotté nghĩa là mẫu lõi khoan, hay cũng có nghĩa là củ cà rốt. Trong hệ thống Anh ngữ các phơng pháp Địa vật lý giếng khoan đợc gọi bằng thuật ngữ Log, Logging - có nghĩa là đo vẽ liên tục một tham số vật lý theo trục giếng khoan, chẳng hạn Log điện trở, Log siêu âm, Log nhiệt độ Với tốc độ phát triển nh vũ bo hiện nay của khoa học công nghệ, Địa vật lý giếng khoan này càng phong phú về số phơng pháp, hiện đại về công nghệ và sâu sắc về nội dung khoa học. Trong sự phát triển nhanh chóng đó có một đặc điểm dễ nhận thấy là từ nghiên cứu lý thuyết đến triển khai công nghệ là một khoảng cách rất ngắn, dờng nh những ý tởng khoa học hôm nay thì ngày mai đ trở thành công nghệ áp dụng trong sản xuất. ở Việt Nam các phơng pháp địa vật lý giếng khoan đ đợc ứng dụng để nghiên cứu các lỗ khoan than từ cuối những năm 50 đầu những năm 60 của thế kỷ vừa qua khi Liên Xô và các nớc XHCN anh em lúc bấy giờ đ bắt đầu giúp chúng ta đẩy mạnh công tác điều tra địa chất ở miền Bắc. Từ những thời gian đó ở sản xuất những ngời làm công tác địa vật lý của Việt Nam đ quen với thuật ngữ Carota để chỉ một loại hình công việc đo địa vật lý trong các lỗ khoan thăm dò than và tìm kiếm các khoáng sản có ích khác. Bắt đầu sang thập kỷ 80 khi công tác đo địa vật lý trong các giếng khoan thăm dò và khai thác dầu khí phát triển nhanh cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí non trẻ ở Việt Nam. Từ đó trong ngành dấu khí quen với việc dùng thuật ngữ Địa vật lý giếng khoan để chỉ các loại hình công việc nghiên cứu giếng khoan thăm dò và khai thác dầu khí bằng các phơng pháp địa vật lý thay cho thuật ngữ Carota không còn đủ để bao quát hết các nội dung của hoạt động này. Trong tình hình đó ở chúng ta song song tồn tại hai từ: Carota và Địa vật lý giếng khoan, cùng để chỉ công tác đo vẽ địa vật lý ở dới mặt đất, một trong lĩnh vực thăm dò than, quặng và nớc dới đất, và một trong lĩnh vực thăm dò khai thác dầu khí. Về máy móc trang thiết bị trong địa vật lý giếng khoan cũng đang có nhiều thay đổi nhờ có những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ điện tử và tự động hoá. Ngày càng nhiều các máy thiệt bị đo địa vật lý trong giếng khoan đợc cải tiến, xuất hiện mới rồi lại tiếp tục cải tiến, xuất hiện mới, Có tác giả đ nhận xét: Trên thế giới cứ Đ 6 sau 5 năm thì một thế hệ máy mới đ ra đời và gần thay thế hoàn toàn các máy móc của thế hệ trớc đó, lại cũng có ý kiến cho rằng: thậm chí còn sớm hơn! ở Việt Nam tuy sự thay đổi về trang thiết bị trong các cơ sở sản xuất, Viện nghiên cứu và các Trờng đại học cha đến mức nhanh nh vậy những rõ ràng 10 năm trở lại đây các thế hệ máy Địa vật lý giếng khoan mới đ thay thế hoàn toàn các máy móc thiết bị cũ kỹ trớc đây, đặc biệt là trong ngành công nghiệp dầu khí. Cùng với những thay đổi đó ở nớc ta đội ngũ những ngời làm công tác địa vật lý giếng khoan ngày càng đông đảo, những ngời có sử dụng các tài liệu đo vẽ địa vật lý giếng khoan và quan tâm đến lĩnh vực khoa học công nghệ này ngày càng nhiều hơn. Sau nhiều năm giảng dạy ở trờng đại học và công tác trong ngành dầu khí các tác giả quyết định biên soạn giáo trình này. Giáo trình sẽ là một tài liệu phục vụ giảng dạy ở các trờng đại học có đào tạo chuyên ngành kỹ s địa vật lý thăm dò, kỹ s địa chất dầu khí. Ngoài ra giáo trình này sẽ là tài liệu tham khảo tốt cho các kỹ s địa vật lý và kỹ s địa chất dầu khí đang làm việc tại các cơ sở sản xuất, viện nghiên cứi và các đơn vị có sử dụng tài liệu đo địa vật lý giếng khoan. Giáo trình chia làm hai phần. Phần thứ nhất là nội dung chính dạy ở trờng đại học trong đó giới thiệu nội dụng các phơng pháp đo địa vật lý giếng khoan, chú trọng cơ sở vật lý - địa chất, nguyên lý đo vẽ thu thập tài liệu gợi ý phạm vi ứng dụng của các phơng pháp. Trong giáo trình không chú trọng mô tả các máy móc thiết bị đo Địa vật lý giếng khoan mà trong mỗi phơng pháp hay nhóm phơng pháp chỉ trình bày nguyên lý hoạt động của máy và sơ đồ khối của các máy đó. Phần thứ hai của giáo trình sẽ đợc trình bày nh các tài liệu chuyên khoa về phân tích địa chất các tài liệu địa vật lý giếng khoan theo từng chuyên đề (nghiên cứu địa tầng, môi trờng địa chất, cấu kiến trúc của đá chứa, xác định thành phần vật chất, tính toán trữ lợng mỏ dầu khí và các mỏ khoáng sản rắn, các phần mềm phân tích tài liệu Địa vật lý giếng khoan ) đáp ứng các yêu cầu tìm hiểu sâu về Địa vật lý giếng khoan của các kỹ s đang công tác trong ngành dầu khí và các ngành có liên quan. Chúng tôi cho rằng việc biên soạn một giáo trình chuyên ngành Địa vật lý giếng khoan, một sự thu nhỏ của ngành địa vật lý ứng dụng trong các giếng khoan không phải là việc làm dễ dàng do tính đa ngành và phát triển nhanh chóng của nó. Chắc chắn trong lần biên soạn đầu tiên này không thể tránh khỏi những thiếu sót về nội dung, thuật ngữ và sắp xếp các phần của giáo trình mong đợc các đồng nghiệp đóng góp ý kiến. Các tác giả bày tỏ lòng cảm ơn đối với các đồng nghiệp ở trờng Đại học Mỏ - Địa chất và ở Vietsovpetro đ cho nhiều ý kiến đóng góp trong quá trình biên soạn giáo trình này, đặc biệt xin cảm ơn kỹ s Nguyễn Trung Quân ở trờng Đại học Mỏ - Địa chất và các kỹ s ở Xí nghiệp Địa vật lý giếng khoan Vietsovpetro đ góp nhiều công sức trong việc trình bày và soạn thảo để kịp cho in phần thứ nhất của giáo trình. Các tác giả. 7 Chơng 1 Đối tợng và các tham số nghiên cứu 1.1. Đối tợng nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu của địa vật lý giếng khoan là các giếng khoan tìm kiếm thăm dò, khai thác các khoáng sản có ích: Than, dầu khí, các loại quặng và nớc dới đất. Giếng khoan là một công trình tìm kiếm thăm dò hoặc khai thác. Loại công trình này đợc tạo bằng phơng pháp cơ học - phơng pháp khoan giếng, nhằm mục đích lấy mẫu đất đá, tạo ra một vết lộ địa chất còn tơi, cha bị phong hoá, hoặc để khai thác các chất lu nh dầu khí, nớc dới đất, nớc nóng có chứa năng lợng nhiệt. Thông thờng việc lấy mẫu lõi khoan khó thực hiện đợc tốt và giá thành cao, trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật và địa chất. Để thay thế cho việc lấy mẫu lõi, xác định trạng thái kỹ thuật và theo dõi độ ổn định của các giếng khoan, ngời ta khai thác triệt để các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất (lát cắt địa chất trên thành giếng khoan) của công trình. Ưu điểm của vết lộ địa chất này là ở chỗ nó còn tơi nguyên, cha bị phong hoá lại xuyên cắt mọi lớp đất đá tới chiều sâu đáy giếng. Việc khai thác các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất ở thành giếng khoan đợc thực hiện bằng các phơng pháp vật lý, hoá học. Nhờ các phơng pháp này ta có thể xác định đợc thành phần vật chất ở các lớp đất đá trong lát cắt, trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình tại chiều sâu bất kỳ ở thời điểm cần thiết. Xác định thành phần vật chất, xây dựng lát cắt địa chất ở thành giếng khoan, xác định trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình, đánh giá hiệu suất khai thác của giếng là mục đích của địa vật lý giếng khoan. 1.2. Phân loại đá theo thành phần, điều kiện thành tạo và các đặc trng vật lý thạch học Đá là những tập hợp có quy luật của những khoáng vật tạo thành những thể địa chất độc lập ở vỏ Quả đất. Thể địa chất độc lập ở đây là nói đến những sản phẩm đặc trng của một quá trình địa chất nhất định. Vậy đá phải là kết quả của một quá trình địa chất nào đó chứ không phải là một tập hợp ngẫu nhiên các khoáng vật hay các nguyên tố. Trong địa chất học thờng dựa vào nguồn gốc của đá để phân loại chúng, vì nguồn gốc thể hiện rất rõ trên các đặc trng vật lý, hoá học, cơ học của đá. Theo nguồn gốc sinh thành của đá, ngời ta phân đá ở vỏ Quả đất thành 3 nhóm: macma, trầm tích và biến chất; mỗi nhóm có những đặc trng riêng nhng khi nghiên cứu chúng đều cần làm rõ ba vấn đề: 8 1. Thế nằm của đá và quan hệ của nó với các đá khác xung quanh, nghĩa là đá gặp trong tự nhiên nh thế nào? 2. Kiến trúc và cấu tạo của đá, tức là các phần tử hợp thành đá đợc sắp xếp ra sao? 3. Thành phần khoáng vật và hoá học của đá? Ba vấn đề vừa nêu chứa đựng các thông tin về địa tầng, kiến tạo, môi trờng địa chất, tiềm năng khoáng sản có ích (quặng, than, dầu khí ). Địa vật lý giếng khoan trong nghiên cứu dầu khí có đối tợng chủ yếu là đá trầm tích. Khi phân tích tài liệu địa vật lý giếng khoan, mô hình đá đợc xem là môi trờng có lỗ rỗng cấu tạo từ 3 pha: Cứng, lỏng và khí. Pha cứng bao gồm xơng đá (matrix) là những hạt khoáng vật tạo đá, xi măng gắn kết thờng là sét, cacbonat ; pha lỏng bao gồm nớc, dầu; pha khí bao gồm các khí hydrocacbon, khí CO 2 , H 2 S, N 2 Cũng có một mô hình đơn giản bao gồm hai thành phần: matrix và sét; trong không gian, lỗ rỗng của đá đợc lấp đầy chất lu (dầu, khí, nớc). Hai thành phần cấu thành pha cứng của đá (matrix và sét) có ảnh hởng rất khác nhau không chỉ lên các phép đo địa vật lý, mà lên các tính chất vật lý thạch học của đá chứa (độ thấm, độ bo hoà ). Sét trong nhiều trờng hợp đợc phân biệt: sét nén (shale), hạt sét xâm tán trong đá ở dạng cấu trúc (clay), bột sét (silt) là các hạt mịn có kích thớc 1/16 - 1/256 mm. Matrix: Trong phân tích tài liệu matrix đợc hiểu là bao gồm mọi thành phần cứng của đá (các hạt, matrix, xi măng) không kể sét. Đá đơn khoáng là đá có matrix chỉ bao gồm một loại khoáng vật (ví dụ nh canxit, thạch anh ). Đá đa khoáng trong matrix bao gồm nhiều khoáng vật, ví dụ xi măng trong đá có thành phần và bản chất khác với các hạt vụn (cát thạch anh có xi măng gắn kết là canxit). Thành hệ sạch là thành hệ không chứa các hạt sét hay sét nén quá hàm lợng cho phép (< 5%). Giới hạn hàm lợng sét đó phân biệt tên thành hệ (Đá) là sạch hay cát sét. Các phụ lục 1.1a và 1.1b là tập hợp các đặc trng vật lý (phóng xạ, điện trở, chỉ số hydro, mật độ khối, tốc độ sóng đàn hồi ) của một số khoáng vật chính thờng gặp trong đá trầm tích. Sét: Phân biệt sét nén, hạt sét xâm tán và bột sét. - Sét nén (shale). Sét nén hay đá phiến sét có cấu tạo phân phiến phát sinh trong các loại đá sét bị biến đổi dới tác dụng của áp suất. Trong đá cát sét, sét nén thờng có cấu tạo lớp mỏng, có chiều dày < 0,5 mm, song song cới mặt phân lớp. Thành phần khoáng vật của sét nén có tới 50% bột sét, 35% hạt sét hay hạt mịn mica và 15% là các khoáng vật tại sinh. - Sét xâm tán (clay) là các hạt mịn có đờng kính không quá 1/256 mm, có nguồn gốc tại sinh hoặc thứ sinh, trộn lẫn hay bám trên các hạt khoáng vật tha sinh. - Bột sét (silt) là những mảnh đá hay những hạt có đờng kính trong khoảng tử 1/256 - 1/16 mm, chứa nhiều hạt sét với hàm lợng cao và chứa thạch anh, felspat và các khoáng vật khác nh mica, zircon, apatit, turmalin 9 Vậy là thuật ngữ sét trong phân tích địa vật lý giếng khoan có phần không hoàn toàn giống với các thuật ngữ thờng dùng trong địa chất. Trong địa vật lý thuật ngữ phiến sét (shale) để chỉ các lớp đá sét có trên 95% là hạt khoáng vật sét đợc gắn kết nhờ nén ép, có cấu tạo phân phiến. Trong đá chứa cát sét, sét nén (shale) chỉ các lớp màng sét có chiều dày < 0,5 mm nằm xen kẹp trong các lớp cát. Sét nén là một dạng tồn tại của sét trong đá cát sét (sét phân lớp mỏng). Màng sét, hay sét xâm tán (clay) là các hạt sét có đờng kính nhỏ hơn 1/256 mm, lấp đầy hay một phần lỗ rỗng của đá hoặc bám trên thành các khe lỗ rỗng nh màng sét bọc lấy các hạt cứng. Dạng sét xâm tán làm thay đổi đặc điểm thấm chứa (độ rỗng, độ thấm) của đá mạnh hơn các dạng tồn tại khác của sét. Bảng 1.2. Đặc trng của các khoáng vật sét Do khả năng hấp phụ của các hạt sét nên sét thờng ngậm các ôxit nhôm, mangan, sắt và các chất hữu cơ. Sét có đặc tính chịu uốn dẻo, đàn hồi và không thấm, có kiến trúc ô mạng. Các ô mạng tinh thể của sét có chiều dày, phân bố không gian và ngậm hydro và nớc khác nhau tuỳ từng loại. Sét xâm tán ngậm hydro cao hơn sét nén. Hydro có trong: a) Các ion hydroxit trong các phân Kích thớc các tinh thể sét Khả năn g hấp ph ụ của sét ( méq./100 g) H ình 1.1. Sơ đồ cấu trúc ô mạng của một số loại sét Nhóm Các khoáng vật sét Công thứcTên Kích thớc 0 A % K Khối lợng riêng (g/cm 3 ) Chỉ số H (%) 10 tử khoáng vật sét; b) Trên bề mặt (lớp nớc màng) của hạt khoáng vật sét; c) Nớc trong không gian giữa các màng tinh thể của sét. Lợng nớc tự do trong sét thay đổi phụ thuộc độ nén ép lên các mạng tinh thể của sét. Các đặc điểm vừa nêu của sét nói lên rằng thành phần khoáng vật này trong đá có ảnh hởng rất mạnh mẽ lên các thông số vật lý đo đợc trong giếng khoan. Lu chất Trong không gian rỗng giữa các hạt vụn của đá đợc lấp đầy chất lu (nớc, dầu, không khí, các khí tự nhiên ). Vậy có bao nhiêu lu chất có trong đá trớc hết phụ thuộc không gian rỗng trong đá, tức vào độ lỗ rỗng của đá (Hình 1.2). Nếu chất lu chứa trong lỗ rỗng của đá là nớc vỉa thì giữa matrix và nớc bo hoà có đặc tính dẫn điện hoàn toàn khác nhau. Thờng thì các khoáng vật tạo đá trong matrix là những khoáng vật kém dẫn điện, trong khi đó nớc vỉa có độ khoáng hoá nhất định trở thành chất dẫn điện rất tốt. Trong môi trờng lỗ rỗng có chứa nớc thì khả năng dẫn điện của môi trờng đó phụ thuộc chủ yếu vào nớc và độ khoáng hoá của nớc. Dòng điện một chiều hay dòng điện tần số thấp chủ yếu đi trong các kênh lỗ rỗng trong đá. Đến đây ta thấy kiến trúc không gian lỗ rỗng có ảnh hởng lên khả năng dẫn điện của đá. Nếu các phần lỗ rỗng trong đá thông nối với nhau theo những kênh thẳng và rộng thì đá sẽ dẫn điện tốt, ngợc lại các kênh thông nối hẹp lại cong queo thì độ dẫn điện giảm. Sự khác nhau đó đợc đánh giá bằng một tham số không thứ nguyên gọi là độ cong kênh rỗng. Độ cong kênh dẫn không chỉ ảnh hởng lên độ dẫn điện mà còn ảnh hởng lên độ thấm cơ học của đá - độ cong càng lớn thì độ thấm càng kém. Trong trờng hợp chất lu bo hoà trong không gian lỗ rỗng của đá không chỉ có nớc vỉa mà còn có hydrocacbon (dầu khí) là các chất không dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém thì điện trở của đá tăng khi lợng nớc trong đá giảm, lợng hydrocacbon tăng. Trong trờng hợp này, độ dẫn điện của đá là một hàm số của độ bo hoà nớc trong đá đó. 1.3. Đá chứa, các tham số vật lý của đá chứa Đá chứa ở đây là các đá (hay thành hệ) có lỗ rỗng và có khả năng chứa chất lu (dầu, khí, nớc) trong không gian rỗng của đá. Các chất lu nh dầu khí chủ yếu là di chuyển từ nơi khác đến và lấp đầy trong lỗ rỗng của đá chứa. Đá chứa thờng là đá có độ rỗng và độ thấm cao nh các đá cát, cacbonat và đá móng nứt nẻ. Đá chứa là cát kết hay cát sét kết, lỗ rỗng chủ yếu là lỗ rỗng giữa hạt (độ rỗng nguyên sinh) có vai trò quan trọng, còn độ rỗng thứ sinh, nh khe nứt, rửa lũa gặm mòn là lỗ rỗng ít quan trọng hơn. Lỗ rỗn g H ạ t v ụ n Kênh dẫn H ình1.2. Độ rỗng giữa hạt của đá clastic bo hoà chất lu 11 Đá chứa là cacbonat (đá vôi, dolomit) không gian rỗng quan trọng nhất là các khe nứt nẻ và lỗ gặm mòn hang hốc. Đá cacbonat là loại đá không chịu uốn, nên dễ bị nứt nẻ dới tác dụng của lực kiến tạo. Đá chứa là đá macma, nh trờng hợp của mỏ Bạch Hổ và một số mỏ khác ở bể Cửu Long, thì độ rỗng trong các khe nứt lại là quan trọng. Độ rỗng khe nứt trong đá macma (hay đá móng nh vẫn quen gọi) có độ mở thông nối rất tốt nên mặc dù có giá trị độ rỗng thấp mà các thân dầu trong đá móng vẫn cho giá trị khai thác cao. Các khe nứt trong đá macma đợc hình thành do tác dụng của lực kiến tạo, do bị co ngót khi nguội, và do phá huỷ phong hoá nếu lộ trên mặt đất. Độ thấm của đá chứa là một hàm số phức tạp phụ thuộc vào kiến trúc lỗ rỗng của đá, đặc điểm của chất lu. Độ thấm của đá chứa cát sét phụ thuộc vào độ rỗng, độ hạt, hàm lợng sét Độ mở hay độ thông nối của kiểu lỗ rỗng khe nứt lớn hơn lỗ rỗng giữa hạt nên có cùng độ rỗng nhng độ thấm trong các tầng chứa là đá cacbonat và đá móng bao giờ cũng lớn hơn trong đá cát sét. 1.3.1. Độ rỗng Định nghĩa: Độ rỗng là tỉ phần không gian không đợc lấp đầy chất rắn trong thể tích toàn phần của khối đá (hay cũng có thể phát biểu: Tỷ số thể tích của lỗ rỗng với thể tích của khối đá). Căn cứ vào những đặc điểm riêng ngời ta chia lỗ rỗng ra các loại: a) Độ rỗng toàn phần ( t ) hay độ rỗng chung là tỷ phần thể tích của tất cả không gian rỗng (giữa hạt, kênh thông nối, nứt nẻ, hang hốc, bọt ) cộng lại có trong đá. t p t st t v v v vv = = (1.1) Trong đó: v p : Thể tích của mọi không gian trống trong đá (thông thờng trong v p có chứa dầu, nớc, khí) v s : Thể tích của vật liệu rắn v t : Thể tích toàn phần của khối đá. Độ rỗng toàn phần gồm 2 phần: Lỗ rỗng nguyên sinh ( 1 ) và độ lỗ rỗng thứ sinh ( 2 ). Độ lỗ rỗng 1 là lỗ rỗng giữa hạt hay giữa các tinh thể, nó phụ thuộc vào kiểu, kích thớc hạt và cách sắp xếp của các hạt trong pha cứng. 2 là phần lỗ rỗng đợc tạo thành do các quá trình phát triển của đá, do các lực nén kiến tạo theo các chiều khác nhau, và còn do quá trình biến đổi của vật chất hữu cơ mà để lại các lỗ hổng. b) Độ lỗ rỗng thông nối hay lỗ rỗng hở ( thn ) đợc tạo thành từ các phần lỗ trống có thông nối với nhau. Độ lỗ rỗng thông nối thn thờng nhỏ hơn lỗ rỗng toàn phần t bởi có nhiều trờng hợp các bọt rỗng trong đá không thông nối đợc với nhau. Chẳng hạn đá bọt có độ rỗng 1 vào cỡ 50%, nhng vì các bọt không có kênh thông nối với nhau nên thn = 0. 12 c) Độ lỗ rỗng tiềm năng ( p ) là phần lỗ rỗng hở có đờng kính các kênh thông nối đủ lớn để cho dòng các chất lu có thể đi qua dễ dàng (lớn hơn 50 à m đối với dầu, và 5 àm đối với khí). Độ lỗ rỗng tiềm năng ( p ) đôi khi có giá trị nhỏ hơn độ rỗng hở ( thn ). Ví dụ các lớp sét có độ rỗng hở rất cao từ 50 - 85% nhng hoàn toàn không có lỗ rỗng tiềm năng vì lẽ lỗ rỗng và kênh thông nối trong đá sét rất bé, sét lại có đặc điểm hấp phụ bề mặt cao nên độ thấm rất kém, các lớp sét có vai trò lớp màn chắn. d) Độ lỗ rỗng hiệu dụng ( ef ) là thuật ngữ đợc sử dụng trong phân tích tài liệu địa vật lý giếng khoan. Đây là phần lỗ rỗng chứa chất lu tự do trong không gian của lỗ rỗng hở thn hoặc lỗ rỗng p , nghĩa là không tính đến phần thể tích của các lớp nớc bao, nớc hydrat sét (nớc hấp phụ trên bề mặt các hạt sét), nớc tàn d. Chú ý: Độ rỗng, hay tỷ phần thể tích lỗ rỗng trong đá là đại lợng không thứ nguyên có thể biểu thị bằng phần trăm (ví dụ 30%), bằng số thập phân (0,3) hay đơn vị độ rỗng (30 pu). Các yếu tố địa chất hay môi trờng trầm tích ảnh hởng lên độ rỗng của đá sẽ đợc đề cập chi tiết ở phần sau của giáo trình này. 1.3.2. Điện trở suất và độ dẫn điện Điện trở suất (R) của vật chất là số đo đánh giá sự cản dòng điện đi qua chất đó. Điện trở suất đợc đo bằng đơn vị Ohm.m 2 /m hay Ohm.m ( m). Một khối đá đồng nhất đẳng hớng có hình lập phơng với kích thớc 1 mét có trở kháng 1 giữa hai mặt đối diện, sẽ có điện trở suất R = 1m. Độ dẫn điện (C) là số đo thể hiện khả năng dẫn điện tích của vật chất. Đây là số nghịch đảo của điện trở suất và biểu thị bằng đơn vị millimho/m (mmho/m) hay mS/m (millisiemen/metre). 1 (mmho/m) = 1000/R (m) = 1 mS/m Có hai kiểu dẫn điện là: - Dẫn điện điện tử: Là đặc tính dẫn điện của các chất rắn nh graphit, các kim loại (đồng, bạc ), oxit kim loại (hematit), sunfua kim loại (pyrit, galenit ). - Dẫn điện ion (hay dẫn điện điện môi): Là đặc tính dẫn của các dung dịch, ví dụ nớc có hoà tan các muối. Các đá khô và không chứa các chất dẫn điện điện tử nêu trên thì có điện trở rất lớn đến mức gần nh không dẫn điện. Đặc tính dẫn điện của đá trầm tích chủ yếu là dẫn điện ion vì trong đá trầm tích thờng xuyên có nớc và phân bố liên tục trong đá. Điện trở suất của đá phụ thuộc vào: - Điện trở suất của chất lu trong lỗ rỗng. Điện trở này thay đổi theo bản chất, nồng độ muối hoà tan trong nớc và nhiệt độ. 13 - Lợng nớc chứa trong đá, nghĩa là phụ thuộc vào độ rỗng và độ bo hoà nớc của đá. - Loại đá, ví nh bản chất và sự tồn tại của sét, dấu hiệu của các kim loại dẫn điện. - Kiến trúc của đá: Phân bố lỗ rỗng, sét và các khoáng vật dẫn điện. - Nhiệt độ, đặc biệt là các đá có đặc tính dẫn điện ion. Đá, đặc biệt đá trầm tích, là môi trờng không đẳng hớng về khả năng dẫn điện cũng nh dẫn dòng thấm. Theo chiều phân lớp (dọc theo các mặt phân lớp), điện trở suất dọc (R // ) thờng thấp hơn theo chiều vuông góc (R ). Đặc điểm đó của đá đợc đánh giá bằng hệ số bất đẳng hớng : 2 1 // R R = (1.2) Hệ số có thể thay đổi trong phạm vi 1,0 2,5. Các phép đo điện trở trong giếng khoan bằng các thiết bị đo sâu khác nhau (laterolog, cảm ứng) thờng đo đợc giá trị điện trở suất R: () 2 1 // RRR ì= (1.3) Bất đẳng hớng trong phạm vi một vỉa đồng nhất đợc xem là bất đẳng hớng vi mô; khi xét trong phạm vi một tập vỉa hay một đoạn lát cắt trầm tích thì gọi là bất đẳng hớng vĩ mô. Bất đẳng hớng vĩ mô sẽ ảnh hởng lên mọi giá trị đo của các thiết bị đo điện trở khác nhau. Bất đẳng hớng vi mô chỉ thể hiện trong sét và lớp vỏ sét ở thành giếng. ở thành giếng giá trị điện trở đo dọc theo trục giếng khoan thì nhỏ hơn khi đo theo hớng vuông góc với thành giếng. ả nh hởng đó thể hiện lên giá trị đo bằng hệ thiết bị MLL hoặc PML. Tóm lại khi gọi là điện trở suất thực (R t ) của thành hệ là điện trở phụ thuộc vào hàm lợng chất lu và bản chất cũng nh cấu hình của xơng đá. Quan hệ phụ thuộc giữa điện trở suất với độ khoáng hoá Ta có nhận xét rằng điện trở suất của một dung dịch thì phụ thuộc vào nồng độ và loại muối hoà tan. Hình 1.3 cho thấy quan hệ phụ thuộc giữa độ dẫn C với nồng độ muối hoà tan trong dung dịch tính bằng ppm. ở nồng độ thấp dới 100.000ppm, quan hệ này là đồng biến. Nhng khi nồng độ tiếp tục tăng lên thì đờng biểu diễn quan hệ này của các muối khác nhau bắt đầu chuyển sang quan hệ nghịch biến với những giá trị nồng độ khác nhau. Hiện tợng 14 quan hệ phụ thuộc của độ dẫn vào nồng độ muối hoà tan là đồng biến ở nồng độ thấp và nghịch biến ở nồng độ cao đợc giải thích là ở nồng độ bo hoà và quá bo hoà, các ion trong dung dịch mất dần hoạt tính và kém linh động, khả năng dẫn điện của dung dịch giảm. Các dung dịch muối trong nhóm halogen, KCl và NaCl là các dung dịch có hoạt tính dẫn điện mạnh hơn CaCl 2 và MgCl 2 và mạnh hơn nhóm sunfat (xem hình 1.3). Trong điều kiện tự nhiên muối NaCl vừa có hoạt tính mạnh vừa có hàm lợng lớn nên trong nghiên cứu ngời ta thờng đa nồng độ các muối khoáng của dung dịch về nồng độ tơng đơng muối NaCl. Quan hệ phụ thuộc của điện trở với nhiệt độ Điện trở suất của dung dịch giảm khi nhiệt độ tăng. Bản chuẩn ở hình 1.4 đợc dùng để chuyển đổi điện trở đo đợc ở nhiệt độ thứ nhất (T 1 ) về điện trở ở nhiệt độ T 2 bất kỳ. Độ dẫn mMho m 2 /m Nồn g đ ộ ppm H ình 1.3. Quan hệ giữa độ dẫn và nồng độ khoán g hoá. Điện trở suất dung dịch ( m) Nhi ệ t đ ộ Nồn g đ ộ NaCl Hình 1.4. Bản chuẩn quy đổi điện trở suất của dung dịch từ nhiệt độ T 1 và nồng độ C 1 v ề điện trở suất ở nhiệt độ T 2 bất kỳ. [...]... Theo Timur (19 68) k = 0 ,13 6 4, 4 S W2 ir (1. 44) Theo Wyllie và Rose (19 50) - Đối với dầu k = 250 3 2 S Wir (1. 45) - Đối với khí 28 k = 79 3 2 S Wir (1. 46) Theo Raymer và Freeman - Đối với dầu 12 2 k = h( ) W 0 2 14 0 k = h( ) W g 2 (1. 47) - Đối với khí (1. 48) Trong đó: SWir - Độ bo hoà nớc d - Độ rỗng h - Chiều cao từ mực nớc tự do đến nóc vùng chuyển tiếp (feet) W - Mật độ (tỷ... RW 2 SW (1. 18) Với Fsd là yếu tố thành hệ của cát sạch Thay (1. 18) vào (1. 17) ta có: 2 1 V sh (1 V sh ) S W = + Rt Rsh Fsd RW (1. 19) Từ đó: 1 1 V F R 2 S W = sh sd W Rt R sh 1 V sh (1. 20) b) Sét xâm tán: ở dạng xâm tán sét bám phủ trên bề mặt các hạt đá tạo thành lớp màng bao và lấp nhét một phần kênh thông nối giữa các nang rỗng Sét xâm tán làm thay đổi các tính chất vật lý của đá... hình 1. 4 là công thức gần đúng của Arps: T + 6 ,77 RWT2 = RWT1 1 T + 6 ,77 2 (1. 4) khi dùng thang đo F, và RWT2 = RWT1 T1 + 21, 5 T2 + 21, 5 (1. 5) khi dùng thang đo C Trong đó RWT và RWT là điện trở suất dung dịch ở thiệt độ T1 và T2 1 2 Điện trở suất của sét Ngoại trừ một số khoáng vật quặng hay vật liệu bán dẫn nh graphit, pyrit, hematit và một vài khoáng vật khác, còn lại các khoáng vật khô... tính (1. 29) tơng đơng nh sau: Pe = 2T cos = hg r (1. 30) Độ thấm K (md) với h là chiều cao cột nớc (cm); là mật độ của nớc (g/cm3); g là gia tốc trọng lực (cm/s2) Độ rỗng (%) Độ rỗng (%) Hình 1. 12 Quan hệ giữa độ thấm và độ rỗng của các đá cát sét có độ hạt khác nhau K r (àm) Hình 1. 13 Quan hệ giữa độ thấm, độ rỗng và bán kính rỗng 25 Từ (1. 30): h= 2T cos rg (1. 31) Phơng trình (1. 31) là phơng trình. .. giá trị độ bo hoà SW = 60% Độ bão hoà Hình 1. 15 Độ thấm tơng đối phụ thuộc độ bo hoà Trong lĩnh vực này có nhiều công trình đề xuất các phơng trình thực nghiệm chỉ quan hệ giữa kro, krw với SW, SWir và Sor Một số trong các phơng trình đó nh sau: k rw S W S Wir = 1 S Wir k ro = 3 (1. 36) 3 S0 (1 S ) (1. 37) 3 Wir k rg = 3 Sg (1 S ) (1. 38) 3 Wir 27 Nếu giếng khai thác là hoàn toàn ở vào vùng chuyển... SW = log I và là hệ số góc của đờng biểu diễn Từ đó có thể tính: n= log I log S W (1. 15) Trong trờng hợp chung, với gần đúng bậc 1, n lấy bằng 2 Nếu theo (1. 6) ta thay R0 = FRW thì: Rt = FRW n SW (1. 16) Phơng trình (1. 16) gọi là phơng trình Archie thứ hai cho trờng hợp đá sạch Hydrocacbon không bao giờ bo hoà 10 0% trong đá chứa vì thờng chúng di dời từ nơi khác đến Khi hydrocacbon đẩy nớc để choán... và dới chúng Hình 1. 11 Sơ đồ phân bố của sét phân lớp trong tập vỉa cát sét Về mặt dẫn điện, sét phân lớp tạo ra một hệ thống các đờng dẫn song song với các lớp có độ dẫn lớn hoặc nhỏ hơn Vận dụng mô hình đờng dẫn song song ta có thể viết phơng trình tính điện trở Rt của tập vỉa cát sét: 1 V sh 1 V sh = + Rt Rsh R sd (1. 17) Trong đó: Vsh và Rsh là tỷ phần sét trong tập vỉa (hình 1. 11) và điện trở suất... yếu tố thành hệ tơng ứng với mô hình cát sét xâm tán Phơng m 2 trình Archie khi đó có dạng: Rt = FZ R Z 2 SZ (1. 23) Từ các biểu thức cuối cùng ta có: 2 1 SZ 1 = Rt F2 S Z q S q + Z R RW cl Từ (1. 22) và (1. 23) ta tính Rt, rồi tính SW: 22 (1. 24) 1 2 2 aR q ( Rcl RW ) q ( Rcl + RW ) W 2 + 2 Rcl 2 Rcl Z Rt SW = 1 q (1. 25) Điện trở suất Rcl của sét xâm tán thờng đợc lấy bằng 0,4Rsh... tơng đối, hoặc tính từ k0 giá trị liên kết rộng Thành phần nớc trong dòng khai thác từ giếng sẽ là: WC = QW QW + Q0 (1. 42) WC = WOR 1 + WOR (1. 43) hoặc d) Mối quan hệ giữa độ thấm và độ bo hoà Đ có nhiều công trình nghiên cứu tìm quan hệ giữa độ thấm tuyệt đối của đá lục nguyên theo tài liệu đo địa vật lý giếng khoan Các tính toán này gồm hai loại: một là ứng dụng ở gần vùng chuyển tiếp, và một cho... rỗng của đá chứa Hình 1. 9 mô tả phơng pháp xác định số mũ n theo các số đo trong phòng thí nghiệm Trên toạ độ loga kép mỗi điểm là toạ độ của cặp số (I; SW) Đờng vạch đậm nét là đờng hồi quy tuyến tính đặc trng cho tập các giá trị I và SW (I 1; 0 SW 1) Từ đờng hồi quy ta có thể viết: I Hình 1. 9 Đồ thị xác định số mũ n theo SW và I 1 n log S W = log = log I I 19 (1. 14) 1 n 1 n Vậy log SW = log . ịa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phơng pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ở thành giếng khoan. 2 W Wsd sd S RF R = (1. 18) Với F sd là yếu tố thành hệ của cát sạch. Thay (1. 18) vào (1. 17) ta có: Wsd Wsh sh sh t RF SV R V R 2 )1( 1 += (1. 19) Từ đó: 2 1 1 1 = sh Wsd sh sh t W V RF R V R S . quan. Chúng tôi cho rằng việc biên soạn một giáo trình chuyên ngành Địa vật lý giếng khoan, một sự thu nhỏ của ngành địa vật lý ứng dụng trong các giếng khoan không phải là việc làm dễ dàng do